12kV 무SF6 가스 링 메인 유닛의 연구 및 개발 현황

가스 절연은 주로 SF₆ 가스를 기반으로 합니다. SF₆는 극도로 안정적인 화학적 특성을 가지고 있으며 뛰어난 절연 강도와 소멸 성능을 보여주기 때문에 전력 설비에서 널리 사용됩니다. SF₆ 절연 스위치장치는 구조가 컴팩트하고 크기가 작으며 외부 환경 요인에 영향을 받지 않으며 뛰어난 적응력을 보입니다.

그러나 SF₆는 국제적으로 여섯 가지 주요 온실가스 중 하나로 인정되고 있습니다. SF₆ 절연 스위치장치의 누출은 피할 수 없는 실제적인 문제입니다. 환경 보호 측면에서 보면 황화합물의 사용을 줄이거나 최소화해야 합니다. 국제 사회는 SF₆ 가스의 단계적인 폐지와 궁극적인 사용 중단에 대한 합의를 이뤘습니다.

1. 12kV 무SF₆ 가스 고리형 메인 유닛의 기술적 특성

1.1 친환경적

건조한 공기(또는 질소)가 주된 절연 매체로 사용되어 SF₆를 제거하고 독성 또는 온실가스 배출을 피합니다. 제품의 전체 수명 주기 동안 환경 영향을 고려하며 재료 및 제조 공정의 지속적인 개발을 통해 재활용성을 향상시킵니다. 컴팩트하고 공간 절약형 디자인은 원자재 소모, 생산 에너지 사용, 그리고 토지 점유 면적을 효과적으로 줄입니다.

1.2 안전하고 신뢰성 있음

성숙한 진공 스위칭 기술은 안정적이고 신뢰성 있는 중단 성능과 장수명을 보장합니다. 정격 가스 충전 압력이 낮아(절대압 0.12 MPa) 저누출률(≤0.1%)을 달성하기 쉽습니다. 높은 절연 강도로 게이지 압력이 0일 때에도 정상적으로 작동할 수 있습니다. 3개 위치 분리기는 전기 또는 원격 조작을 지원하며 부하 스위치/회로 차단기와의 종합적인 "5중 예방" 잠금 장치를 갖추고 있어 유지 관리 중의 운영 안전성을 향상시킵니다.

1.3 환경 적응성

모든 고압 주요 구성 요소는 외부 환경과 완전히 격리된 3mm 스테인리스강 용접 가스 상자 내에 밀봉되어 있습니다. 필요에 따라 스위칭 메커니즘과 저압 상자에 추가적인 보호 구조를 추가하여 특수 조건 하에서도 부식, 습기, 저온 작동 요구 사항을 충족합니다.

1.4 지능형 리더십

사용자의 필요에 따라 제품은 지능형 제어 시스템, 자체 발전 통합 보호, 그리고 파노라믹 스마트 전력 분배 플랫폼을 선택적으로 장착할 수 있습니다. 데이터 수집, 제어, 모니터링, 진단, 보호, 통신 등의 기능을 통합된 시스템으로 제공하여 원격 운영/유지 관리를 가능하게 하고 전력 분배의 빅데이터 응용을 용이하게 합니다.

2. 12kV 고리형 메인 유닛의 현황과 발전 동향

2.1 12kV 고리형 메인 유닛의 현황

지난 세기 동안 지구의 기후는 주로 전 지구적인 온난화를 특징으로 크게 변화했습니다. 이러한 온난화는 자연적인 기후 변동과 인간 활동으로 인한 온실 효과 증가의 결과입니다. 온실가스 배출 감소와 기후 변화 완화는 유엔 기후 변화 프레임워크 협약(UNFCCC)과 교토 의정서의 주요 목표입니다.

1997년 일본에서 열린 교토 의정서 회의에서 SF₆는 가장 강력한 온실가스 중 하나로 지정되었으며 사용과 배출 제한 대상 물질로 포함되었습니다. CO₂가 온실 효과의 60% 이상을 차지하는 반면 SF₆는 약 0.1%만 차지합니다. 현재 작은 기여도에도 불구하고 SF₆는 중요한 잠재적 위험을 가지고 있습니다: 한 개의 SF₆ 분자는 CO₂ 분자보다 23,900배 더 큰 온실 효과를 가지며 대기 중 수명은 약 3,200년입니다. 전 세계적으로 생산된 SF₆의 약 50%가 전력 산업에 사용되며 그 중 80%는 스위치장치에 사용됩니다. 개발 도상국인 중국은 온실가스 배출 감소에 대한 압박이 증가하고 있습니다.

2.2 12kV 고리형 메인 유닛의 발전 동향

기술적 측면에서 고리형 메인 유닛 산업은 2014년경까지 공기 절연, 준 SF₆ 절연, 완전 SF₆ 절연, 고체 절연 등 여러 단계를 거쳤습니다. 이러한 발전은 안전성, 신뢰성, 미니어처화, 그리고 환경 친화성을 중심으로 지속적인 혁신과 기술 발전을 반영합니다.

현재 국내외에서 고체 절연 스위치장치는 SF₆ 기반 제품의 이상적인 대안으로 간주되었지만, 에폭시 수지(고체 절연 장치에서 널리 사용됨)의 재활용 어려움, 대체 열가소성 공학 재료의 광범위한 수용성 부족, 절연 실패 후 복원 불가능성, 고용량 작동 시 온도 상승 문제 등으로 인해 관심이 급격히 식었습니다.

반면에, 환경적 단점에도 불구하고 완전 SF₆ 절연 고리형 메인 유닛은 컴팩트한 크기, 우수한 환경 적응성, 높은 신뢰성, 그리고 낮은 유지 보수 요구사항으로 시장을 지배하고 있습니다.

최근 2-3년 동안 친환경 가스 절연 스위치장치는 다음과 같은 주요 분야의 발전에 의해 그리드 운영자와 선도 제조업체들의 관심의 초점이 되어 왔습니다:

• 진공 스위칭 기술(포함 설계 포함)의 성숙한 적용;

• 절연 기술(가스 절연, 고체 인터페이스 절연, 복합 절연 등)에 대한 깊은 이해;

• SF₆ 절연 장비(RMUs, C-GIS)에 대한 광범위한 운영 경험;

• ABB와 3M 같은 회사들의 SF₆ 대체 가스 연구에서의 돌파구;

• 핵심 구성 요소의 신뢰성 향상으로 인해 고정형 중압 제품으로의 복귀를 주장하는 업계 논의.

중국이 전력 부문의 변환 및 업그레이드를 가속화하고 에너지 절약과 배출 감소에 대한 급박한 요구사항을 마주하게 되면서 대기 습도 조절과 대기 오염 관리가 시급한 우선 과제가 되었습니다. 빠르게 변화하는 전력 산업에서는 SF₆ 가스 없는 링 메인 유닛 개발이 불가피한 추세입니다. 미래의 송전 및 배전 장비는 안전성, 신뢰성, 소형화, 환경 지속 가능성에 더욱 집중할 것입니다.

특히 중국 국가 그리드 공사는 일반 산업 사용자들보다 친환경 스위치 기어에 대해 훨씬 더 높은 인식을 보이고 있습니다. "2017년판 국가 그리드 공사 주요 촉진 신기술 목록"은 2016년부터 2018년까지 새로운 설치물과 개조 프로젝트에서 SF₆ 가스 없는 링 메인 유닛이 "총 설치물의 30% 이상을 차지하며 연간 성장률이 8% 이상"이어야 함을 명시적으로 규정하고 있습니다. 또한 국가 그리드 운영 및 유지보수 부서와 중국 전력 연구원이 공동으로 개발한 최신 버전(2017년)의 "12 kV 링 메인 유닛 표준 설계 권장 사항"은 공식적으로 친환경 가스 절연 링 메인 유닛을 포함하고 향후 조달 입찰을 위한 명확한 기술 사양을 설정하였습니다.

3. 결론

요약하면, 중국이 전력 산업의 변환을 가속화하고 에너지 절약과 배출 감소에 대한 급박한 요구사항을 마주하면서 대기 습도와 대기 오염 해결이 즉각적인 우선 과제가 되었습니다. 12 kV 링 메인 유닛은 전력 시스템과 다양한 산업 응용 분야에서 널리 배포되어 견고하고 지능적인 그리드의 필수 구성 요소로서 전력 공급의 안전성과 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 전력 부문의 빠른 발전에 대응하여 친환경 가스 절연 링 메인 유닛 개발은 역행할 수 없는 추세입니다. 향후 송전 및 배전 장비는 안전성, 신뢰성, 소형화, 환경 친화성을 중심으로 계속 진화할 것입니다.