진공상태에서 종방향 자계를 이용하는 전극의 최적설계에 대한 연구

Abstract

초고압 계통에서 가장 많이 사용되고 있는 SF6 가스의 경우 절연성능이 우수하고 아크 소호 특성이 뛰어나 차단기의 절연매질로 활용되고 있다. 그러나 SF6 가스 중에서 절연파괴시 발생하는 분해 생성물의 환경파괴 문제로 인해 최근 이를 대체할 수 있는 친환경적인 절연매질을 사용한 차단기의 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 SF6 가스 차단부 대신 배전계통에서 대부분 사용하고 있는 진공인터럽터를 초고압 계통에 적용하기 위한 활발한 연구개발이 수행되고 있으며, 특히 전류를 차단하는 전극부의 형상을 개선하여 전류 차단시 발생하는 아크 증기를 최소화함으로써 초고압 계통에서 진공인터럽터가 사용될 수 있도록 하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 배전계통에서 사용하고 있는 종 방향 자계를 이용한 전극을 초고압 계통에 적용하기 위해 전극 형상에 대한 최적설계를 실시하였다. 이를 위해 전류차단시 고려해야할 반응 값에 대한 분석과 이 반응값을 만족시키기 위한 설계 변수를 찾기 위해 완전요인설계법을 사용하여 최적의 변수를 선정하였다. 최적의 설계 값을 찾기 위해 반응표면 모델링을 적용한 근사 최적 설계법을 이용하였으며, 얻어진 최적 설계값을 적용한 실제 제품을 만들어 특성값을 측정하고 해석값과 비교함으로써 해석결과의 유효성 검증을 수행하였다. 마지막으로 최적 설계된 전극의 성능을 검증하기 위해 사고전류 차단에 대해 실험을 실시하였다. 차단 후 전극 간에 걸리는 과도회복전압을 만족시키기 위해 간이합성시험설비의 회로정수를 결정한 후 최적 설계된 제품을 적용한 초고압 진공차단기를 이용하여 사고전류에 대한 결과를 실험적으로 검증하였다.