신형 전력 배전함 설계

현대 전기 공학에서 배전반과 분배함은 전력 분배와 제어의 "신경 중심" 역할을 합니다. 그들의 설계 품질은 전체 전력 공급 시스템의 안전성, 신뢰성, 그리고 비용 효율성을 직접적으로 결정합니다. 점점 복잡해지는 전력 요구 사항과 지능화 수준의 상승에 따라 배전 장비의 설계는 단순히 "전기 부품을 수용하는 것"에서 구조 역학, 전자기적 호환성, 열 관리, 인간-기계 상호 작용, 그리고 지능형 제어를 통합한 포괄적인 시스템 공학 과제로 발전했습니다. 이 기사는 설계 관점에서 고압/저압 배전반 및 분배함의 최적화 설계 전략을 탐색할 것입니다.

I. 고압/저압 배전반: 시스템 레벨 설계의 최적화

고압/저압 배전반은 배전실의 핵심 장비입니다. 그들의 설계는 신뢰성, 실용성, 그리고 경제성 사이의 최적의 균형을 달성해야 합니다.

• 구조 설계: 모듈화와 유지 보수성

• 드로어 형식/끌어내리기 가능 (예: KYN28) 설계: 현재 주류의 고신뢰성 설계입니다. 회로 차단기와 같은 주요 구성 요소를 드로어 또는 트럭에 장착하여 안전하게 "절전 상태에서 유지 보수"가 가능합니다. 설계는 트럭의 원활한 움직임을 위해 트랙과 바닥의 수평을 정확하게 고려해야 합니다. 진동 감쇠는 절연 고무 매트를 깔아서 달성되며, 이것은 구조 설계와 토목 건설 간의 조정을 반영합니다.

• 공간 배치 및 구획화: KYN28과 같은 배전반은 금속 파티션을 사용하여 배전반을 별도의 구역(예: 케이블 챔버, 트럭 챔버, 버스바 챔버, 계측 챔버)으로 나누어 기능적 구역화와 전기적 격리를 달성합니다. 이는 효과적으로 오류 확산을 방지합니다. 배치는 구성 요소의 크기, 열 방출 요구 사항, 그리고 전기 안전 거리에 기반하여 정밀하게 설계되어야 합니다.

• 저압 드로어 형식 설계 (예: GCS, MNS): 이러한 저압 배전반은 드로어 유닛을 활용하여 유지 보수 효율성을 크게 향상시킵니다. 설계는 드로어의 기계적 잠금, 레일의 강도, 그리고 플러그인/플러그아웃이 자주 발생하더라도 안정적인 전기 연결을 보장하기 위한 커넥터의 신뢰성을 고려해야 합니다.

• 구성 요소 선택 및 보호 기능 설계

• 보호 전략: 설계의 핵심은 보호 기능을 구성하는 데 있습니다. 퓨즈는 저렴하지만 단락 회로 보호에만 적합하며 교체가 필요합니다. 그러나 진공 회로 차단기나 SF6 회로 차단기는 종합적인 과부하 및 단락 회로 보호를 제공하고 재사용이 가능하여 복잡한 부하에 적합합니다. 보호 구성 요소의 선택은 부하 특성(예: 모터, 조명, 전자 장비)에 기반해야 합니다.

• 지능형 통합: 전통적인 릴레이 기반 보호 시스템은 복잡하고 고장률이 높습니다. 현대적인 설계 추세는 지능형 다기능 보호 릴레이를 통합하는 것입니다. 이러한 장치는 측정, 보호, 제어, 통신 기능을 하나의 장치로 결합하여 2차 회로를 단순화하고 시스템의 신뢰성을 향상시키며, 미래의 에너지 관리 시스템(EMS)이나 빌딩 자동화 시스템(BAS)과의 연결 인터페이스를 제공합니다.

• 경제적이고 실용적인 설계

• 국내 vs. 수입 제품의 선택: 국내 배전반(GCS 등)은 중간 가격대와 편리한 사후 서비스를 제공하지만 일반적으로 더 큰 공간을 차지합니다. 수입 배전반(ABB의 MNS 등)은 첨단 기술과 컴팩트한 크기를 갖추고 있지만 비용이 더 높고 수리 주기가 더 길 수 있습니다. 설계자는 프로젝트 예산, 배전실 공간, 그리고 유지 보수 능력을 기반으로 종합적인 선택을 해야 합니다.

• 파라메트릭 설계: 메인 버스바의 최대 정격 전류와 단시간 내전류를 정확하게 계산하는 것이 필수적입니다. 이러한 계산을 기반으로 적절한 버스바 규격과 배전반의 침투 보호(IP) 등급을 선택하여 피크 부하 조건에서도 안전한 운전을 보장해야 합니다.

II. 분배함: 세부사항과 혁신에 초점을 맞춘 설계

분배함은 전력 분배의 끝점으로, 설치 편의성, 환경 적응성, 그리고 사용자 경험에 더 집중된 설계가 필요합니다.

• 설치 방법 설계

• 표면 설치 대비 매립 설치: 표면 설치 분배함 설계(예: 각도강철 브래킷 또는 금속 팽창 볼트 사용)는 벽의 하중 용량과 고정점의 정확한 위치를 고려해야 합니다. 매립 설치 분배함은 토목 건설과 밀접한 조정을 필요로 하여 미리 형성된 개구부의 정확한 크기와 수평을 보장하고, 후속 석고 작업 중 분배함의 오염을 방지하기 위해 매우 정확한 설계 도면이 필요합니다.

• 구조 및 재료 혁신 설계

• 특허 설계 예:

• 강도와 안정성: 문의 내부에 돌출된 리브와 문틀에 해당하는 홈을 추가하여 폐쇄 시 "말뚝과 구멍"과 같은 구조를 만들어 문의 강도와 전체 안정성을 크게 향상시킵니다. 이를 통해 전통적인 시트 메탈 문의 변형 문제를 해결합니다.

• 소음 감소 설계: 내벽에는 원형 구멍이 있는 알루미늄 폼 레이어를 통합합니다. 알루미늄 폼은 가볍고 다공성 재료로, 내부의 미세한 구멍이 소리 파동을 열로 변환하여 효과적으로 소음을 흡수하고 제거하여 더 조용한 환경을 만듭니다.

• 에너지 효율성 및 정밀 제어: 내부에 필터 보상 회로(고조파 필터링 + 전력 인자 보정)를 통합하면 그리드의 고조파를 제거하고 전력 인자를 개선하여 직접적으로 선 손실을 줄입니다. 동시에 독립적인 전류 및 전압 검출 회로는 시스템에 대한 정밀한 에너지 소비 데이터를 제공하여 후속 에너지 효율성 분석 및 최적화를 용이하게 합니다.

• 안전 및 유지 보수 설계

• 절연 및 테스트: 설계에는 절연 테스트 절차가 포함되어야 합니다. 설치 후 500V 메거(절연 저항 테스터)를 사용하여 상간, 상대지, 상대중성 등 사이의 절연 저항을 테스트하여 표준을 충족하는지 확인해야 합니다. 이는 인원 및 장비의 안전을 보장하는 기본입니다.

• 열 방출 설계: 후판에 루버를 통합하여 열을 방출하지만, 이는 소음 감소 설계와 조정되어야 합니다. 이 특허 설계는 효율적인 알루미늄 폼 소음 흡수를 활용하여 통풍 구멍을 만들면서도 유의미한 소음 누출을 일으키지 않아 열 방출과 소음 감소 간의 갈등을 영리하게 해결합니다.