가스절연개폐장치(GIS) 사용 필요성과 장,단점 운전시 유의사항, 향후전망등에 대하여 서술하시오.
1. 개요
산업의 발달로 인한 전력수요의 급증에 따라 전력 계통도 대용량, 초고압화 되어가고 있으며 이에 따른 전력설비의 안정화와 신뢰도는 매우 중요한 사항이다. 전력수요의 급증에 따른 초고압 변전설비는 용지확보의 곤란, 유지보수 비용의 과다, 안전성 확보 등의 이유로 변전설비의 추세가 주회로 계통은 밀폐, 은폐화 되고 제어계통은 전자화로 급속도로 변화하고 있으며 기존의 공기 또는 유류 절연형 변전설비에서 가스 절연형 변전설비로 변화되어 가고 있다.
2. GIS의 일반 구조
가스절연 개폐장치(G.I.S : Gas Insulated Switchgear)는 차단기, 단로기 등의 개폐설비와 변성기, 피뢰기, 주회로 모선 등을 금속제 탱크 내에 일괄 수납하여 충전부는 고체 절연물(Spacer)로 지지하고 있으며 탱크 내부에는 절연성능과 소호능력이 뛰어난 SF6 가스를 절연매체로 하여 충진, 밀봉한 개폐설비 시스템을 말한다
[그림1] GIS의 일반 구조도
3. G.I.S의 내압 주요 기기
가. 가스 차단기
가스 차단기의 특징은 훌륭한 차단성능과 간결한 설계로된 소위 푸퍼(puffer)형의 SF6 가스 차단기이다.
나. 단로기
단로기는 금속 용기 내에 절연 Spacer로 지지하는 고정도체와 절연 막대에 의하여 움직이는 이동 도체로 구성되어 있는 단일체이다.
다. 접지 개폐기
접지 개폐기는 G.I.S 설비의 접지 상태를 유지하는 개폐기로서 절연 Spacer로 지지하는 도체인 고정 접촉자와 스프링 조작으로 움직이는 가동 접촉자로 구성 되어 있다.
라. 피뢰기(Lightning Arrestor)
피뢰기(L.A)는 SiC(탄화규소) 소자를 사용한 갭(gap)방식과 ZnO(산화아연) 소자를 사용한 갭래스(gapless)방식이 있다.
마. 계기용 변압기(Potential Transformer)
계기용 변압기는 특별고압을 저압(110V)으로 변환하여 보호계통의 동작전원으로 사용
바. 계기용 변류기(Current Transformer)
계기용 변류기는 계기용 및 보호 계전용 전원으로 사용
4. G.I.S의 특징
가. 설치면적의 극소화
G.I.S는 SF6 가스를 이용하여 개폐기기 및 도체를 금속탱크에 내장하였으므로 공기 절연형 변전소 보다 약 25%정도의 면적만으로도 설치가 가능하다.
나. 높은 안전성
SF6 가스는 무독, 무취, 불연성의 가스로서 절연성이 탁월하며 부싱 이외의 금속제 탱크는 대지와 완전히 접지되어 있기 때문에 작업자의 안전성 확보가 가능하고 운전원이 충전부에 접촉될 염려가 없다.
다. 고도의 신뢰성
도전부, 절연부, 접속부 등의 충전부가 전부 SF6 가스로 충진된 금속제 용기 중에 완전히 밀폐되어 있으므로 염해, 대기오염, 강풍, 폭우, 먼지, 증기 등 기후 또는 외부환경의 영향을 전혀 받지 않는다.
라. 설치비용 절감 및 설치기간 단축
G.I.S는 완전 조립된 상태로 현지에 수송이 가능하므로 설치작업이 간단하고 공기가 종래의 철구형에 비해 1/2정도로 단축되므로 설치비용도 절감된다.
마. 보수점검 용이
전기적 화학적으로 안전한 SF6 가스를 사용한 완전 밀폐형이기 때문에 경년변화가 적고 신뢰성이 높다.
바. 기타
․ 염해등 외부환경 또는 이물질 접촉에 의한 사고가 전혀 없다.
․ 인축에 대한 감전사고의 위험이 없다.
․ 각 기기가 표준화된 조립방식으로 대량생산이 가능.
․ 완전밀폐로 조작 중 소음이 적고 라디오 전파를 줄일 수 있다.
5. G.I.S의 특성
가. 장점
1) 설치 면적의 축소
기존 변전설비의 약 1/4 면적으로 감소되어 건물부지 면적 및 비용절감 된다.
2) 높은 안전성
충전부가 SF6 가스탱크에 내장되어 안정성 확보로 도심지에 적합하다.
3) 고신뢰성 확보
충전부가 완전히 밀폐되어 있으므로 염해, 대기오염, 강풍, 폭우, 먼지, 증기 등 기후 또는 외부환경의 영향을 전혀 받지 않으며, 내부사고시 가스 구획되어 사고확대 예방으로 신뢰성이 확보된다.
4) 유지보수점검 용이
절연물 접촉자 등이 SF6 가스중에 설치되어 열화, 마모가 적어 유지보수가 용이하다.
5) 설치비용 절감 및 설치기간 단축
G.I.S는 완전 조립된 상태로 현지에 수송이 가능하므로 설치작업이 간단하고 공기가 종래의 철구형에 비해 1/2정도로 단축되므로 설치비용도 절감된다.
6) 저소음
외관 및 구조가 간단하고 단로기, 접지 개폐기, 조작부의 상 일체화로 외관이 간결하며 완전 밀폐형으로 되어 소음이 적고, 라디오 방해 전파가 감소된다.
7) 종합적인 경제성 확보
용지비용 감소, 환경대책 감소 등을 종합적 판단시 더욱 유리하다.
나. 단점
1) 사고대응이 부적절할 경우는 대형사고 가능성이 있다.
초기고장시 조기복구, 임시복구가 불가능하여 장기간 운행정지가 가능하다.
2) 건설비가 높다.
환경문제, 용지문제를 제외한곳에 적용시 비용이 상승한다.
6. 가스 절연형 변전소 운전시 유의사항
가스 절연형 변전소에서도 재래식 공기 절연형 변전소와 비슷한 낙뢰 대책이 요구된다. 그러나 과 전압(over voltage)에 대한 기기 보호의 측면에서 보면 양자 사이에는 다음과 같은 장, 단점이 있다.
가. 가스 절연형 기기의 전압-시간(V-T)특성은 공기절연형기기에 비하여 절연협조가 매우 어렵다. Surge Impedance는 가공 송전선로의 약 1/5, 전력 케이블의 2~3배 정도이며 이로 인한 외부침입 Surge의 진행 및 반사 특성이 공기절연형 변전소와는 다르다. 공기 절연형 변전소에서는 주 변압기 보호 위주로 낙뢰대책을 수립하여 왔으나 가스 절연형 변전소에서는 기기 내부의 Spacer등 유기 절연물에 대한 보호 대책도 함께 고려하지 않으면 않된다.
나. 가스 절연형의 절연특성 및 선로측의 절연협조를 감안하여 선로 인입구 모선 및 변압기 전단 등 의 1개소 또는 여러 개소의 적당한 위치에 소정의 피뢰기를 설치하여야 한다. 가스 절연형 변전소의 경우 선로 인입구에 피뢰기를 설치하면 전체적으로 보호효과가 있으므로 선로측에 설치한다. 다만 345KV 변전소의 154KV 선로측에는 설치하지 않고 모선측에는 변압기 뱅크(Bank)별로 설치한다. 변압기 또는 큐비클에서 직접 케이블로 접속하는 경우에는 피뢰기를 생략하여도 무방하지만 가공 송전선과 지중 송전선의 접속점에는 반드시 피뢰기를 설치하여야 한다.
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