[논문]25.8kV급 플러그인 케이블 접속 시스템 설계 및 전계 해석

김한수; 신판석; 장창호; 최봉일; 김평중

25.8kV급 플러그인 케이블 접속 시스템 설계 및 전계 해석
An Electric Field Analysis of 25.8 kV class Plug-in Cable Connecting System 원문보기

김한수 (홍익대학교) , 신판석 (홍익대학교) , 장창호 (동우전기) , 최봉일 (동우전기) , 김평중 (동우전기)

Cable접속장치인 정격 25.8kV 600/1200A Plug-in socket의 절연설계, 전계분포해석 및 열계해석을 위하여 전자계 및 열해석 프로그램인 FLUX2D 및 3D를 사용하여 simulation하였다. 전계해석은 plug-in 접속장치의 절연물, shield영향, 각종금구의 연면 전계강도를 계산하여 기준 전계와 비교 검토 하였다. 해석결과 shield의 위치와 형상이 최고 전계강도를 완화시키는데 중요한 역할을 하고 있으며, 각종 금구류의 형상 설계도 전계강도를 결정하는 요인이 되었다.

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문제 정의

본 연구에서는 절연 및 통전설계에 대한 검증과 설계 방향을 찾기 위하여 기본 설계된 모델을 유한요소법 package인 FLUX2D/3D를 이용하여 해석하고 형상변경 을 통하여 전계를 완화시키는 설계 parametei를 제시하는 것이다.

제안 방법

Cable 접속장치인 정격 25.8kV 600/1200A Plug-in socket의 절연설계, 전계분포해석 및 열계해석을 위하여 전자계 및 열해석 프로그램인 FLUX2D 및 3D를 사용하여 simulation하였다. 전계해석은 plug-in 접속장치의 절 연물, shield영향, 각종금구의 연면 전계강도를 계산하여 기준 전계와 비교 검토 하였다.
본 연구에서는 3차원 프로그램을 이용하여 2차원의 해석결과와 비교하여 보았다. Plug-in socket을 3차원으로 해석하였다. 그림 10은 3차원 해석 결과로서 2차원 축대칭 단면과 동일한 면의 등전위 선도 를 보여주고 있다.
이를 위하여 25.8kV의 Plug-in socket의 접속장처의 절연물, 아!ield영역, 각종 금구류의 전계 강도를 계산하여 각 부위의 연면 전계강도를 계산하여 찾고 기준설계 전계강도와 비교하여 각 부위의 연면 전계강도가 기준치 이하가 되도록 shield형상을 변경하여 최종 model을 결정하도록 하는 것이다.
Plug-in socket의 구조에서 보는 바와 같이 M6삽입구 의 불규칙한 배열로 인하여 2차원으로 해석하는 것은 부 분적으로는 가능하지만, 전체적인 것을 분석하는 것은 불가능한 model이다. 본 연구에서는 3차원 프로그램을 이용하여 2차원의 해석결과와 비교하여 보았다. Plug-in socket을 3차원으로 해석하였다.
T가 내장되어 있으며, 바닥면에는 조립용 볼트와 삽입 구가 있는 구조로 되어있다. 이때 Plug-in 도체에 25.8kV의 전압이 인가되기 때문에 소켓 도체부분의 전 계완화를 위하여 차폐용 shield를 설치하였다.
8kV 600/1200A Plug-in socket의 절연설계, 전계분포해석 및 열계해석을 위하여 전자계 및 열해석 프로그램인 FLUX2D 및 3D를 사용하여 simulation하였다. 전계해석은 plug-in 접속장치의 절 연물, shield영향, 각종금구의 연면 전계강도를 계산하여 기준 전계와 비교 검토 하였다. 1차 설계안을 기본으로 전계해석을 하고 Shield 형상 및 stress cone 의 형상 을 변경하여 2차 설계를 실시하여 전계해석을 한 결과 15kV 인가시 최대 약 25% 정도의 전계강도 완화효과가 있었다
그림 3은 Plug-in Connector# 축대칭 해석하기위한 1차 설계 모델의 단면도를 보여주고 있다. 정확한 해석을 위해 연결용 삽입구(M6)가 있는 경우와 없는 경우의 전 계강도를 비교해 보았다.

데이터처리

전계 해석을 하기 위해 표 1에서와 같이 Plug-in socket에 사용된 재질의 비유전율 값을 주었다.

성능/효과

전계해석은 plug-in 접속장치의 절 연물, shield영향, 각종금구의 연면 전계강도를 계산하여 기준 전계와 비교 검토 하였다. 1차 설계안을 기본으로 전계해석을 하고 Shield 형상 및 stress cone 의 형상 을 변경하여 2차 설계를 실시하여 전계해석을 한 결과 15kV 인가시 최대 약 25% 정도의 전계강도 완화효과가 있었다

후속연구

향후 형상 최적화 기법을 도입하여 최적모델의 도출이 필요하며, 3차원 해석에 의한 전계강도 분석도 이루어지 게 될 것이다.

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