LTB vs DTB vs GIS: 고압 회로 차단기 비교

고압 회로 차단기의 기본적인 의미는 간단히 말해 정상 조건에서는 회로, 피더 또는 변압기나 커패시터 뱅크와 같은 특정 부하를 열고(중단, 트립) 닫음(연결, 재접속)하는 데 사용됩니다. 전력 시스템에서 고장이 발생하면 보호 계전기가 작동하여 회로 차단기를 활성화하여 부하 전류나 단락 전류를 중단함으로써 전력 시스템의 안전한 운영을 보장합니다.

고압 회로 차단기는 고압 스위칭 장치의 한 종류이며, 일반적으로 "고압 스위치"라고도 불리며, 변전소의 주요 장비 중 하나입니다. 그러나 고압 변전소의 엄격한 안전 요구 사항 때문에, 작업자는 일반적으로 변전소에 들어가 이러한 장비에 접근하거나 가까이 다가갈 수 없습니다. 일상 생활에서 우리는 보통 멀리서 고압 송전선만 볼 수 있으며, 이러한 스위치를 직접 관찰하거나 만지는 경우는 드뭅니다.

그렇다면 고압 회로 차단기는 실제로 어떤 모습일까요? 오늘은 회로 차단기의 일반적인 분류와 구조 유형에 대해 간략하게 논의해보겠습니다. 일상생활에서 접하는 저압 스위치는 공기만을 아크 소멸 매체로 사용하는 것과 달리, 고압 회로 차단기는 절연과 아크 중단 성능이 매우 높아야 하므로, 전기 안전, 절연 완전성, 효과적인 아크 소멸을 보장하기 위해 특수한 아크 소멸 매체가 필요합니다. (절연 매체에 대한 자세한 내용은 앞으로 나올 기사들을 참고하시기 바랍니다.)

고압 회로 차단기는 두 가지 주요 분류 방법이 있습니다:

1. 아크 소멸 매체별 분류:

(1) 오일 회로 차단기: 대용량 오일과 최소 오일 타입으로 나뉩니다. 두 경우 모두 접점이 오일 내에서 열고 닫으며, 변압기 오일을 아크 소멸 매체로 사용합니다. 성능이 제한적이어서 이러한 타입들은 대부분 퇴출되었습니다.

(2) SF₆ 또는 친환경 가스 회로 차단기: 황화불화수소(SF₆) 또는 기타 친환경 가스를 절연 및 아크 소멸 매체로 사용합니다.

(3) 진공 회로 차단기: 접점이 진공 상태에서 열고 닫으며, 아크 소멸은 진공 조건에서 이루어집니다.

(4) 고체 소멸 회로 차단기: 고온의 아크에서 분해되는 고체 아크 소멸 재료를 사용하여 가스를 생성하여 아크를 소멸시킵니다.

(5) 압축 공기 회로 차단기: 고압 압축 공기를 사용하여 아크를 불어냅니다.

(6) 자기 불림 회로 차단기: 공기 중에서 자기장을 이용하여 아크를 아크 챔버로 이동시키고, 여기서 아크는 늘어나고, 냉각되며 소멸됩니다.

현재 고압 회로 차단기는 주로 SF₆ 또는 친환경 대안 가스를 절연 및 아크 소멸 매체로 사용합니다. 중압 범위에서는 진공 회로 차단기가 시장을 주도하고 있으며, 진공 기술은 66kV와 110kV 전압 수준에서도 이미 개발되어 배포되고 있습니다.

2. 설치 위치별 분류:

실내형과 실외형.

또한, 지면 대비 절연 방법에 따라 고압 회로 차단기는 세 가지 구조 유형으로 분류할 수 있습니다:

1) Live-Tank Circuit Breaker (LTB):
간단히 LTB라고도 합니다. 정의상, 이는 차단기 실이 지면에서 절연된 용기에 수납된 회로 차단기입니다. 구조적으로 포스트형 절연자 설계를 특징으로 합니다. 차단기는 고전압 상태로, 도자기 또는 복합 절연자 내부에 수납되어 지면과 절연된 지지 절연자를 통해 절연됩니다.

주요 장점: 여러 차단기 유닛을 직렬로 연결하고 지지 절연자의 높이를 늘려 더 높은 전압 등급을 달성할 수 있습니다. 또한 상대적으로 비용이 낮습니다.

LTB 기반 장비는 공기 절연 스위치기구(AIS)를 형성하며, AIS로 건설된 변전소는 AIS 변전소로 알려져 있습니다. 이러한 변전소는 투자가 적고 유지보수가 간단하지만, 대규모 토지를 필요로 하고 자주 유지보수가 필요합니다. 공간이 넓고 환경 조건이 좋으며 예산이 제한적인 농촌이나 산악 지역에 적합합니다.

2) Dead-Tank Circuit Breaker (DTB):
약칭 DTB. 정의상, 이는 차단기 실이 지면에 접지된 금속 탱크 내에 수납된 회로 차단기입니다. 전도 경로는 부싱을 통해 인도됩니다.

중요한 것은 LTB와 DTB 사이의 근본적인 차이는 접지에 있습니다: DTB에서는 탱크가 지면 전압입니다.

장점으로는 부싱에 직접 전류 변환기를 통합할 수 있으며, 컴팩트한 구조, LTB보다 훨씬 작은 풋프린트, 더 좋은 환경 적응성(혹독한 조건에 적합), 낮은 중심으로 인한 우수한 내진 성능이 있습니다. 주요 단점은 비용이 높다는 것입니다.

DTB 기반 스위치기는 Hybrid Gas-Insulated Switchgear (HGIS)로 알려져 있으며, 결과적으로 만들어진 변전소는 HGIS 변전소로 불립니다.

3) 완전히 폐쇄된 복합 구조 - 가스 절연 금속 밀폐 스위치기구, 고압 응용 분야에서는 일반적으로 GIS(Gas-Insulated Switchgear)로 알려져 있습니다. 이 용어는 이러한 장비를 광범위하게 포함합니다. 회로 차단기 구성 요소 자체는 GCB(Gas-Insulated Circuit Breaker)라고도 할 수 있습니다.

DTB와 마찬가지로 차단기 실이 폐쇄되어 있지만, GIS는 회로 차단기뿐만 아니라 다른 필수적인 변전소 구성 요소(분리기, 접지 스위치, 계측 변압기, 서지 방지기, 버스바)를 모두 지면에 접지된 금속 용기에 밀봉하여 압축된 SF₆(또는 대체 절연 가스)로 충전합니다. 외부 고가선과의 연결은 부싱 또는 전용 가스 구획을 통해 이루어집니다.

이러한 방식으로 건설된 변전소는 GIS 변전소(IEEE 표준에 따르면 Gas-Insulated Substations)로 알려져 있습니다. GIS는 토지가 비싼 도시 지역이나 초고신뢰성이 요구되는 대형 수력 발전소나 원자력 발전소와 같은 중요한 시설에 이상적입니다.

이제 고압 회로 차단기 유형(LTB, DTB, GCB)과 해당 변전소 구성을(AIS, HGIS, GIS) 구분하는 것이 명확해졌을 것입니다.