최근 수년간 스마트 그리드의 요구조건을 충족하기 위해 다양한 전기 및 절연 장치를 축소(downsizing)하려는 수요가 증가하고 있다. 그러나 대형 초고압 절연 장치의 특성으로 인해 축소 시 충분한 절연 거리를 확보하기가 어려워 절연 성능이 크게 저하된다. 따라서 추가적인 축소와 성능 개선이 필요하다. 다양한 고성능 기능의 설계에 관한 연구는 수행되어 왔으나, 이를 구현하고 적용하는 데에는 어려움이 있다. 또한 치수에 기반하여 구배(gradient) 기능을 정확하게 구현하는 것은 어렵다. 그러나 적층가공(additive manufacturing)을 사용하면 절연 장치들 중 회전형(회전 형상)의 절연 스페이서에 구배 기능을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 기존 절연 스페이서의 형상에 구배 기능을 적용하기 위한 유전율 분포와 절연 설계를 최적화하기 위해 비지배 정렬 유전 알고리즘-II(NSGA-II)와 전기장 해석을 수행하였다. 이어서 유전율 조정을 위한 광경화성 재료(photocurable material)와 세라믹 필러(ceramic fillers)를 사용하여 출발 원료(starting material)를 제조하였다. 이후 출발 원료를 실제 절연 스페이서에 대한 평가 기준에 따라 평가하였고, 외부 재료로 인해 발생한 공극(voids)과 박리(delamination)를 X-ray 분석으로 확인하였다. 또한 복합재의 절연 및 기계적 특성을 평가하였다.

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