• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.249-249
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• 2011

전력용 개폐장치인 진공차단기의 차단부가 송배전 시스템에 30 [kA] 정도의 커다란 사고전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 동작될 때 차단부 내부 전극 사이에 25,000 [K] 이상의 아크 플라즈마가 발생하게 된다. 두 전극 사이에 발생된 아크 플라즈마는 약 10 ms~20 ms 동안 지속되다가 교류전원의 전류영점 부근에서 회복된 절연성능으로 인하여 자연스럽게 소멸되지만, 대전류 구간동안 아크 플라즈마의 집중 현상 등에 의하여 전극의 심각한 손상 등이 발생되면 절연성능이 요구된 만큼 회복되지 못하여 사고전류를 차단하지 못하며 시스템에 연결된 기기들에게 심각한 손상을 입히고 정전사고를 일으킨다. 본 연구에서는 전자계-열유동 연성해석기법을 이용한 축자계 진공차단부에서 발생하는 아크 플라즈마의 3차원 수치해석을 통하여 전극의 심각한 손상을 입히는 아크플라즈마의 집중 현상에 관한 축자계의 영향을 고찰하고자 한다. 수치해석을 위한 아크 영역은 양극과 음극의 직경과 같은 직경의 원기둥으로 가정하였고, 전자계 해석으로부터 얻어진 로렌츠 힘과 줄열을 열유동 해석을 위한 Navier-Stokes 방정식의 파라미터로 입력하여 해석을 수행함으로써 전자계와 유체역학적인 영역을 동시에 연계한 순차적 일방향 연성해석 기법을 적용하였다. 컵형 축자계 진공차단부 내 아크영역에서의 로렌츠 힘의 특성과 온도분포에 대하여 수치해석을 수행하였고, 크기가 다른 두 로렌츠 힘에 의하여 양극표면으로 집중되는 온도분포의 크기를 비교함으로써 진공아크 플라즈마의 집중현상에 영향을 미치는 주요 요소를 규명할 수 있었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.776-777
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• 2015

본 논문에서는 송전급 전력계통 적용을 위한 축자계 방식의 전극 구조를 갖는 진공 인터럽터의 전자계 해석 및 설계에 대해서 기술하였다. 상대적으로 극간 거리가 먼 초고압 진공인터럽터의 전극 구조로 축자계 방식을 채택하였으며, 효과적인 아크 확산 면적을 확보하기 위하여 자계 해석을 통해 전극 사이즈를 선정하였다. 또한, 접지된 금속외함 내에서 진공 인터럽터의 절연을 확보하기 위하여 전계 해석을 통해 전극 및 쉴드 등의 형상 설계를 수행하였다. 본 논문에서는 72.5kV 40kA 정격의 진공 인터럽터의 설계를 위한 전자계 해석 결과를 실험결과와 비교하여 설계 기준의 타당성을 검증하였고, 국제표준인 IEC 62271-100의 시험 규격에 의한 차단시험을 통하여 설계된 진공 인터럽터의 성능을 검증하였다.

• 대한안전경영과학회지
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• 제5권4호
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• pp.87-95
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• 2003

The purpose of this paper is analyses about in 12kV/50kA vacuum interrupter with an axial magnetic field type electrode system through the studies of electromagnetic phenomena for the possess of Safety break. Vacuum interrupter is important in electric safety part. In this paper, we performed analysis of electric field, magnetic field, current density in AMF electrode using the Maxwell 3D simulation.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2003년도 춘계학술대회 논문집 유기절연재료 방전 플라즈마연구회
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• pp.19-22
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• 2003

In this paper, we performed analysis of electric field, magnetic field, current density in AMF electrode using the Maxwell 3D simulation. The current distribution and magnetic field in simple models are analyzed to verify its efficiency and accuracy. In the vicinity of the slits of axial magnetic field type electrode a comparatively high axial magnetic flux density existsIn addition the validity of FEM is confirmed by performing the analyses of distribution in current density and magnetic flux density.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.786-787
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• 2015

현재 진공인터럽터에서 사용되는 아크제어 방식은 크게 횡자계 방식과 축자계 방식이 있다. 본 연구에서는 횡자계 방식 중 나선형 타입 접점 구조에서의 아크 거동 패턴을 분석한다. 일반적인 아크 거동 해석을 위해서는 연속체적 접근을 통해 주요 캐리어에 대한 연속방정식, 운동방정식, 열방정식 등을 결합하여 아크의 거동 패턴을 분석해야 한다. 또한 매 시간 별로 아크의 움직임에 따른 격자 재설정 및 해석 등 시간적 소요가 심하다. 이러한 문제를 해결하면서 아크의 거동 패턴을 효율적으로 모사할 수 있는 기법을 강구하기 위해 여러 가정과 기존의 아크 모델들을 활용하여 독자적인 아크 거동 시뮬레이터를 개발한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.247-247
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• 2011

차단기의 주 임무는 사고전류를 차단하는 것이다. 진공 인터럽터는 진공차단기의 차단부로서 진공차단기의 핵심부이다. 사고전류 발생시 전극이 분리되면서 아크가 발생한다. VI의 아크소호 방식에는 크게 축자계 방식과 횡자계 방식이 있는데 본 논문은 횡자계 방식에 관한 것이다. 교류전류에서는 전류가 일시적으로 공급되지 않는 전류영전에서 아크소호가 가능하다. 전류영점에서 아크가 소호된 직후 극간저항은 거의 0에서부터 무한대까지 급격하게 변화하는데 이때 이 저항의 증가에 비례하여 과도회복전압이 발생한다. 하지만 잔류플라즈마의 소멸에는 일정시간이 소요되며 아크가 소호된 이후에도 종종 극간에 금속증기가 존재하게 된다. 잔류플라즈마는 전기전도도를 가지므로 극간에 과도회복전압이 걸리면 전류영점 직후에 아크를 통해 흘러 결국 아크의 재점호를 야기시키는 post arc current를 발생시킬 수 있다. 따라서 전류영점의 충분한 시간 이전에 아크를 확산아크로 전환시켜 극간에 존재하는 잔류 플라즈마 량을 최소화시켜야 한다. VI 내부의 아크거동에 미치는 인자에는 접점재료와 VI 용기내부의 진공도 이외에도 전극의 직경, 쉴드, 전극의 개극속도, 최종 극간거리 등이 있다. 본 연구에서는 나선형 VI 접점을 대상으로 두 접점 사이의 비틀림 각도에 따른 아크제어성능을 비교분석하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.2500-2505
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• 2007

The vacuum interrupter (VI) is used for medium-voltage switching circuits due to its abilities and advantages as a compact and environmental friendly circuit breaker. In general, the application of a sufficiently strong axial magnetic field (AMF) permits the arc to be maintained in a diffused mode to a high-current vacuum arc. A full understanding of the vacuum arc physics is very important since it can aid to improve the performance of vacuum interrupter. In order to closely examine the vacuum arc phenomena, it is necessary to predict the magnetohydrodynamic (MHD) characteristics by the multidisciplinary numerical modeling, which is coupled with the electromagnetic and hydrodynamic fields, simultaneously. In this study, we have investigated the electromagnetic behaviors of high-current vacuum arcs for two different types of AMF contacts, which are coil-type and cup-type, using a commercial finite element analysis (FEA) package, ANSYS. The present results are compared with those of MAXWELL 3D, a reliable electromagnetic analysis software, for verification.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2008년도 춘계학술대회논문집
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• pp.479-482
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• 2008

In order to more closely examine the vacuum arc phenomena, it is necessary to predict the magnetohydrodynamic (MHD) characteristics by the multidisciplinary numerical modeling, which is coupled with the electromagnetic and hydrodynamic fields, simultaneously. In this study, the thermal-fluid characteristics of high current vacuum arcs were calculated by a commercial multiphysics package, ANSYS, in order to obtain Joule heat, Lorentz force and the interactions with flow variables. We assumed the diffused-mode arc within an AMF vacuum interrupter. It was found with four different currents that the temperature distributions on the anode surface are diffused uniformly without concentration in 7kA for both types (cup and coil-type). But the arc plasma transition and an increase of thermal flux density for increasing the applied current have caused the change of temperature distributions on the anode surface. We should need further studies on the two-way coupling method and radiation model for arc plasmas in order to accomplish the advanced analysis method for multiphysics.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.344-344
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• 2011

진공인터럽터는 진공차단기에서 실제 사고전류차단시 발생하는 아크소호 및 차단을 담당하는 매우 중요한 부분이다. 일반적으로 교류차단기는 일시적으로 에너지가 공급되지 않는 전류 영점에서 아크소호 및 전류차단이 이루어진다. 일반적으로 아크가 발생하는 전극분리시점에서 아크가 소호되는 전류영점까지의 시간을 아크지속시간(arcing time)이라고 한다. 일단 진공 인터럽터 내부의 접점이 분리됨과 동시에 아크가 발생하게되면 이때 진공인터럽터는 아크지속시간동안 고온의 아크에 의한 접점손상을 최소화하기 위해 아크의 거동을 적절히 제어하여 아크에너지를 접점표면상에 골고루 분산시켜야 한다. 현재 진공인터럽터에 사용되는 아크제어 방식에는 크게 횡자계 방식과 축자계 방식이 있다. 본 논문에서는 횡자계 방식 중 spiral type 접점을 사용하여 25 kA의 전류차단시험을 진행하면서 아크전압을 취득하는 동시에 아크이미지를 촬영하여 아크지속시간동안의 아크의 거동을 분석하였는데 특히 본 실험에서는 전체 아크지속시간동안의 아크상태천이과정이 가장 잘 관찰되는 비교적 긴 아크지속시간을 설정하여 실험을 진행하였으며 이때 접점손상이 아크거동 및 차단성능에 미치는 영향을 중점적으로 다루었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2515-2518
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• 2008

The vacuum interrupter (VI) is widely used in medium-voltage switching circuits due to its abilities and advantages as an environmental friendly circuit breaker. An understanding of the vacuum arc flow phenomena is very important for improving the performance of vacuum interrupter. In order to closely examine the vacuum arc phenomena, it is necessary to predict the magnetohydrodynamic (MHD) characteristics by the multidisciplinary numerical modeling, which is coupled with the electromagnetic and the thermal flow fields, simultaneously. In this study, we have investigated arc plasma constriction phenomena and an effect of AMF on the arc plasma with the high-current vacuum arcs for the cup-type AMF electrode by using a commercial finite element analysis (FEA) package, ANSYS. The simulation results applied with various AMFs and constant Joule heat generation show that strong axial magnetic field (AMF) permits the arc to be maintained in a diffused mode to a high-current vacuum arc. However, further studies are required on the two-way coupling method and radiation model for arc plasma in order to accomplish the advanced analysis method.