신호 계측과 웨이브렛 변환을 이용한 해석 및 응용

이현동 嶺南大學校 大學院 2002 국내박사

본 논문에서는 비주기적이고 일시적인 시간영역을 가지며, 주변잡음에 대하여 상당한 영향을 받는 부분방전 신호에 대하여 전통적인 부분방전 측정 표준인 IEC 270에 기초한 전기적 검출과 부분방전 발생시 방사되는 전자파를 측정하는 방사전자파법을 이용하여 그 신호를 측정한 후, 최근의 시간-주파수 해석의 도구인 웨이브렛 변환을 이용하여 절연매질인 공기와 SF6가스 환경하에서의 부분방전 신호를 분석하였다. 신호의 특징을 추출하기 위한 웨이브렛 변환은 연속웨이브렛 변환과 이산웨이브렛 변환을 사용하였으며, 신호에 포함되어 있는 노이즈 성분을 제거하기 위한 노이즈 제거기법도 사용하였다. 이러한 부분방전 신호의 분석을 통한 결과는 다음과 같다. 전기적 검출에 의한 기중부분방전 신호는 연속웨이브렛 변환 결과 방전이 개시된 시점에서의 방전전류 펄스가 급준파이기 때문에 광범위한 주파수 분포를 나타내었으며, 스케일의 변화에 대하여 50[ns]시간영역 동안에 그 에너지가 집중되어 있으며, 이산웨이브렛 변환을 통한 특정 주파수는 185, 62, 31, 15[MHz]대역에서 선스펙트럼 특징이 나타났다. 또한 방사전자파법에 의한 기중부분방전 신호의 분석에서는 0n-line 진단에 대한 잡음으로 인한 안정성등을 고려하여, 여러 잡음에 대한 영향을 연구하였다. 실험실 주변의 미지공간에서의 전자파는 200[MHz]대역에서 최대피크를 나타내었으며, GIS변전소 구내의 154[kV]선로 환경하에서의 전자파는 우라나라의 FM방송주파수 대역인 80∼120[MHz]의 대역에서 주파수 특징이 나타났다. 전기적인 arcing을 모의한 전력변압기 스위치의 on/off시의 전자파는 67, 75[MHz]대역에서 최대피크를 나타내었다. 또한 전기적 검출에 의한 SF6가스중 부분방전신호의 분석에서는 인가전압의 증가에 따른 방전의 진전으로 방전전류펄스의 크기가 증가하였으며, 연속웨이브렛 변환의 결과 초기방전에 대하여는 시간-주파수 분포가 저주파 성분애 그 에너지가 집중되어 있는 반면에 절연내력의 저하를 일으키는 전압레벌에서는 펄스의 파형이 급준하게 됨으로서 에너지의 집중이 고주파 성분에서 저주파 성분에 이르기까지 광범위하게 분포됨을 알 수 있었다. soft thresholding과 hard thresholding을 이용하여 방전전류 펄스에 포함되어 있는 노이즈를 제거한 결과 방전개시 시점인 14.4∼21.2[ns]의 지속시간을 나타내었다. 또한 방사전자파법에 의한 SF6가스중 부분방전 신호의 분석에서는 인가전압의 증가에 따른 방전의 진전으로 방사전자파의 진폭은 증가하였으며, 파형은 정, 부로 진동하는 펄스적인 모양이며, 펄스 개시후 대략 100[ns]정도의 지속시간을 갖는다. 방전전류 펄스에 대한 방사전자파의 응답특성은 방전원의 방전개시시간에서 38[ns]정도 지연되어 관측되었으며, 방사전자파의 주파수 스텍트럼 분포는 방전초기에는 80[MHz]에서 최대 선스펙트럼 특성을 나타내었지만, 방전의 진전에 따라 60, 67[MHz]대역에서 최대 스펙트럼 특성을 나타내었다. 부분방전 신호의 시간-주파수 영역의 분석을 행함으로 전기, 전자시스템에서의 0n-line모니터링시 범할 수 있는 진단 오류를 방지할 수 있으리라 사료된다. A partial discharge signal is characterized as a non-periodic, transient, and susceptible to surrounding noise. The partial discharge signal was measured by using two different methods: electrical detection method (a standard of commercial measurement, IEC 270) and radiated electromagnetic wave method. In addition, the wavelet transform, a new and powerful time-frequency tool, was used to analyze the partial discharge signal under the condition of atmosphere and SF6 gas. To extract the characteristics of the partial discharge signal, the continuous wavelet transform and discrete wavelet transform were used. A de-noising algorithm was also applied to eliminate noise in the partial discharge signal. The continuous wavelet transform of partial discharge signal according to the electrical detection method had the wide range frequency distribution because of impulse-shaped signal of discharge current pulses from discharge beginning. Signal energy was concentrated on a 50[ns] duration as the scale changed. The characteristic frequency through the discrete wavelet transform had occurred at 185, 62, 31, and 15[MHz]. The partial discharge signal analysis in the atmosphere, according to radiated electromagnetic wave method, should consider stability against surrounding noise when on-line diagnosis is performed. The effect on the variety of noise was also examined. The unknown electromagnetic wave in the laboratory was measured to have the maximum frequency of 200[MHz]. Under 154[kV]-line circumstance in a GIS substation, the electromagnetic wave ranged between 80 ∼120[MHz], which is the FM broadcasting frequency band in Korea. The electromagnetic wave with switch on/off of power transformer under simulated electrical arcing has the maximum at 67 and 75[MHz]. The partial discharge signal analysis in SF6 gas according to the electrical detection method showed that the amplitude of the discharge current pulses was increased because of discharge progress in accordance with applied voltage increase. As the result of continuous wavelet transform, the energy under the initial state of discharge was concentrated on low frequency components in the time-frequency distribution. On the other hand, the energy under breakdown state was concentrated on a wide range distribution from high to low frequency, because of impulse-shaped signal of discharge current pulses. Using soft thresholding and hard thresholding algorithm, noise included in the discharge current pulses were eliminated. The discharge current pulses had a 14.4 ∼ 21.2[ns] duration time from the discharge beginning. The partial discharge signal analysis in SF6 gas according to radiated electromagnetic wave method showed that the amplitude of radiated electromagnetic wave was increased because of discharge progress in accordance with applied voltage increase. Its waveform was oscillating from positive to negative. It had approximately 100[ns] duration time from the discharge beginning. The response characteristic of electromagnetic wave according to discharge current pulses had delayed 38[ns] from discharge beginning of discharge source. The frequency spectrum distribution of the electromagnetic wave was at the maximum frequency of 80[MHz] under the initial state of discharge, and at frequencies of 60 and 67[MHz] as discharging progressed. Analyzing the frequency range of a partial discharge signal can avoid possible mistakes that may occur during online monitoring of an electrical system.

高分子絶緣體의 放電에 의해 放射되는 電磁波의 周波數分布 特性

김충년 嶺南大學校 大學院 2002 국내박사

본 연구에서 고체절연체인 에폭시와 폴리에틸렌을 침대평판전극, 평판대평판전극 및 구대평판전극부에 직렬배치하여, 모의 방전시 발생하는 방사전자파의 주파수 스펙트럼 분포를 연구하였다. 이때 전압원은 교류, 정극성직류 및 부극성직류를 사용하였으며, 안테나는 수직 및 수평배치하였다. 방사전자파 측정은 방전원과 안테나간 이격거리 1[m]에서 방전개시전압영역과 절연파괴전압영역으로 나누어 스펙트럼 분포와 전계강도를 연구한 결과 다음과 결론을 얻었다. (1) 공기중에서 방사전자파의 스펙트럼 분포는 침대평판전극부에서는 주파수 대역 90[MHz]이하, 평판대평판전극부에서는 주파수 75[MHz]이하, 구대평판전극부에서는 170[MHz]대역까지 분포하였다. 전계강도는 주파수 40, 50 및 80[MHz]대역에서 각각 높은 전계강도를 나타냈다. (2) 에폭시와 폴리에틸렌에 의한 방사전자파 스펙트럼 분포는 교류전압인가시에는 피크성 형태의 스펙트럼분포를, 정극성과 부극성직류인가시에는 포락선 형태의 스펙트럼분포를 나타냈다. (3) 각 전극부에 고체절연체를 직렬배치하고 교류전압 인가시의 스펙트럼 분포는 인가전압의 상승과 함께 주파수 80∼90[MHz]에서 높은 전계강도를 보이며, 고주파대역으로 갈수록 감쇄하는 특성을 나타냈다. (4) 각 전극부에 고체절연체를 직렬배치하고 정극성직류 전압인가에 따른 스펙트럼분포는 일반적으로 주파수 80[MHz]와 140[MHz]의 두 대역에서 높은 凸의 분포를 나타내며, 인가전압의 상승과 함께 고주파대역인 140[MHz]에서 凸나 발생 주파수대역은 차이를 나타냈다. (5) 각 전극부에 고체절연체를 직렬배치하고 부극성직류 전압인가시의 스펙트럼 분포는 에폭시의 경우 주파수 90[MHz]와 170[MHz] 대역에서 높은 전계강도를 나타냈다. 폴리에틸렌의 경우에는 주파수 60[MHz]에서 낮은 凹의 분포를, 주파수 80[MHz]에서 높은 凸의 전계강도를 가지며, 고주파대역으로 갈수록 완만히 감쇄하는 분포 특성을 보였다. (6) 고체절연체를 전극부에 직렬배치한 경우, 정극성직류와 부극성직류 전압에 의한 스펙트럼 변화는 주파수 80[MHz] 이하 대역에서의 凹凸의 변화폭 또는 발생수의 분포와 주파수 80[MHz] 이상의 대역에서의 凸 발생 주파수대역 및 감쇄패턴으로 구별할 수 있었다. (7) 안테나 배치에 따른 방사전자파의 스펙트럼 분포는, 안테나를 수직배치한 경우에는 완만한 상승과 하강 특성을 나타내었다. 그러나 안테나를 수평배치한 경우에는 급격한 상승과 하강특성을 보이며, 다수의 군소 凹凸분포를 나타냈다. (8) 고체절연체의 종류, 전극부의 구성 및 인가전압의 극성차이에 따라 방사전자파의 스펙트럼 분포는 큰 차이를 나타냈으며, 주파수 대역에서의 스펙트럼 凹凸의 분포는 동일하거나 서로 반대 분포를 나타냈다. 상기의 결과, 공기중 또는 고체절연체에 기인하여 발생하는 방사전자파를 이용한 주파수대역에서의 스펙트럼 분포 패턴과 특정 주파수대역에서의 凹凸의 분포 변화 특성을 알 수 있었다. 그러므로 고전압전기설비의 이상시 발생하는 방사전자파의 스펙트럼 패턴과 특정 주파수대역을 이용한 절연진단의 가능성을 확인하였다. In this paper, the frequency spectrum distribution of radiated electromagnetic wave generated by discharge was investigated. Epoxy and polyethylene were placed between needle-plane electrodes, plane-plane electrodes and sphere-plane electrode respectively for experiments. At the moment, AC, positive DC and negative DC were used as a power, and an antenna was installed horizontally and vertically. The antenna was installed 1[m] away from the source, and the obtained spectrum distribution and electric field intensity are classified in discharge onset voltage region and breakdown voltage region. The experiment results are as follows. (1) The spectrum distributions of radiated electromagnetic wave in air were below 90[MHz], 75[MHz] and 170[MHz] in case of needle-plane electrodes, plane-plane electrodes and sphere-plane electrodes respectively. The strongest electric field intensity bandwidth were 40, 50 and 80[MHz]. (2) In the spectrum distribution in epoxy and polyethylene, it had peak type distribution when AC was applied. And the sinusoidal type spectrum distribution was shown when positive and negative DC were applied. (3) When AC was applied to each electrode in solid insulator, the maximum spectrum distribution was revealed at 80∼90[MHz], It was attenuated with increasing frequency. (4) When positive DC was applied to each electrode in solid insulator, the high convex distribution was revealed at 80[MHz] and 140[MHz]. In bandwidth 140[MHz], convex and bandwidth were different. (5) When negative DC was applied to each electrode in epoxy resin, the high electric field intensity was shown in 90[MHz] and 170[MHz]. In case of polyethylene, it had low concave distribution in 60[MHz] and had high convex electric field intensity in 80[MHz]. It was also attenuated with increasing frequency. (6) When solid insulators were placed between electrodes, the variation of spectrum by positive and negative DC was distinguished by variation width of concave and convex in below 80[MHz] and convex generation frequency band and attenuation pattern in over 80[MHz]. (7) In case of the spectrum distribution of radiated electromagnetic wave by antenna arrangement, slow increase and decrease characteristics were shown when an antenna was setup vertically. However, rapid increase and decrease characteristics and same concave and convex distributions were shown when an antenna was setup horizontally. (8) There were big differences of spectrum distributions radiated electromagnetic wave according to the kind of solid insulator, electrode and power supply. And the spectrum concave and convex distribution of frequency band were same or shown opposite distribution. According to above results, it is possible to suggest the spectrum distribution pattern at frequency band using radiated electromagnetic wave and distribution variation characteristics of concave and convex at specific frequency band. Therefore, it is confirm that the possibility of insulation diagnosis using spectrum pattern of radiated electromagnetic wave and specific frequency band occurred by malfunction of high voltage facilities.

Dynamic Thermal Modeling of Electrical Appliances for Energy Management of Low Energy Buildings

박혜리 영남대학교 대학원 2013 국내박사

This work proposes a dynamic thermal model of electrical appliances within low energy buildings. It aims to evaluate the influence of thermal gains of these appliances on the buildings and persuades the necessity of dynamic thermal modeling of electrical appliances for the energy management of low energy buildings and the thermal comfort of inhabitants. Since electrical appliances are one of the internal heat sources of a building, the building which thermally interacts with the appliances has to be modeled. Accordingly, a test room which represents a small scale laboratory set-up of a low energy building is first modeled based on the first thermodynamics principle and the thermal-electrical analogy. Then, in order to establish the thermal modeling of electrical appliances, the appliances are classified into four categories from thermal and electrical points of view. After that, a generic physically driven thermal model of the appliances is derived. It is established based also on the first thermodynamics principle. Along with this modeling, the used experimental protocol and the used identification procedure are presented to estimate the thermal parameters of the appliances. In order to analyze the relevance of the proposed generic model applied to practical cases, several electrical appliances which are widely used in residential buildings, namely a monitor, a computer, a refrigerator, a portable electric convection heater, and a microwave oven are chosen to study and validate the proposed generic model and the measurement and identification protocols. Finally, the proposed dynamic thermal model of electrical appliances is integrated into a residential building model which was developed and validated by the French Technical Research Center for Buildings (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment: CSTB) on a real building. This coupled model of the appliances and the building is implemented in a building energy simulation tool SIMBAD, which is a specific toolbox of Matlab/Simulink®. Through the simulation, thermal behavior and heating energy use of the building are observed during a winter period. In addition, thermal discomfort owing to usages of electrical appliances during a summer period is also studied and quantified. This work therefore provides the quantitative results of thermal effect of differently characterized electrical appliances within a low energy building and leads to observe their thermal dynamics and interactions. Consequently, it permits the energy management of low energy buildings and the thermal comfort of inhabitants in accordance with the usages of electrical appliances. 본 논문에서는 친환경 저에너지 건축물에서의 가전제품의 동적 열모델을 제안한다. 연구 목적은 가전제품을 통한 열획득이 건축물에 미치는 영향을 구명(究明)하고, 가전제품의 동적 열모델링이 친환경 저에너지 건축물의 에너지 최적 관리와 사용자의 열쾌적성 확보를 위하여 필수적인 요소임을 증명하기 위함이다. 본 연구는 먼저 열역학 제 1 법칙 및 열전기유사성으로부터 가전제품과 열적 상호작용을 맺고 있는 친환경 저에너지 건축물 실험실을 모델링하는 것으로부터 시작한다. 다음으로, 가전제품을 열적 ‧ 전기적인 네 가지 유형으로 분류한 후, 각각의 경우에 상응하는 가전제품의 동적 열모델을 구성한다. 그 모델의 매개변수를 추정하기 위한 방법으로 선형 파라메트릭 모델을 응용한다. 제시한 방법을 가정 내에서 널리 사용하고 있는 가전제품인 모니터, 컴퓨터, 냉장고, 간이 전기히터, 전자레인지의 동적 열모델링에 실제적으로 적용하고, 각각의 모델을 실험과 시뮬레이션을 통하여 검증한다. 나아가, 제안한 가전제품의 동적 열모델을 프랑스 건축물기술연구센터 (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment: CSTB)가 개발하고 검증한 실제 가정용 건축물 모델에 통합시킨 후, 건축물 에너지 시뮬레이션 도구인 SIMBAD를 활용하여 가전제품의 사용에 따른 동 ‧ 하절기 건축물의 열적 거동과 난방에너지 소비량 및 주거자의 열쾌적성을 평가하고 수치화한다. 본 연구를 통하여 가전제품이 친환경 저에너지 건축물에 미치는 열적 효과에 관한 수치화된 결과가 과학적으로 검증되며, 가전제품과 건축물 간의 열역학 관계 및 상호작용이 이론적으로 밝혀진다. 연구 결과는 가전제품의 사용에 따른 건축물의 에너지 최적 관리와 주거자의 열쾌적성 관리를 위한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.

DS 알고리즘을 이용한 신재생 에너지원 기반의 마이크로그리드 최적운영 기법에 관한 연구

박시나 嶺南大學校 2016 국내박사

최근 전력변환기술의 발전과 전력산업 환경의 변화에 따라 마이크로그리드 기반의 계통은 현재 새로운 전력계통으로 인식되고 있다. 국내의 환경 보호에 대한 관심이 더욱 높아지면서 대규모 그리드와 분리된 디젤 발전기로 운전되는 마이크로그리드에 다양한 신재생 전원을 이용한 방식에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 신재생 에너지원이 포함되는 경우 그리드 별로 발전 가능한 가용전원이 환경적 요인으로 인해 서로 다를 수 있으므로 이를 통합하여 운전하도록 하는 방안이 필요하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 자연현상을 이용한 정확하고 빠른 최적화 알고리즘이 적용되었다. 다양한 경험적, 확률론적 탐색에 기반을 두고 미분이 불가능한 함수의 최적 값을 구하는데 유용한 GA(Genetic Algorithm)와 전역적 탐색기법의 일종인 HS 알고리즘(Harmony Search Algorithm)등이 적용되었다. 이런 최적화 알고리즘은 전역적 최적해를 탐색할 가능성은 높으나 수렴시간의 제약, 정확성 및 알고리즘의 복잡성을 처리하는 면에 있어서 여러 가지 문제점을 갖고 있다. 본 논문에서는 마이크로그리드 최적운영기법을 위해 코딩의 단순성과 빠른 수렴속도, 정확성 면에서 우수성과 효율성을 갖고 있는 DS 알고리즘을 적용하였다. 본 논문에서는 선로 제약을 고려한 마이크로그리드 시스템의 운영비용을 최소화하기 위해 DS 알고리즘을 적용하여 최적 값을 분석하고 다양한 알고리즘의 최적 값과 비교하였다.

내부 전자파원에 의한 금속함체의 저주파 대역 방사 특성

장형규 嶺南大學校 2017 국내석사

친환경 자동차 산업의 가장 핵심 분야는 전기 자동차이다. 전기 자동차의 핵심 부품은 전기 자동차에 전력 변환 및 전력 공급을 해주는 PCU(Power Control Unit)이다. PCU는 내부의 열 방출 및 신호선 연결을 위한 개구부가 존재하게 된다. 이러한 개구부를 통해 PCU의 전력변환 스위칭 시에 발생하는 스위칭 노이즈는 개구에 2차 자류를 여기시키며, 여기된 자류는 개구가 2차 방사원이 되어 공간으로 장해 전자파를 발생시키게 된다. 외부로 방사된 장해 전자파는 자동차내의 무선 장비 및 시스템에 오작동을 유발할 수 있다. 따라서, 함체에 설치된 개구의 위치에 따라 방사되는 장해 전자파의 특성을 검토하여야 한다. 본 연구에서는 PCU의 스위칭 시 개구를 통해 방사되는 낮은 주파수 대역에서의 전자파 방사 특성을 검토하였다. 특히 개구의 크기 변화와 위치 변화에 따른 방사 전자파의 차폐효과의 특성에 대해 논의하였다. 이론해석에는 모멘트법(MoM)을 사용하여 차폐효과를 계산하고 유한요소법(FEM)을 사용한 시뮬레이션 결과와 비교 검토하였다. 본 연구를 통해 함체의 개구의 크기 및 위치 변화에 따른 차폐효과 특성을 확인할 수 있다. 본 연구의 결과는 자동차의 PCU 구조 설계 및 각종 전자, 전기, 정보처리 시스템의 구조 설계 시 전자파 장해를 저감시킬 수 있는 방법에 관한 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다.

Dry-air의 放電-電磁波特性에 관한 연구

박숭규 嶺南大學校 2012 국내박사

고전압 전력설비장치에서 절연성이 우수한 기체인 SF6 가스의 사용은 고신뢰성, 설비의 콤팩트화에 기여하였다. 하지만, 교토의정서에서 온실가스로 지정되어 전 세계적으로 감축, 회수, 대체 물질 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다. 현재 대체 물질로 각광받는 친환경 매질은 N2/O2 혼합가스와 건조공기(Dry-air)로서 이에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 지금까지 가장 많이 사용/운용중인 전력설비의 절연매질로 이용되고 있는 SF6 가스의 온난화 계수가 이산화탄소의 23,000배로 대기 중으로 방출될 경우에 온실효과 문제를 야기 시켜 세계적으로 “Kyoto Protocol"에 의해 규제를 가하고 있는 실정이다. N2/O2 혼합가스와 건조공기는 친환경적이며 쉽게 제조 될 수 있고, 저렴한 비용으로 얻을 수 있는 절연매체이다. N2/O2 혼합가스는 O2의 혼합비에 따라 코로나개시전압과 절연파괴전압이 불규칙적이며, 절연파괴전압은 SF6 가스의 1/3 수준 정도로 알려져 있다. 또한, 건조공기는 수분 함유량에 따라 절연파괴전압이 낮아지는 등의 문제점을 가지고 있다. 친환경 매질을 이용한 절연에서 절연내력을 높이는 방법은 고전압도체를 고체유전체로 코팅하는 방법, 경사기능재료(Functionally Graded Material; FGM), 나노복합체를 이용하는 방법 등이 강구되고 있다. 이러한 방법들은 고체절연물을 이용한 복합절연을 형성하게 되고, 흔히 삼중점이라고 알려진 곳에서 진전되는 연면방전이 절연내력을 악화시키게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 친환경절연재인 건조공기를 절연매질로 사용하는 전력설비들은 다양한 복합절연물을 사용하여 전력설비의 부피를 늘이지 않고 기존의 전력설비가 가지고 있는 절연내력을 보완하고 있다. 이러한 복합절연물 혹은 이종절연물들로 인하여 친환경절연재를 사용하는 전력설비들은 연면방전에 의한 절연사고가 예상되고 있어 그에 따른 예방보전 방법이 시급이 제시 되어야 된다고 사려된다. 따라서 본 논문에서는 이종절연매질에 대하여 고체절연물들의 기본적인 연면절연특성을 구명하고, 기존에 사용되고 있는 UHF 센서를 이용하여 결함별, 고체절연물별 방사전자파의 기초적인 자료가 절실히 요구되어 본 논문에서는 기본적인 고체절연물의 연면방전시 방사전자파 패턴을 구명하자한다. Recently, the demands of electric energy have been sharply increased with the development on the industry and economy. But owing to environmental problems like greenhouse effect and global extreme weather, mankind have been focusing on environmental pollution. Especially, air pollution caused by industrialization was revealed the cause of greenhouse effect. And so certain gases which have high GWP(Global Warming Potentials) were selected as greenhouse gases to be reduced according to Kyoto Protocol, namely carbon dioxide (CO2),nitrousoxide(N2O),methane (CH4),perfluorocarbons (PFCs), hydroflu orocarbons (HFCs) and sulphur hexafluoride (SF6). SF6 gas has excellent insulation and current interruption performance, it has been widely used in high-voltage insulation equipment. In spite of such contribution of SF6 gas, it should be reduced in power equipment, because it is also classified into greenhouse gas. Thus, improved recycling technique and using environmentally friendly gas are needed to reduce the amount of SF6 gas used. Besides, technique of insulation diagnosis and prediction are very important for supplying power safely and beforehand preventing accidents. According to the points of view, This paper searched characteristics of Frequency Spectrum from the Radiated Electromagnetic Waves according to Surface Discharge of Different solid dielectrics(teflon, acryl, polyethylene, acetal and bakelite resins) in Dry-air. From this research results, it can be possible to develop insulation diagnostics system by designing and by fabricating an antenna applicable to the various power electrics for the sake of construction of insulation diagnosis that could be applied to the various real power equipments.area of the solid insulator, size and permittivity of the solid insulator, weakness of a electrode, surface distance, and discharge path by the medium effect influence the surface insulation. Also, the examined equations may conjecture the surface flashover voltage for the effective insulation design.

친환경 전력설비를 위한 dry air 및 SF6/dry air 혼합가스의 절연특성연구

석정후 嶺南大學校 2016 국내석사

본 논문은 친환경 가스절연개폐기의 절연성능을 개선하고 SF6 대체절연가스를 선정하기 위해 준평등 전계 중 N2/O2, Dry Air/O2, SF6/Dry Air, SF6/N2 혼합가스의 절연특성을 연구하였다. N2와 Dry Air 중 전기적 부성기체인 O2와 SF6의 최적 혼합비가 교류방전실험으로부터 결정되었다. 실험결과는 O2와 SF6의 최적 혼합비가 각각 30, 10 % 임을 보여주었다. 그 최적 혼합비를 함유하는 N2/O2, Dry Air/O2, SF6/Dry Air, SF6/N2 혼합가스는 절연성능, 환경적 영향, 경제성의 관점을 기반으로 평가되었다. 평가결과는 Dry Air/O2가 N2/O2보다 더 우수하였고, SF6/Dry Air이 SF6/N2 보다 더 우수한 특성을 보였다. 아울러 SF6 대체절연가스의 선정 및 평가와 함께, O2와 SF6 함유량에 따른 절연특성이 충돌전리계수, 2차 전자방출계수, 전자탈착 메커니즘을 기반으로 상세히 설명되었다. 본 논문의 결과는 경제성과 환경적 영향을 모두 충족하는 친환경 가스와 SF6 혼합가스를 친환경 가스절연개폐기에 적용 가능함을 보였다.

온도변화에 따른 SF6의 방전 및 방사전자파 특성

박경태 영남대학교 대학원 2003 국내석사

고압의 SF_6 가스로 절연된 GIS는 여러 장소에서 건설, 운전중이다. 최근에 들어서, GIS 내부에서의 일어날 수 있는 사고를 미연에 방지하기 위해서 PD를 감소하여 최적의 절연설계에 대해서 연구중이다. 이런 GIS의 경우 극한 또는 혹한지역에서도 사용된다. 그러나 GIS의 절연체로 사용된 SF6가스의 온도 변화에 따른 절연 특성에 관한 연구가 충분하지 않다. 이런 점에서 본 논문에서는 SF_6의 온도변화에 따른 방전 및 방사전자파에 대하여 연구를 하였다. 온도변화에 따른 방전전압특성은 일정 내부압력 유지할 경우 기압과 온도를 변화시켰을 때 각 압력별(2∼5기압)액화가 진행되기 전에는 거의 일정한 절연파괴전압특성을 나타내었다. 각 압력별 액화가 진행될 경우 절연파괴전압이 급격히 증가하였다. 일정 가스량을 유지할 때 온도-압력에 대한 절연파괴전압특성은 각 압력에 따른 SF_6의 액화 진행 전의 단계에서는 온도증가로 인한 압력증가에 의한 절연파괴전압이 약간 상승하는 경향을 나타냈고, 액화가 진행됨에 따라 절연파괴전압은 급격히 상승하였다. SF6의 액화가 더욱더 진행될 경우 갭간의 압력이 급격히 떨어져 절연파괴전압도 급격히 하락하였다. 온도변화에 따른 방사전자파특성은 고온(50[℃]) 및 상온(20[℃])에서 374∼391[MHz]사이에서 높은 전계강도가 측정되어 방사전자파 주파수스펙트럼이 큰 차이를 보이고 있지 않다. 저온의 경우 614∼617[MHz]사이에서 높은 전계강도가 측정되었다. 이 결과들로 볼 때 저온화로 인한 액화 SF_6의 절연파괴전압 및 방사 전자파에 영향을 미치는 것을 확인하였다. GIS(Gas Insulated Switchgear) equipment insulated by the highly pressurized SF_6 gas is building and driving in many areas. In order to prevent electrical accident in GIS, the research is studying about the most suitable insulation design that can reduce an occurrence of PD(partial discharge) as much as possible. In case, GIS is used in some special area such as the tropics or hard cold region, the research is not sufficient about characteristics of insulation and discharge by temperature change of SF_6 gas. For this point of view, this paper study about characteristics of discharge and radiated electromagnetic waves with a variation of temperature in SF_6 In case of keeping the inner pressure with variation of temperature, the characteristics of breakdown voltage was a few difference of breakdown voltage before a liquefaction of each pressure (2∼5[atm]). After starting a liquefaction of each pressure (2∼5[atm]), the breakdown voltage was increased suddenly. In case of a regular gas volume, the characteristics of a breakdown voltage on the temperature-pressure was only SF_6 gas in the imitated GIS and was increased a few breakdown voltage before a liquefaction of each pressure because of increasing the inner pressure. After starting a liquefaction of each pressure, the breakdown voltage was increased suddenly. When liquefaction was progressed growingly, the pressure in imitated GIS was decreased and the breakdown voltage was decreased suddenly. In case of the radiated electromagnetic waves at a high(50[℃]) and normal(20℃] temperature, the maximum spectrum distribution was revealed at 374∼391[MHz]. At low(-20[℃]) temperature, the maximum spectrum distribution was revealed at 614∼617[MHz]. From this result, at low temperature, it is confirm that the breakdown voltage and radiated electromagnetic waves were affected a liquefaction SF_6.

원통형 캐비티의 내부파원에 의한 방사 전자파 특성 연구

김효균 嶺南大學校 2015 국내석사

전력 에너지 공급 설비중 하나인 변압기는 가장 안정적인 전기 설비인 반면 고장 사고 발생시에는 광범위한 설비에 영향을 미치며 치명적 물적 손실을 초래하게 된다. 이와 같은 전력기기의 내․외부 고장으로 인해 절연파괴가 일어나면 부분방전에 의한 방사 전자파를 방사하게 되고, 이러한 방사 전자파는 주변에 놓여진 전기 전자 장치에 침입하여 전자파장해(EMI, Electromagnetic Interference)를 일으키는 원인이 되기도 한다. 본 연구에서는 원통형 캐비티의 내부 파원에 의한 방사 전자파를 예측하기 위해 원통형 캐비티의 구조 및 크기변화에 따른 1차측, 2차측 전극의 부싱을 통해 방출되는 방사 전자파 특성을 FDTD법으로 검토하였다. 그 결과, 원통형 캐비티의 방사창을 갖는 구조에서 1차측 및 2차측 부싱을 통해 내부에서 외부로 방사되는 방사 전자파의 주파수 특성을 확인할 수 있었다. 또한, 방사 전자파를 효율적으로 방사시킬 수 있는 방사창을 갖는 원통형 캐비티 구조에 대해서도 검토 하였다. 이론해석의 타당성을 검증하기 위해 실험치와 이론치를 비교 검토하였다. An electric tansformer, one of the electrical energy supply plant equipment, is the stablest electirc equipment, but its malfunction gives effects on various neighboring equipment and causes fatal physical damage. If a breakdown occurs from internal and external faults of electric power equipment, the radiated electromagnetic waves by partial discharge are emitted and invade into the electric equipment placed in the surrounding area, resulting in electromagnetic interference (EMI). In this paper, in order to predict the radiated electromagnetic waves from a source inside a cylindrical cavity, the characteristics of the waves leaked through bushings of 1st and 2nd electrodes were examined with changes in configurations and sizes of the cavity by a finite difference time domain (FDTD) method. As a result, frequency characteristics of the radiated electromagnetic waves emitted from the inside the cavity to the outside through the 1st and 2nd bushings could be observed for the configuration of the cylindrical cavity with a radiation window. Also, a cylindrical cavity structure having a radiation window was studied to emit the radiated electromagnetic waves effectively. Experimental and theoretical results were compared to verify the validity of the theoretical analysis.

친환경절연가스 중의 연면방전특성에 관한 연구

이정환 영남대학교 대학원 2010 국내석사

본 논문은 SF6용 GIS를 대체할 친환경가스절연개폐장치(EGIS)의 절연매질 중 질소(N2) 및 산소(O2)의 혼합비에 따른 테플론 수지에서의 연면방전특성을 구명하여 SF6가스의 특성과 비교하였다. 이에 본 논문은 모의 GIS내 질소(N2)와 산소(O2)의 체적혼합비율이 각각 100[%]:0[%]인 (N2), 80[%]:20[%]인 (I-Air), 60[%]:40[%]인 (M-AirⅠ) 및 40[%]:60[%]인 (M-AirⅡ)의 압력 및 갭 변화에 따른 연면방전특성을 구명하였다. 그 결과 Knife-Knife형 전극 하에서 절연내력은 SF6 > I-Air > M-AirⅠ > M-AirⅡ > N2의 순으로 평가되었다. 친환경가스 중 가장 절연내력이 좋은 I-Air와 SF6 가스의 절연내력을 비교한 결과 연면절연파괴전압 및 연면방전전계강도가 SF6의 약 50%로 평가되었다. 또한, 본 논문은 I-Air의 절연특성을 평가함으로서 각종 전력응용 설비의 절연설계에 SF6 대신 친환경가스의 대체가능성을 평가하였다. This paper presents the Surface Discharge characteristic at the Teflon resin according to the mixture gas of the nitrogen (N2) and oxygen (O2) in which it includes in insulator of the Environment-Friendly Gas Insulated Switchgear (EGIS) in order to replace SF6 the use of GIS and it compared with the characteristic of the SF6 gas. Also this paper studied the Surface Discharge characteristic at the volume mixture ratio of the nitrogen (N2) and oxygen (O2), as 100[%]:0[%] (N2), 80[%]:20[%] (I-Air), 60[%]:40[%] (M-AirⅠ) and 40[%]:60[%] (M-AirⅡ) according to the gas pressure and gap change in the experimental GIS. As a result, the dielectric strength under the Knife-Knife electrode was evaluated as SF6 > I-Air > M-AirⅠ > M-AirⅡ > N2. The Surface Discharge voltage and Surface Discharge electric field intensity were evaluated about 50% of SF6 as a result of comparing the insulation strength of the I-Air in which the dielectric strength is the best among the environment-friendly gas. Moreover, the insulation property of the I-Air was evaluated, this paper evaluated the interchange possibility of the environment-friendly gas at the insulation design of all kinds of power application facility instead of SF6.