배전실에서의 고저압 배전함의 최적 선택

요약: 배전실의 고저압 배전반의 주요 유형과 특성을 분석한 바탕에서 본 논문은 이러한 배전반을 선택하는 기본 원칙에 대해 논의한다. 기술적 신뢰성, 설치 편의성, 경제성의 관점에서 고저압 배전반을 선택하는 최적화 조치를 분석하여 기술적 및 경제적 성능 향상에 일정한 역할을 한다.

키워드: 배전실; 고저압 배전반; 최적화; 구성

0 서론

경제 발전 수준이 지속적으로 상승함에 따라 전기 에너지는 현재 생산 및 일상 생활에 필수적인 에너지원 중 하나가 되었다. 정상적인 생산 및 일상 활동을 보장하기 위해 전력 공급의 모든 측면이 합리적으로 제어되어야 하며, 이를 통해 전력망 공급의 안정성과 신뢰성이 향상된다. 배전실의 배전반은 전기 에너지를 최종 사용자에게 전달하는 마지막 링크를 나타낸다. 이러한 고저압 배전반의 안정성과 경제성을 보장하고 최적의 선택을 달성하는 것은 전력망의 안전성과 안정성을 보장하는 중요한 조치이다.

1 배전실의 고저압 배전반의 주요 유형과 특성

배전반을 최적화 선택하기 전에 그 주요 유형을 이해하여 선택의 구체적인 기초를 제공해야 한다.

1.1 고압 배전반

고압 배전반은 전력 시스템 내에서 개별 단위로 존재하지 않는다. 주로 제어 장비, 고압 스위치, 모니터링 장비, 신호 전송 장치, 보호 장비 등 여러 연결된 구성 요소로 구성되어 다기능 복합 시스템을 형성한다.

1980년대부터 중국에서는 고압 배전반에 대한 기술 개혁이 이루어졌다. R&D 기술과 적용 경험의 축적을 통해 많은 새로운 기술이 개발에 적용되어 KYN28 캐비닛과 XGN15-12 캐비닛과 같은 기술적으로 진보된 제품들이 등장하였다.

(1) KYN28 캐비닛의 작동 특성

이 유형의 고압 캐비닛은 구조적으로 두 가지 주요 부분으로 구성된다: 수레(추출 가능한 부분)와 캐비닛 몸체. 캐비닛 몸체는 주로 압연 금속 파티션으로 조립되며, 케이블 구역, 수레 구역, 버스바 구역, 계측기 구역으로 나뉘어진 네 개의 독립적인 구역으로 나뉜다. 수레는 회로 차단기 수레, 측정 수레, PT 수레 등으로 구분된다. 주요 전기 구성 요소는 진공 회로 차단기, 고압 융선, 구리 버스바, 절연 부품, 고압 반응기 등이며, 2차 전기 구성 요소는 공기 회로 차단기, 버튼, 계량기, 종합 보호 장치, 신호등 등이다. 중앙에 위치한 추출 가능 수레를 사용하면 이를 랙 인 아웃하여 고압 캐비닛의 주 시스템과 다른 시스템 사이에 안전한 분리점을 생성할 수 있다.

(2) XGN15-12 캐비닛의 작동 특성

XGN15-12는 35kV AC 금속 밀폐 스위치기어에 대한 국가 표준을 기반으로 개발된 새로운 유형의 고압 완전 스위치기어 제품이다. 이 제품은 소형 크기(일반 스위치기어의 부피의 60%)뿐만 아니라 회로 차단기의 신뢰성, 우수한 성능, 강제 연동 기능을 갖추고 있다. 3.5kV부터 12kV까지의 정격 전압과 630A부터 3150A까지의 정격 전류를 지원하며, IP2X 등급의 보호를 제공한다. 사용자는 스프링 작동 또는 전자 자석 작동 메커니즘을 선택할 수 있다.

1.2 저압 배전반

저압 배전반 제품 시리즈에는 주로 국제 기술을 기반으로 개발되고 국제 품질 인증을 받은 제품과 외국 제품 두 가지 범주가 있다. 국제 기술을 기반으로 개발된 시리즈 제품에는 주로 GCK 저압 스위치기어, GCS 저압 스위치기어, GGD 저압 교류 스위치보드가 포함된다. 외국 제품은 주로 ABB 스위스에서 제조한 MNS 시리즈 배전반이 대표적이다.

(1) GCS 캐비닛의 작동 특성

GCS 캐비닛은 가장 일반적인 드로어 타입 스위치기어 제품 시리즈 중 하나이다. 8MF 오픈 섹션 강철을 캐비닛 몸체의 주 프레임으로 사용하며, 측면 판은 20mm/100mm 모듈과 9.2mm 내부 직경의 체결 구멍을 갖춘다. 다양한 기능 구역은 독립적이며 분리되어 있으며, 주로 드로어 유닛 구역, 케이블 구역, 버스바 구역으로 구성된다. 케이블 구역은 독립적으로 분리되어 케이블이 상단이나 하단에서 쉽게 들어오고 나갈 수 있다. 각 GCS 피더 캐비닛은 11개의 전체 유닛 드로어 또는 22개의 반 유닛 드로어를 수용할 수 있어 드로어 조합의 유연성을 높인다. 또한, 드로어 유닛 내부에는 출력 드로어의 분리와 폐쇄를 용이하게 하는 기계식 잠금 장치가 장착되어 있다.

(2) MNS 캐비닛의 작동 특성

이 유형의 스위치기어도 저압 추출 가능 완전 스위치기어의 형태이다. 굽힌 강판으로 만든 케이스를 사용하여 내부 공간을 버스바 구역, 케이블 구역, 유닛 구역(드로어) 세 가지 기본 구역으로 나눈다. 버스바 구역이 후면에 위치해 있어 양면 캐비닛으로 구성될 수도 있다. 버스바 스타일은 GCS 유형과 유사하다. 유닛 드로어의 높이는 200mm이며, 기계식 잠금 장치가 장착되어 있다.

2 고저압 배전반 선택의 기본 원칙

배전반 선택 과정에서 기본 요구 사항은 선택한 고저압 배전반이 프로젝트의 사용 요구 사항을 충족시키고 장비 운전의 신뢰성과 안정성을 보장하는 것이다. 동시에 제품의 운영 간편성 등의 관련 성능 측면을 분석하여 비교적 간편하게 운영할 수 있는 장비를 선택하여 운영 정확성을 향상시켜야 한다. 또한, 프로젝트의 비용 요구 사항을 분석하여 정확한 프로젝트 예산을 결정하고, 구현 과정에서 건설 비용을 합리적으로 제어하며, 원자재와 자원을 효과적으로 활용하여 효과적인 비용 관리를 달성해야 한다.

2.1 신뢰성 원칙

고압 배전반 유형을 선택할 때, 배전실의 실제 운전을 기반으로 제품의 안전성과 신뢰성을 보장하는 것이 기본 목표이다. 고압 캐비닛의 실제 운전 조건을 종합적으로 고려하여 더 높은 신뢰성을 가진 제품을 선택해야 한다.

2.2 간편성 원칙

현재 대부분의 고압 배전반은 전통적인 보호 장치를 사용하고 있다. 이러한 장비는 복잡성이 높아 고장 확률도 상대적으로 높으며, 이후의 운영 및 유지보수에 큰 도전을 제기한다. 따라서 선택 과정에서 프로젝트 투자 상황과 장비의 구체적인 구성 요구 사항을 기반으로 전력 공급 신뢰성의 기본 요구 사항을 준수하면서, 수레 캐비닛의 추출 가능 구성 요소가 직접 수레에 설치될 수 있고 유지보수가 간편하며 교체가 용이한 제품을 선택해야 한다.

3 배전실의 고저압 배전반 최적 선택

3.1 고압 배전반의 최적 선택

(1) 고압 캐비닛의 운전 신뢰성 보장

고압 배전반을 선택할 때, 공급 장비의 구체적인 상태와 건설 프로젝트 투자를 조사해야 한다. 전력 공급 신뢰성 요구 사항을 분석한 후 종합적인 선택을 해야 한다. 전력 공급 신뢰성을 보장하기 위해서는 수레 캐비닛의 추출 가능 조립 구성 요소가 완전히 수레 위에 제거될 수 있어야 하며, 간편한 조작과 교체가 가능해야 하며, 고압 캐비닛의 간편하고 빠른 유지보수가 가능해야 한다. 그러나 수레 캐비닛을 사용할 때, 특히 바닥의 수평도를 포함한 시민 건설 품질 요구 사항이 높다. 수레가 스위치기어로 들어오고 나갈 수 있도록 캐비닛 내부의 레일 상단면이 캐비닛 외부의 바닥과 수평이어야 한다. 조정 시 고무 패드를 깔아 캐비닛 진동 빈도를 줄이고 스위치기어의 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.

(2) 장비 운전의 실용성

중국 고압 배전반 시장에서 수입 캐비닛은 국내 제품과 거의 동일한 50%의 시장 점유율을 차지하고 있다. 운전 안정성 및 기타 관련 조건에서 두 유형의 캐비닛은 각각 장단점이 있다. 실제 응용에서는 실제 상황에 따라 합리적으로 선택해야 한다.

국내 고압 캐비닛은 중간 가격, 높은 신뢰성, 포괄적인 사후 서비스 등의 장점이 있지만, 대부분의 경우 부피가 크고 설치 공간이 많이 필요하다. 배전실의 설치 공간이 제한적이라면 수입 고압 캐비닛을 선택해야 한다. 상대적으로 수입 고압 캐비닛은 구성 요소 배치가 합리적, 소형, 높은 신뢰성을 갖추고 있으며, 적용 범위가 비교적 넓다. 그러나 가격은 국내 장비보다 크게 높으며, 사후 지원이 덜 민감할 수 있다. 최적화 선택 과정에서 이러한 장단점을 종합적으로 고려해야 한다.

(3) 간편한 운영 및 유지보수

낮은 유지보수 요구 사항과 간소화된 유지보수는 배전반의 중요한 미래 발전 방향이다. 현재 중국의 대부분의 고압 배전반은 전통적인 전기 제어 및 보호 계열 기술을 사용하고 있다. 이러한 기술은 고장 확률을 높일 뿐만 아니라 장비의 복잡성을 증가시켜, 이후 사용 시 유지보수 작업량을 증가시킨다. 이를 바탕으로, 고급 지능형 보호 장치를 장착한 배전반을 선택하여 유지보수 작업량을 줄이고 노동 비용을 절약해야 한다. 경제적 관점에서 지능형 고압 배전반은 선택 과정에서 좋은 선택이다.

3.2 저압 배전반의 최적 선택

(1) 저압 캐비닛의 기술 매개변수 적절히 결정

저압 배전반의 모델을 선택하기 전에 그 기술 매개변수를 결정하고, 이러한 미리 결정된 매개변수에 따라 선택해야 한다. 이러한 기반 위에서, 저압 캐비닛의 정격 전압, 정격 전류, 정격 주파수, 설치 공간 등 매개변수를 명확히 해야 한다. 전력 공급 피크 시 캐비닛이 견뎌야 하는 내전류와 주 버스바의 피크 전류를 분석해야 한다. 또한, 배전반의 기능 유닛 유형, 최대 정격 전류, 보호 등급(IP 코드) 등을 확인해야 한다.

(2) 저압 캐비닛 구성 요소의 기능 요구 사항 최적화

저압 배전반의 최적 선택 과정에서 구성 요소 요구 사항을 분석해야 한다. 주로 설치 방법, 캐비닛의 기능 모듈, 설치 간편성, 운영 환경 온도, 캐비닛 치수 등을 포함한다. 동시에 회로 차단기 선택에도 주의를 기울여야 하며, 메모리, 접지 고장 보호, 알람, 고장 표시, 3단계 보호(LSI) 등의 기능을 갖춘 주 회로 차단기를 선택해야 한다. 또한, 구역 선택적 연동 등 다양한 수준의 연동 작동을 지원하여 다양한 기능 부품의 모듈화를 달성하려 노력해야 한다.

3.3 배전반의 보호 구성 요소 최적 선택

적합한 배전반은 다양한 사용 환경에 적응하고 해당 기능 보호 능력을 갖추어야 한다. 일반적으로 고저압 배전반은 보호 구성 요소로 융선이나 회로 차단기를 사용한다. 전류가 설정 값 이상으로 증가하면 융선이 열로 인해 녹거나 회로 차단기가 트립하여 회로를 분리하고 배전 시스템을 보호한다. 보호 구성 요소는 다양한 관점에서 최적화 선택할 수 있다.

(1) 비용 관점

구성 요소 비용 관점에서, 융선의 시장 가격은 낮지만, Molded Case Circuit Breakers(MCCB)나 Miniature Circuit Breakers(MCB)의 시장 가격은 융선보다 몇 배에서 수십 배 높다. 전체 프로젝트 예산이 낮다면 융선을 보호 구성 요소로 선택할 수 있다.

(2) 유지보수 편의성 관점

단락 고장이 발생하여 트립이 발생하면 MCB/MCCB의 접점이 손상될 수 있다. 시간이 지남에 따라 이는 브레이커가 올바르게 작동하지 못하게 만들 수 있다. 따라서 융선에서 단락 고장 트립이 발생하면 융선을 즉시 교체하여 보호 기능을 복원해야 한다. MCB/MCCB의 단락 트립 후에는 검사를 권장하며, 손상된 경우 교체가 필요할 수 있다.

(3) 회로 보호 요구 사항 관점

융선은 선로 과부하에 대한 감도가 상대적으로 낮아, 일반 조명 회로를 제외하고는 주로 단락 보호에만 사용된다. 반면 MCBs/MCCBs는 과부하 및 과전류에 대한 감도가 높다. 가열 루프, 플러그 소켓, 제어 회로와 같은 회로를 보호할 때는 MCBs/MCCBs를 보호 구성 요소로 사용해야 한다.

4 결론

주거 생산 및 일상 생활에서 전기 에너지 수요가 증가함에 따라 전력 공급의 경제성과 안정성이 배전 시스템 최적화의 중요한 목표가 되었다. 배전실의 배전반은 전력을 최종 사용자에게 전달하는 마지막 링크를 나타내며, 대량으로 사용된다. 생산 및 일상 생활의 전력 수요를 충족시키면서 배전실 캐비닛 건설의 경제적 이익을 달성하기 위해서는 기술적, 경제적 관점에서 배전반 선택 방안을 최적화하여 기술적 신뢰성과 경제성을 동시에 만족시켜야 한다.