[논문]교류인가시 제조공기(I-Air)의 온도 및 압력 변화에 따른 절연파괴특성

김도석; 김영수; 박혜리; 박광서; 김정배; 이광식

교류인가시 제조공기(I-Air)의 온도 및 압력 변화에 따른 절연파괴특성
Breakdown Characteristics of I-Air with Temperature and Pressure Variation under AC 원문보기

김도석 (영남대학교) , 김영수 (영남대학교) , 박혜리 (영남대학교) , 박광서 (경일대학교) , 김정배 (효성중공업) , 이광식 (영남대학교)

본 연구는 교류전압 인가시 제조공기(I-Air)의 온도(T)의 변화($+10[^{\circ}C{\sim}-30[^{\circ}C]$)에 따른 절연특성을 구명하였다. 절연특성은 GIS모의 챔버 주입 압력(P)과 비례하는 특성을 보였으나 T가 저하되면서 그 절연특성이 감소하는 경향을 보이지 않고 오히려 증가하는 구간이 일부 존재 하였다. 그리고 챔버내 P의 크기가 클수록 T저하에 따른 P감소율이 더 커졌으며, 절연파괴전압($V_B$)감소폭은 8[atm]에서 가장 큰 변화를 보였으며 4, 6, 2기압 순으로 변화를 보였다.

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문제 정의

이러한 이유에서 1997년 12월 일본 Kyoto에서 개최된 제3차 당사국회의 (COP3, 지구온난화방지 Kyoto회의)에서, 온실효과를 가진 배출규제 대상으로서, CO₂, CH₄, N₂O, HFC, PFC에 더하여 SF6 가스도 지정되었다. 본 논문은 SF6를 대체할 수 있는 물질로 대두되고 있는 제조공기 (I-Air)가 혹한지역의 극한환경에서 GIS에 사용되었을 경우에 대해서 T 및 P변화에 따른 Vb특성을 분석해 보고자 한다.
본 연구에 사용된 실험용 모의 챔버는 절연기체의 방전 특성을 연구하기 위해 설계.제작한 챔버로서 스테인리스(두께 20[mm])를 사용하여내 .
본 연구에서는 제조공기(I-Air)의 온도(T) 및 압력(P)변화에 따른 절연파괴전압(Vb)의 변화특성을 연구하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을수 있었다.

제안 방법

를 투입하기 전 챔버 내를 5x10-4[torr]까지 배기시킨 후 상온(1 0℃)하에서 2~6[atm]까지 I-Ah.를 투입 후 각 기압에서 온도센서부의 온도를 10~-30[℃]까지 하강시켜갈 때 P변화와 이에 따른 Vb특성을 연구하였다. AC전원을 이용하여 Vb는 5회 측정하여 평균한 값을 이용하였다.
15[kV/s]로 하였다. 부정현상을없애기 위해 처음 10번 정도 방전시킨 후 Vb를 측정하였다.
실험용 모의 챔버의 내부 P를 측정하기 위해 압력계(WISE, 0~15기압) 를 설치하였다. 실험용 모의 GIS 내부를 진공펌프 (SINKU KIKO Co.
외부 2중으로 제작하였으며, 내부 챔버(직경 :26[cm], 깊이 :47[cm]) 의 체적은 약 25,000[cm³], 외부 챔버(직경 :46[cm], 깊이 :50[cm])의 체적은 약83, 000[cm³]이고, gap 간격은 최대 70[mm]까지 가능하며 10기압에서도 내 . 외부챔버가 안전하도록 설계 제작하였다. 챔버의 양쪽은 챔버 내부에서 발생되는 현상을 관찰하기 위해 투명한 아크릴로 관측창 (직경 110[mm], 두께 20[mm])을 만들었다.
그림 1은 실험 회로이다. 챔버 상부에 드라이아이스를 올려서 온도를저하시키고, 3개의 온도계를 사용하여 챔버 내부의 온도변화를 측정하고 온도의 저하에 따른 내부 압력의 변화를 관측하여 I-AT의 절연 특성을 관측하였다.
외부챔버가 안전하도록 설계 제작하였다. 챔버의 양쪽은 챔버 내부에서 발생되는 현상을 관찰하기 위해 투명한 아크릴로 관측창 (직경 110[mm], 두께 20[mm])을 만들었다. 또한, 챔버 내부의 T를 측정하기 위해 상, 중, 하 3개의 온도센서를 부착하였다.

대상 데이터

사용전극은 침-평판(상부 : 침, 하부 : 평판)이며, 갭의 길이는 3[mm] 로 하였다.
또한, 챔버 내부의 T를 측정하기 위해 상, 중, 하 3개의 온도센서를 부착하였다. 전원은 AC용 DY-106 (AC 300[kV] / 120[mA])을 사용하였다.
위해 설계.제작한 챔버로서 스테인리스(두께 20[mm])를 사용하여내 . 외부 2중으로 제작하였으며, 내부 챔버(직경 :26[cm], 깊이 :47[cm]) 의 체적은 약 25,000[cm³], 외부 챔버(직경 :46[cm], 깊이 :50[cm])의 체적은 약83, 000[cm³]이고, gap 간격은 최대 70[mm]까지 가능하며 10기압에서도 내 .

데이터처리

를 투입 후 각 기압에서 온도센서부의 온도를 10~-30[℃]까지 하강시켜갈 때 P변화와 이에 따른 Vb특성을 연구하였다. AC전원을 이용하여 Vb는 5회 측정하여 평균한 값을 이용하였다.

성능/효과

둘째, -10UC]이상에서는 Vb의 변화가 소폭 증감하였으나 이하에서는 Vb가 전반적으로 감소했다.
셋째, 챔버내 P변화는 T저하에 따라 주입 P가 클수록 그 감소폭이 크게 나타났다.
챔버내 기체P가 클수록 T저하에 따른 P의 변화폭이 컸지만 Vb의 변화폭은 8기압일 때가 가장 크게 나타났고, 4기압, 6기압, 2기압 순으로 감소되는 경향을 보였다.
첫째, 가스의 주입 P가 2기압에서는 Vb의 특성변화는 T감소에 따라 Vb 증가가 거의 나타나지 않거나 일정하였으나, 일반적으로는 P가 감소하면서 Vb가 감소하는 파센법칙 구간이 전반적으로 나타났으며 일부구간에서 Vb가 소폭 증가하는 구간이 나타났다.

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