가스절연 개폐장치에서 유전율 구배를 갖는 고체 절연물의 형상 최적화

Abstract

균일 유전율 분포를 갖는 상용 스페이서에 비해 전기절연물 내부의 유전율 분포가 공간적으로 변화하는 기능성 경사 재료(FGM) 스페이서가 가스절연 개폐장치에 적용될 때, 양극 주위 및 가스-절연물의 접합면에서 발생되는 높은 전계를 크게 감소시킬 수 있다. 특히, 본 연구에서는 절연성능을 효과적으로 개선하기 위해 타원형 분포를 갖는 FGM 스페이서를 제안하였다. 또한 최적화 기법으로 최대경사법(SDM)과 결합된 반응표면법(RSM)을 적용하여 타원형 FGM 스페이서 형상의 최적 설계를 수행하였다.

A functionally graded material (FGM) spacer, which the distribution of dielectric permittivity inside an insulator changes spatially, can considerably reduce the electric field concentration around a high-voltage electrode and along the gas-insulator interface when compared to a conventional spacer with a uniform permittivity distribution. In this research, we propose the FGM spacer with an elliptical permittivity distribution instead of that with a distribution of dielectric permittivity varying along a radial direction only in order to improve efficiently the insulation capability. The optimal design of the elliptical FGM spacer configuration is performed by using the response surface methodology (RSM) combined with the steepest descent method (SDM).