중압 고체절연 링메인 유닛 기술 및 테스트

1 소개​
10kV 중압 링 메인 유닛(RMUs)의 일반적인 절연 방법에는 가스 절연, 고체 절연, 공기 절연이 포함됩니다.
• 가스 절연은 일반적으로 SF₆를 절연 매체로 사용합니다. 그러나 단일 SF₆ 분자는 CO₂ 분자보다 25,000 배 더 큰 온실 효과를 가지며, 대기 중에서 3,400 년 동안 지속되므로 상당한 환경적 위험을 초래합니다. 중압 RMUs는 널리 분포되어 있어 책임감 있게 처리하려면 SF₆ 회수는 어렵고 비용이 많이 듭니다.
• 공기 절연은 더 큰 절연 간격이 필요하여 스위치 기어의 크기를 크게 줄이는 것이 어려워집니다.

도시 전력 배전망의 급속한 발전과 함께 고층 건물 및 철도 교통과 같은 응용 분야에서는 RMU 성능 향상이 요구되며, 이를 위해 작은 공간, 높은 안전성/신뢰성, 최소 유지 관리, 환경 적합성이 필요합니다. 중압 고체 절연 RMUs는 증가하는 추세입니다.

10kV 고체 절연 RMUs는 SF₆ 가스 대신 고체 절연 기술을 사용합니다. 그 부피는 비교 가능한 공기 절연 장비의 30%에 불과하며, 더 신뢰할 수 있는 절연 성능을 제공하고 전문가와 사용자들로부터 일관된 인정을 받고 있습니다.

​2 절연 재료 및 설계​
비용 분석에 따르면 고체 절연 RMUs의 총 가격의 40% 이상이 절연 구조에 차지합니다. 적절한 절연 재료 선택, 합리적인 절연 구조 설계, 적절한 절연 방법 결정은 RMU 가치에 중요합니다.

에폭시 수지는 1930년 최초 합성 이후 첨가제를 통해 지속적으로 개선되었습니다. 높은 유전 강도, 높은 기계적 강도, 경화 중 낮은 체적 수축, 가공 용이성으로 알려져 있습니다. 따라서 우리는 중압 RMUs의 주요 절연 재료로 에폭시 수지를 사용하며, 경화제, 강화제, 가소제, 충전재, 색소를 추가하여 고성능 에폭시 수지를 형성합니다. 열 저항성, 열팽창, 열전도율의 개선은 장기 운전 전압 및 단기 과전압 하에서도 난연성과 우수한 절연 특성을 제공합니다.

기존의 RMU 절연 구조는 균일하지 않은 전기장을 생성합니다. 단순히 간격을 늘리는 것만으로는 이러한 필드에서 절연 강도를 향상시키기에 충분하지 않습니다. 우리는 필드 구조를 최적화하여 균일성을 개선합니다. 에폭시 수지의 전기 강도는 22-28 kV/mm 범위이며, 최적화된 구조에서는 단지 몇 밀리미터의 간격만으로도 위상 간 충분한 절연이 가능하여 제품 크기를 크게 줄일 수 있습니다.

​3 중압 고체 절연 RMUs의 구조 설계​
진공 중단기, 분리기, 접지 스위치, 모든 도전 부품은 금형에 넣습니다. 고성능 에폭시 수지는 자동 압력 겔레이션 기술을 사용하여 통합적으로 주조됩니다. 진공이 방전 매체이며, 절연은 에폭시 수지에 의해 제공됩니다.

케비닛 구조는 표준화된 대량 생산을 쉽게 하기 위한 모듈식 설계를 채택합니다. 각 RMU 베이는 금속 파티션으로 구분되어 개별 모듈 내에서 고장 아크를 제한합니다. 통합 버스바 커넥터와 통합 접촉 커넥터가 사용됩니다. 주 버스바는 분할된, 폐쇄된 절연 버스바로 구성되며, 원격 조정 가능한 통합 커넥터로 연결되어 현장 설치 및 시운전을 편리하게 합니다. 캐비닛 문은 내부 아크 방지 설계를 채택하고, 문이 닫힌 상태에서도 중단기의 닫기, 열기, 접지(삼위 작동)가 가능합니다. 스위치 상태는 관찰 창을 통해 확인할 수 있어 안전하고 신뢰성 있는 작동을 보장합니다.

​4 중압 고체 절연 RMUs의 장점 및 형식 시험 분석​
​4.1 주요 장점:​​
(1) 고성능 에폭시 수지를 사용하여 신뢰할 수 있는 절연과 낮은 부분 방전을 제공합니다.
(2) 완전히 절연되고 밀봉된 구조로 노출된 실시간 부품이 없습니다. 먼지나 오염 물질에 영향을 받지 않으며, 다양한 환경(고온/저온, 고도, 폭발/오염 위험 지역)에 적합합니다. 고온 작동 중 SF₆ 가스 압력 변동이나 극한의 추위에서 액화되는 문제를 해결합니다. 고염무 지역에서 특히 유리합니다.
(3) SF₆가 없으며 유해 가스가 포함되지 않는 친환경 제품입니다. 누출 방지 설계로 정기적인 유지 관리를 필요로 하지 않으며, 폭발 저항성이 뛰어나 위험 지역에도 적합합니다. 완전히 절연된 3상 구조는 위상 간 고장을 방지하여 안전성과 신뢰성을 보장합니다.
(4) 공기 절연 RMUs에 필요한 공간의 30%만 차지하는 초소형 솔루션입니다.

​4.2 형식 시험 분석​
이러한 장점을 바탕으로 다음과 같은 포괄적인 형식 시험이 수행되었습니다:

• 절연 시험 (42kV/48kV 내압)
• 부분 방전 측정 (≤ 5pC)
• 고/저온 시험 (+80°C / -45°C)
• 응결 시험 (Class II 오염)
• 내부 아크 시험 (0.5s)
  시험 결과는 제품이 사양을 완전히 충족함을 확인하였으며, 모든 명시된 장점이 검증되었습니다.

추가로 국가 표준 시험이 수행되었습니다:

• 온도 상승 시험
• 주 회로 저항 측정
• 정격 피크 내전류 및 단시간 내전류 시험
• 정격 단락 연속 용량 시험
• 정격 단락 분단 용량 시험
• 전기 내구성 시험
• 기계 시험
• 대지 고장 시험 (위상 간)
• 정격 유효 부하 전류 스위칭 시험
• 정격 용량 전류 스위칭 시험
  모든 결과는 국가 표준을 준수합니다.

​5 주요 시공 요령​
① 콘크리트를 부을 때, 먼저 보와 기둥을 부어, 그 다음 판을 부으십시오. 폼 튜브의 방향에 따라 층별로 부어 CBM 자기 안정형 폼 위에 콘크리트를 분배한 후 아래로 진동시키십시오. 첫 번째 콘크리트 층을 폼의 높이의 절반으로 부어, 양쪽에서 대칭적으로 진동시키십시오. 직경 ≤35mm (보통 30mm)의 진동기를 사용하여 균일하게 관통하고 진동시키십시오. 간격이 발생하거나 진동이 부족하거나 폼과 접촉하지 않도록 주의하십시오. 간격은 ≤25cm, 각 점에서의 시간은 ≤3초입니다. 압축이 확실하다고 확인되면, 초기 경화 전에 표면층을 다시 진동시키고, 나무 부채로 평탄화 및 압축하십시오.
② 수도/전기 배관은 CBM 자기 안정형 폼 유닛 사이의 리브 내부에 배치해야 합니다. 유닛을 통과하는 경우, 작은 폼 사이즈를 사용하십시오. 폼 설치 및 콘크리트 부어짐 중 작업 플랫폼을 구축하십시오. 콘크리트 펌프 파이프 지지대를 이 플랫폼에 위치시키십시오. 인원은 직접 폼 위를 걷지 않아야 하며, 재료는 직접 폼 위에 쌓아서는 안 됩니다.

​6 CBM 자기 안정형 폼의 공학적 성능​
① 높이 증가
기존 보-판 시스템과 비교하여, 두 프로젝트에서 공극 슬래브를 사용하여 각 층의 구조 두께를 30~50cm 감소시켜 높이를 증가시켰습니다. CBM 자기 안정형 폼은 대형 폭, 중량 부하 산업/공공 구조물에 이상적입니다. 균일한 힘 분산을 보장하고, 파티션 벽을 유연하게 배치할 수 있습니다.
② 비용 절감
CBM 공극 슬래브 시스템은 격자형 직교 "I"형 라티스와 숨겨진 밀접한 리브를 특징으로, 균형 잡힌 힘 전달을 가능하게 합니다. 두 프로젝트에 따르면, 기존 RC 프레임 구조와 비교하여 철근을 27%, 콘크리트 부피를 29%, 폼 면적을 46% 줄였으며, 전체 건설 비용을 26.3% 감소시켰습니다.
③ 간편한 시공
CBM 폼은 강도가 높고 가볍고 충격에 강하며, 통합 지원 프레임을 갖추어 설치가 쉽습니다. 숨겨진 보 덕분에 슬래브 바닥은 평평하여 폼 및 지지 작업을 간소화합니다.
④ 가벼운 무게, 최적화된 성능
계산에 따르면, CBM 공극 슬래브는 구조 자체 무게를 27.6% 줄여, 보, 슬래브, 기둥, 기초의 설계를 최적화합니다.

​7 CBM 폼 시공 문제에 대한 논의​
① 하단 플랜지 콘크리트의 압축을 보장하는 것은 어려울 수 있습니다. CBM 공극 슬래브의 누출은 수정하기 어렵습니다.
기존 슬래브와 달리, CBM 슬래브는 상단 및 하단 플랜지를 가지고 있습니다. 하단 플랜지의 압축을 달성하려면 작은 직경 진동기와 외부 진동기를 사용하여 세심한 진동이 필요합니다. 이 후, 숨겨진 보와 상단 슬래브를 부어, 매우 세심한 관리와 전담 QC 감독이 필요합니다.
CBM 슬래브의 균열 빈도는 기존 슬래브와 비슷하거나 약간 낮지만, 두 프로젝트의 지하 주차장 지붕과 지붕 슬래브에서 누출이 발생했습니다. 원인을 찾기는 어렵습니다—상단 플랜지의 균열, 인접 폼을 통한 물 침투, 또는 리브 내 배관이 가능한 원인입니다. 누출당 수리 노력/비용은 기존 슬래브의 5~8 배입니다.
② 시공 조인트 및 팽창 스트립은 세부 설계가 필요합니다
구조 팽창 조인트 위치는 일반적으로 설계 코드에 의해 지정됩니다. 그러나 CBM 슬래브의 이중 플랜지 특성으로 인해, 조인트가 폼 유닛에 붙어 있을 경우 콘크리트 부어짐이 복잡해집니다: 새로운/기존 콘크리트의 하단 플랜지 결합과 모르타르를 포함하는 것이 어렵습니다. 현장에서, 조인트 위치는 폼 배치를 기반으로 조정되어야 하며, 리브 사이에 조인트가 떨어져야 합니다. 인접 유닛의 크기를 조정할 수 있습니다.
CBM 슬래브는 일반적으로 대형 면적을 커버하므로, 설계자는 종종 시공 조인트 위치를 간과합니다. 초기 경화 시간 내에 적절한 결합을 보장하기 위해, 현장 팀은 부어짐 너비 제한과 자원 능력을 고려하여 조인트 위치를 결정해야 합니다. 조인트는 코드 요구사항을 충족하고, 리브 사이에 배치되어야 합니다.
③ 폼 부력의 어려운 완화
부어짐 중 폼 부력이 발생하면, 기존 대책(상부 철근 제거, 콘크리트 제거, 폼 재고정)은 실제적이지 않고 종종 효과가 없습니다. 현재, 유일한 해결책은 부력이 발생한 유닛을 깨고 제거하고, 추가 철근을 배치하고, 고체 콘크리트를 부어넣는 것입니다. 시공 중에 폼 고정 및 부력 방지 조치에 대한 엄격한 현장 모니터링이 필수적입니다.