변전기기(가스절연 개폐장치)

○ 가스절연 개폐장치

 

(1) GIS의 내장 기기
① 차단기(Gas Circuit Breaker)
② 모선(Main Bus)
③ 단로기(Disconnecting Switch)
④ 접지 개폐기(Earthing Switch)
⑤ 피뢰기(Lightning Arrester)
⑥ 계기용 변압기(Potential Transformer)
⑦ 계기용 변류기(Current Transformer)

⑧ 케이블 단말장치(Cable Sealing End, 지중선로인 경우)
⑨ 에어 부싱(Air Bushing, 가공선로인 경우)

(2) GIS의 특징
① 설치 면적의 축소화
절연내력이 우수한 SF6 가스를 이용하여 개폐 장치를 대폭 축소하였고, 장치의 입체 배치, 접속되는 기타 기기 및 송전 계통과의 관계를 고려하면 종전의 변전 설비에 비해 설치 면적이 약1/4 정도로 축소되고 옥내 설치도 가능하여 건물 및 부지의 비용 절감 효과가 매우 크다.
② 높은 안정성
모든 충전부는 접지된 탱크 내에 내장되고 SF6 가스로 절연되어 있으므로 감전에 대한 위험이 없다. 더구나 SF6 가스는 불연성이기 때문에 화재의 위험이 없으며 안정성이 대폭 향상되어 인구 밀도가 높은 도심지에 아주 적합하다.
③ 고도의 신뢰성
도전부, 절연부, 접속부 등의 충전부가 전부 가스로 충전된 금속 용기에 완전히 밀폐되어 있으므로 염해, 먼지 등에 의한 오손이나 강풍, 뇌 등의 외부 환경에 영향을 받지 않으며, 만일 내부 사고가 발생하더라도 가스 구획이 구분되어 있어 사고 확
대가 방지되는 등 신뢰성이 대단히 높다.
④ 보수 점검의 성력화
절연물 접촉자 등이 안정성이 높은 SF6 가스 중에 설치되어 있으므로 열화나 마모가 적어 모선이나 단로기 등의 보수가 필요 없으며, 차단기의 점검은 5∼6년에 1번 정도면 충분하므로 보수 유지가 상당히 간편하다.
⑤ 설치기간의 단축
수송 및 포장을 고려하여 가능한 한 각 유닛별로 완전히 조립한 상태로 공급하므로 설치가 간편하고 설치 기간이 단축된다.
⑥ 저소음
차단기를 포함한 개폐 장치 모두가 탱크 내에 완전 밀폐되어 있으므로 조작 중의 소음이 적고 라디오 방해 전파를 줄일 수 있다.

(3) 일반구조
GIS의 구조는 전기적, 기계적으로 충분한 내구성을 갖고, 각 구성기기의 조작은 원활 확실하고, 보수 점검은 안전, 용이하도록 제작되어야 한다. 개별기기 및 GIS의 사용 실적에서 특히 다음 사항을 고려하여야 한다.
① 기계적 충격이 가해지는 장소에 사용하는 부품은 오랜 기간에 손상이나 변형이 없어야 하고, 연결부는 장기간 사용에 의한 이완이 되지 않는 구조로 한다.
② 각종 패킹은 사용개소에 의해 내열성, 내유성, 기후 등을 고려하고, 장기간 사용에 대한 충분한 성능을 유지하는 것을 사용한다. 특히 탱크플랜지실(tank flange seal) 면 등은 우수(雨水)등에 의한 녹이 생기지 않도록 하여야 한다.
③ 옥외용GIS의 가스 감시반등은, 먼지나 우수의 침입이 안 되는 구조로 하고, 결로나 녹 등에 의하여 지장이 없는 구조로 한다.

(4) 시스템 구성
GIS는 증설이나 사고복구 시에 정지범위를 국한시키는 동시에 작업의 효율화와 신뢰성, 안전성을 기할 수 있도록 시스템구성상 고려되어야 한다. 또한 교환이 필요한 각 부품, 구성기기는 부품 또는 작은 블록마다 호환성이 있으며, 상당한 조정을 하지 않고 교체가 되도록 되어야 한다.

(5) 모선
모선은 주모선과 접속모선으로 분류되고 필요한 개소에 가스구분 절연 칸막이를 설치한다. 또한 설치, 열신축, 상대 변위 등을 고려한 구조로 하고, 필요한 경우에는 신축 이음매를 시설하여 필요에 의해 보수용 착탈장치를 설치한다.

(6) 다른 기기와의 접속부
GIS는 변압기ㆍ전력케이블 등의 다른 기기와 접속 가능하도록 한다. 또한 접속부는 접속작업성, 사고시의 작업성을 고려한 구조로 함과 동시에 기기 상호간의 전기적, 기계적, 열적 영향에 의해 각각의 기기에 실용상 지장을 주지 않도록 고려해야 한다. 접속부는 전기적, 기계적으로 충분한 강도가 있고, 장기간의 사용에 견디어야 한다. 또한
접속부의 조립 치수 및 제작, 시공의 접합구분은 당사자간의 협의에 의해 결정한다.
접속부에서 기기 상호간에 미치는 영향의 예는 아래와 같다.

① 전기적영향

ㆍ GIS와 다른 기기와의 탱크간을 절연하지 않는 경우 탱크간에 전자유도에 의한 순환전류 및 지락에 의한 사고전류가 흐
른다.
ㆍ GIS와 다른 기기와의 탱크간을 절연하는 경우 탱크간의 절연접속부에 주회로의 뇌서어지, 개폐서어지 등에 의한
유도전압이 발생한다.

② 기계적영향

ㆍ GIS와 다른 기기의 기초가 다른 경우는 기초분할부에서 상대변위가 생길 수 있다.
ㆍ GIS를 변압기 또는 리액터와 직결한 경우는 변압기, 리액터의 여자 진동이 GIS에 전파할 수 있다.

③ 열적영향

ㆍ GIS를 케이블과 접속하는 경우는 GIS도체에서 케이블도체에, 역으로 케이블도체에서 GIS도체로 열이 전달된다.
ㆍ 탱크의 열신축에 의해 기기에 기계적 응력을 발생시킬 수 있다.

 

변전설비 접속개소중 고조파저감설비, 전차선로 지중인출, GIB(GOB로 연결된 변압기)는 Cable Plug-In 접속재를 적용한다

 

(7) 기계적 강도
GIS각부는 아래의 하중에 견딜 수 있는 충분한 강도를 갖는 것으로 해야한다.
① 차단기 또는 단로기 등의 조작시의 충격하중, 단락시의 전자력에 추가하여 4.9㎨에서 일정한 수평가속도의 정적하중의 중첩.
② 차단기 또는 단로기 등의 조작시의 충격하중, 단락시의 전자력에 추가하여 40m/s의 풍압의 중첩
③ 지진파를 정현파로서 가대 하단을 진동을 추가한 때 공진 시의 동적하중. 다만, 당사자간의 협의에 의해 정해진 사이클 이내에서의 공진 시의 하중으로 한다. 또한 변압기 등의 진동성격이 틀린 다른 기기와의 접속부나, 과도응답특성이 다른
복수의 분할기초상에 GIS를 설치하는 경우의 인접기기간의 접속부는 그 응답특성이 다른 것을 고려한 내진구조로 할 필요가 있다.

(8) 탱크강도
사용 상태에서 압력이 가해지는 부분은 최고 사용압력에 충분히 견디도록 소정의 기준에 맞도록 제작되어야 한다. 또한 GIS내부 고장에 대하여 탱크의 강도는 주 보호 계전기에 의한 고장제거시간까지의 가스압력 상승에 견디어야 한다.

(9) 가스구분 및 가스의 순도
① 가스구분
GIS에서 구분할 필요가 있는 부분은 독립된 가스구분으로 하지만, 가스구분을 가능하게 해야 한다. 또한 각 가스구분에 수분 또는 분해가스를 흡착하는 흡착제를 구비해야 한다.
② 가스감시구분
가스구분은 하나 혹은 복수를 통합하여 GIS의 운용, 보수 등에 필요한 가스감시구분을 구성해야 한다. 가스감시구분은 대기 혹은 인접 가스감시구분에 가스 누설이 없도록 적절한 기밀구조를 갖추어야 한다. 대기로의 가스 누설양은 1wt%/년 이하로 한다. 또한 각 가스감시구분에는 가스감시장치를 설치해야 한다.
③ 가스의 밀도
가. SF6가스의 순도는 GIS에 봉입한 상태에서 95wt%/년 이상으로 한다.
나. SF6가스중의 수분량은 GIS에 봉입한 상태에서 표 이하로 한다

 

SF6가스중의 수분량

기 기	기준치
전류를 개폐하지 않는 기기	500 vol ppm
전류를 개폐하는 기기	0 vol ppm

 

(10) 접지방식
GIS의 탱크 및 지지대는 모두 접지할 수 있는 구조라야 한다. 또한 GIS구조의 구분에 의해 접지방식은 표와 같이 한다.

 

 GIS의 구조구분과 접지방식

구조구분	접지방식
3상일괄형	다점접지방식
상분리형	다점접지방식 혹은 일점접지방식
3상일괄형과 상분리형이 섞인 경우	다점접지방식과 일점접지방식을 병용

 

(11) 제어 감시장치
① 조작
제어 감시장치의 조작은 안전, 원활 확실히 하는 것이어야 한다.
② 개폐표시
차단기, 단로기 및 접지개폐장치에는 개폐상태를 확인할 수 있도록 기계적, 혹은 전기적 개폐표시장치를 설치한다.
③ 경보와 쇄정
가) 가스압력 저하경보
가스압력이 최저 보증압력 및 경보가스압력으로 되었을 경우에 경보를 울린다. 다만, 정격가스압력>경보가스압력≥최저보증가스압력으로 하여 구체적인 값은 당사자간의 협의에서 결정한다. 또한 GIS의 기본성능이 SF6가스의 밀도에 의존하기 때문에 20℃로 환산한 압력, 결국 밀도로 관리하는 방법이 적절하다.
나) 조작쇄정
차단기의 가스밀도 혹은 조작압력이 최저 보증치 이하로 되는 경우는 차단기를 조작할 수 없도록 쇄정하는 것으로 한다. 또한 전류 개폐능력을 필요로 하는 차단기, 접지 개폐기의 쇄정의 필요 여부에 대해서는 당사자간의 협의에 의한다.

(12) 정격
① 정격전압
정격전압은 GIS에 부과될 수 있는 사용회로 전압의 상한을 말하며 계통의 공칭전압에 따라 표를 표준으로 한다.

 

 정격전압의 표준치

공칭전압(kV)	정격전압(kV)
27.5	29
66	72.5
154	170

② 절연강도
GIS의 절연강도는 표에 의한다.

 

 GIS의 절연강도(170kV이하)

정격전압 (kV, rms)	상용주파수내전압 (kV, 실효치)		뇌임펄스전압 (kV, 파고치) 1.2/50㎲
	대지 및 극간, 상간	DS극간	대지 및 극간, 상간	DS극간
29	110	110	220, 250	220
72.5	140	160	325	375
170	325	375	750	860

③ 정격주파수
정격주파수는 이 GIS가 규정의 조건에 적합하도록 설계된 주파수를 말하며 60㎐로 한다.
④ 정격전류
주회로의 정격전류는 정격전압, 정격주파수하에서 규정된 온도상승한도를 초과하지 않고 그 회로에 연속적으로 흘릴 수 있는 전류한도를 말하며 표를 표준으로 하고 표시방법은 다음과 같다.
가) 회로 단위에 있어 분기회로의 정격전류와 모선의 정격전류가 다른 경우
(예) 분기 1,250A/모선 2,000A
나) 정격전류가 다른 여러 개의 회로단위로 구성될 경우
(예) 분기 1,250/2,000/4,000A/모선 4,000A
다) 정격전류가 다른 여러 개의 회로단위로 구성되어 전체 정격전류를 약칭할 필요가 있는 경우는 분기 또는 모선의 정격전류 최대의 것으로 표시한다.
⑤ 정격단시간 전류
가) GIS의 정격단시간 전류(rms)를 1초간 그 장치에 흘렸을 때 이상이 발생하지 않는 전류의 최대한도를 말하며 표를 표준으로 한다.

나) 정격단시간 전류의 최대 파고치는 정격치의 2.6배로 한다.

 

 GIS의 정격표준치

정격전압(kV)	정격단시간전류 (kA, rms)	정격전류(A)	비 고
29	20	630, 200
72.5	20 31.5	1,200 2,000 1,250 2,000
170	31.5 50 (63)	1,250 2,000 1,250 2,000 3,150 (4,000) (2,000) (4,000)

⑥ 정격조작전압, 조작압력 및 제어전압의 변동범위는 표와 같다.

장치 및 기구별		정 격 치	변동범위
조작장치	전자조작의 정격조작전압		투입 : 정격치의 85 ∼ 110% 트립 : 정격치의 60 ∼ 125%
	전동스프링조작의 정격조 작전압	DC 110V 또는 AC단상 220V 또는 3상220V, 380V	투입 : 정격치의 85 ∼ 110%
	유압조작방식의 정격조작 압력	-	정격치의 85 ∼ 110%
제어장치	정격제어전압	DC 110V	투입 : 정격치의 75 ∼ 125% 트립 : 정격치의 60 ∼ 125%
		AC 단상 220V	투입 : 정격치의 85 ∼ 110% 트립 : 정격치의 60 ∼ 125%
	정격제어압력		정격치의 85 ∼ 110%

 

(13) 수송ㆍ설치
① 수송
GIS의 수송방식은 기기의 정격 및 구성에 의해 다르지만 일괄수송방식과 분할수송 방식이 있다. 기기의 형태와 수송제한을 고려하여 수송방법을 선정한다.
가) 일괄수송방식
일괄수송방식이라는 것은 각 회로 단위에서 구성기기와 부속품을 완전 장착한 상태로 수송하는 방법이다.
나) 분할수송방식
분할수송방식은 각 회로 단위를 어느 정도의 구성기기그룹으로 분할하여 수송하는 방식이다.
② 설치
설치된 상태의 GIS는 외기의 영향을 받지 않고, 높은 신뢰성이 있다. 설치 시에도 그 신뢰성을 확보하기 위한 작업관리는 중요하고, 특히 현장 도킹작업에는 GIS의 기본 성능에 영향을 미치는 먼지나 수분 등에 주의하여 작업을 할 필요가 있다. 가스의 충진에 있어서는 기기 내부를 진공으로 유지하고 건조한 후 SF6가스를 규정 압력 까지 충진한다.

 

출처-국가철도공단 KRE-02070