전력기기의 장기운전을 위한 GFRP의 절연특성 분석 : Analysis on the Dielectric Characteristics of GFRP for Long-term Operation of Power Apparatuses :

김준일

학위논문

저자정보: 김준일 (한국교통대학교, 한국교통대학교 대학원)

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매년 증가되는 전력수요에 의해 계통은 점차 고전압, 대전류화 되어가고 있다. 이러한 전력환경 변화에 맞추어 증가된 전력수요를 충족하기 위한 방안으로 초전도 전력기기가 대두되고 있다. 초전도 전력기기는 초전도체의 초전도성을 이용한 전력기기로 저항값이 ‘0’인 특성을 이용한다. 초전도 전력기기는 정상 운전 시 손실이 ‘0’에 가까운 장점을 가지고 있으며, 한류기, 케이블, 변압기 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 이러한 초전도 전력기기의 핵심이 되는 초전도 전류도입선은 초전도와 상전도 2가지 환경에서 운용이 된다. 다양한 환경에서 운용되는 초전도 전류도입선은 안정성과 신뢰성 향상, 부피축소 등의 문제가 대두되고 있다. 이에 따라 기존의 기체 절연방식에서 고체 절연방식으로 연구 방향이 전환되고 있는 추세이다. 그러나 기존의 절연 연구는 순간적인 절연파괴를 고려한 절연 연구가 대부분 이다. 순간적인 절연파괴의 경우 사고 또는 충격전압에 관한 설계로 충분한 적용이 가능하지만 장기적인 운전을 위한 연구로는 불충분하다. 이에 따라 초전도 전류도입선에서 사용되는 고체 절연체에 대한 경년열화 특성 분석이 필요하며, 장기적 운전에 대한 신뢰성과 안정성 확보가 필요하다.
본 논문에서는 초전도 전류도입선의 안정성과 신뢰성 향상을 위하여 고체 절연체의 순간적인 절연파괴와 부분방전, 경년열화 특성을 연구하였다. 실험에 사용된 고체 절연체는 초전도 전류도입선에 주로 사용되는 고체 절연체 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic)를 사용하였으며, 다양한 조건에 적용을 위해 여러 가지 전극 크기를 사용하였다. 절연파괴 실험은 LN2내에서 수행되었으며, 스테인레스 스틸로 제작된 구-대-평판 전극 시스템을 사용하였다. 모든 실험은 7회 반복 수행하여 최댓값과 최솟값을 제외한 결과를 분석하였다. 실험 결과는 Weibull distribution과 FEM(Finite Elements Method)를 사용하여 분석하였다. 실험 결과 고체 절연체는 적층구조와 평등한 전계를 구성해야 하는 것으로 나타났다. 이와 같은 논문 결과는 고신뢰성을 갖는 초전도 전류도입선 설계 및 개발에 도움이 될 것으로 판단된다.

#절연특성 #장기운전 #GFRP #전력기기

목 차
요 약 ⅰ
표 목 차 ⅴ
그림목차 ⅵ
Ⅰ. 서 론 1
Ⅱ. 관련이론 3
2.1 절연파괴 특성 기본 이론 3
2.2 전계해석이론 23
Ⅲ. GFRP 절연파괴 특성 평가 28
3.1 모의 전극 구성 28
3.2 GFRP의 절연파괴 특성 실험 29
3.3 GFRP의 부분방전 특성 실험 35
3.4 GFRP의 V-t 특성 실험 39
Ⅳ. 실험결과 및 FEM 해석 결과 분석 44
4.1 FEM 해석 44
4.2 GFRP의 절연파괴 특성 분석 46
4.3 GFRP의 부분방전 특성 분석 50
4.4 GFRP의 V-t 특성 분석 52
V. 결 론 55
참 고 문 헌 58
Abstract 60
감사의 글 61

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