평판전극 구조에서 SF6 가스 내 금속 이물의 AC/DC 부상 특성 비교 연구

Abstract

가스 절연 개폐장치(Gas Insulated Switchgear: GIS)는 절연 내력과 아크 소호 특성이 우수한 육불화황(SF6) 가스를 가압 및 봉입한 전력기기이다. 현대 사회에서 경제와 산업의 원천인 전력 공급의 증대와 안정적인 운용을 위해 GIS에 대한 연구 및 개발은 지속적으로 수행 중이며, 전력 수요의 급증에 따른 초고압 변전설비의 용지 축소화를 위해 GIS 설비 크기의 소형화에 대한 연구 또한 수행 중에 있다. 하지만, GIS는 운용 중 혹은 조립 시 기계적 융삭 등에 의해 내부에 금속 이물이 생기는 치명적인 결함이 존재한다. 이러한 금속 이물은 도전성을 가짐으로써, 전력 계통 운용 시 발생하는 높은 전계로 인해 부상하게 된다. 부상한 금속 이물의 거동은 국부적으로 불평등전계를 형성하여 GIS 내부의 절연 강도를 현저히 저하시킨다. 따라서 금속 이물의 부상 거동은 부분방전 혹은 절연 파괴 등 절연 사고를 발생시키고 이러한 금속 이물의 부상에 의한 절연 사고는 GIS 사고 중 두 번째로 많은 비중을 차지하고 있는 실정이다. 하지만, 전압 종류 및 금속 이물의 형상에 따른 최대 부상 높이 및 부상 전압에 대한 연구는 아직까지 미흡한 실정이다. 선행 연구에 따르면 대부분의 연구는 금속 이물의 부상에 의한 부분 방전량을 측정하였으며, 금속 이물의 부상에 대한 실험적 분석을 진행하였더라도 수직 거동만을 아주 짧은 시간동안 분석하였다. 또한, 금속 이물의 최대 부상 높이와 부상 전압은 금속 이물의 형상에 따라 달라지고, 형상뿐만 아니라 AC 및 DC 전압에 따라서도 부상 특성이 달라지기 때문에 정형화가 매우 어렵다. 따라서, 본 논문에서는 평판 전극 내에서 SF6 가스 중 금속 이물의 형상 및 AC/DC 전압에 따른 부상 거동 특성에 대해 비교 연구를 수행하였다. 대기압의 SF6 가스가 주입된 평행 평판 내에서 크기가 다른 선형 및 구형 이물에 대해 AC / DC 실험을 진행하여 부상 전압 특성을 확인하였다. 또한, 최대 부상 높이 및 좌우 거동 측정 시 Tracker 프로그램을 사용하여 신뢰성 높은 거동 분석을 진행함으로써 AC/DC 전압 및 형상 조건에 따른 금속 이물의 부상 특성을 비교 분석하였다.