초록 ▼

연구의 목적 및 내용
자성나노유체의 전력기기 적용을 위하여 절연성능 개선 메커니즘을 수치해석 및 실험을 통해 심도 있게 연구하고 변압기 시험모델에 적용하여 그 타당성을 검증하였다. 이를 통해 절연성능 개선을 위한 최적의 자성나노입자 체적농도비를 제시하였다.

연구결과
1. 자성나노유체의 방전해석 시뮬레이터 개발 및 방전메커니즘 분석
1) 공간전하 전파해석을 위한 유체법을 이용한 수치해석
2) 유체내 기포 생성을 고려한 2상 방전 수치해석
3) 범용성을 지니도록 무차원화된 변수 이용 수학적 모델

연구의 목적 및 내용
자성나노유체의 전력기기 적용을 위하여 절연성능 개선 메커니즘을 수치해석 및 실험을 통해 심도 있게 연구하고 변압기 시험모델에 적용하여 그 타당성을 검증하였다. 이를 통해 절연성능 개선을 위한 최적의 자성나노입자 체적농도비를 제시하였다.

연구결과
1. 자성나노유체의 방전해석 시뮬레이터 개발 및 방전메커니즘 분석
1) 공간전하 전파해석을 위한 유체법을 이용한 수치해석
2) 유체내 기포 생성을 고려한 2상 방전 수치해석
3) 범용성을 지니도록 무차원화된 변수 이용 수학적 모델 제시
4) 다중물리해석기법을 이용한 방전해석 수행
5) 다양한 전원입력특성에 따른 방전현상 해석 수행

2. AC/뇌임펄스 인가 자성나노유체의 절연내력 실험
1) 구-평판, 구-구 등 다양한 전극형태에서의 절연내력 실험 수행
2) 자성나노유체의 체적비가 방전 특성에 매우 중요한 요소로 작용하는 것을 규명
3) 절연내력 향상을 위한 최적의 자성나노입자 체적농도비 제시

3. 전기장/자기장 인가 유무와 나노입자의 체적농도에 따른 특성분석
1) 방전극간 내 자기장 효과에 의한 자성나노유체의 특성해석 수행
2) 전기장내 자성나노 절연유의 마이크로채널 가시화시험 수행

4. 실증 시험모델 제작 및 응용시험
1) 30kA, 6.6kV급 시험용 유입식 배전 변압기 시험모델 제작
2) 최적의 자성나노입자 체적농도비 적용 절연특성 시험 수행

연구결과의 활용계획
1. 열 및 절연 문제의 혁신적인 개선으로 시스템의 고효율화, 소형화 및 친환경화 유도
2. 방전메커니즘 해석기술 및 多相 열유동 해석기술의 확보로 답보상태의 전력기기 설계에 획기적 개선방안 제시
3. 차세대 절연매체 및 열전달 매체로 다양한 분야에 확대 적용 제공
4. 나노기술과 전력기기의 접목으로 신사업창조 가능성 제시

Abstract ▼

Purpose&contents
To employ the magnetic nanofluids for power apparatus, we deeply studied the discharge mechanism through the numerical simulations and experimental works. And to verify the usefulness of magnetic nanofluids, the prototypes of distributed transformer were built and tested. Finally

Purpose&contents
To employ the magnetic nanofluids for power apparatus, we deeply studied the discharge mechanism through the numerical simulations and experimental works. And to verify the usefulness of magnetic nanofluids, the prototypes of distributed transformer were built and tested. Finally, the optimal volume fraction of magnetic nanofluid was suggested.

Result
1. Development of discharge simulator and analyzing the discharge mechanism
1) Numerical analysis for space charge propagation in magnetic nanofluid
2) Discharge analysis for two-phase problem with bubble and magnetic nanofluid
3) Mathematical modeling with non-dimensional variables for flexibility
4) Multiphysics analysis was introduced
5) Various voltage sources were included

2. Conduct the experiments of electric breakdown in magnetic nanofluid with the AC and the lightning impulse voltages
1) Various conductor shapes were tested including the sphere-plane, and sphere-sphere electrodes
2) The volume fraction of magnetic nanofluid was the critical factor for improving insulating property of magnetic nanofluids
3) The optimal volume fraction was suggested for improving insulation property of magnetic nanofluid

3. Analyze the effect of volume fraction with magnetic and electric fields
1) The externally applied magnetic field effects were tested with magnetic nanofluid between two electrodes
2) The visualization experiments was conducted with externally applied magnetic field

4. Prototype and application tests
1) The protype transformer of 30kA and 6.6 kV was designed and tested
2) Experiments of dielectric breakdown was conducted by using the optimal volume fraction

Expected Contribution
1. To derive a high efficiency, compactness, and eco-friend in power apparatus by an innovative advance of thermal and insulating problems.
2. To offer an innovative advancement of design techniques for power apparatus in standstill by building the analyzing techniques of electric discharge and multi-phase fluidic flow.
3. To offer a possibility for applying to various applications as a next-generation material for insulation and heat transfer.
4. To offer new possibility for emerging projects combined nano-technology and power apparatus.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 56
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 57
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 57
• 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구실적 ... 58
• 8. 참고문헌 ... 59
• 9. 연구성과 ... 60
• 10. 기타사항 ... 64
• [별첨1] 대표연구성과 ... 65
• 자체평가 의견서 ... 69