신규 설치된 35 kV GIS 가스 절연 개폐기의 시험 방법

GIS(가스 절연 개폐기)는 컴팩트한 구조, 유연한 작동, 신뢰성 있는 연동, 장수명, 유지보수 없이 작동 가능, 작은 설치 면적 등의 장점을 제공합니다. 또한 절연 성능, 환경 친화성, 에너지 절약 등 많은 대체 불가능한 장점을 가지고 있어 산업 및 광업 기업, 공항, 철도, 지하철, 풍력 발전소 등 다양한 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

어떤 기업의 35kV 실내 변전소는 원래 10개의 베이를 갖춘 공기 절연 개폐기를 장착하고 있었습니다. 이번 업그레이드로 4개의 새로운 베이가 추가되었습니다. 그러나 원래 사이트 면적이 확장된 베이 요구사항을 충족할 수 없습니다. 또한 장비의 사용 연수와 안전성 등을 고려하여 35kV 변전소는 SF₆ 가스 절연 금속 밀폐형 개폐기로 교체됩니다. 기존의 개폐기실 면적은 확장 요구사항을 충족할 수 있으며, 전기 장비의 전체적인 안전성은 크게 향상될 것입니다.

본 논문은 개폐기의 주요 구성 요소에 따라 다음과 같은 검사를 각각 연구합니다: 캐비닛과 버스바의 절연 검사, 진공 회로 차단기 검사, 전압 변환기 검사, 전류 변환기 검사, 금속 산화물 서지 방지기 검사, 전력 케이블 검사.

1. 검사 항목 분류 및 순서 배치
35kV 변전소의 Bus Section III은 14대의 ZX2형 SF₆ 가스 절연 개폐기로 구성된 이중 버스 시스템입니다. 모든 캐비닛 내부의 일차 부품은 밀폐된 가스 충전 캐비닛 내부에 설치되어 있어 직접 예방 검사를 수행하기 어렵습니다. 따라서 인접한 개폐기를 이용해 검사 회로를 형성하여 검사를 수행해야 합니다. 전압 변환기와 버스바 등 많은 도체 부품들은 플러그 인 연결을 사용합니다. 모든 버스바 플러그 접합부에서 양호한 접촉을 보장하기 위해 모든 접합부에서 직류 접촉 저항 측정이 수행되어야 합니다. 검사 중에는 임시 검사 플러그를 케이블 소켓에 설치하여 검사 접근점을 제공해야 하며, 이는 검사의 난이도와 작업량을 증가시킵니다. 따라서 작업량을 최소화하기 위해 검사 순서를 합리적으로 배치해야 합니다. 위의 요인들을 고려하여 35kV Bus Section III의 전기 장비 검사는 내부 캐비닛 검사와 외부 캐비닛 검사 두 가지 방법으로 수행됩니다.

2. 개폐기 내부 장비의 특성 검사
내부 캐비닛 검사는 두 단계로 수행됩니다. 첫 번째 단계에서는 저전압 전류 주입 검사 플러그를 사용하며, 이러한 플러그는 쉽게 설치할 수 있으며, 단순히 개폐기 내부의 케이블 설치 소켓에 직접 삽입하면 됩니다. 두 번째 단계에서는 고전압 검사 플러그를 개폐기 내부의 케이블 설치 소켓에 삽입하고 나사로 고정하여 검사 대상 장비에 검사 전압을 도입합니다.

2.1 첫 번째 단계 검사
2.1.1 진공 회로 차단기 검사
이 단계에서는 먼저 회로 차단기 동적 특성 테스터를 사용하여 기계적 특성 검사와 작동 기구 검사를 수행합니다. 두 개의 인접한 개폐기가 한 조로 묶여지고, 세상의 테스트 리드선을 한쪽 끝에 연결하고 다른 끝은 접지합니다. 두 개의 직렬 연결된 회로 차단기의 기계적 특성과 코일 작동 전압을 각각 측정합니다—즉, 한 회로 차단기의 기계적 특성을 측정할 때 다른 회로 차단기는 폐쇄되어 검사 경로로 사용됩니다. 검사 방법은 표준 절차와 동일합니다. 이중 버스 시스템의 주 버스와 보조 버스를 연결하는 버스 타이브레이커 베이 9AH는 왼쪽 10AH와 오른쪽 8AH(총 3개의 브레이커)와 직렬로 연결하여 10AH와 8AH의 검사 경로를 활용할 수 있습니다.

2.1.2 도체 회로 및 버스 플러그 접합부의 직류 접촉 저항 검사
모든 진공 회로 차단기, 주/보조 버스 분리 스위치, 주/보조 버스 플러그 접합부의 접촉 저항을 측정하기 위해 인접한 개폐기를 여전히 한 쌍으로 묶지만 순차적으로 검사합니다—즉, 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. 각 쌍에서 두 개의 인접한 개폐기의 주(또는 보조) 버스 분리 스위치가 폐쇄되면 해당 주(또는 보조) 버스 경로의 3상 직류 접촉 저항을 측정합니다. 루프 저항 테스터를 사용하여 약 100A의 테스트 전류를 사용합니다. 예를 들어, 버스 타이브레이커 9AH는 마찬가지로 왼쪽 10AH와 오른쪽 8AH와 직렬로 연결하여 두 개의 검사 경로를 형성할 수 있습니다: 10AH–주 버스–9AH–보조 버스–8AH 및 10AH–보조 버스–9AH–주 버스–8AH. 검사 방법은 다른 개폐기와 동일하며, 저항 값은 200~300 μΩ 범위입니다.

2.1.3 전류 변환기 검사
캐비닛 내부에 설치된 가스 절연 전용 전류 변환기의 일차 도체 부품은 캐비닛 내부에 밀봉되어 있으므로, 내부 캐비닛 검사와 동시에 검사를 완료해야 합니다. 이 단계에서는 비율 검사, 극성 검사, 그리고 자극 특성 곡선 검사를 먼저 수행합니다. 이러한 검사는 다기능 완전 자동 종합 변압기 테스터를 사용하여 수행됩니다.

비율 검사 및 극성 검사: 테스트 회로 구성은 회로 차단기의 기계적 특성 검사와 동일합니다—즉, 두 개의 인접한 개폐기를 한 조로 묶고, 그들의 회로 차단기와 같은 측의 버스 분리 스위치를 폐쇄합니다. 상별로 고전류를 주입하고, 해당 2차 전류 단자로부터 2차 유도 전류를 추출하여 회로 내에 직렬로 연결된 모든 전류 변환기의 비율과 극성을 측정합니다. 검사 방법은 표준 절차와 동일합니다.

자극 특성 곡선 검사: 이 검사는 일차 회로가 열려있는 상태에서 언제든지 수행할 수 있습니다. 비율 검사와 동일한 테스트 장비를 사용하고, 2차 전류 단자를 공유하므로—즉, 해당 2차 전류 단자를 통해 테스트 전류를 주입—비율 검사와 동시에 수행하여 작업 효율을 높일 수 있습니다.

2.2 스위치 기어 내 장비의 절연 시험
두 번째 시험에서는 스위치 기어와 버스바의 절연 시험이 동시에 수행되며, 이는 다음과 같습니다: 회로 차단기의 대전부분과 접점 사이, 주/보조 버스 차단기의 대전부분과 접점 사이, 전류 변환기의 일차-이차 및 지면에 대한 절연 시험, 그리고 모든 내부 주/보조 버스바 및 도체 부분과 지면 및 상 간의 절연 시험.

각 스위치 기어 유닛은 두 번의 전압 적용을 받습니다. 먼저, 선정된 스위치 기어 유닛을 통해 캐비닛 내의 주 및 보조 버스바가 접지됩니다—즉, 선정된 스위치 기어 유닛의 회로 차단기와 주(또는 보조) 버스 차단기가 닫힙니다. 그런 다음, 버스 타이 회로 차단기와 그 주/보조 버스 차단기가 닫히고, 해당 스위치 기어 유닛의 케이블 소켓에 임시 접지선이 설치되어 캐비닛 내의 전체 주 및 보조 버스바 시스템이 접지됩니다.

시험 중인 스위치 기어 유닛은 고전압 시험 플러그를 사용하여 케이블 소켓에 단단히 조여 시험 전압을 도입합니다.

스위치 기어 유닛에 첫 번째 전압을 적용할 때, 회로 차단기는 열려 있으며, 3위치 주 버스 차단기는 접지 위치(또는 다른 곳에서 버스가 접지되는 서비스 위치)로 설정되어, 전류 변환기의 일차-이차 및 일차-지면 사이, 그리고 회로 차단기 접점 사이의 내전압 시험이 가능해집니다.

두 번째 전압 적용 시에는 회로 차단기가 닫히고, 주 및 보조 버스 3위치 차단기가 열린 상태로, 전체 회로 차단기 어셈블리와 지면 사이, 그리고 주/보조 버스 차단기 접점 사이의 내전압 시험이 가능해집니다.

특별한 버스 타이 회로 차단기 베이 9AH의 경우, 시험은 주 및 보조 버스 내전압 시험과 함께 계획될 수 있으며, 총 세 번의 전압 적용이 필요합니다. 첫 번째 전압 적용 시에는 버스 타이 회로 차단기와 주 버스 차단기가 닫히고, 보조 버스 차단기는 열립니다. 보조 버스는 다른 스위치 기어 유닛을 통해 접지되고, 특정 스위치 기어 유닛을 통해 주 버스에 시험 전압이 도입됩니다. 그런 다음, 주 버스 시스템, 전체 버스 타이 회로 차단기와 지면 사이, 그리고 보조 버스 차단기 접점 간격에 대한 내전압 시험이 수행됩니다. 그림 1 참조.

두 번째 전압 적용 시에는 버스 타이 회로 차단기와 보조 버스 차단기가 닫히고, 주 버스 차단기는 열립니다. 주 버스는 다른 스위치 기어 유닛을 통해 접지되고, 특정 스위치 기어 유닛을 통해 보조 버스에 시험 전압이 도입됩니다. 그런 다음, 보조 버스 시스템, 전체 버스 타이 회로 차단기와 지면 사이, 그리고 주 버스 차단기 접점 간격에 대한 내전압 시험이 수행됩니다.

세 번째 전압 적용 시에는 보조 버스를 통해 버스 타이 회로 차단기의 접점 간격을 시험합니다. 구체적으로, 버스 타이 보조 버스 차단기는 닫히고, 버스 타이 회로 차단기는 열리며, 버스 타이 주 버스 차단기는 "접지" 위치로 설정됩니다. 특정 스위치 기어 유닛을 통해 보조 버스에 시험 전압이 도입되어 버스 타이 회로 차단기 접점 간격에 대한 내전압 시험이 수행됩니다.

3. 스위치 기어 외부에서 수행되는 시험
피뢰기, 전압 변환기, 케이블 등의 장비는 설치 전에 모든 시험이 완료됩니다.

3.1 금속 산화물 피뢰기 시험
35 kV Bus Section III의 모든 회로 차단기 베이(버스 타이 베이 제외)에는 금속 산화물, 간극 없는, 차폐형, 플러그 인 피뢰기가 장착되어 있습니다. 피뢰기 설치 전에 시험이 수행됩니다. 시험 전후에 절연 저항을 측정합니다. DC 고전압 발생기를 사용하여 제조사 사양에 따라 시험을 수행합니다:

• 1 mA에서의 DC 참조 전압 ≥ 73 kV

• U₁ₘₐ의 75%에서 누설 전류 ≤ 50 μA

시험 중에는 피뢰기의 고전압 단자에 전용 절연 소매를 설치해야 합니다. 그렇지 않으면, 높은 전압과 작은 간격으로 인해 주변 공기에서 표면 방전이 발생하여 피뢰기의 표면 절연이 손상되어 시험이 불가능하고 장비 손상 위험이 있습니다.

3.2 전압 변환기(VT) 시험
35 kV Bus Section III에는 총 14개의 단일상, 플러그 인, 가스 절연 캐비닛 전용 전압 변환기가 설치되어 있습니다. 버스 VT는 선 VT와 달리 영차 전압 측정을 위한 추가 잔여 감속기를 포함합니다.

• 비율 및 극성 시험: 다기능 CT/VT 테스터를 사용하여 일차 감속기와 각 이차 감속기(잔여 감속기를 포함) 사이의 전압 비율을 측정하고 극성 관계를 확인합니다.

• 자극 특성 곡선: 동일한 테스터를 사용하여 이차 감속기에 자극 전압을 가하고, 20%, 50%, 80%, 100%, 120%의 이차 정격 전압(즉, 20 V, 50 V, 80 V, 100 V, 120 V)에서 자극 곡선을 기록합니다.

시험 중에는 일차 고전압 단자에 임시 절연 캡(내부 원뿔 절연체)을 설치해야 합니다. 그렇지 않으면, 표면 방전이 발생하여 절연이 손상되고 시험 전압에 도달할 수 없습니다.

• 감속기의 직류 저항: 각 VT의 일차 및 이차 감속기의 직류 저항을 측정합니다.

• 교류 내전압 시험: 이러한 VT는 기체 절연 개폐기에 특별히 설계되었으므로, 캐비닛 외부에서 시험 시 외부 절연이 높은 시험 전압을 견딜 수 없다. 따라서 1차 권선에 대해 전력 주파수 교류 내전압 시험을 수행하지 않으며, 유도 전압 시험을 대신 사용한다. 이 유도 시험은 여자특성 시험과 병행할 수 있으며, 2차 측에 120V를 1분간 인가한다.

• 1차 권선 단자 N과 다른 모든 권선/접지 사이에 3kV AC(전력 주파수)를 1분간 인가한다.

• 각 2차(또는 잔류) 권선과 다른 모든 권선/접지 사이에 2kV AC(전력 주파수)를 1분간 인가한다.

• 보조 부품 시험: 각 VT의 1차측 퓨즈의 직류 저항을 측정하고, 중성점 스파크 갭 보호기의 절연 저항을 점검한다.

4. 시험 중 주의사항

4.1 시험 전 기본 조건

• SF₆ 가스 압력 게이지는 정상적인 녹색 범위 내에 표시되어야 한다.

• 개폐기 외함은 신뢰성 있게 접지되어야 하며, 접지 저항은 요구 사양을 충족해야 한다.

• 삼위치 분리기 및 회로 차단기의 실제 위치와 상태 지시기가 정확한지 확인해야 한다.

• 시험 대상 장비의 미사용 소켓은 모두 절연 플러그로 밀봉되어야 한다.

• 교류 내전압 시험 중에는 전압이 인가되는 베이의 케이블 종단 구멍, 방전기 설치 구멍, VT 설치 구멍을 전용 절연 플러그로 밀봉해야 하며, 비가동 영역은 밀봉이 필요 없다.

• 모선 끝단이 절연 플러그로 밀봉되었는지, 양쪽 끝 캐비닛이 완전히 폐쇄되었는지 확인해야 한다.

4.2 고전압 시험의 특수한 특성
캐비닛 외부에서 VT의 외부 절연 강도가 부족하여 1차 권선의 유도 전압 시험은 감압된 상태에서 여자 시험과 병행해야 하며, 이는 표준 내전압 조건을 완전히 재현하지 못한다. 또한, 직류 접촉 저항 측정값은 회로 차단기, 분리기, 모선 플러그 접합부 및 CT 1차측을 포함한 전체 직렬 경로의 총 저항을 반영하므로, 총합 값이 사양을 초과할 경우 어느 특정 구성 요소가 허용 한계를 초과했는지를 파악하기 어렵다.

4.3 고전압 시험 방법의 특수성
가스로 채워진 외함 내부에 밀봉된 장비를 직접 시험하는 것이 불가능하므로, 시험 회로는 인접한 개폐기 유닛과 모선을 이용하여 구성해야 한다. 따라서 35kV 모선 구간 III 전체에 대한 종합 시험은 모선 시스템이 정전된 상태에서만 수행할 수 있다. 그러나 개별적으로 정전된 베이에서는 다음 시험들을 수행할 수 있다:

• 모든 CT 시험(비율 시험 제외)

• 회로 차단기 접점 간격 및 선로 측 구간에 대한 내전압 시험

• 회로 차단기의 기계적 특성 시험(모선 연계 차단기 제외)

• 케이블, 서지 억제기, VT 등 탈착 가능한 구성 요소에 대한 모든 시험

4.4 시험 기준에 대한 특별 고려사항
내부 교류 내전압 시험 중에는 회로 차단기, 분리기, CT, 모선이 동시에 시험되므로 시험 전압은 이들 중 가장 낮은 내전압 등급—76kV(CT 기준)—으로 제한되어 다른 구성 요소들에 대해 최적보다 낮은 응력 수준이 적용된다. 시험을 위해 2차 권선을 분리한 후에는 원래 배선을 즉시 복원하여 접촉 불량 또는 개방 회로가 발생하지 않도록 해야 한다.

5. 결론
소형 기체 절연 개폐기의 고전압 시험은 독특한 과제와 매우 복잡한 운영 요구사항을 수반한다. 따라서 장비 특성에 대한 철저한 이해가 필수적이다. 이러한 특성에 맞는 적절한 시험 장비와 방법을 선택하고, 효과적인 시험 절차와 기준을 정리함으로써 유사한 공학적 문제 해결을 위한 귀중한 참고 자료와 기술적 기반을 제공할 수 있다.