전극의 거칠기 조건을 고려한 Fluoronitrile/CO2 및 SF6 가스의 절연파괴 특성 비교 분석

Abstract

절연성능 및 회복 능력이 뛰어나며 화학적 안정성이 우수한 불활성 기체 SF6(Sulfur hexafluoride) 가스는 1960년대부터 GIS(Gas Insulated Switchgear)의 주요 절연 가스 매질로서 오랫동안 안정적으로 사용되어 왔다. 또한 아크 소호능력은 공기보다 우수한 성능을 가지고 있으며, 대전류에서 차단능력이 뛰어나고 소전류에서는 차단능력이 안정적인 장점이 있다. 그러나 SF6 가스의 경우, 지구 온난화 지수가 이산화탄소의 약 23,900배에 달하여 1997년 교토의정서에 의거하여 규제대상으로 채택되어 2005년부터 발효되었다. 최근 국내에서도 대기 중의 온실가스 농도 증가율이 많이 높아져 환경오염 물질 배출에 대한 규제가 심해지고 있으며, 향후 30년간 37%의 온실가스 배출량 감축을 목표로 두고 시행 중에 있다. 전 세계적으로 SF6 대체 가스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 국내는 아직까지 SF6 대체 가스에 대한 연구가 미흡한 상황이다.

최근 3M에서 개발된 친환경 불소계 혼합가스(Fluoronitrile/CO2)는 SF6 가스에 비해 환경적인 측면에서 상당히 뛰어나며, 특정 조건 하에서는 SF6 가스와 거의 대등한 절연성능을 지니고 있어서 절연 가스 매질로서 가장 주목받고 있다. 그 외의 SF6 대체 가스의 종류로서 CF3I 가스, N2/O2 가스, Dry air, PFCs 가스 등이 연구되어 지고 있지만 상대적으로 낮은 절연내력 및 독성 그리고 환경적인 문제로 인하여 더 많은 연구가 필요한 상황이다.

본 연구는 Fluoronitrile/CO2 혼합가스의 AC 절연파괴 전압 및 1.2/50 s 뇌 임펄스 절연파괴 특성을 분석하였으며, SF6 가스 실험 결과 값을 기준으로 하여 Fluoronitrile/CO2 혼합가스와 비교 분석하였다. 또한 전극의 거칠기 조건을 고려하여 전극의 표면 조도가 절연내력에 얼마나 영향을 미치는지에 대하여 실험 후 분석하였다. 실험 결과 값은 [p.u] 값으로 제시하였으며, 실험 결과로 조건별 Fluoronitrile/CO2 혼합가스 절연파괴 전압을 분석하여 Fluoronitrile/CO2 혼합가스가 친환경 GIS의 절연매질로서 적합성 및 절연내력 DB를 확보하고자 한다.