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초고압 전력기기최신 연구개발 동향

초고압 전력기기최신 연구개발 동향

박 경 엽한국전기연구원 신전력기기연구그룹장

2004. 4. 2

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목 차

1. 서 론

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향- 전력기기 IT 화

- 신전력기기 개발

- 전산해석 기술

3. 결 론

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1. 서 론

초고압 전력기기 정의 - GIS, 변압기 , GIL, 송전선 , 지지애자 , 전력케이블 등 ..

- 정격전압 50kV 를 초과하는 전력기기 (IEC 기준 )

초고압 전력기기 연구개발 분야 - 새로운 전력기기의 개발 - IT 기술과의 융합 - 새로운 전산해석 기술 / 설계기술의 개발 및 적용

초고압 GIS 및 변압기의 국내외 연구개발 동향 소개

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초고압 전력기기 주요 업체들의 M&A 결과

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2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

전력기기 IT 화 1. 배경 - 실시간으로 전력계통을 감시하면서 안정적인 전력계통 의 운전을 위해 필요한 모든 정보를 취득하고 분석하여 사고 시에 신속하게 대처할 수 있는 수단 필요

- 전력산업 IT 화 전력 IT

ㆍ 변전자동화 시스템 , 발전자동화 시스템 배전자동화 시스템…등

ㆍ 지능형 전자장치가 핵심 (IED : Intelligent Electronic Device)

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2. 전력기기 IT 화 필요성 - 전력기기의 수요 및 공급 구조가 기존의 개별기기 공급방식에서 변전소 또는 보다 상위 규모의 시스템 단위로 바뀔 것으로 전망

- 이 경우 모든 개별기기 및 부품들의 사양 및 공급여부 는 이 전체 시스템에 의해 결정됨

- GCB(Gas Circuit Breaker) /GIS, 차단기 , 개폐기 , 전력용 변압기 , 케이블 , CT, PT 등 개별기기도 IT 기술의 접목 에 의해 SAS 에 적용이 가능한 방식으로 개발이 되어 야 할 것임

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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3. 국내 전력기기 IT 화 현황 및 전망 - 현재 산자부의 중기거점사업의 하나로 “ IT 화를 위한 신전력기기 개발”을 국내 전력기기 산업의 주요 업체 들과 전기연구원 , 대학들이 참여하여 수행

- 주요 과제

ㆍ 25.8kV 급 Intelligent 복합절연 Switchgear 개발

ㆍ 362kV 개폐제어형 차단기 개발

ㆍ 245kV 40kA Motor-drive 형 초고압 GIS 개발

- 전력기기 자체의 성능향상 + IT 화 기술의 개발

- 전력산업의 IT 화가 진행됨에 따라 중요성 증가

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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PCU :

Process Communication Unit

SCM :

Switch Control and Monitoring unit

DBC :

Digital Breaker Control unit

ITU :

Instrument Transformer Unit

< Siemens 의 변전소 자동화 시스템 구성도 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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신전력기기 개발

1. 극간 콘덴서용 불용형 초고압 GCB - TRV 초기상승률 감소 극간에 저항이나 콘덴서 설치

< 초고압 GCB 에 사용된 극간콘덴서 및 용도 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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- 극간콘덴서 문제점

ㆍ 콘덴서 설치를 위한 추가 설치공간 필요

ㆍ 부품수의 증가

ㆍ 극간구조가 복잡

ㆍ 계기용 변압기와의 철공진

ㆍ 모선측에 유도전압 발생

차단부 성능저하 , 고장발생의 원인

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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- 극간콘덴서 불용형 초고압 GCB 의 특징 ㆍ PT 와의 철공진 및 모선측의 유도전압 발생요인 제거

ㆍ 세라믹 콘덴서 비용과 Teflon Tube 의 제작비용 , 조립공정 비용 절감

ㆍ 극간 절연파괴 방지

ㆍ 차단부내의 공간확보

ㆍ 절연성능 및 조립작업 유리

ㆍ 대외 경쟁력 Up grade

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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- SLF 차단성능 증가 방법 ㆍ 전류영점에서의 파퍼실의 압력상승

ㆍ 노즐 및 접점의 형상개선

ㆍ 전극의 개극속도 증가

- 전류영점에서의 파퍼실의 전압상승과 차단전류의 SLF 차단성능과의 관계

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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< 국내에서 개발한 극간콘덴서 불용형 170kV 50kA GCB 외관 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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2. 복합소호형 GCB = 소형 파퍼실 + 열팽창실

< 복합소호형 초고압 GCB 구조 및 주요 특성 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

- 아크 열에너지 이용 ㆍ 저조작력

ㆍ 기계적 스트레스 감소

ㆍ 고신뢰도

ㆍ Low cost

- Dual Motion Principle ㆍ 차단 성능 증가

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차단부 구조가 복잡 조작장치 구조가 복잡 < 양방향 구동 방식인 경우>

저조작력 기계부품의 스트레스 및 마모도 감소 수명증가 신뢰도 증가 Life-Cycle-Cost 유지보수비용 절감

단 점장 점

- 복합소호형 GCB 의 특징

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3. 동기 및 개폐제어 차단기

- 동기차단기 ( 차세대형 차단기 ) ㆍ 차단시의 아크지속시간 최소화

ㆍ 아크에 의한 손상부품의 수명연장

동기차단기

제어기술

Data 처리 및 분석고장전류 감지

기존의 차단기

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2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

- 개폐제어차단기

ㆍ 과도현상억제를 위한 투입저항 사용

고가 , 구조복잡

ㆍ Shunt Reactor Open 시 과전압 발생 억제 필요

개폐제어차단기

제어장치

Data 처리 및 분석전압 / 전류 감지

기존의 차단기

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- 차단기의 개폐시점을 각 상별로 제어하여 개폐써지가

가장 낮은 시점을 선택

- 적용 전망

ㆍ 345kV 분로리액터의 개폐

ㆍ 154kV 콘덴서 뱅크의 개폐

ㆍ 무부하 변압기의 투입

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4. 모듈형 차단기

< 모듈형 차단기 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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- 가동부는 전압크기에 무관하게 크기가 동일하여 모든

정격의 차단기의 개극거리 동일

- 한가지 Type 의 가동부 접점과 유압조작 피스톤의

사용이 가능하므로 원가절감 및 조작기 신뢰도의 향상

- 외부애자 길이와 고정부 접점 Support 길이는 정격에

따라 변화

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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5. 초고압 변압기 - 초고압 GCB/GIS 에 비해 기술혁신 속도 늦음

- 초고압 변압기의 용량 증대를 위해 변압기의

권선주위는 H종 절연 , 나머지 부분은 A종 절연

ㆍ 복합절연 변압기 개발

ㆍ 방재형 변압기 개발

ㆍ 유입변압기의 경량화 기술 개발

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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- 방재형 변압기

< SF6 가스변압기 내부구조 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

방재형 변압기 ㆍ SF6 가스변압기

ㆍ 에폭시 몰드변압기

ㆍ 난연 변압기

ㆍ 케이블 변압기

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전산해석 기술 - 초고압 전력기기 전산해석

전계해석 , 유동해석 , 아크해석 , 구조해석 , 진동해석

- 최근 Multi-physics( 다중 물리량 ) 에 대한 전산해석

기술의 중요성이 증가

- 즉 , 대부분의 문제는 구조 , 열 , 유체 , 전자장 등이 복합적

으로 작용하여 시스템의 특성을 결정하기 때문에 실제에

가까운 해석을 위해서는 연성해석 (Coupled Analysis) 이

필요

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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< 연성해석 개념 > < 변압기 내의 온도 및 유동해석 >( 전자장 + 열 + 유동 )

Structural

Fluid

Thermal

Electro-static

Electrical

Electro-magnetic

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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3. 결 론

▶ 전력산업의 IT 화 추세 - 시스템기술과 정보통신 기술의 융합

▶ 초고압 전력기기 분야의 연구개발 동향 - 전력기기의 IT 화와 새로운 전력기기의 개발

▶ 개별 전력기기 + 시스템통합 + 정보통신 = 세계시장의 리더

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