고체 절연 링 메인 유닛(RMUs)의 현황 및 미래 동향

1. 중압 배전망에서 고체 절연 링 메인 유닛의 현재 적용 현황

1.1 도시 주거 지역에서의 광범위한 적용

중압 링 메인 유닛(RMUs)의 핵심 구성 요소는 부하 스위치와 퓨즈로 주로 구성됩니다. 이러한 장치는 구조가 간단하고 크기가 작으며 상대적으로 비용이 낮은 장점이 있습니다. 또한 전력 품질을 효과적으로 향상시키고 공급의 신뢰성과 안전성을 높입니다. 관찰에 따르면 중압 RMUs의 최대 정격 전류는 1250A이며 일반적인 값은 630A입니다. 절연 매체에 따라 RMUs는 대기 절연형과 SF₆ 가스 절연형으로 크게 분류됩니다. 주로 부하 전류를 전환하고 단락 회로 전류를 차단하며 일정한 제어 및 보호 기능을 제공합니다.

1.2 진공 부하 스위치 RMUs는 신뢰할 수 있는 절연 간극을 제공

대기 절연형 RMUs에서 사용되는 부하 스위치에는 가스 발생형, 압축 공기형, 진공형, 그리고 SF₆형 등 네 가지 유형이 있습니다. 이 중 SF₆ 부하 스위치가 대기 절연형 RMUs의 주요 스위치로 사용됩니다. 밀폐된 케이스 내의 부하 스위치는 일반적으로 세 가지 동작 위치를 가지고 있으며, 부하 차단, 신뢰성 있는 접지, 회로 절연이 그것입니다.

1.3 실용적 적용 수준 강화

일반적으로 RMUs는 컴팩트한 설계를 가지고 있습니다. 이러한 특성 때문에 대부분의 부하 스위치(보통 고압 스위치)는 비교적 간단한 구조를 가지고 있으며 고압 퓨즈를 장착하고 있습니다. RMUs의 정상적인 운전은 주로 부하 스위치에 의존하며, 퓨즈는 효과적으로 단락 회로 전류를 차단합니다. 이 두 구성 요소의 효과적인 조합은 특정 용량 범위 내에서 회로 차단기를 대체하는 것을 극대화하지만, 그러한 대체는 특정 용량 범위에 한정됩니다.

2. 고체 절연 링 메인 유닛의 발전 동향 및 기술적 특징

2.1 포장 기둥 기술의 효과적인 적용

고체 절연에서는 에폭시 수지가 주요 절연 재료로 사용되며 진공이 아크 소멸 매체로 사용됩니다. 부하 및 전류 절연 등의 기능을 효과적으로 달성하기 위해서는 운영 기구가 적절하게 작동되어야 하며, 이를 통해 전력 분배 시스템을 효과적으로 제어하고 장비와 인원의 안전을 더욱 보호할 수 있습니다. 고체 절연은 스위치 기어 내의 위상-대지 절연 거리를 크게 줄여, 공기 절연 간극을 125mm에서 몇 밀리미터까지 단축시킵니다. SF₆ 가스 없이 전반적인 부피가 기존 C-GIS보다 감소하고, 비교적 간단한 작동 기구를 사용하여 부품 수를 줄여 장비의 신뢰성을 향상시킵니다.

2.2 고체 절연 RMUs의 기술적 특징

SF₆ 스위치를 사용하는 대기 절연형 RMUs와 SF₆ 가스 절연형 RMUs에 비해 고체 절연형 RMUs는 다음과 같은 여러 장점을 제공합니다: 첫째, 하우징 구조가 더 간단합니다. 압력 용기, 압력 게이지, 충전 밸브 등 가스 관련 부품을 제거함으로써 RMUs의 신뢰성이 크게 향상되고 유지 보수 비용이 줄어들며 스위치의 운전 상태가 효과적으로 개선됩니다. 둘째, 주 스위치는 분리 구성 요소를 장착하여 명확히 보이는 절연 간극을 제공합니다. 고체 절연은 주로 에폭시 수지 슬리브와 절연 튜브를 사용합니다. 이러한 재료는 추운 지역에서 SF₆의 액화를 효과적으로 완화하고 고온 지역에서 열 팽창의 부정적인 영향을 줄여 극한 환경에서도 넓은 적용 가능성을 보여줍니다.

3. 고체 절연 링 메인 유닛에서 주의해야 할 사항

3.1 절연 및 표면 코팅 기술

국부 방전 형성 메커니즘에 따르면 고체 절연 내의 내부 방전은 주로 공극의 존재로 인해 발생합니다. 현재의 밀봉 기술은 일반적으로 금속 금형을 예열하고, 예열된 부품을 금형에 넣고, 진공 상태에서 천천히 주입하여 경화시키는 과정을 포함합니다. 이 과정은 비효율적이면서도 비용이 많이 듭니다. 거품 제거가 완벽하지 않으면 고체 절연 내에 많은 공극이 생겨, 운전 중 국부 방전을 유발할 수 있으며, 장기적으로 절연 부품의 균열을 초래하여 장비의 안전하고 신뢰성 있는 운전에 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서 고급, 고품질, 효율적인 에폭시 수지 포장 기술을 도입해야 합니다. 또한 표면 차폐는 장비 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 설계 및 생산 시 표면 차폐, 즉 표면 차폐 기술을 해결해야 합니다. 절연 재료 표면의 금속화는 고체 절연 구성 요소에 신뢰할 수 있는 접지를 제공하고 환경적 요인의 영향을 최소화하며 제품 성능을 향상시키는 목적을 가지고 있습니다. 현재 시판되는 많은 고체 절연형 RMUs는 적절한 표면 처리가 부족하여 공급 제품의 국부 방전 수준이 높습니다.

3.2 운전 및 유지 보수 경험 부족

고체 절연형 RMUs는 비교적 새로운 기술입니다. 전력망의 과학적이고 합리적인 시험 운전 계획이 부족한 탓에 현재 전체 운전량이 적고, 운전 시간이 짧으며, 지방 전력망 연결이 불완전합니다. 예를 들어, 고온 다습한 해안 지역, 강수량이 많은 지역, 일교차가 큰 지역에서는 실제적인 문제가 해결되어야 합니다. 전국적으로 종합적인 작업 경험을 축적하여 고체 절연형 RMUs에 대한 목표적이고 선제적인 개선을 지속적으로 수행하고, 제품의 안전성과 안정성을 지속적으로 향상시켜야 합니다.

3.3 고체 절연형 RMU 장비 개발

최근 중국의 배전망이 급속히 발전하면서 배전 시스템의 기술 수준이 크게 향상되었습니다. 중압 RMUs에서는 SF₆ 가스가 널리 사용되고 있습니다. 중국의 현재 발전 상황에 따르면 SF₆ 가스는 전반적인 성능 면에서 가장 우수합니다. 그러나 환경 보호 인식과 자연 보존의 중요성이 증가하면서 RMUs에서의 SF₆ 가스의 광범위한 사용은 특정 환경적 위험과 인간 건강에 대한 잠재적 위험을 초래할 수 있습니다. 따라서 SF₆ 가스 RMUs의 사용을 줄이고 고체 절연형 RMUs를 촉진하는 것이 고압 스위치 기어 개발의 주요 목표가 될 것입니다. 국내 제조업체들은 이러한 경향을 예측하고 점차 고체 절연형 RMU 제품의 개발과 생산을 시작하고 있습니다.

3.4 절연 모듈 구조 설계 최적화

절연 모듈의 구조 설계는 기능, 검사, 설치 요구사항을 충족하면서 재료 소모를 줄이고 잔류 응력을 방지하는 것을 목표로 합니다. 잔류 응력은 고체 절연 구성 요소 내외부에 균열을 일으키고, 운전 중 국부 방전을 유발하며, 잠재적으로 절연 파괴를 초래할 수 있습니다. 따라서 절연 모듈의 전체 구조, 두께, 전환 등을 깊이 연구하고, 열 방출 개념을 고려해야 합니다.

3.5 차폐층 연구 및 설계

외부 설계의 주요 목적은 금속 차폐 접지를 계획하는 것입니다: 첫째, 절연 실패 시 단락 고장이 위상-대지로만 제한되도록 하여 아크 에너지와 고장을 줄입니다; 둘째, 어떤 환경에서도 모듈의 외부 표면을 청소하지 않고도 절연 성능을 유지하며, 캐비닛 내부에 금속 외부 물체가 있어도 전기장 분포가 변하지 않습니다.

4. 고체 절연 링 메인 유닛 기술의 발전 방향

4.1 새로운 고성능 절연 재료 개발

에폭시 수지는 고체 절연 재료로서 우수한 성능을 보이나, 진공 세라믹 아크 소멸 챔버에서의 주조 과정은 원자재를 손상시킬 수 있습니다. 따라서 현재 재료 특성을 능가하는 고급 에폭시 수지를 개발하는 것이 필수적입니다. 2014년 Science 저널은 새로운 재활용 가능한 열경화성 폴리머의 발견에 관한 논문을 발표하였으며, 이는 "폴리살리실레이트" 열경화성 플라스틱의 재활용에 있어 중요한 진전을 의미합니다. 이 폴리머는 높은 재활용성을 보여, 이전에는 재활용이 불가능했던 열경화성 플라스틱의 문제를 해결하였습니다. 향후 10년 동안 새로운 제품들은 점점 더 재활용 가능한 열경화성 재료를 활용할 것입니다.

4.2 내부 구성 요소 인터페이스 연결 방법 연구

고체 절연형 RMUs는 주 회로 도체와 장착 부품을 고체 절연 내부에 포장하여 제조되므로, 내장 구성 요소의 유연성이 부족하므로 서로 다른 주조 요소 사이의 표준화된 연결이 필요합니다. RMU의 전체 구성은 직선형이며, 연결 도체는 에폭시 수지로 주조되어야 하므로 제품 합리화 시 어느 정도의 자유도가 필요합니다. 이를 해결하기 위해 실리콘 고무 재료를 사용한 게이트-도체 연결 인터페이스 기술을 제안합니다. 이 방법은 표준화를 가능하게 하여 구성 요소를 상호 연결하고 합리적으로 구성할 수 있으며, 전체 절연 케이스의 설계 복잡성을 줄입니다.

4.3 고체 절연형 RMUs의 시장 진흥 전망

고체 절연형 RMUs는 구조가 간단하고 크기가 작으며 무독성, 오염이 없으며 환경 친화적이어서 세계적인 녹색 발전 개념과 부합합니다. 그러나 제품이 성공하려면 제조업체가 판매를 통해 이익을 얻어야 하므로, 시장 적용이 핵심적인 관심사가 됩니다. 사용자의 요구를 이해하고 충족시키는 것이 새로운 제품을 성공적으로 도입하는 데 중요합니다. 사용자의 요구에 따라 고체 절연 제품의 적용 전망을 분석합니다.

4.3.1 소비자의 요구를 충족하는 제품

사용 중에는 사용자가 제품의 기술적 파라미터가 관련 기준(기술 사양, 국가 및 산업 표준 등)을 준수하고 국가 전력 산업의 인증을 획득해야 함을 요구합니다. 현재 고체 절연 제품에 대한 특정 표준이 없기 때문에 제조업체는 국가 또는 산업 표준을 수립하는 데 도움을 주어야 합니다. 2002년 12월 31일까지 약 1500만 톤의 고체 절연 제품에 대한 청구가 접수되었다고 보고되었습니다.

4.3.2 배전망 제품에 대한 사용자의 높은 요구 사항

중압 배전 장비는 전력망에서 널리 사용되는 기본 구성 요소입니다. 그리드 인프라가 지속적으로 확장됨에 따라 중압 장비는 주망과 최종 사용자 간의 교량 역할을 하는 수요가 증가하고 있습니다. 사용자는 장기간의 수명, 강한 환경 적응성, 환경 기준 준수, 작은 크기, 쉬운 설치, 경제적 편의성, 그리고 신뢰할 수 있는 운영 이력을 갖춘 제품을 요구합니다.

고체 절연형 RMUs는 컴팩트한 크기를 가지고 있으며, 단일 부하 스위치 캐비닛의 경우 860mm(깊이) × 420mm(폭) × 1200mm(높이) 또는 850mm(깊이) × 500mm(폭) × 1600mm(높이)입니다. 그 크기는 대기 절연형 스위치 기어 사이에 해당합니다. 위의 기술적 성능에 따라 고체 절연형 RMUs는 개인의 안전을 향상시킵니다. 그러나 비교적 짧은 운전 역사로 인해 현재 중국의 일부 공장에서 제한된 수의 장치만 운전되고 있습니다. 제한된 운전 데이터로 인해 에폭시 절연의 노화를 평가하거나 검사 주기를 결정하는 것은 현재 불가능합니다.

일부 국내 장비 제조업체는 고급 생산 시설(작업장, 금형, 자동 레이저 용접)을 통해 20년 이상의 제품 수명을 보장합니다. 이것은 경쟁 우위를 제공합니다. 경제적으로, 현재 고체 절연 케이스의 생산은 전문 장비, 금형, 재료에 상당한 투자를 필요로 하므로 시장 가격이 높아집니다. 또한, 전력 시스템은 주로 저렴한 가격을 중심으로 장비 입찰을 진행하고 있어 SF₆ RMU 모듈이 점점 더 비용 경쟁력을 갖추게 되어, 고체 절연형 RMUs가 단기간에 시장 지배력을 확보하기는 어렵습니다.

4.3.3 제품의 환경 요구 사항

대부분의 지역에서 사용자는 정상적인 운전 환경이 40°C를 넘지 않고 -10°C 아래로 내려가지 않는 것을 요구합니다. 그러나 전 세계적으로 자연 재해의 빈도가 증가하면서 사용자의 요구가 높아지고 있습니다. 예를 들어, 혹독한 환경에 설치된 RMUs는 완전히 밀폐되어 유지 보수가 필요 없어야 하며, 완전한 절연이 보장되어야 합니다. 회로 차단기 장비는 강한 환경 적응성, 먼지와 습기 저항, 단기 침수 보호, 그리고 진동 저항성을 강화해야 합니다.

회로 차단기의 내부 구성 요소를 에폭시 수지로 주조하면 절연 재료의 유전 강도가 크게 증가하여 운송 및 사용 중의 진동으로 인한 열화를 방지합니다. 가스 절연형 RMU 제품과 비교하여, 일부 제조업체는 청해와 해안 습윤 지역, 그리고 4000m 고도에서 테스트를 수행하여 IP68 보호 등급을 달성했습니다. 따라서 고체 절연형 RMU 제품은 환경 요구 사항을 더 잘 충족합니다.

5. 결론

현재 중국의 고체 절연형 RMUs의 발전 상황을 바탕으로, 절연 기술은 상대적으로 성숙하여 대기 절연형 및 가스 절연형 RMUs의 단점을 효과적으로 해결하고 고산지역과 같은 특수 환경에 적합합니다. 고체 절연형 RMUs의 채택은 중국의 전력망 발전을 효과적으로 촉진하고 지속 가능한 사회경제적 발전에 기여할 수 있습니다. 환경 보호에 대한 관심이 증가함에 따라 고체 절연형 RMUs가 넓은 적용 가능성을 가질 것임을 확신할 수 있습니다.