[논문]쉴드 유무에 따른 245kV GCB의 소전류차단성능 평가

송태헌; 이형구; 김연풍; 윤자홍

쉴드 유무에 따른 245kV GCB의 소전류차단성능 평가
Evaluation of Small Current Breaking Performance for 245kV GCB with or without Shield 원문보기

송태헌 ((주)현대중공업) , 이형구 ((주)현대중공업) , 김연풍 ((주)현대중공업) , 윤자홍 ((주)현대중공업)

상용 CFD(Computational Fluid Dynamics) 프로그램인 PHOENICS를 이용하여 245kV $SF_6$ 가스 차단기의 진상소전류 차단성능을 평가하였다. 소전류 차단시에는 아크가 발생 즉시 소호되므로 $SF_6$ 가스를 전리가 일어나지 않은 냉가스로 취급할 수 있다. 그러므로 PHOENICS를 이용하여 극간의 $SF_6$ 가스밀도 및 전계의 변화를 계산하였으며 이것으로부터 극간 $SF_6$ 가스의 절연내력(Dielectric Strength)을 계산하였다. 계산된 $SF_6$ 가스의 절연내력과 아크 소호 후 극간에 인가되는 회복전압(Recovery Voltage)을 비교하여 차단기의 진상소전류 차단성능을 평가하였다. 245kV 차단기에는 전계를 완화하기 위한 목적으로 차단부에 쉴드가 설치되어 있으며 이 쉴드에 의한 소전류차단성능의 변화를 해석하였다.

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문제 정의

본 연구에서는 개발된 소전류 차단성능 평가기술을 245kV 차단기에 적용하여 소전류 차단성능을 평가하였으며, 특히 전계완화를 목적으로 설치되어 있는 쉴드가 소전류 차단성능에 끼치는 영향에 대해서 알아보았다.

제안 방법

(1) 상용 CFD 프로그램인 PHOENICS를 이용하여 소전류 차단성능 평가기술을 개발하였다. 이것은 유동해석과 전계해석을 통해 SF₆ 가스의 절연파괴전압을 구하고 극간에 인가되는 회복전압과의 비교를 통해서 차단성능을 평가한다.
(2) 개발된 기술을 245kV 차단부에 적용하여 소전류 차단성능을 평가하였으며, 쉴드 설치를 통해 전계를 저감시켜 소전류 차단성능을 향상시켰다.
가스의 밀도가 급격하게 저하되기 때문에 소전류 차단시 재점호가 발생될 가능성이 가장 높은 부위이다. 따라서 그림 2에 나와 있는 것처럼 고정아킹접점 선단부 9곳에서 밀도와 전계를 계산하여 소전류 차단성능을 평가하였다.
또한 본 해석에서 사각격자계(Structured Grid)를 적용하였다.
(1) 상용 CFD 프로그램인 PHOENICS를 이용하여 소전류 차단성능 평가기술을 개발하였다. 이것은 유동해석과 전계해석을 통해 SF₆ 가스의 절연파괴전압을 구하고 극간에 인가되는 회복전압과의 비교를 통해서 차단성능을 평가한다.
소전류 차단성능을 개선하는 방법으로 첫 번째로는 노즐 및 접점형상의 변경을 통해 밀도를 증가시키는 방법과 두 번째로는 전계를 저감시키는 방법이 있다. 접점 및 노즐의 형상 변경없이 소전류 차단성능을 개선시키기 위해서 차단부에 쉴드를 설치하여 전계를 저감시키기로 하였다. 쉴드의 설치 위치는 그림 5에 나와 있다.

이론/모형

차단부내의 냉가스 유동해석은 상용 CFD(Computational Fluid Dynamics) 프로그램인 PHOENICS를 이용하였다. PHOENICS는 해석하고자 하는 문제에 따라서 사용자가 지배 방정식에 직접 접근하 여 필요한 항을 첨가 또는 삭제할 수 있으며, 접점의 이동을 모의할 수 있는 등의 특징으로 차단부 아크해석에는 가장 적절한 상용 프로그램으로 판단되어 적용하게 되었다.

후속연구

(3) 본 기술의 계속적인 연구개발을 통해 향후 대전류 차단성능 평가 기술도 개발할 예정이다.
당사에서도 차단성능을 해석할 수 있는 컴퓨터 시믈레이션 기술 개발의 필요성을 인식하여 2001년부터 상용 CFDfComputational Fluid Dynamics) 프로그램인 PHOENICS 를 적용하여 차단부에서 발생하는 아크를 해석하여 차단성능을 평가하는 컴퓨터 시뮬레이션을 개발하고 있다. 1차 연구 성과로써 소전류 차단성능 평가 기술을 개발하였으며 계속적인 연구를 통해 대전류 차단 성능 평가 기술도 개발할 예정이다.

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