배전급 전력설비 적용을 위한 친환경 혼합가스의 뇌임펄스 절연특성 연구

Abstract

SF6 가스는 절연내력과 아크 소호 특성이 우수하고, 절연 회복 능력이 뛰어나기 때문에 전력산업 분야에서 1960년대 초부터 주된 절연 가스로 사용되어 왔다. 하지만 SF6의 지구온난화 지수는 이산화탄소의 23,900배이며, SF6 가스는 교토의정서에 온실가스로 지정되어 규제 대상이 되었다. 이로 인해, 전력 산업 분야에서 SF6 가스를 대체할 친환경 절연 가스 개발과 SF6 가스의 사용량 저감하기 위한 연구가 진행되고 있다. 최근 친환경 절연 가스인 C4F7N와 C5F10O가 개발되었으며, SF6 가스를 대체하여 전력기기에 적용하는데 적합한 절연 가스로 주목받고 있다. 이로 인해, 전 세계 전력산업 분야에서 C4F7N와 C5F10O 가스를 적용시킨 차단기, 개폐기 등 전력기기 개발 연구가 활발히 수행되고 있다. 하지만 이에 대한 연구는 아직까지도 미흡한 단계이다. 그러므로 친환경 전력기기 개발 연구에 있어서 필수 요소인 절연설계를 위해 선행적으로 가스에 대한 절연성능 기초특성 및 과전압 절연파괴 특성 분석 연구가 더욱 활발히 진행될 필요성이 있다. 본 논문에서는 친환경 절연 가스 C4F7N와 C5F10O의 이슬점이 높은 특성을 고려하여 비교적 이슬점이 낮은 CO2와 혼합하였으며, 친환경 혼합가스 C4F7N/CO2와 C5F10O/CO2 혼합가스의 뇌임펄스 절연파괴 실험을 수행하였다. 이를 통해 C4F7N/CO2와 C5F10O/CO2의 가스 혼합비, 가스 압력과 전극 간격에 대해 정극성 및 부극성 절연내력 특성을 평가하였다. 또한, 실험은 불평등 전계와 준평등 전계를 갖는 전극 형상에서 각각 수행하였으며, 이에 따라 상이하게 나타나는 극성 효과를 확인하였다. 마지막으로 배전급 전력기기에 적용 가능한 SF6 가스의 가스 압력 0.2 bar 조건에 상응하는 절연내력 특성을 갖는 친환경 혼합가스의 조건을 도출하였다. 본 연구를 통해 실험 조건에 따른 친환경 혼합가스 C4F7N/CO2와 C5F10O/CO2의 뇌임펄스 절연특성의 데이터를 획득하였다.