변압기용 절연재료의 전기적특성에 관한 연구 = (A) study on the electrical characteristics of insulating materials for transformers
저자
발행사항
서울 : 연세대학교 공학대학원, 2002
학위논문사항
학위논문(석사)-- 연세대학교 공학대학원: 전기공학 전공 2002. 2
발행연도
2002
작성언어
한국어
주제어
KDC
561.85 판사항(4)
발행국(도시)
서울
형태사항
vii, 66p. : 삽도 ; 26 cm .
일반주기명
지도교수: 이명호
소장기관
본 논문에서는 현재 변압기에 사용되고 있는 고체 및 액체절연재료의 전기적 특성 중 유전특성 및 절연파괴특성에 대해 연구하였다.
고체절연재료로는 변압기용 절연지로 가장 널리 사용되고 있는 크래프트지와 다이아몬드지 및 최근 변압기의 단락강도 개선을 위해 사용범위가 점차 확산되어가고 있는 Nomex지를 사용하였으며, 액체절연재료로는 광유 및 실리콘유를 사용하였다. 이들 절연재에 대해 WinDETA 시스템을 사용하여 온도와 주파수를 변화시키면서 유전율, 유전정접 및 고유저항과 같은 유전특성을 측정하였으며, 특히Nomex지에 대해서는 절연재를 열화시키기 위한 가속열화시험유조를 제작하고 로고스키전극을 사용하여 부분방전개시전압 및 절연파괴전압을 측정하여 Nomex지의 두께에 따른 증가경향을 관찰하였다.
실험결과, 고체 및 액체절연재료의 유전파라미터들은 모두 온도 및 주파수 의존적인 경향을 나타내었다. 다만 그 변화의 패턴은 각 재료마다 고유한 영역 내에서 변화함을 알 수 있었으며, 유전율의 경우 재료특성에 따라 그 값에 많은 차이가 있음을 관찰할 수 있었다. 또한 고유저항의 경우는 실제 절연물의 절연능력을 좌우하는 중요한 요인으로서 작용하며, 온도보다는 주파수 의존적이었음을 알 수 있었다. 또한 열화 전.후 각 시료에 대한 실험에서 두 값에는 차이가 있음을 확인하였으며, 모든 시료의 경우에 있어 유전분산현상을 관찰할 수 있었으며, 이는 공간전하의 분극에 기인하는 것으로 생각된다. 또한, 0.13[㎜] 두께인 Nomex지의 부분방전 개시전압은 1.79[㎸]였으며, 2.375[㎸/㎜]의 비율로 증가하였다. 또한, 절연 파괴전압은 3.725[㎸]였으며, 30.83[㎸/㎜]의 비율로 비례하여 증가하였다. 열화 전 다이아몬드지의 유전율은 다른 시료가 특정온도범위에서 일시적으로 유전율의 감소현상을 나타내는데 반해 바니쉬가 열적 반응하기 시작하는 40[℃]를 초과하면서 지속적으로 증가함을 관찰하였다. 크래프트지의 유전정접은 전반적으로 열화 전.후의 값이 거의 비슷하였으나, 저주파의 경우 230[℃] 이상의 온도에서 급증하는 경향을 나타내었다. 열화 후 크래프트지의 유전정접은 간헐적으로 불규칙한 값을나타내었다.
신품과 열화된 두 절연유의 경우 고유저항은 주파수에 반비례하였으며, 일부 저주파의 경우를 제외하면 -20[℃]∼80[℃]의 범위에서는 온도와 무관하게 거의 일정한 값을 유지하였다. 광유는 102[㎐] 이하에서, 실리콘유는 100[㎐]에서 신품 및 열화된 절연유간에는 고유저항의 차가 발생하기 시작하였으며, 그 시작점은 유전정접의 차가 발생하기 시작하는 온도와 일치하는 경향을 나타내었다.
This thesis describes the dielectric and electrical characteristics of solid and liquid insulating materials employed in transformers.
Kraft paper and diamond paper most widely used as insulating paper in the present day and Nomex paper selected to improve the short-circuit strength of transformers were tested as a solid insulating material, and mineral and silicon oil as a liquid insulating material. With varying the temperature and the frequency, dielectric characteristics such as the permittivity, the tanδ and the specific resistance of the insulating materials were measured by WinDETA system. And, especially, the partial discharge inception voltage(PDIV) and the breakdown voltage(V_(B)) of Nomex paper were measured by using the oil bath for accelerative ageing test and Rogowski electrodes, and the increasing trend of PDIV and VB with the thickness of Nomex paper were observed.
As a result, the dielectric parameters of solid and liquid insulating materials were temperature and frequency dependent. However, their varying patterns were within specific range with the materials, and in case of permittivity, it was far different with the material characteristics. In addition, the specific resistance was key factor in determining the insulating performance of the materials, and it was rather frequency dependent than temperature dependent. And, the dielectric parameters before ageing was little bit different from those after ageing. Dielectric dispersion due to polarization of the space charges was observed in all specimens. In case of electrical characteristics, the PDIV of 0.13 ㎜thick-Nomex paper was 1.79㎸, and it was increased at the rate of 2.375㎸/㎜ with thickness. And, its first breakdown voltage was 3.725㎸, and it was increased at the rate of 30.83㎸/㎜ with thickness. The permittivity before ageing of diamond paper was continuously increased just passing 40℃ which is the reacting temperature of varnish, while the permittivity of the other solid materials was temporarily decreased in the specific temperature range. The tanδ before ageing of kraft paper was generally similar to that after ageing, however, only in case of low frequency, it was abruptly increased over 230℃. The tanδ after ageing of kraft paper was intermittently jumped because of the inhomogeneous carbonization of the specimen.
The specific resistance before and after ageing of the liquid materials was reciprocal to the frequency, it mostly kept constant value in the temperature range of -20℃∼80℃ but for low frequency. The difference in the specific resistance before and after ageing occurred at the frequency less than 10²㎐ in case of mineral oil, and 10^(0)㎐ in case of silicon oil. And, the inception point of the difference in specific resistance was coincided with the inception point of the difference in tanδ.
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