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Abstract

목차

제1장 서론 18

제1절 연구배경 18

제2절 연구의 필요성 19

제3절 연구목표 및 기대 효과 20

제2장 관계 이론 22

제1절 유전체의 절연파괴 22

제1항 고체 유전체의 절연파괴 이론 22

1. 전자적 파괴 22

2. 열적 파괴 27

3. 기계적 파괴 29

제2항 고체 유전체의 절연파괴 현상 30

1. 파괴전압의 두께 효과 30

2. 파괴전압의 온도 특성 31

제2절 회전기의 절연열화 32

제1항 열화진단의 목적 32

제2항 절연열화 요인 33

1. 열적 열화 33

2. 전기적 열화 34

3. 기계적 열화 34

4. 환경적 열화 35

제3항 유전정접에 의한 열화 진단 36

제3절 부분방전 38

제1항 부분방전의 종류 39

1. 내부방전 39

2. 연면방전 39

3. 코로나방전 39

제2항 보이드 방전과 열화 39

제3항 등가회로와 방전의 크기 42

1. 등가회로 42

2. 방전개시전압 42

3. 방전전하량 42

4. 발생 빈도수 45

제4절 군집분류 48

제1항 순차군집분류 기법 48

제2항 ISODATA 기법 49

제3항 Fuzzy C-means 군집분류 기법 51

제4항 K-means 군집분류 기법 52

제3장 시료 및 실험 55

제1절 시료 55

제1항 절연물 55

제2항 코일 57

1. 구조 57

2. 제작 59

제2절 실험 60

제1항 전자현미경 60

제2항 유전정접 60

제3항 개폐장치의 부분방전 61

제4장 결과 및 고찰 63

제1절 물성 63

제1항 FTIR 63

제2항 전자현미경 65

제3항 광학현미경 69

제2절 유전특성 71

제1항 주파수에 따른 온도의존성 71

제2항 두께에 따른 온도의존성 77

제3항 온도에 따른 주파수의존성 82

제3절 개폐장치의 부분방전 특성 86

제1항 부분방전의 측정 86

제2항 정상상태 부분방전 신호의 검출 88

제3항 요주의상태 부분방전 신호의 검출 90

제4항 비정상상태 부분방전 신호의 검출 92

제5항 웨이브렛 변환 94

1. 웨이브렛 변환 94

2. 통계처리 97

제6항 K-means 해석 101

1. 정상상태 101

2. 요주의상태 103

3. 비정상상태 106

제5장 결론 109

참고문헌 111

표목차

표 3-1. 바니시 수지의 물성 56

표 4-1. 비스페놀 A형 에폭시 수지의 흡수 밴드 64

표 4-2. 부분방전 발생량 및 검출값 비교 87

표 4-3. 부분방전 절대값 판정 기준 87

표 4-4. 전력설비의 부분방전 크기 및 규격 88

표 4-5. 정상상태의 군집 분포 103

표 4-6. 요주의상태의 군집 분포 105

표 4-7. 비정상상태의 군집 분포 108

그림목차

그림 2-1. 전기-기계적 파괴 모델 30

그림 2-2. 절연체의 병렬 등가회로 37

그림 2-3. 부분방전의 종류 38

그림 2-4. 고분자 절연체의 보이드와 부분방전 41

그림 2-5. 보이드 부분방전의 등가회로 43

그림 2-6. 부분방전 발생과 보이드 전압 46

그림 2-7. K-means 알고리즘 순서도 53

그림 3-1. 비스페놀 A형 에폭시 수지의 화학적 구조 55

그림 3-2. 시료 및 전극의 형상 56

그림 3-3. 고정자 코일의 구조 57

그림 3-4. 고정자 코일의 절연구조 상세 58

그림 3-5. 부분방전 측정 장치 블록 다이어그램 62

그림 4-1. 시료의 적외선 분광 63

그림 4-2. 고체 절연물의 열화 메커니즘 70

그림 4-3. 유전정접의 온도의존성 (100 [㎐] 20 [V]) 71

그림 4-4. 유전정접의 온도의존성 (1 [㎑] 20 [V]) 73

그림 4-5. 유전정접의 온도의존성 (10 [㎑] 20 [V]) 74

그림 4-6. 유전정접의 온도의존성 (100 [㎑] 20 [V]) 75

그림 4-7. 유전정접의 온도의존성 (1 [㎒] 20 [V]) 76

그림 4-8. 유전정접의 온도의존성 (80 [㎛] 20 [V]) 77

그림 4-9. 유전정접의 온도의존성 (150 [㎛] 20 [V]) 78

그림 4-10. 유전정접의 온도의존성 (300 [㎛] 20 [V]) 79

그림 4-11. 유전정접의 온도의존성 (450 [㎛] 20 [V]) 80

그림 4-12. 유전정접의 주파수의존성 (80 [㎛]( 20 [V]) 82

그림 4-13. 유전정접의 주파수의존성 (150 [㎛] 20 [V]) 83

그림 4-14. 유전정접의 주파수의존성 (300 [㎛] 20 [V]) 84

그림 4-15. 유전정접의 주파수의존성(450 [㎛] 20 [V]) 85

그림 4-16. 정상상태 부분방전 데이터 (기록지) 89

그림 4-17. 정상상태 부분방전 신호(오실로스코프) 89

그림 4-18. 요주의상태 부분방전 데이터(기록지) 91

그림 4-19. 요주의상태 부분방전 신호(오실로스코프) 91

그림 4-20. 비정상상태 부분방전 데이터(기록지) 93

그림 4-21. 비정상상태 부분방전 신호(오실로스코프) 93

그림 4-22. 정상상태의 웨이브렛 96

그림 4-23. 요주의상태의 웨이브렛 96

그림 4-24. 비정상상태의 웨이브렛 97

그림 4-25. 왜도율 99

그림 4-26. 첨도율 100

그림 4-27. 정상상태의 군집 분포 101

그림 4-28. 요주의상태의 군집 분포 104

그림 4-29. 비정상상태의 군집분포 106

사진목차

사진 3-1. 전자현미경 측정용 시편 제작 59

사진 3-2. 유전정접 측정기 61

사진 3-3. 광대역 안테나와 개폐장치 62

사진 4-1. 전자현미경 측정용 시편 66

사진 4-2. 전자현미경 측정 위치 66

사진 4-3. 건전 샘플의 전자현미경 이미지 (A 위치) 67

사진 4-4. 열화 샘플의 전자현미경 이미지 (A 위치) 67

사진 4-5. 건전 샘플의 전자현미경 이미지 (B 위치) 68

사진 4-6. 열화 샘플의 전자현미경 이미지 (B 위치) 68

사진 4-7. 열화 샘플의 보이드와 크랙 69

초록보기

급속한 산업 발전에 따른 전력수요의 증가와 더불어 안정적인 전력공급의 중요성이 강조되고 있으며, 이를 위한 전력설비 운용의 신뢰성 확보는 매우 중요하게 되었다 전력설비의 신뢰성을 저해하는 요인은 여러 가지가 있으나, 가장 영향을 많이 미치는 원인은 전력설비의 절연파괴로 보고되고 있다. 전기사고에 관한 통계에 의하면 절연열화가 각종 전기사고 원인의 45 [%]를 차지하고 있어, 전기절연이 설비 수명을 좌우하는 가장 중요한 요소임을 알 수 있다.

본 연구에서는, 부분방전 현상에 의해 절연 열화가 진행된 회전기의 고정자 코일을 전자현미경과 광학현미경으로 측정하여, 진행된 절연열화 메커니즘의 형태를 확인하였다. 코일의 주절연과 턴절연 위치에서 박리 현상을 확인하였고, 크기는 약 250 [㎛] 정도임을 알 수 있었다.

회전기 절연물로 사용된 비스페놀 A형 에폭시 계열의 바니시 수지를 두께 80 [㎛], 150 [㎛], 300 [㎛], 450 [㎛]로 제작하여 물성 및 유전정접 특성을 조사하였다. 회전기의 실제 운전 온도 40 [℃] ~ 80 [℃] 범위에서 절연물의 주파수에 따른 온도의존성 측정 결과 80 [℃] 이하의 온도 영역에서는 유전정접의 크기가 작고 안정하였으나, 측정 온도 120 [℃] 이상에서는 유전정접의 크기가 약 3 배까지 커짐을 확인하였다. 두께에 따른 용도의존성 측정 결과 300 [㎛] 이상의 두꺼운 시료는 저온 영역에서 고온 영역으로 이동할수록 유전정접의 크기가 약 2 배 정도 커져, 시료가 두꺼울수록 제작 과정에서의 보이드나 불순물의 혼입 가능성이 높음을 알 수 있었다. 두께 450 [㎛]인 시료의 온도에 따른 주파수의존성 측정 결과 유전정접의 크기는 80 [㎛]인 시료에 비해 저주파 영역에서 2 배, 고주파 영역에서 1.5 배 증가함을 확인하였고, 유전특성이 활성화 상태로 되는 활성화 에너지는 80 [㎛] 시료 1.864 [eV], 150 [㎛] 시료 1.803 [eV], 300 [㎛] 시료 1.624 [eV], 450 [㎛] 시료 1.564 [eV]임을 확인하였으며, 평균 활성화 에너지는 1.71 [eV], 표준편차는 0.14 [eV]를 얻었다.

광대역(ultra wide band) 안테나를 이용하여, 절연열화 사고가 많이 발생하는 폐쇄형 개폐장치의 부분방전 현상을 측정하여 정상상태, 요주의상태, 비정상상태로 구분하고, 이를 웨이브렛 변환 및 통계 처리하였다. 정상상태의 방전 특성은 매우 안정적이고 0.O1 이하의 작은 값으로 분포하나, 요주의상태의 방전 특성은 정상상태의 약 2배 정도 크고 비정상상태는 정상상태의 수백 배임을 확인하였다.

또 이를 군집화하여 K-means 해석 결과 방전 특성의 기울기가 "0"에 가까운 직선이면서, 표준편차가 작을수록 정상상태였고, 군집 분포의 피크가 나타나면서 편차가 커지고, 부분방전의 발생량이 클 때가 비정상상태임을 확인하였다.

따라서 본 연구를 통해 얻어진 회전기 절연물의 열화 메커니즘 해석과 유전특성 측정 결과, 회전기 절연물의 전기적 절연 특성은 매우 안정적임을 알 수 있었고, 보이드 등의 불순물이 절연열화의 가장 큰 요인으로 작용하고 있으므로 제작 및 운전 과정에서 절연 작업의 중요성을 확인할 수 있었다. 부분방전 현상의 상태별 패턴화 및 통계적 처리 결과는 최근 도입이 시작된 실시간 온라인 열화감지시스템에 적용할 때 산업기술발전에 기여할 것으로 기대된다.

참고문헌 (99건) : 자료제공( 네이버학술정보 )

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번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
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