초고압 변전소 설계 시 환경적 고려사항 및 GIS 변전소에 사용하는 가스절연개폐장치와 SF6 가스의 특징

출처 : 한국전기기술인협회 협회지

 

1. 초고압 변전소의 개요

 

1) 변전소

전기사업법 시행규칙 제2조(정의)에서, "변전소"란 변전소의 밖으로부터 전압 50,000V 이상의 전기를 전송받아 이를 변성 (전압을 올리거나 내리는 것 또는 전기의 성질을 변경시키는 것을 말한다)하여 변전소 밖의 장소로 전송할 목적으로 설치하는 변압기와 그 밖의 전기설비 전체를 말한다.

 

2) 전압의 분류

전기사업법 시행규칙 제2조(정의)에서 저압, 고압, 특고압으로 분류하고 있으며, "특고압"이란 7,000V 를 초과하는 전압을 말한다.

 

3)한전의 기본공급약관 제23조 (전기공급방식, 공급전압 및 주파수)

계약전력	공급방식 및 공급전압
400,000 kW 초과	교류 삼상 345,000 V 이상

 

4) '초고압변전소'는 국내에서 345 kV 또는 765 kV 변전소를 일컫는 것으로 판단된다.

 

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2. 초고압 변전소 설계 시 환경적 고려사항

 

1) 765 kV 변전소

대전력 수송체계의 핵심으로 고신뢰도가 요구되고 국내 변전기술을 대표한다. 그러므로, 765kV 변전소 형태는 높은 안정성과 함께 환경조화 및 경제성 등을 종합적으로 고려하여 부지확보, 환경문제 및 신뢰도 측면에서 유리한 옥외 Full GIS 형이 채택되고 있다.

 

2) 345 kV 변전소

변전소의 형태는 옥외 Full GIS형에 비하여 신뢰도 측면에서 불리하지만, 예비변압기 (1상) 활용, 개폐장치와 주 변압기 연결도체의 경제성, 운영경험 등에서 유리한 옥외 GIS형이 채택되고 있다. 그러나, 점차적으로 변전소 부지확보의 어려움, 환경조화의 중요성에 따라 설비의 Compact화가 필요하게 되었다.

 

3) 환경적 고려사항

 

(1) 위치에 관한 요소

① 가능한 한 부하 중심일 것

② 장래계획 및 고장에 대비하여 계통연계 가능지역일 것

③ 송배전선로는 가능한 짧게 연결될 것

④ 해일, 홍수, 설해에 대하여 과도한 대책시설이 필요하지 않을 것

⑤ 염, 진해에 대하여 과도한 대책시설이 필요하지 않을 것

 

(2) 지형에 관한 요소

① 주변의 지형, 민가의 위치 등이 송전선로 및 배전선로의 인출입에 장애가 되지 않을 것

② 지반의 보강 및 암반제거 등 부지 지정에 많은 비용을 요하는 지질 지형이 아닐 것

③ 변압기 등 중량물의 운송에 지장이 없는 교통이 편리한 곳일 것

 

(3) 주위환경에 관한 요소

① 주변지역의 발전을 예측하여 장래에도 문제가 없을 것

② 소음이 극도로 문제가 되는 지역이 아닐 것

③ 위험물 등을 취급하는 부지에 인접하지 않을 것

④ 장래에 부지확장이 필요한 경우에는 확장이 용이한 곳일 것
⑤ 통신선 장해 등으로 문제가 되지 않을 것

⑥ 공사용 장비의 반입이 편리할 것

⑦ 공사로 인한 주변지역의 피해 발생이 적을 것

⑧ 부식성 가스 또는 독성 가스 등 유해한 가스의 영향을 받는 지점이 아닐 것

 

(4) 기타 법적 제한 등에 관한 요소

① 변전소의 건설에 관련해서 부지, 건물, 건축물 전기설비, 기자재의 운반 등 관련공사에 관한 제 법규를 충분히 검토할 것

 

 

3. GIS 변전소에 사용하는 가스절연개폐장치 (GIS) 및 SF6 가스의 특징

 

1) 가스절연개폐장치 (GIS) 의 특징

 

(1) GIS란?

가스절연개폐장치 (GIS, Gas Insulated Switchgear)는 차단기, 단로기, 접지 개폐기와 같은 기기 뿐만 아니라 모선, 변성기, 피뢰기 등을 절연 성능이 우수한 SF6가스로 절연된 금속체 외함 내에 장치한 것으로, 차단기 (CB), 단로기 (DS), 접지개폐기 (ES, HSGS), 3단개폐기 (3-Way switch), 모선 (BUS), 변류기 (CT), 계기용변압기 (PT, VT), 부싱 (Bushing), 피뢰기 (LA)등으로 구성된다.

 

(2) 특징

① 설치면적의 축소 : 절연내력이 우수한 SF6가스를 이요하여 개폐장치를 크게 축소하였고, 장치가 통합 입체 배치되므로 종래의 변전설비에 비하여 면적이 1/10 ~ 1/20 까지 축소되며, 특히 옥내 설치도 가능하다. 

② 안전성 : 모든 충전부를 접지된 탱크 내에 내장하여 SF6 가스로 격리되어 있으므로 감전의 위험이 없다. SF6 가스는 비중이 공기의 약 5.5배 정도 되는 불연성이기 때문에 화재의 위험성도 그만큼 적다.

③ 신뢰성 : 염해, 먼지 등에 의한 오손, 기후 및 낙뢰 등의 영향을 받지 않도록 완전히 밀폐되어 있고, 절연물은 불활성의 SF6 가스로 사용하기 때문에 열화가 거의 없다. 또 만일 내부사고가 발생하더라도 가스 구획이 구분되어 있어 사고 확대가 방지되어 있으므로 신뢰성이 높다

④ 보수 점검의 용이 : 도전부, 충전부 등이 안전성이 높은 SF6 가스 중에 설치되어 있으므로 열화나 마모가 적어 모선이나 단로기의 보수가 거의 필요 없다.

⑤ 저소음 : 개폐기가 모두 오나전 밀폐되어 있으므로 조작 중에 소음이 적고, 또 라디오 방해 전파를 줄일 수 있다.

⑥ 단점 : 내부 육안 점검이 불가능, SF6 가스의 압력 등의 관리 필요, 고장 발생 시 조기 복구 어려움, SF6 가스가 오존층 파괴 물질 사용 등

 

2) SF6 가스의 특징

구분	SF6 가스	건조공기 (Dry Air)	고체절연 (Epoxy)
절연 성능	공기의 약 3배	공기의 약 1.16배	공기의 약 2.5배
절연 설계	비교적 쉬움	어려움	어려움
환경 영향	온난화 가스	환경 친화적	특수 폐기물
유지 보수	필수	선택적	선택적
	가스가 대기압이어도 일정시간 절연성능 발휘	가스가 대기압이어도 일정시간 절연성능 발휘	부분방전 발생 시 사고로 진전될 가능성

 

[비고]

1) SF6 가스의 특징 : 절연내력 2.5, 유전율 1.0, 상대밀도 5.1, 열전도율 1.5, 방전에 의한 분해 - 비폭ㅂ발성, 아크에 의해 부식성 분해가스 발생, 불연성, 열안전성 200℃, 열열화 - 산화열화 없음, 임계온도 45.6 ℃, 임계압력 36.6 bar

2) 가스 구 획 필요 : 가스의 구획은 가스의 관리를 용이하게 함은 물론 증설, 사고 시의 정지 범위 등을 고려해서 운용상 지장이 없도록 구분하고, 각 가스구획 간 바이패스 (Bypass) 밸브를 설치하여야 하며, 이 밸브는 운전 시 열려 있어야 하고 닫힌 상태에서 밸브 양 쪽의 최대 가스압력차에 견딜 수 있어야 한다.

 

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