WVT-12 진공 회로 차단기의 설계 및 개발

I. 시장 및 기술 연구

2003년부터 안후이 롱보 회사의 WVT-12 진공 차단기 기술 현지화 주요 프로젝트에 참여해 왔습니다. 그 당시 12kV 전압 클래스에서 진공 차단기가 총 차단기의 98% 이상을 차지하고 있었습니다. 전력망 건설의 발전과 산업 및 주거용 전력 수요 증가와 함께 국내외 시장에서 고급 12kV 진공 차단기에 대한 수요가 지속적으로 상승 추세를 보였습니다.

WVT 시리즈 기술은 1997년 폴란드에서 성공적으로 도입되었습니다. 전체 기술은 세계적인 선진 수준이며 동유럽, 중앙 유럽, 독립국가연합(CIS) 등 지역 시장을 주도하고 있습니다. 심층적인 기술 연구를 통해 진공 차단기가 소형화, 최소(또는 유지보수 없음) 운영, 고신뢰성으로 발전하고 있음을 파악했습니다. 이 중 주조 기술이 등장하여 아크 소멸실과 주 회로를 에폭시 수지로 한 번에 주조하여 제품 수명 주기 동안 유지보수 없는 운영의 우수한 성능을 달성하였으며, 이미 업계의 주류 발전 추세가 되었습니다.

표준 준수 측면에서는 국내 진공 차단기는 주로 JP3855-96 3.6～40.5kV 교류 고압 진공 차단기 일반 기술 조건 및 DL403-91 10～35kV 실내 고압 차단기 주문 기술 조건 등의 표준을 따릅니다. 국제적으로는 중국의 JB3855에 완전히 대응하는 특정 표준은 없지만, IEC 56 AC 고압 차단기 표준이 자주 적용됩니다. 참고로 중국의 표준은 절연 수준, 전기 수명 테스트 후 진공 아크 소멸실의 내압 수준, 접점 닫힘 반발 시간, 온도 상승 테스트용 테스트 전류 등 모든 면에서 IEC 표준보다 높거나 엄격합니다.

II. 기술 설계 방안
(A) 기술 설계 방안 개념 확정

우리는 12kV 전압 클래스의 대표적인 진공 차단기 기술을 분석하고 ZN28, VEP, VD4 세 가지 제품을 비교했습니다:

• ZN28: 넓은 시장 점유율과 낮은 가격, 경제적 유형으로 일반적인 상황에 적합;

• VD4: ABB 기술, 세계 선두 위치, 고성능 및 고신뢰성 장소에 적합;

• VEP: 독일 기술을 소화하고 중국 국가 표준과 독일 산업 표준을 준수.

우리의 기술 설계 방안 개념은: 전기 성능과 외부 치수가 VD4 수준에 도달하며, 작동 메커니즘 성능은 VEP와 VD4보다 우수하고, 더 컴팩트한 구조와 더 신뢰성 있는 성능을 갖추되, 동시에 경쟁력 있는 시장 가격을 가지고 있습니다.

(B) 구체적인 설계 방안

• 전체 설계: 외부 치수가 VD4, VEP, ZN□-12 유형과 교환 가능하며, 기본 전기 매개변수와 주요 성능 지표는 VD4 및 VEP와 일치.

• 주 전기 회로: 포장된 극을 채택. APG 공정 형성 기술을 통해 진공 아크 소멸실 등 주 회로 구성 요소를 에폭시 수지에 임베딩하고 통합체로 주조하여 조립을 단순화하고 주 전기 회로의 저항을 줄이고 절연 성능을 개선하며, 소형화와 유지보수 없는 운영을 실현.

• 진공 아크 소멸실: 중앙 밀봉 세라믹 진공 아크 소멸실, 구리-크롬 접점, 컵 형태의 종방향 자기장 구조를 장착하여, 높은 내압, 낮은 전기 마모율, 긴 전기 수명 등을 특징으로 합니다.

• 작동 메커니즘: 진공 아크 소멸실 앞뒤에 배치되어 있으며, 수동 및 전동 에너지 저장 기능을 갖춘 평면 스프링 에너지 저장 메커니즘이며, 모듈식 설계를 채택하여 전송 메커니즘의 중간 링크를 줄이고, 닫힘 유지에 대해 2차 반축 핀 메커니즘을 사용합니다. 에너지 저장 메커니즘은 터빈 및 웜 감속 설계 등을 사용하며, 트립 코일은 완전 밀폐 직동 구조이며, 오버트래블 조정은 절연 당겨대를 통해 메커니즘에 연결되어, 주 회로를 제거하지 않고 스위치의 오버트래블을 조정할 수 있게 합니다.

• 접점 설계: 컵 형태의 종방향 자기장 접점을 채택. 아크 발생 시 전류가 종방향 자기장을 생성하여 아크가 분산되고 고르게 분포하며, 전류가 영을 지날 때 절연 강도가 빠르게 회복되어 절단을 달성합니다.

III. 경제적 및 사회적 효과 분석

2006년 2월 말, 우리는 설계 방안에 따라 WVT 실내 고압 진공 차단기를 제조하였습니다. 품질 검사를 거친 후 3월 2일에 국립 시험 센터로 보내서 형식 시험을 진행했고, 4월 13일 시험 결과 보고서를 받았으며, 결과는 M2 및 C2 차단기 표준을 만족하였습니다.

이 제품은 첨단 기술과 독립적인 지식재산권을 갖추고 있으며, 긴 수명과 유지보수 없는 운영으로 전기 유지보수로 인한 경제적 손실을 줄입니다. 또한 우수한 절연 성능을 갖추어 혹독한 환경에서도 사용 가능하며, 수입 제품을 대체할 수 있고 가격이 낮습니다. 연간 국내 시장 수요는 약 35만 대로, 광범위한 시장 전망과 좋은 경제적 및 사회적 효과를 보여줍니다.