임펄스전압에 대한 N2가스의 절연파괴특성

Title
임펄스전압에 대한 N2가스의 절연파괴특성
Authors
김동규
Keywords
임펄스전압에대한n2가스의절연파괴특성
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
현재 차단기나 단로기 같은 개폐차단장치의 절연매질로 소호능력과 절연성능이 우수한 SF6 가스를 주로 사용하고 있다. 하지만 환경의 보전에 대한 관심이 높아지면서 온실가스에 대한 규제로서 교토 의정서가 정식 발효됨에 따라 대다수의 가스절연개폐장치(GIS: Gas Insulated Switchgear)의 절연물로 쓰이고 있는 SF6 가스는 사용하지 못할 처지가 되었다. SF6 가스의 지구 온난화계수(Global Warming Potential)는 이산화탄소(CO2)의 약 23,900배로 매우 높아 대기 중으로 방출될 경우에는 온실효과를 야기시키기 때문에 대체가스의 적용이 시급하며, SF6 가스의 사용량 및 방출량의 감소가 큰 과제로 되고 있다. 따라서 배전용 전력기기에서 친환경 가스인 건조공기(Dry-air)와 질소(N2) 가스가 SF6 가스의 대체가스로 주목을 받고 있다. 가스절연개폐장치는 운전 중에 낙뢰와 차단기, 단로기 등의 조작에 의하여 발생되는 여러 가지 과도과전압으로부터 위협을 받게 된다. 따라서 뇌서지나 개폐서지에 관련된 기초적 연구는 대단히 중요하며, 고품질의 배전급 친환경전력기기의 절연설계에 필히 사용될 기초자료이다. 본 연구에서는 가스절연개폐장치 내부에 발생할 수 있는 준평등전계를 모의하기 위하여 구-평판전극계로 구성하고 친환경가스인 N2 가스의 절연내력과 절연파괴특성을 분석하기 위하여 준평등전계에서 가스압력과 전극간 거리에 대한 절연파괴전압과 전구방전전류 및 방전광신호를 측정⋅분석하였다. 또한 동시에 ICCD 카메라를 이용하여 방전진전과정을 촬영하였다.이 때 전극에 인가되는 실험전압으로는 뇌임펄스전압(±1.2/50 ㎲)과 가스절연개폐장치의 운전 중에 발생할 수 있는 개폐임펄스전압(±180/2500 ㎲), 진동성 임펄스전압(±500 ns/1 MHz)을 사용하였다. 결론적으로 N2 가스의 압력은 0.5 MPa 이상으로 하고 절연거리를 14 mm 이상으로 할 경우, 현재 25.8 kV급 배전용 가스절연개폐장치에 사용되고 있는 SF6 가스를 대체할 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 준평등전계에서는 가스의 종류에 상관없이 주로 스트리머방전에 의하여 절연파괴가 일어났으며, 초기전자사태발생이 용이한 부극성에서 정극성보다 절연파괴전압이 낮게 나타났다. 실제 배전용 가스절연개폐장치에서 발생할 수 있는 조건에서 실험한 결과, 절연파괴전압은 인가전압의 파형, 극성, 전극형상, 가스종류 등에 크게 의존하는 것으로 나타났다.
Description
1. 서 론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 연구의 필요성 및 목적 2 2. 이론 4 2.1 방전이론 4 2.1.1 Towensend 이론 4 2.1.2 스트리머 이론 9 2.1.3 리더방전 11 2.1.4 Paschen의 법칙 14 2.2 과전압 17 2.2.1 1.2/50 ㎲ 뇌임펄스전압 17 2.2.2 개폐임펄스전압 18 2.2.3 과도과전압 25 3. 실험장치 및 방법 27 3.1 실험계의 구성 27 3.2 실험장치 29 3.2.1 Marx형 임펄스발생장치 29 3.2.2 분압기(Voltage divider) 33 3.2.3 ICCD 카메라 34 3.2.4 전극계 구성 35 3.3 실험방법 37 4. 결과 및 고찰 39 4.1 준평등전계에서의 절연파괴 특성 39 4.1.1 V-t 특성 42 4.1.2 50% 절연파괴전압 특성 47 4.1.3 전극간 거리에 따른 N2가스의 50% 절연파괴전압 특성 50 4.2 준평등전계에서 방전메카니즘 53 4.2.1 임펄스전압에 대한 N2가스의 전구방전현상 53 4.2.2 N2가스에서의 방전 진전 메카니즘 57 4.3 N2가스의 절연특성의 검토 및 배전용 기기에의 적용에 대한 활용성분석 60 4.3.1 N2가스의 절연특성의 검토 60 4.3.2 준평등전계에서 갭간격에 따른 전계이용률 63 4.3.3 전계이용률에 따른 N2가스의 절연파괴전계의 특성 65 4.3.4 가스압력에 따른 N2가스의 절연파괴전계의 특성 67 5. 결 론 70
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22620
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College of Engineering(공과대학) > Electrical Engineering (전기공학) > Theses(전기공학 석박사 학위논문)
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