특허 개요
본 특허는 고압직류용 폴리머 애자의 표면을 따라 전기가 새거나 방전되지 않도록 필요한 길이를 계산하는 연면거리 산출 방법입니다. 애자 모델의 전계해석으로 최대 전계강도와 전계이용률을 구하고, 같은 이용률을 재현하는 구 대 구 테스트 전극을 설계해 연면방전 시험 기반의 연면 기준전계를 산출합니다. 이후 애자 표면의 연면 최대전계를 기준전계와 비교하여, 기준을 넘지 않는 최소 연면거리를 결정합니다.
- 핵심 기능
먼저 DC 폴리머 애자 모델링 데이터로 전계해석을 수행해 최대 전계강도와 전계이용률을 산출하고, 이 이용률에 맞도록 테스트 전극의 직경과 간격을 결정합니다. 테스트 전극의 연면방전 결과와 최대 전계강도 평균값으로 연면 기준전계를 구한 뒤, 애자 시뮬레이션의 연면 최대전계가 기준 이하가 되는 최소 연면거리를 선택합니다.
- 차별 강점
AC 애자 설계 결과를 그대로 적용하기 어려운 DC 절연특성을 고려해, 실제 애자 전계 조건과 시험 전극 조건을 전계이용률로 연계한 것이 차별점입니다. 단순 절연파괴 시험장치 중심의 접근과 달리, 시험 기반 기준전계와 애자 전계해석 결과를 비교하여 최소 연면거리를 설계 기준으로 제시합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 HVDC 컨버터 밸브 절연물, DC 폴리머 애자 설계, 고전압 절연시험, 전계해석 분야에 활용 가능하며, DC 절연특성에 맞춘 설계 검토에 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 HVDC 송전설비, DC 송배전 설비, 전력변환 설비용 절연부품의 설계 최적화와 소형화 검토로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
DC 폴리머 애자와 전계이용률이 일치하도록 설계한 테스트 전극을 대상으로 전계해석 및 연면절연파괴 시험을 수행해 연면 기준전계를 산출했습니다. 제한된 재질·온도·전극 조건에서의 결과가 제시되어 있으며, 실제 HVDC 설비의 장기 운전 및 환경 조건 검증은 아직 필요합니다.
- 검증 대상: DC 폴리머 애자 및 전계이용률 일치 테스트 전극
- 비교 조건: 폴리머 재질 A·B·C·D, 온도 293K·313K·333K·353K
- 시험 조건: 인가전압 50kV, 애자 전극 간격 500mm, 테스트 전극 직경 5～12.5mm 및 간격 25～62.5mm
현재 성과
연면절연파괴 결과와 최대 전계강도 평균값을 결합해 연면 기준전계를 산출했습니다. 이 기준전계와 애자 표면의 최대전계를 비교함으로써 절연 안전 조건을 만족하는 연면거리를 결정할 수 있습니다.
DC 폴리머 애자 모델의 전계해석과 전계이용률 일치 테스트 전극의 연면절연파괴 시험을 함께 수행했습니다. 폴리머 재질 A·B·C·D와 293K～353K 조건을 비교했으며, 해당 애자 조건에서 산출된 연면 최대전계는 기준전계보다 낮게 제시되었습니다.
실제 애자 모델의 전계이용률을 테스트 전극 형상 설계에 반영해 시험 조건과 애자 조건의 전계 특성을 연결합니다. 시험으로 산출한 기준전계와 시뮬레이션 최대전계를 비교하여, DC 절연특성에 맞는 최소 연면거리 결정 절차를 제공하는 점이 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 HVDC 설비 운전 기간을 반영한 장기 내구성과 절연 신뢰성 검증
습도·오염 등 현장 환경 조건과 반복 방전 환경에서의 연면절연 성능 검증
대형 애자 형상 및 다양한 설비 조건에 대한 산출 방법의 적용성 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
DC 폴리머 애자의 연면 거리 산출 방법
Calculation method of creeping distance of DC polymer insulator
10-2021-0037084 (2021.03.23)
1020220120397 (2022.08.30)
1025571700000 (2023.07.14)
이방욱, 방승민
한양대학교 에리카산학협력단