왜 RMU가 고장나는가? 응축과 가스 누출 설명

1. 서론

링 메인 유닛(RMUs)은 부하 스위치와 회로 차단기를 금속 또는 비금속 케이스 내에 수용하는 주요 전력 분배 장비입니다. 그들의 컴팩트한 크기, 간단한 구조, 뛰어난 절연 성능, 낮은 비용, 쉬운 설치, 완전 밀폐 설계 [1] 덕분에 RMUs는 중국의 전력망에서 중저압 전력 시스템에서 널리 사용되고 있습니다 [2], 특히 10 kV 분배 시스템에서 그렇습니다. 경제성장과 전력 수요 증가에 따라 전력 공급 시스템의 안전성과 신뢰성 요구사항이 계속해서 상승하고 있습니다 [3]. 결과적으로 RMU 제조 기술도 발전해왔습니다. 그러나 결로와 가스 누출과 같은 문제는 여전히 일반적인 운전 실패 사례입니다.

2. 링 메인 유닛의 구조

RMU는 부하 스위치, 회로 차단기, 퓨즈, 분리기, 접지 스위치, 메인 버스바, 분기 버스바 등 주요 구성 요소를 특정 압력으로 충전된 SF₆ 가스가 있는 스테인리스 강재 가스 탱크 내에 수용합니다. 이를 통해 내부 절연 강도를 보장합니다. SF₆ 가스 탱크는 주로 스테인리스 강재 셸, 케이블 피드스루 부싱, 사이드 콘, 관찰 창, 압력 해방 장치(버스트 디스크), 가스 충전 밸브, 압력 게이지 포트, 작동 메커니즘 샤프트로 구성됩니다. 이러한 구성 요소들은 용접 및 밀봉 가스켓을 통해 완전히 밀폐된 케이스로 조립됩니다.

RMUs는 다음과 같이 여러 가지 방법으로 분류될 수 있습니다:

• 절연 매체별: 진공 RMUs (진공 중단기 사용) 및 SF₆ RMUs (황화육플루오린 사용).

• 부하 스위치 유형별: 가스 생성형 RMUs (고체 소멸 재료 사용) 및 퍼퍼형 RMUs (압축 공기로 아크 소멸).

• 구조 설계별: 공통 탱크형 RMUs (모든 구성 요소가 하나의 챔버에 있음) 및 단위형 RMUs (각 기능이 별도의 구획에 있음) [4].

3. RMUs에서 흔히 발생하는 고장 유형

장기간 운전 중 RMUs는 다양한 요인으로 인해 여러 가지 고장을 겪게 됩니다. 가장 일반적인 고장에는 결로(습기 침입)와 가스 누출이 포함됩니다.

3.1 RMUs의 결로

RMU 내부에서 결로가 발생하면 물방울이 형성되어 중력에 의해 케이블 위로 떨어집니다. 이로 인해 케이블의 절연 성능이 감소하고 전도성이 증가하며 부분 방전이 발생할 수 있습니다. 이러한 상태로 장기간 운전하게 되면 케이블 폭발이나 심지어 RMU의 치명적인 고장 [5]까지 초래할 수 있습니다. 또한 대부분의 RMU 케이스와 구조물이 금속으로 만들어져 있어 습기는 작동 메커니즘과 캐비닛 구성 요소의 녹생을 유발하여 장비의 수명을 단축시킵니다.

3.2 RMUs의 가스 누출

현장 및 제조사 조사에 따르면 RMU 가스 탱크에서의 가스 누출은 광범위하고 심각한 문제입니다. 누출이 발생하면 내부 절연 강도가 떨어지게 됩니다. 정상적인 전환 작업에서도 일시적 과전압이 약해진 절연 강도를 초과하여 절연 파괴, 상간 단락, 그리고 전력 시스템의 안전한 운전에 큰 위협이 됩니다.

4. RMUs에서 가스 누출의 원인

가스 누출은 주로 용접 부위, 동적 밀봉, 정적 밀봉에서 발생합니다. 용접 누출은 패널 겹침 부위, 모서리, 외부 금속 구성 요소(예: 부싱, 샤프트)가 주 탱크에 용접되는 부위에서 흔히 발생합니다. 제조 과정에서 완전 관통되지 않거나 미세 균열, 용접 품질이 좋지 않은 경우 작은 누출 경로가 생길 수 있습니다. 동적 밀봉(예: 작동 샤프트 주변)은 시간이 지남에 따라 마모되기 쉽고, 정적 밀봉(예: 플랜지 사이의 가스켓)은 노화, 부적절한 압축, 온도 변화로 인해 점차적으로 가스 손실을 초래할 수 있습니다.