부분 방전 현상은 배전반, 트랜스포머, 스위치 기어 등 고압전력기기에서 많이 발생한다. 부분 방전은 절연체의 수명을 단축하고 절연파괴를 가져오게 되고 이로 인해 정전사고 등 대형피해가 발생하게 된다. 부분 방전 현상은 제품 내부에서 발생하는 경우와 표면에서 발생하는 여러 가지 유형을 가지고 있다. 본 논문에서는 부분 방전 현상에 대한 패턴 및 발생할 확률을 예측할 수 있는 예측 모델을 설계하는 것이다. 설계된 모델을 분석하기 위하여 부분 방전 현상을 발생시키는 시뮬레이터를 활용하여 각각의 부분 방전 유형에 대한 학습 데이터를 UHF 센서를 통하여 수집하였다. 본 논문에서 설계된 예측 모델은 딥 러닝 중 CNN을 기반으로 설계를 하였으며 학습을 통하여 모델을 검증하였다. 설계된 모델에 대한 학습을 위하여 5,000개의 훈련데이터를 만들었으며 훈련데이터의 형태는 UHF센서에서 입력되는 3차원의 원시데이터를 2차원 데이터로 전 처리하여 모델에 대한 입력데이터로 사용하였다. 실험결과, 학습을 통하여 설계된 모델에 대한 정확도는 0.9972의 정확도를 갖는 것을 알 수 있었으며 데이터를 2차원 이미지로 만들어 학습한 경우 보다 그레이 스케일 이미지 형태로 만들어 학습한 경우가 제안된 모델에 대해 정확도가 높음을 알 수 있었다.
변압기의 진단을 위한 부분방전 측정방법 중 전자파를 이용한 방법은 실시간 측정이 가능하고 감도가 좋으며 외부노이즈에 강한 장점이 있어 매우 유망하다. 이러한 상황에서 단순한 부분방전의 측정뿐 아니라 나아가 변압기 내부의 부분방전 위치를 탐지 할 수 있다면, 변압기의 신속한 유지보수에 기여할 수 있을 것이다. 하지만 도체로 이루어진 변압기 외함 및 내부 구조물에 의한 공진 현상과, 결함에 따라 다른 스펙트럼의 부분방전 신호로 인하여 단일대역의 전자파 센서로는 위치탐지의 신뢰성이 떨어진다. 이에 본 논문에서는 위치 탐지용 다중대역 센서를 개발하였으며, 변압기 내부의 구조물 유무 및 부분방전 위치에 따른 신호를 분석하였다.
$SF_6$ 가스로 절연된 GIS(Gas Insulation Switchgears)는 매우 신뢰성이 높은 것으로 평가되어왔다. 그러나 GIS 내부에서 발생하는 결함에 대하여 완전하게 배제시키지 못하고 있으며, 이러한 부분방전 활동에 의한 대부분의 결함들이 GIS의 사고를 이끈다고 알려져 있다[1]. 따라서, GIS 내부에서 발생하는 부분방전 현상의 위치와 측정은 1940년대 초반부터 관심을 가져왔으며, 현재에는 부분방전 형태의 패턴이 사용된 부분방전 검출회로 및 신호의 전파와는 무관하다는 것을 알아낸 시점에 이르렀다. 이에 따라, 본 논문에서는 $SF_6$ 가스가 봉입된 GIS 내부에서 발생하는 부분방전 형태의 패턴인식을 위한 방법으로 NN(Neural Network)의 알고리즘 중 BP(Back-Propagation) 알고리즘을 이용하였다.
회전기기인 고압 전동기 및 발전기의 고정자권선에서 나타나는 운전중 부분방전 진단을 위한 방법의 하나로 비접촉식 센서를 이용한 부분방전 측정에 관한 연구가 최근 들어 활발히 진행되고 있다. 그러나 이들 권선에서 나타나는 부분방전의 방사특성에 대하여 정확한 측정이 국내에서 체계적으로 검토된 실적이 없는 실정이다. 본 논문에서는 회전기 고정자권선의 부분방전 현상을 측정하는데 이용될 비접촉식 부분방전 진단센서를 개발함에 있어서 필요한 측정 주파수대역을 선정하는데 이용하고자, 여러 종류의 고정자 권선을 대상으로 전압을 인가하여 발생되는 부분방전의 펄스의 방사특성 및 잡음특성을 실험실적으로 측정하여 고찰하였다.
본 논문은 고정된 바늘모양의 공기물에 의하여 형성된 불평등전계중에서 뇌임펄스전압에 대한 SF$_{6}$가스의 절연특성과 전구방전진전에 관한 것이다. 하전입자의 이동에 의하여 외부회로에 흐르는 전도전류의 측정방법에 대하여 기술하고 0.05~0.3[MPa]의 압력범위에서 섬락전압-압력특성을 측정하였으며 분류기와 광전자증배관을 사용하여 전구방전의 순시적 진전과정을 관측하였다. 전구방전은 돌기물의 선단에서 발생한 초기스트리머에 의하여 발단되며 정극성의 경우 섬락전압은 국부고전계에 매우 민감하며 리이더메카니즘으로 진전됨이 확인되었다. 전구방전현상의 극성의존성은 공간전하의 영향이 지배적이었다. 더불어 본 연구에서 제안된 전구전류의 측정기법은 불평등전계중에서의 전자사태전류, 코로나방전과 공극내에서의 부분방전의 측정에 매우 유용하게 적용될 것이다.
저압 수은-아르곤 혼합기체 방전을 이용하는 형광램프는 일정전력을 소비하는 경우, 전원주파수 1(kHz)부근에서 전류는 최대 값을 램프전압은 최소 값을 갖는 현상을 나타낸다. 본 논문에서는 원자레벨의 방전 모델 식을 만들어 입자밀도와 전자온도의 변화를 수치해석을 이용하여 계산하고, 이를 이용하여 전원주파수에 따라 형광램프의 전류와 램프전압이 변화하는 현상을 이론적으로 설명하였다.
오로라는 태양풍과 지구자기장의 상호작용에 의해 지구의 상층대기에서 일어나는 대규모의 방전현상이다. 방전을 일으키는 전자들은 상층대기의 원자나 분자들과 충돌하여 이들을 들뜨게 하거나 이온화시킨다. 이렇게 들뜬 분자나 원자는 가시광선, 자외선 및 적외선영역의 빛을 방출한다. 오로라의 운동은 빛을 방출하는 상층대기의 운동에 의해서가 아니라 이를 야기하는 하강전자의 충격지점이 변하기 때문이다. 이것은 마치 극지방 상층대기가 TV의 브라운관과 같은 구실을 하고 오로라는 브라운관 안쪽의 형광막에 전자가 부딪쳐 빛을 내는 것과 유사한 현상이다. 따라서 오로라의 운동으로부터 지구주변의 전기장과 자기장의 변화를 알아낼 수 있다. 오로라는 화려한 빛을 발산할 뿐만 아니라 오로라타원체를 따라 강력한 전류가 발생되므로 상층대기 및 지상에 그 효과가 감지된다. 이로 인하여 지상 및 우주공간에 설치된 인류의 최첨단기기의 성능과 수명에 영향을 미쳐 사회.경제적으로 다양한 손실을 야기한다.
본 논문에서는 고압방전등 전자안정기의 제작시 발생하는 음향공진 현상을 방지하기 위해서 방전등에 55.5[Hz]구형파를 인가하였고, 이 경우 방전등의 부저항특성 및 방전등의 시동특성에 효과적으로 대응하기 위해 인버터에 공급되는 전원을 정전류 쵸핑에 의한 DC전압으로 하였다. 설계된 전자안정기는 220[V]AC전원 전압을 정류하고, 스위칭 주파수가 30[kHz]인 정전류 쵸핑으로 방전등의 관전압에 맞는 DC전압을 인버터에 공급하며, 인버터에서 55.5[Hz]의 구형파를 방전등에 인가하도록 설계하였다. 설계한 전자안정기를 제작하여 실험한 결과, 비교된 재래식 안정기보다 효율이 향상되고, 플리커현상이 발생하지 않으며, 방전등 시스템의 정전력화 및 조광기능을 갖추고 있어서 탁월한 실용성을 입증하였다. 제작한 전자안정기의 용량은 300[W] 입력전압은 220[V]이며, 실험에 사용한 램프는 정격전력이 300[W]이며 관전압 135[V] 관전류는 2.0[A]로서 측정하였다.
수표면을 전극으로 사용한 부성방전형 오존발생기를 제안하고 수표면의 바로 아래에 유전체구를 설치함으로써 오존발생특성을 향상시킬 수 있었다. 이때, 서로 다른 유전율을 갖는 유전체구를 사용하여 수표면에 형성되는 방전조건을 변화시키고자 하였다. 전류-전압특성과 오존발생특성을 조사하였고 방전현상을 관찰하기 위해 유리구슬 유전체를 사용한 경우의 방전모양을 사진 촬영하여 분석하였다. 수표면에 발생되는 수돌기의 크기는 교락현상(breakdown)의 원인이 될 수 있고 따라서 오존발생량을 감소시킨다. 본 연구에서는 수표면 바로 아래에 서로 다른 유전율을 갖는 유전체구를 투입함으로써 과도한 크기의 수돌기(Tayler cone)의 놀이를 제한할 수 있었다. 이에 따라, 유전체구를 사용하지 않은 경우보다 많은 양의 오존을 발생시킬 수 있었다. 수중에 투입되는 유전체의 유전율이 증가함에 따라 방전이 시작되는 전압을 앞당길 수 있었고 강유전체구를 사용한 경우 최대 110[ppmv]의 오존발생량을 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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