해외 신기술 ①

6㎸ 릴레이 일체형 큐비클 연구 개발
설비 형태 전환 통해 시공성 및 유지 보수 용이

최근 전력 시스템에 있어 대형 정전 사고 방지 등 전력 계통의 신뢰도를 확보하기 위한 설비의 슬림화, 고가동화 등 전력 시스템의 비용 절감이 과제가 되고 있다. 이에 배전용 변전소의 6㎸ 큐비클 및 보호 제어 릴레이를 일체화 한 릴레이 일체형 칸막이가 개발됐다. 이 방식은 큐비클과 릴레이 사이의 배선 작업 등이 불필요해 교체 공사시 작업 경감과 함께 기간 단축이 가능하고 공사비 절감을 증진시키는데도 효과가 있을 것으로 기대된다.

번역·정리 유미희 기자

 

연구 개발 배경

배전용 변전소로부터 6㎸ 배전선에 전력을 발송하는 설비는 주로 전력의 개폐, 제어, 보호를 목적으로 한 장치인 큐비클(차단기, 단로기, 계기용 변성기, 모선 등을 수납한 실내 설비)과 보호 제어 릴레이 반으로 구성됐다.

큐비클의 금속 상자는 사람이 외부에서 쉽게 고전압부에 접촉되지 않도록 금속판으로 피복한 것이며 일반적으로 기기의 반출입이나 보수 점검을 위해 문이 설치되어 있다. 또한 큐비클은 그 목적보다 사용되는 환경의 안정된 운전의 지속과 신뢰성이 높은 전력을 공급할 수 있어야 한다.

보호 제어 릴레이는 낙뢰 등에 의해 배전 선로의 고장이 발생하면 정확하게 고장을 감지하여 검출해 큐비클에 해당하는 배전선용의 차단기를 제어하고 고장 개소를 판정해 분리하는 기능을 갖고 있다.

 

큐비클 사용 상태

큐비클은 일반적으로 주위 온도가 옥내형은 -5~40℃, 옥외형은 -20도~40℃, 해발 1000m 이하의 상규 사용 상태에서 사용하는 것으로 정해졌으며 다음과 같은 특수한 조건하에서 사용시에는 미리 사용자와 제조자의 협의가 필요하다.


Ⅰ. 바닷 바람을 심하게 받는 장소

Ⅱ. 습기가 많은 장소

Ⅲ. 과도한 수증기 또는 기름의 증기가 있는 장소

Ⅳ. 폭발성이나 가연성 또는 그밖에 유해 가스가

있는 장소

Ⅴ. 지나치게 먼지가 많은 장소

이러한 장소는 부식이 비교적 잘 발생하기 쉬운 장소로 설치방식에 관한 고려가 있어야 한다.

 

큐비클 보호 구조

큐비클은 일반용 옥내형과 옥외형 및 특수 환경에서 사용하는 것으로 방식형과 내식형 등의 보호 구조가 규정되어 있으며 부식이 쉽게 일어날 수 있는 환경하에서는 내식형이 주로 사용됐다. 그러나 내식형의 경우에도 큐비클의 내부에 차단기와 모선 등과 같은 발열체가 있으면 발생 열을 처리하지 않으면 안된다.

즉, 큐비클의 주회로에 통전할 수 있는 전류는 도전부의 온도에 의해 제한되므로 큐비클 내부의 공기 온도 상승을 저감시키고 도전부의 온도를 규정 값 이하로 억제할 필요가 있다. 이에 냉각 방식으로써 외기를 도입하고 대류 작용에 의해 냉각하는 자연 환기 방식을 갖는 것이 다른 장치와의 차이점이다.

 

큐비클 형태와 기술 변천

큐비클은 고도 성장기의 설비 증대에 대한 표준화의 흐름 속에서 신뢰도 향상, 유지 보수의 용이성, 소형화 및 경제성 등을 고려해 개발되어 1970년대에 도입됐다.
이후 큐비클에 수납되는 차단기를 기술 변천시키면서 보수 간소화와 신뢰성 향상을 도모해왔다.

릴레이 일체형 큐비클을 교체 공사에 적용할 시 현재표준품을기반으로시공성및유지보수, 기존설비와의 호환성, 안전성 등을 고려해 구성했다. 또한 삼단자三段積 큐비클(1유닛에 차단기를 삼단 배치한 고집적 큐비클)을 문 부분에 가공하고, 디지털 배전반은 제2세대 디지털 릴레이 유닛을 회선마다 통합해 일체화했다(<사진 1> 참조).

고집적 구조 삼단자 큐비클에 디지털 릴레이를 통합하는 것은 처음으로 특히 릴레이 등의 전자 기기에 6㎸ 회로를 매우 가까운 거리에 배치했다. 이에 검증 시험은 그 적용 가능성을 확인하기 위한 검증과 실기 시험 제작기의 성능 검증을 2단계로 실시해 신뢰성과 안전성에 만전을 기했다. 주요 검증 시험 항목 및 결과는 <표 1>과 같다.

시제품을 이용해 큐비클과 릴레이 개별 규격 시험뿐 아니라 실제 사용에서 예상되는 가혹한 조건(hard terms)을 모의한 조합 검증을 실시했다. 그 결과, 어느 시험에서도 결과는 양호하게 나타나 충분한 신뢰성과 안전성을 확인했다. 특히 내진 시험은 한신·아와지 대지진 및 동일본 대지진의 실제 지진 파형을 바탕으로 실가진으로 검증했다(<사진 2> 참조).