배전 시스템에서 링 메인 유닛의 적용

경제의 지속적인 발전과 전력이 사람들의 삶에 미치는 영향이 증가함에 따라 특히 도시 지역에서 고밀도 부하를 가진 곳에서는 전력 공급의 신뢰성이 특히 중요합니다. 링 메인 구조를 기반으로 한 배전망을 설립하면 전력 공급의 신뢰성을 효과적으로 향상시키고 공급 연속성을 보장하며 배전 장비 고장이나 유지보수 중단의 영향을 최소화할 수 있습니다. 링 메인 운용 모드의 핵심 장비인 링 메인 유닛(RMU)은 구조가 간단하고 크기가 작으며 비용이 저렴하고 전력 공급 파라미터, 성능 및 안전성을 개선할 수 있는 장점 덕분에 도시 주거지, 고층 건물, 대형 공공 시설, 산업 공장 등 부하 중심부의 배전소와 소형 변전소에서 널리 사용되고 있습니다.

1. 링 메인 유닛의 종류

배전 시스템에서 링 메인 기능을 수행할 수 있는 장비는 주로 링 메인 케이블 분기 상자와 RMU입니다. 링 메인 케이블 분기 상자는 비용이 낮고 설치 위치가 더 유연하며 특히 RMU를 위한 배전실 공간 확보가 어려운 도시 지역에서는 그 유연성이 두드러집니다. 그러나 RMU와 비교해 볼 때 링 메인 분기 상자의 가장 큰 단점은 안전성(특히 오퍼레이션 오류 방지 조치)이 떨어지고 운영 환경이 불만족스럽고 특정 위험이 있다는 것입니다. 조건이 허락한다면 저자는 링 메인 구성에 RMU를 우선적으로 사용하는 것을 추천합니다. RMU는 사용되는 부하 스위치의 종류에 따라 공기식 RMU, 피스톤식 RMU, 진공 RMU, SF6 RMU 등으로 분류될 수 있습니다. 이들 중 공기식과 피스톤식 RMU는 부하 스위치의 치명적인 결함과 낮은 신뢰성으로 인해 대부분 퇴출되었습니다. 진공 RMU와 SF6 RMU는 높은 성능과 신뢰성 있는 운영 및 유지보수로 인해 배전 시스템에서 널리 사용되고 있습니다.

1.1 진공 링 메인 유닛

국내에서 진공 회로 차단기와 진공 스위치 기어의 수년간 생산 및 사용으로 인해 중국에서 진공 기술은 상대적으로 성숙했습니다. 국내에서 개발된 진공 RMU는 형식 시험에서 높은 성능을 입증했지만 널리 사용되지 않았습니다. 주된 이유는 운영 기구의 성능 부족 때문입니다. 진공 스위치의 운영 기구 설계는 상대적으로 복잡하며 국내 원자재, 가공 기술, 품질 관리 수준으로 인해 국내 제조사가 생산하는 운영 기구의 품질이 아직 진정으로 기준을 충족하지 못했습니다. 운영 및 유지보수가 어렵고 진공 RMU에서 진공도를 측정하는 방법은 유지보수의 주요 도전 과제입니다.

1.2 SF6 링 메인 유닛의 장단점

배전 시스템에서 SF6 RMU의 적용은 주로 수입 제품으로 이루어져 있으며, 우수한 성능, 신뢰성 있는 운영, 완전 절연 밀폐 설계, 유지보수 없이 장점으로 인해 전력 공급 부서에서 널리 환영받고 있습니다. 대표적인 SF6 RMU로는 Schneider의 RM6, ABB의 SafeRing, Siemens의 8DJ20 등이 있습니다. 그러나 운영 중에도 몇 가지 단점이 있습니다.

1.2.1 SF6 RMU의 장점:

(1) 높은 성능 사양: SF6 RMU는 높은 운용 주파수를 가지고 있으며 정격 유효 부하를 최대 100회까지 만들고 끊을 수 있습니다. 또한 좋은 끊기 능력을 가지고 있고 높은 전류를 견딜 수 있습니다.

(2) 편리한 유지보수: 캐비닛 표면 설계가 사용자 친화적입니다. 패널에 명확한 배선도 표시가 있어 운영에 대한 지침을 제공합니다. 일부 제품은 캐비닛 표면에 주의사항까지 기록하여 오퍼레이터 오류 발생률을 더욱 줄입니다. 대부분의 RMU 제품은 주 회로의 생활 상태를 감지할 수 있는 장치를 장착하고 있어 생활 상태를 표시하며, 전자석 잠금 장치와 함께 사용하면 생활 중에 손잡이 문을 닫는 것을 방지하여 오퍼레이션 오류를 줄입니다. 또한 프론트 도어에 투명 아크릴 관찰 창이 있어 스위치의 열림/닫힘 상태를 직접 확인할 수 있어 매우 편리합니다.

(3) 강력한 유연성: 현대의 RMU는 다양한 배전망 설계 요구 사항을 매우 유연하게 충족할 수 있으며 실제 상황에 따라 임의로 조합할 수 있습니다. 또한 케이블 연결 방법도 매우 유연하여 불규칙한 지형에서도 국부적인 방전 없이 적응 가능한 연결이 가능합니다.

1.2.2 SF6 RMU의 단점:

(1) 유연하지 않은 구성: 제조사가 제공하는 제한된 수의 방안 중에서 선택할 수밖에 없어 다양한 사용자의 특정 요구 사항을 충족하기 어렵습니다.

(2) 확장 불가능: 스위치 기어가 운용되면 일반적으로 확장을 할 수 없습니다.

(3) 특수 액세서리 요구: 특정 케이블 터미널과 같은 특수 액세서리를 필요로 하며, 이를 비싸게 만듭니다.

(4) 엄격한 설치 요구 사항: 설치 요구 사항을 충족하지 않으면 단위가 예상 성능을 달성하지 못할 수 있습니다.

완전 밀폐형 SF6 RMU의 유연하지 않은 구성으로 인해 배전망에서 확장 가능한 반 밀폐형 SF6 RMU의 사용이 증가하고 있습니다. 반 밀폐형 RMU는 각 단위마다 독립적인 가스 구획을 가지고 있어 확장, 설치, 교체가 쉽습니다. 현재 널리 사용되는 RMU로는 Schneider의 SM6, ABB의 Uniswitch, Siemens의 8DH10 등이 있습니다. 국내 제조사들이 점차 SF6 부하 스위치 기술을 마스터하면서 국내산 SF6 RMU의 수량과 품질이 꾸준히 향상되고 있지만, 현재 10kV 및 20kV 국내산 SF6 RMU 시장은 여전히 외국 기업(Schneider 또는 ABB 등)이 주도하고 있습니다.

2. SF6 링 메인 유닛의 문제점

2.1 SF6 가스의 수분 함유량

SF6 RMU는 거의 수분 함유량 테스트 보고서를 제공하지 않습니다. 장비 운영자인 전력 공급 회사는 종종 수분 함유량을 직접 측정할 수 없습니다. SF6 가스의 수분 함유량은 직접적으로 전류 차단 성능과 장비의 안전한 운영 성능에 영향을 미칩니다. 수년간 운영된 SF6 RMU의 전류 차단 능력 상태를 평가하는 것은 도전적인 작업입니다.

2.2 SF6 가스 누출 문제

SF6 RMU는 밀봉 문제가 있어 가스 누출이 발생할 수 있습니다. 실제 경험에 따르면 수입 장비는 일반적으로 좋은 밀봉 성능을 갖추고 있지만, 누출 사례가 여전히 발생합니다. 대부분의 장치가 가스 모니터링 장치가 없기 때문에 사용자는 누출을 인지하지 못할 수 있으며, 잠재적인 위험을 초래할 수 있습니다. 특히 제로 게이지 압력에서의 RMU의 성능(절연, 스위칭 등)과 내부 아크 고장에 대한 내구성에 대해 우려됩니다. 많은 제품이 수동 운영 기구를 사용하고, 운영자는 가까운 거리에서 작업하므로 사고가 발생할 경우 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 현재, 압력 표시기는 반 밀폐형 RMU에 필요한 액세서리로 포함되어 필수 요구 사항이 되었습니다.

2.3 기구 문제

배전 변압기 보호에서 부하 스위치와 퓨즈를 결합한 조합 유닛이 일반적입니다. 부하 스위치는 부하 전류를 차단하고, 퓨즈는 단락 및 과부하 전류를 차단합니다. Hebei의 배전망에서 완전 밀폐형 RMU에서 퓨즈가 타오르지만 부하 스위치가 신뢰성 있게 열리지 않아 고장난 변압기를 전원 차단하지 못하고 심각한 손상을 입힌 사례가 발생했습니다. 원인은 트리핑을 제어하는 운영 기구의 트리핑 와이어의 여행 거리가 너무 길어서 퓨즈 스트라이커 핀의 충격력이 부하 스위치의 트리핑 기구를 활성화하는데 실패하였기 때문입니다. 이 결함은 트리핑 와이어와 너트의 조임을 조정하여 해결할 수 있습니다. 또한, 변압기 피더 유닛의 퓨즈 작동을 시뮬레이션하는 것이 투입 전 필수 테스트로 포함되었습니다.

2.4 균등 차폐의 재료 문제

반 밀폐형 RMU는 일반적으로 접촉 가능한 케이블 터미널을 사용할 수 없습니다. 케이블 터미널 연결 지점에서 상-상 거리가 충분하지 않을 때 균등 차폐가 종종 사용됩니다. 그러나 알루미늄 균등 차폐는 습한 환경에 매우 취약합니다. 방습 히터와 함께 사용하더라도 습한 조건에서 효과가 제한적입니다. 20kV 배전 시스템에서 이러한 차폐의 심각한 부식이 관찰되었습니다. 표면 거칠기와 백색 분말 형태의 부식 생성물은 차폐 표면의 전기장 균일성을 방해하여 균등 효과를 상실시킵니다. 차폐 주변의 작은 상-상 거리와 일일 온도 변화로 인해 가스 구획 하단에서 응결이 발생하고 차폐 영역으로 흘러들어 전기 방전 경로를 형성합니다. 가스 구획 하단의 에폭시 절연 장벽의 재료는 심각한 전기 부식을 받아 결국 상-상 방전 경로와 표면 절연 붕괴로 이어집니다. 이 전체 방전 과정은 서서히 진행됩니다. 응결 문제를 해결하기 위해 전력 공급 회사는 RMU의 균등 차폐를 수정하여 실리콘 고무 절연 케이블 끝 커버로 교체할 수 있습니다. 이러한 커버는 내부에 반도체층을 사용하여 여전히 균등 효과를 제공합니다. 개선된 RMU 설계는 응결 및 내압 테스트를 통과했으며 배전망에서 시범 운영을 계획하고 있습니다.

3. SF6 RMU 선택에 대한 권장 사항

(1) 확장 가능한 RMU 선택: 유연한 구성, 쉬운 설치, 쉽게 확장할 수 있는 것은 SF6 RMU 사용의 미래 방향입니다.

(2) 유지보수 고려: 이상적으로 SF6 부하 스위치는 SF6 압력을 모니터링하는 장치를 장착해야 합니다. 그렇지 않다면 제로 게이지 압력 스위칭 테스트를 통과해야 합니다.

(3) 기후 및 위치 고려: 응결 테스트를 통과한 제품을 선택하세요. 향후 확장을 고려하지 않는 소형 링 메인 유닛, 예를 들어 종단 유닛의 경우, 완전 밀폐형 RMU를 사용하면 응결이 장비에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다.

요약

수년간의 운영 경험에 따르면 다양한 RMU 유형 중 SF6 RMU는 높은 성능, 신뢰성, 컴팩트한 크기, 낮은 공간 요구 사항, 그리고 최소한의 유지보수로 인해 가장 널리 적용되고 있습니다. 유지보수 비용, 2차 투자, 신뢰성 등을 고려할 때, 조건이 허락한다면 배전망 개선 및 건설 프로젝트에서 SF6 RMU를 우선적으로 사용하는 것이 좋습니다. 계획 및 건설 중에는 자동화 장치를 통합하고 안전하고 신뢰성 있으며 선진적인 장비를 채택하여 배전 수준을 향상시키고 배전망을 더 신뢰성 있고 안전하게 만드는 데 충분한 고려가 필요합니다.