24kV 친환경 RMU의 Busbar-Side 접지: 이유와 방법

고체 절연 보조와 건조한 공기 절연의 결합은 24kV 링 메인 유닛의 개발 방향입니다. 절연 성능과 컴팩트함 사이의 균형을 맞추어 고체 보조 절연재를 사용하면 위상 간이나 위상 대 지면 차원을 크게 증가시키지 않고도 절연 테스트를 통과할 수 있습니다. 폴의 캡슐화는 진공 차단기와 연결된 도체의 절연 문제를 해결할 수 있습니다.

위상 간격을 110mm로 유지하면서 24kV 출구 버스바의 표면을 가공하면 전기장 강도와 전기장 불균일 계수를 줄일 수 있습니다. 표 4는 다양한 위상 간격과 버스바 절연 두께에 따른 전기장을 계산합니다. 적절히 위상 간격을 130mm로 늘리고 원형 버스바에 5mm 에폭시 가공 처리를 하면 전기장 강도가 2298 kV/m에 도달하며, 이는 건조한 공기가 견딜 수 있는 최대 전기장 강도 3000 kV/m보다 여유가 있습니다.

표 1 다양한 위상 간격과 버스바 절연 두께에 따른 전기장 조건

건조한 공기의 낮은 유전 강도 때문에 고체 절연재만으로는 분리 부위의 내압 문제를 해결할 수 없습니다. 이중 차단기는 연속적으로 두 개의 기체 간극을 사용하여 효과적으로 전압을 분배합니다. 고정 접점과 접지 스위치와 같은 전기장 집중 지역에서는 전기장 차폐 및 등급링이 설계되어 전기장 강도를 줄이고 공기 간극의 크기를 효과적으로 최소화합니다. 그림 1과 같이 이중 차단기는 나이론 주축의 강화 회전을 통해 작업, 분리, 접지 상태를 달성합니다. 고정 접점의 등급링은 직경 60mm이며 에폭시 가공 처리가 되어 있으며, 100mm 클리어런스는 150kV 뇌격 임펄스 전압을 견딜 수 있습니다.

각 위상에 대한 고강도 합금 케이싱을 사용하는 종방향 단일 위상 배열 또는 기체 압력을 중간적으로 증가시키는 등의 다른 솔루션도 24kV 유전 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 그러나 링 메인 유닛(RMUs)은 저렴한 비용이 필요하며, 과도한 비용은 사용자에게 받아들여지지 않습니다. 최적화된 설계와 RMU 캐비닛의 적당한 확장을 통해 저비용이고 컴팩트한 24kV 환경 친화적인 가스 절연 RMUs를 실현할 수 있습니다.

환경 친화적인 가스 RMUs에서의 접지 스위치 배치

RMUs에서 주 회로의 접지 기능을 달성하기 위한 두 가지 방법이 있습니다:

• 출구 선측 접지 스위치(하단 접지 스위치)

• 버스바측 접지 스위치(상단 접지 스위치)

버스바측 접지 스위치는 E0 클래스로 선택될 수 있으며, 작동 시 주 스위치와의 조정이 필요합니다. 2022년 국가 그리드에서 발표한 12kV 링 메인 유닛(박스) 표준화 설계 방안에 따르면, 세 위치 스위치에 대해 버스바측 배치를 채택하고 이를 "버스바측 복합 기능 접지 스위치"로 재정의하고 있습니다.

전력 안전 규정은 접지선, 접지 스위치, 유지 관리 중인 장비 사이에 회로 차단기나 융단이 연결되어서는 안 됨을 명시하고 있습니다. 장비 제약으로 인해 접지 스위치와 유지 관리 중인 장비 사이에 회로 차단기가 존재하는 경우, 접지 스위치와 회로 차단기가 모두 닫힌 후 회로 차단기가 열리지 않도록 조치를 취해야 합니다.

따라서 선측 접지 스위치는 회로 차단기의 하류에 위치하며, 직접 접지되는 출구 케이블과 연결되어 접지점, 접지 스위치, 유지 관리 중인 장비 사이에 회로 차단기나 융단이 없는 요구 사항을 충족합니다. 반면, 버스바측 접지 스위치는 회로 차단기의 상류에 위치하며, 접지 스위치와 출구 케이블 사이에는 진공 회로 차단기가 있어 직접 연결되지 않습니다. 접지 스위치와 유지 관리 중인 장비 사이에 회로 차단기가 있으므로, 접지 스위치와 회로 차단기가 모두 닫힌 후 회로 차단기가 열리지 않도록 예방 조치를 취해야 합니다. 예를 들어, 회로 차단기의 트립 회로를 링크 플레이트를 통해 해제하거나 기계적 방법을 사용하여 우발적인 트립을 방지하여 접지 경로의 우발적인 분리가 발생하지 않도록 할 수 있습니다.

국가 그리드 표준화 설계 방안은 또한 버스바측 복합 기능 접지 스위치에 대한 상호 잠금 요구 사항을 명시하고 있습니다. 버스바측 복합 기능 접지 스위치가 회로 차단기의 닫힘을 통해 케이블 측의 접지를 달성할 때, 회로 차단기의 수동 또는 전기적 열림을 방지하기 위해 기계적 및 전기적 상호 잠금이 포함되어야 합니다.

국가 그리드는 SF6 절연 RMUs에서 접지 스위치가 공기보다 약 3배의 유전 강도와 약 100배의 아크 소멸 능력을 갖는 SF6의 혜택을 받기 때문에, 주로 단락 폐합(닫힘) 능력을 고려하여 버스바측 세 위치 절연/접지 스위치를 채택합니다. 따라서 접지 스위치의 폐합 용량은 신뢰할 수 있도록 보장됩니다.

반면, 환경 친화적인 가스는 아크 소멸 능력이 부족하고 절연 성능이 낮으므로 매우 높은 폐합 속도가 필요합니다. 그러나 RMU 작동 메커니즘은 제한된 에너지를 가지고 있으며, 고속 폐합에 필요한 충분한 힘을 제공할 수 없습니다. 선측 접지 스위치를 사용하면 폐합 속도를 높이고 접점의 아크 저항 및 전기 역학 분석을 개선해야 하며, 이는 더 큰 작동 힘과 높은 비용으로 이어질 수 있습니다. 버스바측 접지 스위치는 회로 차단기의 상호 잠금 문제를 해결하면서도 강력한 폐합 능력을 제공하여 신뢰할 수 있는 접지를 보장할 수 있습니다.

SF6와 환경 친화적인 가스의 기술 및 제품 분석을 통해 12kV 환경 친화적인 가스 절연 RMUs가 크기의 약간의 증가만으로 절연 및 온도 상승 요구 사항을 충족할 수 있음을 알 수 있으며, 이는 성숙한 기술 솔루션을 나타냅니다.

그러나 24kV 환경 친화적인 가스 절연 제품은 거의 없습니다. 주요 도전 과제는 높은 전압 등급으로 인해 크기가 크게 증가한다는 것입니다. 과도한 크기와 높은 가격은 24kV 환경 친화적인 가스 절연 RMUs의 발전을 제한합니다. 절연 가스 유형, 충전 압력, 케이싱 부피, 보조 절연 비용 등을 고려하여 저비용이고 컴팩트한 RMUs를 설계하는 균형 잡힌 접근법이 필요합니다. 그래야만 진정한 SF6 대체가 가능해져 국내 시장의 주도권뿐만 아니라 세계적인 수출을 통해 중국의 저탄소, 환경 친화적인 전기 장비를 전 세계에 보급할 수 있습니다.