GIS 설치 및 시운전을 위한 상위 5개의 중요한 프로세스 제어

이 논문은 GIS(가스절연개폐장치) 장비의 장점과 기술적 특성을 간략히 설명하고, 현장 설치 과정에서의 몇 가지 중요한 품질 관리 포인트와 공정 관리 조치를 상세히 설명합니다. 현장 내압 시험은 GIS 장비의 전체적인 품질과 설치 작업의 일부만 반영할 수 있음을 강조하며, 특히 설치 환경, 흡착제 처리, 가스 챔버 처리, 회로 저항 시험 등 주요 영역에서의 종합적인 품질 관리를 강화함으로써 GIS 장비의 안전하고 원활한 운용을 보장할 수 있다고 강조합니다.

전력 시스템의 발전에 따라 변전소 주요 장비의 기계적 및 전기적 성능에 대한 요구사항이 높아지고 있습니다. 따라서 더욱 고급된 전기 장비가 변전소에 점점 더 많이 적용되고 있으며, 그 중에서도 GIS(가스절연금속봉쇄개폐장치)는 많은 장점을 가지고 있어 널리 활용되고 있습니다. 따라서 GIS의 현장 설치 및 운용은 변전소 건설의 중심적인 부분이 되었습니다.

1. GIS 장비의 기술적 특성

• 콤팩트한 구조와 작은 설치 면적

• 높은 운영 신뢰성과 우수한 안전성

• 부정적인 외부 영향 제거

• 짧은 설치 기간

• 쉬운 유지보수와 긴 점검 간격

2. GIS 설치 과정에서의 주요 공정 관리 포인트 및 관리 조치

GIS 장비의 높은 통합도와 컴팩트한 설계로 인해 현장 설치 과정에서의 어떤 소홀함이라도 장비 결함이나 심지어는 전력망 사고로 이어질 수 있는 잠재적인 위험을 남길 수 있습니다. 여러 GIS 변전소 설치 경험을 바탕으로, 다음의 주요 측면에 대한 엄격한 관리는 설치 및 운용 과정에서 필수적입니다.

2.1 설치 환경 관리

SF₆ 가스는 습기와 불순물에 매우 민감하므로, 현장 설치 환경은 엄격히 관리되어야 합니다. 설치 과정에서 가스 챔버를 열어야 하므로, 작업은 습도가 80% 미만인 건조하고 맑은 날씨에서 이루어져야 합니다. 챔버가 열린 후에는 진공 처리를 계속하여 노출 시간을 최소화해야 합니다. 야외 설치의 경우, 풍속은 Beaufort 척도 3을 초과해서는 안 됩니다. 필요하다면, 열린 챔버 주변에 지역 차단 조치를 취하고, 안전 구역 내의 먼지 발생을 엄격히 관리해야 합니다. 설치 지역은 깨끗하고 정돈되어 있어야 합니다.

작업자는 느슨한 섬유 의복이나 장갑을 착용해서는 안 되며, 머리는 모자로 완전히 덮어야 하고 마스크를 착용해야 합니다. 고온 상태에서는 땀으로 인한 습기를 방지하기 위해 냉각 조치를 취해야 합니다.

2.2 GIS 가스 챔버의 흡착제 처리

GIS에서 사용되는 흡착제는 일반적으로 4A 분자체로, 비전도성이며, 유전 상수가 낮고 먼지가 없으며, 강한 흡착 능력을 가지고 있으며 고온과 아크 노출에도 견딜 수 있습니다. 흡착제는 200–300°C의 진공 건조 오븐에서 12시간 동안 건조시켜야 합니다. 건조 후 즉시 15분 이내에 챔버에 설치해야 하며, 흡착제가 설치된 챔버는 가능한 한 빨리 진공 처리를 시작하여 공기 노출을 최소화해야 합니다.

설치 전에 흡착제의 무게를 측정하고 기록하여 향후 유지보수 시 참고해야 합니다. 점검 시 무게가 25% 이상 증가하면, 흡착제가 많은 수분을 흡수하였음을 나타내며 재생이 필요합니다. 아크 소멸 챔버의 흡착제는 재생할 수 없습니다.

2.3 가스 챔버의 진공 처리

진공 처리는 챔버 조립 직후 즉시 시작되어야 합니다. 연결 파이프라인에 단방향 밸브를 설치하고, 전원이 끊어졌을 때 펌프 오일이 챔버로 역류하지 않도록 전담 인원이 모니터링해야 합니다. 진공 펌프를 먼저 작동시켜 올바르게 작동하는지 확인한 후 모든 파이프라인 밸브를 열어야 합니다. 중단할 때는 펌프를 끄기 전에 밸브를 닫아야 합니다.

내부 절대 압력이 133 Pa 미만이 될 때까지 진공 펌프를 계속 작동시키고, 추가로 30분 동안 작동시킨 후 중단하고 격리해야 합니다. 30분 후의 절대 압력(PA)을 기록하고, 추가로 5시간 후에 다시 압력(PB)을 측정합니다. PB – PA < 67 Pa인 경우 챔버는 잘 밀봉되었다고 판단됩니다. 이 밀봉 시험을 통과한 후에만 합격한 SF₆ 가스를 챔버에 충전할 수 있습니다.

진공 처리 중에는 한쪽이 정격 운전 압력에 있고 다른 쪽이 고진공 상태인 경우가 지속되면, 이는 기계적 손상을 일으킬 수 있으므로, 필요하다면 가압측의 압력을 정격 값의 50% 미만으로 낮추어야 합니다.

2.4 케이싱 접지

GIS의 내부 배치가 밀집되어 있어 도체 사이와 도체와 금속 케이싱 사이의 전기 간격이 매우 작습니다. 내부 절연 붕괴 시 큰 고장 전류가 접지선을 통해 접지망으로 흐릅니다. 또한, GIS 케이싱이 폐루프형 금속 재료로 만들어져 있기 때문에, 비대칭 시스템 고장으로 인해 자기 유도에 의해 케이싱에 큰 전압이 유도될 수 있어 장비 손상이나 인명 피해를 초래할 수 있습니다.

따라서 접지 작업은 높은 기준을 충족해야 합니다. GIS를 사용하는 변전소는 총 접지 저항을 최소화하기 위해 구리 접지망을 사용하는 것이 권장됩니다. 케이싱과 접지망 사이의 모든 연결은 구리 재료를 사용해야 합니다. 가스 챔버 사이에 디스크형 절연자와 고무 패킹이 존재하기 때문에, 케이싱 사이에 구리 접속 막대를 설치해야 합니다. 이 접속 막대의 단면적은 주 접지망의 단면적과 일치해야 합니다.

GIS는 다중 접지 방식을 사용합니다. 접지 포인트의 수와 위치는 제조사 및 설계 사양을 따르어야 합니다.

2.5 주 회로 저항 시험

주 회로 저항 시험은 GIS 설치에서 중요한 역할을 합니다. 모듈 간 접촉 연결의 완전성을 검증할 뿐만 아니라, 주 버스바의 올바른 위상 순서를 확인합니다. 완전히 밀폐된 개폐장치의 경우, 올바른 위상과 신뢰성 있는 연결이 특히 중요합니다. 실제로, 잘못된 위상이나 부적절한 도체 연결로 인해 재작업이 이루어진 적이 있습니다.

제조사는 일반적으로 내부 연결에 대한 표준 접촉 저항 값을 제공합니다. 조립 중 각 구간별로 회로 저항을 시험하여 초기에 나쁜 접촉을 발견하고 수정할 수 있습니다. 각 구간의 측정 저항은 해당 구간 내 모든 연결의 제조사 지정 값의 합을 초과해서는 안 됩니다.

완전한 조립 후에는 전체 회로 저항 시험을 수행해야 하며, 결과는 이론적으로 계산된 값보다 크지 않아야 합니다.

특별 주의: 진공 처리 중인 챔버에 대해 회로 저항 시험을 수행해서는 안 됩니다. 기압이 대기압보다 낮을 때, 챔버 내부의 절연 강도는 매우 낮아 몇십 볼트의 전압도 디스크형 절연자 표면에 방전을 일으키며, 이는 운용 중에 약한 절연점과 잠재적인 고장 원인이 될 수 있습니다. 따라서 저항 측정 전에 신중한 점검을 수행하여 진공 상태의 챔버에 대한 시험을 피해야 합니다.

2.6 내압 시험

SF₆ 가스의 우수한 절연 특성으로 인해 GIS는 컴팩트한 설계를 가능하게 합니다. GIS는 접지된 알루미늄 합금 케이싱을 사용하며, 운전 압력 하에서 내부 도체 사이 또는 도체와 접지 케이싱 사이의 간격이 매우 작습니다. 공장에서 사전 조립된 주요 구성 요소가 운송 중에 이동하거나 현장 설치 중에 미세한 불순물이 도입되면 내부 전기장 분포가 왜곡될 수 있습니다. 세라믹 절연 장비와 달리, GIS 중단기의 작은 치레나 입자도 비정상적인 방전이나 절연 붕괴를 일으킬 수 있습니다.

따라서 현장 내압 시험은 GIS의 성능과 설치 품질을 검증하는 마지막 방어선 역할을 합니다.

승인 시험 규정에 따르면, 현장 시험 전압은 공장 시험 전압의 80%입니다. 예를 들어, 110 kV GIS의 경우, 주 회로 내압 시험 전압은 공장 시험 전압의 80%인 230 kV × 80% = 184 kV이며, 1분 동안 적용됩니다. 시험은 완전 가스 충전 후 최소 24시간 이후에 수행되어야 합니다. 서지 방호기와 전압 변환기는 시험에서 제외되어야 합니다. 고압 송출 케이블은 GIS에 연결된 후 함께 시험되어야 합니다. 시험 전에 절연 저항을 측정하고 만족스러운지 확인해야 합니다.

시험 절차: 3 kV/s의 속도로 전압을 상승시켜 정격 운전 전압(63.5 kV)까지 올려 1–3분 동안 장비 상태를 관찰한 후, 184 kV로 상승시키고 1분 동안 유지합니다. 각 위상별로 이 절차를 반복합니다.

내압 시험을 통과한 GIS는 운용될 수 있지만, 이 시험은 모든 잠재적인 결함을 감지할 수는 없습니다. 운용 중에는 GIS가 전력 주파수 전압뿐만 아니라 번개 및 스위칭 과전압에도 견뎌내야 합니다. SF₆ 가스의 붕괴 전계 강도는 전압 유형에 따라 다릅니다. 동축 원통형 전극 시스템의 경우, SF₆의 50% 붕괴 전압은 다음과 같이 경험적으로 표현될 수 있습니다:

U₅₀ = (AP + B)μd

여기서:
P — 챔버 압력
d — 전기 간격 (mm)
μ — 전기장 활용 계수
A, B — 전압 파형에 따른 상수

따라서, 붕괴 전압은 전압 유형과 극성에 따라 달라집니다. 다양한 내부 결함은 다양한 전압 파형에 대해 서로 다른 감도를 나타냅니다. 전력 주파수 교류 전압은 SF₆의 습기, 불순물, 또는 금속 입자로 인한 절연 붕괴에 민감하지만, 표면 스크래치나 도체 표면 상태가 좋지 않은 경우에 대해서는 덜 민감합니다.

따라서, 전력 주파수 내압 시험은 모든 내부 결함을 감지할 수 없습니다. 설치 과정 중의 공정 관리를 강화하고 전체적인 설치 품질을 개선하는 것이 GIS의 안전한 운용을 보장하는 가장 중요한 조치입니다.

3. 결론

이 논문은 GIS 장비의 현장 설치 및 운용 과정에서의 주요 공정 및 품질 관리 포인트를 분석하였습니다. 현장 내압 시험이 설치된 GIS의 전체 품질과 작업의 일부만 반영할 수 있음을 보여주며, 무엇보다도 모든 설치 과정에서 엄격한 관리를 통해 절차와 작업 지침을 완전히 준수함으로써 GIS 장비를 처음부터 안전하고 신뢰성 있게 운용할 수 있음을 강조합니다.

이 요약이 전력 건설 산업의 동료들에게 유용한 참조 자료가 되기를 바랍니다.