초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

초고압 전력기기최신 연구개발 동향 2004. 4. 2 한국전기연구원 신전력기기연구그룹장 박 경 엽

목 차 1. 서 론 2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 - 전력기기 IT 화 - 신전력기기 개발 - 전산해석 기술 3. 결 론

1. 서 론 • 초고압 전력기기 정의 - GIS, 변압기, GIL, 송전선, 지지애자, 전력케이블 등.. - 정격전압 50kV를 초과하는 전력기기 (IEC 기준) • 초고압 전력기기 연구개발 분야 - 새로운 전력기기의 개발 - IT기술과의 융합 - 새로운 전산해석 기술/설계기술의 개발 및 적용 • 초고압 GIS 및 변압기의 국내외 연구개발 동향 소개

초고압 전력기기 주요 업체들의 M&A 결과

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 • 전력기기 IT화 1. 배경 - 실시간으로 전력계통을 감시하면서 안정적인 전력계통 의 운전을 위해 필요한 모든 정보를 취득하고 분석하여 사고 시에 신속하게 대처할 수 있는 수단 필요 - 전력산업 IT화 전력 IT ㆍ 변전자동화 시스템, 발전자동화 시스템 배전자동화 시스템…등 ㆍ 지능형 전자장치가 핵심 (IED : Intelligent Electronic Device)

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 2. 전력기기 IT화 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 IT기술의 접목 에 의해 SAS에 적용이 가능한 방식으로 개발이 되어 야 할 것임

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 3. 국내 전력기기 IT화 현황 및 전망 - 현재 산자부의 중기거점사업의 하나로 “IT화를 위한 신전력기기 개발”을 국내 전력기기 산업의 주요 업체 들과 전기연구원, 대학들이 참여하여 수행 - 주요 과제 ㆍ 25.8kV급 Intelligent 복합절연 Switchgear 개발 ㆍ 362kV 개폐제어형 차단기 개발 ㆍ 245kV 40kA Motor-drive형 초고압 GIS 개발 - 전력기기 자체의 성능향상 + IT화 기술의 개발 - 전력산업의 IT화가 진행됨에 따라 중요성 증가

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 PCU : Process Communication Unit SCM : Switch Control and Monitoring unit DBC : Digital Breaker Control unit ITU : Instrument Transformer Unit < Siemens의 변전소 자동화 시스템 구성도 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 • 신전력기기 개발 1. 극간 콘덴서용 불용형 초고압 GCB - TRV 초기상승률 감소 극간에 저항이나 콘덴서 설치 <초고압 GCB에 사용된 극간콘덴서 및 용도 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 - 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 - 극간콘덴서 불용형 초고압 GCB의 특징 ㆍ PT와의 철공진 및 모선측의 유도전압 발생요인 제거 ㆍ 세라믹 콘덴서 비용과 Teflon Tube의 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 - 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 < 국내에서 개발한 극간콘덴서 불용형 170kV 50kA GCB 외관 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 2. 복합소호형 GCB = 소형 파퍼실 + 열팽창실 - 아크 열에너지 이용 ㆍ 저조작력 ㆍ 기계적 스트레스 감소 ㆍ 고신뢰도 ㆍ Low cost - Dual Motion Principle ㆍ 차단 성능 증가 < 복합소호형 초고압 GCB 구조 및 주요 특성 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 - 복합소호형 GCB의 특징 장 점 단 점 • 저조작력 • 기계부품의 스트레스 및 마모도 감소 • 수명증가 • 신뢰도 증가 • Life-Cycle-Cost • 유지보수비용 절감 • 차단부 구조가 복잡 • 조작장치 구조가 복잡 <양방향 구동 방식인 경우>

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 3. 동기 및 개폐제어 차단기 - 동기차단기(차세대형 차단기) ㆍ 차단시의 아크지속시간 최소화 ㆍ 아크에 의한 손상부품의 수명연장 Data처리 및 분석 고장전류 감지 동기차단기 기존의 차단기 제어기술

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 - 개폐제어차단기 ㆍ 과도현상억제를 위한 투입저항 사용 고가, 구조복잡 ㆍ Shunt Reactor Open시 과전압 발생 억제 필요 Data처리 및 분석 전압/전류 감지 개폐제어차단기 기존의 차단기 제어장치

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 - 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

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 4. 모듈형 차단기 < 모듈형 차단기 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 - 가동부는 전압크기에 무관하게 크기가 동일하여 모든 정격의 차단기의 개극거리 동일 - 한가지 Type의 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 5. 초고압 변압기 - 초고압 GCB/GIS에 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 - 방재형 변압기 • 방재형 변압기 ㆍ SF6가스변압기 ㆍ 에폭시 몰드변압기 ㆍ 난연 변압기 ㆍ 케이블 변압기 < SF6 가스변압기 내부구조 >

2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 • 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

Electro- magnetic Fluid Electro- static Structural Thermal Electrical 2. 초고압 전력기기 최신 연구개발 동향 < 변압기 내의 온도 및 유동해석 > ( 전자장 + 열 + 유동 ) < 연성해석 개념 >

3. 결 론 ▶ 전력산업의 IT화 추세 - 시스템기술과 정보통신 기술의 융합 ▶ 초고압 전력기기 분야의 연구개발 동향 - 전력기기의 IT화와 새로운 전력기기의 개발 ▶ 개별 전력기기 + 시스템통합 + 정보통신 = 세계시장의 리더

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초고압 전력기기 최신 연구개발 동향

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