This paper proposes a fast and accurate analysis method based on electromagnetic topology (EMT) using the virtual tube for a large scatterer for the first time. A large scattered gas-insulated switchgear (GIS) has a structure similar to a waveguide, and all modes corresponding to the effective frequency bands must be considered for partial discharges caused by internal defects and non-ideal pulses induced from the outside. In order to apply the EMT methodology in the large scatterer, these were subdivided, and the propagation supermatrix and scattering supermatrix are defined by considering the voltage order according to the mode and each subdivision model at the subdivided point. By applying the BLT equation to these super matrices, the voltage response at all subdivision points can be obtained. In addition, the proposed EMT method using a virtual tube can reduce the complexity of the supermatrix that occurs when the structure of a large scatterer is subdivided, and unlike the general electromagnetic topology method, it enables model subdivision at discontinuities. Accuracy was verified by comparing the frequency response of the entire model, which is a conventional method for analyzing electromagnetic wave propagation in a waveguide, and the frequency response to which the proposed methodology was applied, and it was also verified experimentally. Therefore, it was possible to further reduce analysis time and resources by increasing the number of subdivision models at discontinuous points using a virtual tube while applying the electromagnetic topology method to the large scattered GIS for the first time.
본 논문은 거대 산란체인 가스절연개폐장치 대해 처음으로 가상튜브를 사용하는 전자기 토폴로지 기반의 빠르고 정확한 분석 방법을 제안한다. 가스절연개폐장치는 도파관과 구조가 유사하며, 내부 결함으로 발생하는 부분방전 및 외부에서 유기되는 비이상적 펄스에 대해 유효주파수 범위에 해당하는 모든 모드를 고려하여 전파전파를 분석해야 한다. 이러한 거대 산란체에 전자기 토폴로지 방법론을 적용하기 위해 모델을 세분화하고, 세분화된 지점에서 모드에 따른 전압순서와 각 세분화 모델의 전압순서를 고려하여 전파초행렬 및 산란초행렬을 정의한다. 이 초행렬들에 BLT 방정식을 적용하여, 모든 세분화 지점에서의 전압응답을 구할 수 있다. 또한, 제안하는 가상튜브를 이용한 전자기 토폴로지 방법은 거대 산란체의 구조 세분화시 발생하는 초행렬의 복잡성을 줄일 수 있고, 일반 전자기 토폴로지 방법과는 달리 불연속 지점에서의 모델 세분화를 가능하게 하였다. 도파관에서의 전파전파 해석을 위한 기존 방법인 전체 모델의 주파수응답과 본 방법론을 적용한 주파수응답을 비교함으로써 정확도를 검증하였고, 또한, 이를 실험적으로도 검증하였다. 따라서, 거대 산란체인 가스절연개폐장치에 전자기 토폴로지 방법을 처음으로 적용함과 동시에 가상튜브를 이용하여 세분화 자유도를 높여 세분화 모델수를 증가시켜 해석 시간과 리소스를 더욱 줄일 수 있었다.
