[논문]진공인터럽터 내부 shield gap에 따른 전계분포해석

윤재훈; 김병철; 이승수; 임기조; 강성화

진공인터럽터 내부 shield gap에 따른 전계분포해석
Electric field distribution analysis along shield gap inner vacuum interrupter 원문보기

윤재훈 (충북대학교) , 김병철 (충북대학교) , 이승수 (충북대학교) , 임기조 (충북대학교) , 강성화 (충청대학교)

This paper describes the electric field distribution analysis along a shield form inner vacuum interrupter(VI). The equipotential line and electric field and field vector in a VI are analysed by a finite element method at various shield form. in result, The equipotential line and electric field distribution was affected to VI shield gap. The reason is as it gets distortion of equipotential line done. finally, this paper recognized whether or not affected, and proposed gap with the most suitable shield length and an external insulation.

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문제 정의

이에 본 연구에서는 End_shield의 형상과 위치가 VI내부 전계 분포에 어떠한 영향을 주는지 살펴보기 위하여 2차원 유한요소 프로그램(MAX-WELL)을 이용하여 VI에 대해 각각의 등전위선 과 전계값을 비교함으로써 Shield가 절연에 미치는 영향과 End 아lield의 최적화를 검토하였다.

제안 방법

본 해석에서는 고정부(하단부)에 source를 인가하고 가동부를 접지로 설정하여 해석을 진행하였다. 그렇기 때문에 gap의 변화에 따른 전계값은 고정부에 국한 시켜 비교하였으며 가동부(접지)는 전계값의 차이가 없기에 source부의 전계값에 한하여 유효값으로 설정 하였다.
본 연구의 해석모델인 진공 인터럽터의 차폐판과 같이 전원 또는 접지와 연결되지 않은 부유상태의 도체는 등전위 상태이지 만 그 값이 주어지지 않는다 따라서 차폐판과 같이 동일한 전위 값을 갖지만 값을 알 수 없는 경우에는 아래와 같은 등전위 경 계조건을 적용하여 계방정식의 해를 구하여야 한다.
본 해석에서는 고정부(하단부)에 source를 인가하고 가동부를 접지로 설정하여 해석을 진행하였다. 그렇기 때문에 gap의 변화에 따른 전계값은 고정부에 국한 시켜 비교하였으며 가동부(접지)는 전계값의 차이가 없기에 source부의 전계값에 한하여 유효값으로 설정 하였다.
용기 내부의 압력은 10、5 ~ 10--6 torr정도의 고진공을 유지하도록 되어있으며 가동 접점 은 bellows와 연결되어 진공을 유지하면서 점점의 동작이 가능하 도록 설계되어 있다. 해석을 진행함에 있어서 가동부 및 고정부 의 critical point를 선정하여 각 point에서의 전계값을 비교하였 고, 해석에 필요한 각각의 물성치는 에 나타내었다.

성능/효과

end shield 길이가 전계값에 영향을 끼친다는 것을 알 수 있으며 삼중점에 대한 전계값이 완화되는 지점이 존재함을 확인할 수 있다. 또한 가동부와 고정부의 gap을 대칭으로 가 져간 경우 각 critical point 전계가 집중되는 경향이 낮음을 확인 하였다.
end shield 와 arc shield 간 gap에 따른 해석을 진행한 결과 end shield의 길이가 VI내부의 전계분포에 상당한 영향을 미치고 있다는 것을 확인할 수 있다. 삼중점을 보호하기 위해 설치되는 End shield는 등전위 선의 왜곡을 가져와 전계집중을 유발하여 VI 내부의 절연 성능을 저하 시킨다.
그래프에서 확인할 수 있듯이 end shield의 길 이가 짧아짐에 따라서 arc shield 경우 끝단의 전계값이 지속적으로 감소하는 것을 확인할 수 있으며, end shield끝단의 전계값은 곡률반경의 영향이 크므로 gap에 의한 전계값 차이는 미미하다는 것을 확인하였다.〈그림 5＞는 절연설계에 있어 가장 취약하다고 판단되어 지는 삼중 점에서의 전계값을 비교한 것이다.
하지만 VI내부절연이 아닌 차단측면에서 살펴 볼 때, 삼중점을 보호하기위한 shield의 역할 은 중요하다. 때문에 절연 특성을 확보하기 위하여 shield의 최적 설계가 요구되어 지며, 위 해석모델에 사용된 shield형태에서는 가동부와 고정부의gap과 shield형태(shield의 곡률반경)를 대칭으 로 가져갔을 때 전계완화에 효과가 있음을 확인하였다.
end shield 길이가 전계값에 영향을 끼친다는 것을 알 수 있으며 삼중점에 대한 전계값이 완화되는 지점이 존재함을 확인할 수 있다. 또한 가동부와 고정부의 gap을 대칭으로 가 져간 경우 각 critical point 전계가 집중되는 경향이 낮음을 확인 하였다.

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