2부 : 초고압 전력기기 개발
(가스차단기 부분)
1. 2003년 8월 14일-15일 미국-캐나다 대정전
20시간 전 7시간 후
뉴욕 주를 포함한 미국의 8개 주 그리고 캐나다 온타리오, 퀘벡 등 지역에서 6,180만 kW의 부하가 정전( 우리 나라의 2003년도 최대수요 4,739만kW-8월 22일-의 약 1.3배) 되어 약 5,500만 여명이 정전에 의한 피해를 받음
전력계통의 보호를 위하여 설치된 차단기가 정상적인 동작을 수행하지 않아 발생한 사 고 임
2. 차단기의 요구성능
통전성능
폐로(closed) 상태에서는 양호한 도체이어서 부하전류는 물론 고장전류에 대 해서도 열적, 기계적으로 견딜 수 있어야 함
절연성능
개로(open) 상태에서는 양호한 절연성을 가져서 대지간 및 동상 극간의 전압 에 견딜 수 있어야 함
차단성능
폐로상태의 임의의 시점에서 정격차단전류까지의 고장전류를 과도한 이상전 압을 발생시키지 않고 가능한 한 단시간에 차단할 수 있어야 함
투입성능
개로상태의 임의의 시점에서 단락상태인 회로를 접점의 용착 등을 발생시키 지 않고 단시간에 안전하게 투입할 수 있어야 함
3. 차단기의 종류
800kV 50kA GCB 362kV 50kA GCB
AC 240V-600V MCCB
AC 7.2kV – 38kV VCB
170kV 50kA GCB
4. 초고압 가스차단기의 동작원리
참조그림: www.energy-portal.siemens.com SF6 가스
5. 초고압 가스차단기의 개발 - UHV 1100kV
차단부 관련
절연성능 검증 [ 전계해석 ] 압력상승 검증 [ 유동해석 ]
소전류 차단성능 검증 [ 전계해석 + 유동해석 ] 대전류 차단성능 검증
[ 전계해석 + 유동해석 + 아크해석 ] 온도상승 검증 [ 열해석 ]
조작장치 관련
동작성능 검증 [ 동역학 해석 ] 내구성 검증 [ 구조해석 ]
수치해석을 이용한 기초설계 부품 및 제작설계
성능평가시험 부품제작 및 조립
개발완료
하드웨어
소프트웨어
6. 수치해석을 위한 전산설비
http://www.ansys.com/
ANSYS 전자장,유체,열,구조
11 Ansys
http://www.fluent.com/
Fluent 2D,3D 유체
6.3 Fluent
http://www.cham.co.uk/
Cham 2D,3D 유체
2006 Phoenics
http://www.functionbay.co.kr/
FunctionBay 3D 동역학
5 Recurdyn
http://www.integratedsoft.com/
IES 3D 전기장
6 Coulomb
http://www.ansoft.com/
Ansoft 2D,3D 전자장
10 Maxwell
http://www.magsoft-flux.com/
Magsoft 2D 전자장
7.5 Flux2D
홈페이지 개발회사
용도 버젼
프로그램
http:// www.sun.com/
http:// www.hp.com/
http:// www.ibm.com/
`
unix system
Windows system
냉가스 유동장 해석
Stroke Curve
Pressure-Rise of Puffer Cylinder
145kV7. 수치해석프로그램 개발 및 해석결과
열가스 유동장 해석
Pressure
Temperature
Current
Pressure Thermal-puffer (245kV)
Real Geometry of GCB
Pressure
March contour
무요소법에 의한 유동장 해석기술 개발 및 아크가시화
전계해석 결과 냉가스 유동해석 결과
절연내력 계산
절연내력 > 인가전압 ?
소전류 차단 성공 소전류 차단 실패 (절연파괴)
Y N
소전류 차단 성능 예측
접점의 단락통전 설계 및 성능평가
단락전류가 흐르는 경우 도체에서 발생하는 온도상승 현상을 수치해석(구조/열전달)을 통해 분석
단로기의 단락전류 통전성능 평가 프로그램
구조해석
열전달 해석
온도상승 시험
해석 및 시험결과 비교
접점의 단락통전 용융여부 제시
입력 Lens
High Speed Camera 텅스텐
할로겐 램프 (150W)
Pinhole(φ1mm)
Plane Mirror
Plane Mirror Concave Mirror
φ300
초점거리:3000mm
유동 현상
Concave Mirror φ300
초점거리:3000mm
Pinhole -> Plane Mirror -> Concave Mirror까지의 거리 : 3000mm
차단부내의 아크가시화 [Schlieren + High speed camera]
8. 수치해석 결과를 비교하기 위한 특성시험
노즐형태 - A
노즐형태 - B
차단부내 아크의 가시화
아크발생 시 유동장 가시화
소형갭의 설치위치
차단기내부에 설치된 소 형갭의 형상
시험조건
전류 22[㎄rms]
주파수 55[Hz]
아킹시간 9[ms]
열가스의 이동속도 측정
0 0.01 0.02 0.03 0.04
Time [sec]
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Current[kA]
0 10 20 30
Gap1[kV] 0
10 20 30
Gap2 [kV]
dT=2[msec]
dT=8.3[msec]
Contact Open
시험결과
열가스 속도측정을 위한 시험장치 열가스 속도측정 결과
가스속도 = 50[m/sec]
고장전류 차단 시 20,000K이상 인 고온의 아크가 발생
고온의 아크는 대류, 전도, 방사 작용으로 주의의 냉가스를 가열하 고 노즐벽면과 아크접점을 용삭 (ablation)시킴
내아크 성능이 우수한 소재개발
절연체(기본물 ‘PTFE’+첨가물)
9. 간이합성 성능평가 시험설비
10. 시제품차단기에 대한 성능평가
전류원 회로정수 계산
전압원 회로정수 계산
245kV 40kA SLF90% 차단성능 평가수행
* 3초의 여유 *
• 엘리베이트를 탔을 때 "닫기"를 누르기 전 3초만 기다리세요 - 정말 누군가 급하게 오고 있을지도 모르니까요
• 출발신호가 떨어져 앞차가 서 있어도 경적을 울리지 말고 3초만 기다려 주세요 - 그 사람은 인생의 중요한 기로에서 갈등하고 있었는지 모릅니다
• 내 차 앞으로 끼어드는 차가 있으면 3초만 서서 기다려요 - 그 사람 아내가 정말 아플지도 모르니까요
• 친구와 헤어질 때 그의 뒷모습을 3초만 보고 있어 주세요 - 혹시 그 친구가 가다가 뒤돌아 봤을 때 웃어줄 수 있도록
• 길을 가다가 아니면 뉴스에서 불행을 맞은 사람을 보면 잠시 눈을 감고 3초만 그들을 위 해 기도 하세요 - 언젠가는 그들이 나를 위해 기꺼이 그리할 것이니까요
• 정말 화가 나서 참을 수 없을 때라도 3초만 고개를 들어 하늘을 보세요 - 내가 화낼 일이 보잘 것 없는 일이 아닌지
• 차창으로 고개를 내밀다 한 아이와 눈이 마주 쳤을 때 3초만 그 아이에게 손을 흔들어 주 세요 - 그 아이가 크면 분명 내 아이에게도 그리 할 것이니까요
출처:좋은편지 중에서
