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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 고광철
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 한양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수10
초록· 키워드
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현대사회에서 전기에 대한 수요가 증가함에 따라 전력계통의 신뢰성 향상에 대한 요구가 커지고 있으며 전력계통에서 지락, 단락 등의 사고에 의해 발생하는 사고전류를 차단하여 전력기기를 보호하고 전력계통의 건전성을 유지하는 보호기기인 차단기의 중요성이 높아지고 있다.
신뢰성 높은 차단기의 개발을 위해서는 고장전류 차단시 발생하는 아크 현상에 대한 정확한 분석이 필요하다. 그러나 아크는 Ohmic heating, 로렌츠 힘, 복사, 난류, 노즐용삭, 전자계와 같은 여러 가지 물리적 현상이 복합적으로 작용하며 설계요소와 서로 연관되어 있기 때문에 설계요소가 변경되었을 때 차단기의 성능 변화를 시험을 통해 측정하고 분석하는 것은 제한적이다. 또한 기존의 차단기 개발 과정은 시험을 기반으로 한 시행착오적 방식으로, 차단기 최적설계가 어렵고, 개발 시간과 비용이 과도하게 소요되는 문제점이 발생하고 있다. 따라서 기존의 시험을 기반으로 한 시행착오적인 차단기 설계 및 개발 과정을 최적설계가 가능하도록 변경하기 위해, 차단기가 고장전류를 차단할 때 발생하는 핵심 현상인 아크를 해석하고 분석할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 논문에서는 송전계통에 사용되는 SF6 가스 고압차단기와 배전계통에 사용되는 배선용 저압차단기의 아크 현상을 예측 및 분석할 수 있는 해석기술 개발을 연구의 목적으로 두었다. 전자계 현상과 열유동 현상이 상호작용하는 아크 특성을 해석하기 위해 전산유체역학을 적용하여 고압차단기 아크의 지배방정식을 정립하고 아크 소호시에 발생하는 여러 가지 현상의 모델링 기법을 개발하여, 전자계-열유동 연성해석기술을 구현하였다. 개발된 아크해석기술을 적용하여 설계 인자에 따른 차단성능을 분석하고 차단성능 평가기준을 수립하였다.
신뢰성 높은 차단기의 개발을 위해서는 고장전류 차단시 발생하는 아크 현상에 대한 정확한 분석이 필요하다. 그러나 아크는 Ohmic heating, 로렌츠 힘, 복사, 난류, 노즐용삭, 전자계와 같은 여러 가지 물리적 현상이 복합적으로 작용하며 설계요소와 서로 연관되어 있기 때문에 설계요소가 변경되었을 때 차단기의 성능 변화를 시험을 통해 측정하고 분석하는 것은 제한적이다. 또한 기존의 차단기 개발 과정은 시험을 기반으로 한 시행착오적 방식으로, 차단기 최적설계가 어렵고, 개발 시간과 비용이 과도하게 소요되는 문제점이 발생하고 있다. 따라서 기존의 시험을 기반으로 한 시행착오적인 차단기 설계 및 개발 과정을 최적설계가 가능하도록 변경하기 위해, 차단기가 고장전류를 차단할 때 발생하는 핵심 현상인 아크를 해석하고 분석할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 논문에서는 송전계통에 사용되는 SF6 가스 고압차단기와 배전계통에 사용되는 배선용 저압차단기의 아크 현상을 예측 및 분석할 수 있는 해석기술 개발을 연구의 목적으로 두었다. 전자계 현상과 열유동 현상이 상호작용하는 아크 특성을 해석하기 위해 전산유체역학을 적용하여 고압차단기 아크의 지배방정식을 정립하고 아크 소호시에 발생하는 여러 가지 현상의 모델링 기법을 개발하여, 전자계-열유동 연성해석기술을 구현하였다. 개발된 아크해석기술을 적용하여 설계 인자에 따른 차단성능을 분석하고 차단성능 평가기준을 수립하였다.
목차
- 제 1장 서 론 1 1.1 연구 배경 및 목적1.1.1 연구 배경1.1.2 연구 목적1.2 연구의 범위와 방법1.2.1 연구의 범위1.2.2 연구 방법1.3 논문의 구성제 2장 SF6 가스 고압차단기2.1 SF6 가스 고압차단기의 역할2.2 SF6 가스 고압차단기 차단기법2.2.1 근거리 선로고장2.2.2 단자 단락사고2.3 SF6 가스 고압차단기의 종류 및 차단원리2.3.1 퍼퍼형 SF6 가스 고압차단기2.3.2 복합소호형 SF6 가스 고압차단기제 3장 SF6 가스 고압차단기 아크 모델링3.1 아크의 특성3.1.1 아크 방전 해석 방법3.2 아크 모델링 기법3.2.1 아크 해석에 적용된 가정3.2.2 SF6 가스 고압차단기 아크해석의 문제점3.2.3 SF6 가스 고압차단기 아크해석 지배방정식3.2.4 SF6 가스 물성값3.2.5 이동 모의 방법3.2.6 Ohmics heating3.2.7 로렌츠 힘(Lorentz force)3.2.8 복사 모델링(Radiation modeling)3.2.9 노즐 용삭3.2.10 Check valve 모델링3.3 아크 시뮬레이션 결과3.4 아크 시뮬레이션 검증제 4장 SF6 가스 고압차단기의 아크 소호 특성 분석4.1 설계 인자별 아크 특성 분석4.1.1 노즐목 반경4.1.2 노즐목 길이4.1.3 Heating channel 길이4.1.4 Heating channel 두께4.1.5 열팽창실 길이(축방향 길이)4.1.6 열팽창실 높이(반경방향 길이)4.2 차단성능 평가기준4.2.1 차단성능 평가기준 도출 방법4.2.2 245kV 50kA 복합소호형 SF6 고압차단기 차단성능 평가기준4.2.3 145kV 40kA 복합소호형 SF6 고압차단기 차단성능 평가기준제 5장 배선용 저압차단기 아크해석5.1 배선용 저압차단기의 구조 및 차단 방식5.2 배선용 저압차단기의 기중아크 해석기법5.2.1 전극전압강하 모델링5.2.2 가동전극의 호(弧)운동 모의5.3 기중아크 해석 결과5.4 기중아크 해석기술 검증5.5 기중아크 해석기술을 적용한 전자개폐기 차단성능 분석5.5.1 전자개폐기 기중아크 해석5.5.2 전자개폐기 개선모델 도출제 6장 결 론참고 문헌ABSTRACT
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