가스절연구조에서 친환경 절연가스(g3)의 부분방전 특성에 관한 연구

Abstract

육불화황(Sulphur hexafluoride, SF6)가스는 아크 소호능력과 우수한 절연성능으로 전력설비 절연기체로 폭넓게 이용되어 왔다. 그러나 SF6가스는 지구온난화지수(Global Warming Potential, GWP)가 CO2의 23,700배로 온실가스 중 가장 높으며, 대기 중 수명 또한 3,200년이다. 따라서 국제기후협약(Intergovernmental Pannel on Climate Change, IPCC)에 의해 SF6의 사용이 2023년부터 규제된다. 그러나 아직 친환경 절연가스는 절연파괴 특성과 낙뢰와 같이 서지전압에 의한 절연특성 연구가 대부분 수행되어지고 있어, 부분방전(Partial Discharge, PD)특성과 그에 따른 정략정 지표는 상대적으로 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switchgear, GIS)에 적용될 g3, Dry air의 부분방전 특성에 관한 연구를 수행하였다. GIS에서 가장 흔히 발생하는 전도성 이물질(Free Particle, FP), 도체 돌출(Protrusion on Conductor, POC), 외함 돌출(Protrusion on Enclosure, POE) 및 스페이서 이물질(Particle on Spacer, POS) 4종의 모의결함을 제작하였다. 또한 0.5 MPa 충진 상태에서 방전개시전압(discharge inception voltage, DIV), 방전소멸전압(discharge extinction voltage, DEV), 방전 전하량, 펄스 수 및 위상 패턴을 비교 분석하였다. 방전 개시 및 소멸전압은 모든 결함에서 SF6가 가장 높았으며 g3와 Dry air는 SF6기준 각각 약 85%와 70% 수준이었다. 부분방전 펄스 크기는 모든 결함에서 SF6가 가장 크고 Dry air가 가장 작았다. 펄스 수는 Dry air에서 가장 많이 발생하였으며 SF6에서 가장 작게 나타났다. 또한 위상에 있어 각 결함 및 가스별 패턴은 동일하게 나타났으나 Dry air의 경우 POC, POE 결함에서 각각 부극성 및 정극성에서도 패턴이 나타났다. 이는 Dry air의 절연내력이 떨어져 나타나는 현상으로 추측된다. 따라서 본 연구의 결과로 친환경 절연가스를 적용한 전력설비 절연 설계 시 이를 정량적 지표로써 활용하여 기존의 SF6를 저감할 수 있을 것으로 기대한다.