밸브 냉각 시스템(Cooling System)

 

밸브 냉각 시스템(Cooling System)

싸이리스터 밸브는 스위칭 동작 과정에서 많은 열이 발생하며 이를 제거하지 않을 경우 밸브 동작을 위한 적정온도범위를 벗어나 밸브의 성능이 크게 저하된다. 밸브에 서 발생하는 열을 효과적으로 제거하여 전력손실을 최소화하기 위해서는 싸이리스터 소자의 온도상승을 방지할 수 있는 냉각시스템이 필요하다. 전력용 반도체의 방열 방법으로는 자연 공냉식, 강제 공냉식, 수냉식 방법 등이 있다. 이러한 냉각 방식 중에서 공기를 이용한 방식은 구조가 간단하고 유지 보수가 간단하여 산업현장에서 많이 이용되지만, 시스템이 대용량화하는 경우에는 방열판의 크기가 커지며 방열능력이 포화되기 때문에 수냉식으로 설계되어야 한다. 밸브 냉각 시스템은 밸브 냉각수를 통한 부분방전을 방지하기 위해 탈 이온화된 냉각수를 밸브에 공급해야 하고 밸브 냉각수의 전도도를 감지할 수 있는 장비를 제공해야 하며, 밸브의 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환기를 설치해야 한다. 또한 냉각수가 밸브 홀 외부의 가장 낮은 대기온도에서 결빙되는 것을 방지하여야 한다.

 

변환소의 DC-Yard

1) 평활 리액터(Smoothing Reactors)

직류 평활 리액터는 몇 가지 중요한 역할을 수행한다.

(1) 직류 필터와 함께 전체적인 직류 고조파 필터링에 중요한 역할을 한다.

(2) 직류 선로나 스위치 부분으로 향하는 steep-front surge가 밸브 홀로 들어가는 것과 싸이리스터 밸브의 과도한 스트레스를 제한하는 역할을 한다.

(3) 저전력 전송시 직류 전류의 리플성분을 평활하게 하여 불연속이 되는 것을 막는다.

(4) 빠른 전압 변화에 의해 발생되는 전류의 변화율을 제한함으로써 전류실패를 막는다.

 

DC 고조파 필터(Harmonic Filter)

고조파 전류가 직류 송전선로에 흐르면 근처의 통신회로에 유도작용을 일으켜 음성신호의 질을 떨어뜨린다. 그러므로 직류 고조파 필터는 직류 가공선로 시스템에서 주로 사용된다. Back-to-back 시스템 및 송전선로가 케이블로 된 시스템에서는 직류 고조파 필터가 필요 없다.

 

DC 피뢰기(DC Surge Arrester)

DC 피뢰기들은 싸이리스터 밸브와 싸이리스터 밸브 구조물을 계통에서 발생될 수 있는 예상치 못한 모든 과전압으로부터 보호하도록 함께 동작한다.

밸브 홀에서 보통 사용되는 피뢰기의 종류는 다음과 같다.

(1) 싸이리스터 밸브 각각에 교차하여 직접 연결된 밸브 피뢰기

(2) 각각의 6펄스 브리지에 교차하여 직접 연결된 6펄스 브리지 피뢰기

(3) 6펄스 브리지와 접지 사이의 지점에 위치한 중간점피뢰기

(4) 직류 Bus에서 그라운드로 연결되는 지점에 위치한 직류 Bus 피뢰기

 

HVDC 케이블

HVDC 케이블은 주로 해저케이블로 사용된다는 점 때문에 수압, 해류의 영향과 항해 선박이나 어구 등에 의해 쉽게 손상될 수 있다. 이러한 영향을 최소화하기 위해 육상케이블과 달리 외장철선으로 감싸는 구조를 이루어 기계적 강도를 강화시켰다. 오늘날 HVDC 해저 케이블은 대부분 유침지 절연케이블(MI Cable : Mass Impregranted Cable)이 사용되고 있다. 이 케이블은 과거 약 50년 동안 사용되어 왔고 아주 신뢰성이 높지만, 제작 공정이 복잡하고 비싸서 다른 적당한 절연물을 개발하기 위한 노력이 진행되고 있다. 그 중 하나가 XLPE 케이블이다.

 

1) MI 케이블

도체는 IEC 60228에 의해 전기동으로 만들어진 Round key-stone stranded type이며 하나의 중앙심과 3층의 key-stone형 전기동선으로 구성되어있다. 고밀도 유침 크라프크지를 절연체로 사용하는데 이로 인해 허용온도가 55줩C로 제한된다. 1953년 스웨덴 ABB사에서 제작한 MI 90㎟ 케이블을 Gotland 프로젝트에 (∂150kV, 100km-4c) 최초 시공하였다. 현재 운전중인 HVDC 해저 케이블은 대부분 MI 케이블이 사용되고 있다.

 

2) XLPE 케이블

제작이 쉽고 가격이 비교적 싸다.그러나 HVDC 케이블로 사용할 때에는 공간전하 축적이라는 문제점이 있다. 절연물 내에서의 국부적 전하축적은 전계강도를 대폭 증가시키게 되고 절연수명이 단축된다. 2002년 스웨덴 ABB사에서 제작한 VSC용 XLPE (HVDC Light) 1300㎟ 케이블을 미국 Cross Sound 프로젝트(∂150kV,42km-2C)에 최초 시공하였다.

 

3) OF 케이블

긍장이 최대 50km 이상에서는 적용이 불가능하다. 그 이유는 OF케이블의 경우, 부하전류 변화에 따라 절연유의 팽창과 수축이 일어나게 되며, 선로길이가 50km이상이 되면 이때 발생한 과도 유압의 폭이 케이블의 허용압력을 초과하고, 방대한 양의 유조실(Pressure Tank)을 필요로 하게 된다.

OF Cable은 과열에 의한 유압상승과 냉각시 수축으로 인한 압력저하로 sheath의 절연파괴 고장 가능성이 있으며, sheath 파열시 절연유의 유출로 인하여 심각한 해양오염

을 일으키므로 현재 거의 사용하지 않는 추세에 있다. 다만, 허용온도가 90℃로 높은 장점이 있다.