아크화염 소호장치를 적용한 친환경 가스절연개폐장치에 관한 연구 = A Study on Eco Friendly Gas Insulated Switchgear with an Arc Flame Quenching Device

국문 초록 (Abstract)

본 硏究는 아크화염 소호장치를 적용한 친환경 가스절연개폐장치에 관한 硏究이다. 본 논문은 25.8[kV] 친환경 가스절연개폐장치 내아크 사고 시 아크방 전에 따른 불꽃 화염 분출을 억제하여 인명·설비 보호를 위한 아크방전 소호장치 개발을 위한 기술적 메커니즘, 구조별 설계·실증을 체계적으로 구현하였다. 이를 위하여 실제 사용 중인 3가지 type의 GIS를 시험품으로 하고, 아 크방전 시 발생되는 화염을 소호시키기 위한 방압변, 배관, 소호장치 등 을 설계, 제작하여 내아크 시험을 통해 성능을 확인하였다. 또한 아크 화염을 안정적으로 소멸시키기 위해서는 다양한 조건들이 충족해야 함을 확인할 수 있었다. 전기에너지는 속응성 및 안정적인 공급이 가능하며, 친환경 에너지이기 때문에 지속적인 경제 성장과 산업 발전의 팽창으로 수용가를 비롯한 산 업현장의 전력 사용량은 빠른 급증세를 보이고 있다. 또한 최근 들어 기 후변화의 영향으로 냉방, 난방기기의 보급이 확산되고 있다. 따라서 이 에 따른 전력 사용량 증가는 대규모 전력 설비를 요구하게 되며, 전력 설비의 증설이 지속되고 있다. 가스절연개폐장치는 금속 탱크 내부에 모선 및 개폐장치, 기타 부속장 치를 내장하고 탱크 내부에 가스로 충전 및 밀폐하여 절연을 유지시키는 개폐장치로 정상 또는 이상 상태에서 전선로를 개폐하여 이상 전압 등으 로부터 급전 계통을 적절히 보호하기 위한 전력 설비이다. 대부분 전력 설비 사고는 아크 발생이 뒤따른다. 전력 용량이 커질수록 전력 설비의 사고 시에 발생하는 아크의 양은 크고, 이에 따른 위험도가 높아지게 된다. 내부 아크는 GIS 탱크 내에서 전기적 에너지의 의도하지 않는 방전현상으로, 이때 발생되는 아크 플라즈마의 높은 에너지가 탱크 내의 가스를 가열하여 외함 내부 압력이 급격히 상승한다. 내부 압력상 승의 기본 원리를 살펴보면 내부 아크는 GIS 내부에서 발생하는 아크 플라즈마의 높은 에너지가 탱크 내부의 절연 가스를 가열하여 압력을 상 승시킨다. GIS 방압변은 내아크 사고 발생 시 내부 가스 압력이 상승되는 경우, 기기 보호를 위하여 정해진 압력에서 파열되어 내부 가스를 방출하여 GIS 뿐만 아니라 주변 환경을 보호한다. 하지만 방압변은 내부 아크로 인한 압력상승을 줄여줄 뿐이며, 이때 발생하는 아크 화염은 외부로 강 하게 분출되어 2차 피해로 이어지고 있다. 따라서 압력 분출을 방해하지 않으면서 아크 화염을 동시에 상쇄시킬 수 있는 기술 개발이 필요하다. 이러한 한계점을 극복하기 위해, 고온·고압의 아크 화염이 외부로 직접 분출되지 않도록 억제 또는 소멸할 수 있는 아크 소호장치, 특히 아크 소염망(Arc Quenching Mesh) 개발이 요구되고 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 논문의 구성 5
• Ⅱ. 가스절연개폐장치 및 아크방전 6
• 2.1 가스절연개폐장치 개요 및 구성 6
• 2.2 가스절연개폐장치 고장 13
• 2.3 아크방전 특성 18
• Ⅲ. 아크방전 소호 기술 23
• 3.1 아크방전 소호 메커니즘 23
• 3.2 내아크 해석 27
• 3.3 아크방전 소호장치 설계 30
• Ⅳ. 시뮬레이션 및 설계 36
• 4.1 시뮬레이션 36
• 4.2 시험품 설계 및 제작 44
• Ⅴ. 내아크 시험 및 분석 50
• 5.1 내아크 시험 50
• 5.2 시험 결과 분석 63
• Ⅵ. 결론 89