Medium Voltage SWGR는 국내에서 3.3kV에서 33kV까지의 고압 배전반을 통칭해서 사용합니다. Medium Voltage라는 개념이 국내에는 없지만 번역할 때는 고압으로 하고 있습니다. 해외에서 제작하는 SWGR를 보면 사람의 안전에 대하여 아주 깊은 고려가 있음을 보게 됩니다. 이런 깊은 고려가 실제로 IEC 규격에 담겨있습니다. 우리도 안전에 대하여 깊은 이해와 관심을 가지고 SWGR를 제작해야 한다고 생각합니다. 이번 포스팅에서 이러한 개념을 잘 설명할 수 있도록 노력하겠습니다.
이번 설명에서 쓰이는 자료는 예전에 현대중전기에서 Presentation 했던 자료에서 발췌한 부분이 있음을 밝혀 드립니다.
1. MV SWGR의 적용 규격
IEC 62271-200 이 IEC 규격 번호이고 국내에서는 IEC를 반영한 KS C IEC62271-200을 적용합니다.
2. 핵심 요소 - LSC (Loss of Service Continuity Category)에 대한 이해
아래의 자료를 참조 바랍니다. LSC는 사용 연속성으로 번역하며 이에 대하여 등급을 나누고 있습니다.
이 등급을 설명하면
LSC1 - SWGR에서 한 부분이 개방되면 즉 사람이 접근할 수 있게 된다면 다른 기능 Unit들도 모두 분리된 상태가 되어야 합니다. 즉 한 부분이 사용 불가하면 다른 Unit들도 사용 불가 상태가 되어야 하는 것입니다.
LSC2A - 이 등급에서는 SWGR가 다수 열반되어 있을 경우 모선 쪽은 사용 상태가 유지되고 그래서 다른 SWGR Unit은 사용 상태를 유지하나 개방된 주회로 격실을 포함하는 SWGR는 사용 연속성이 없는 상태입니다. 그리고 인입 케이블은 접지되어야 합니다.
LSC2B - 이 등급은 개방된 주회로 격실을 제외한 다른 Function Unit은 기능을 유지하는 상태입니다. 별도의 케이블 격실을 가지고 있어야 합니다.
위의 설명에서 나온 기능 Unit은 아래 그림에서 설명이 됩니다. 아래 그림은 LSC2B 등급을 만족하는 SWGR에 대한 설명입니다. 예전에는 이런 구조를 MCSG (Metal clad SWGR)로 불렀습니다.
1) 기본적으로 5개의 기능 Unit으로 나누어져 있습니다. (차단기실, 주모선실, 케이블실, 저압제어실, 가스배출덕트)
2) D Unit인 저압부를 제외하면 다른 모든 Unit들은 E Unit와 구조적으로 연결되어 있습니다. 즉 A, B, C Unit 내에서 아크에 의한 폭발이 일어나면 그로 인해 발생한 가스는 E의 Gas 유출 덕트 쪽으로 분출되어 나가고 다른 기능 Unit 들에 영향을 주지 않도록 설계되어 있습니다. E Unit에는 각 Function Unit와의 사이에 Pressure Relief Device (압력배출장치)가 설치되어 있어서 평상시에는 닫혀있다가 압력 발생 시 개방되어 Gas를 분출시킵니다.
3) 그리고 각 Unit는 철판으로 제작된 격벽으로 분리되어 있어서 아크가 발생해도 철판을 통해 접지로 흘러가도록 고려되어 있습니다.
자료 출처 : ABB SWGR 카탈로그
3. Internal Arc Protection 관련
IAC 등급은 두 가지 Category로 나뉘어 있습니다.
첫 번째는 Internal Arc Withstand Current에 대한 규정입니다. 단락 전류와 비슷하게 견디는 전류(kA)와 시간으로 규정됩니다. Type Test를 할 때 시험을 통해 검증되어야 합니다
두 번째는 접근성에 대한 것입니다. 접근 형태와 접근 가능 부분 두 가지로 구성됩니다. 접근 형태는 아래 자료를 보면 3가지 등급이 있습니다. A,B,C 등급으로 나뉘는데 일반적으로 변전소에 설치되는 기기는 Type A 등급입니다.
그리고 접근 가능 부분은 전면, 측면, 후면의 세 가지에 대한 정의가 있는데 표기에는 접근 가능 부분을 표시하도록 되어있습니다.
이를 종합해서 SWGR의 특성에 대한 등급은 다음과 같이 표기됩니다.
LSC2B / AFLR / 12.5kA 0.5s
해석하면 다음과 같이 설명이 됩니다.
사용 연속성 등급은 LSC2B 등급이고
접근성은 TYPE A이며
접근 가능 부분은 전면, 측면, 후면 모두 다 가능하고
IAC는 12.5kA 0.5s입니다.
4. 주요 설비들은 다음과 같습니다.
가장 중요한 설비는 차단이나 스위칭하는 장치인 차단기 혹은 스위치입니다.
아래 그림에서 보듯이 Circuit Breaker (차단기)와 Contactor Swtich (스위치)로 나뉩니다.
그런데 차단이나 스위칭하는 방식에 따라 진공과 가스로 나누어집니다.
Vacuum을 이용하는 Vacuum Circuit Breaker (VCB, 진공차단기), Vacuum Contactor Switch (VCS, 진공전자접촉기)가 있고
SF6 가스를 이용하는 Gas Circuit Breaker (GCB, 가스차단기), Gas Contactor Switch (GCS, 가스전자접촉기)가 있습니다.
GAS와 Vacuum은 제조사마다 국가마다 선호하는 Type이 있습니다. 성능 면에서는 여러 논의가 있지만 큰 차이는 없으며 문제점에 대한 대처 방안이 있습니다. GAS Type이 좀 더 비싼 측면이 있습니다.
VSC나 GCS는 부하만 스위칭이 가능하고 단락 전류 등의 차단은 함께 설치된 Fuse에 의해서 이루어집니다. 그리고 최대 전류가 400A로 크기의 제한이 있습니다. 그래서 저용량의 고압 Motor의 운전에 주로 사용이 됩니다. 스위치라는 특성상 개폐 횟수가 아주 높아서 차단기에 비해서 자주 ON/OFF 되는 저용량 전동기의 운전에 유용합니다.
5. 계기용 변성기 (Instrument Transformer)
전압과 전류를 낮은 값으로 변환하여 계기로 보내거나 보호계전기에 연결하는 장치입니다. Potential Transformer (PT), Current Transformer (CT), Core Balanced Transformer (CBT) 등이 있습니다.
PT와 CT를 선정하는 방법은 간단하지 않으며 비율, 부담, 정밀 등급, 기타 여러 요소를 검토해야 하고 특히 DFR 용 CT 등은 계산서를 작성하여 전용 CT를 만들기도 합니다.
6. 보호 계전기 (Protection Relay)
보호 계전기는 자체적인 기능도 중요하고 또한 중앙전력제어장치 (PMS - Power Managerment System)와의 통신을 통한 정보 전달과 사고분석 등에도 매우 중요합니다. 최근에는 IEC61850 통신이 대부분 적용되며 이를 위해 광케이블 접속 장치도 필요하고 이중화 통신도 자주 도입되고 있습니다.
각 계통마다 적합한 보호 계전 시스템이 설계되고 적용되는 일은 매우 중요하며 전력 시스템의 안정적 운전에 반드시 필요합니다. 전체적인 보호계전시스템의 설계가 프로젝트 초기부터 매우 중요하게 고려되어야 합니다.
7. 보조 장치들 (Auxiliary Devices)
요즘은 위의 보호계전기가 Meter 역할도 하지만 별도로 Analog meter 나 Digital Meter를 설치해 줄 것을 요구하기도 합니다.
아래 그림에서 첫 번째 장치는 Test Terminal입니다. 계기나 계전기의 Test를 위해서 CT/PT와 분리하여 Secondary Injection을 할 수 있도록 해주는 장치입니다. 플러그를 꽂으면 1차와 2차가 분리되어 Test를 할 수 있게 해 줍니다.
두 번째는 Alarm Annunciator입니다. 고장이나 경보가 발생하면 표시해 주는 장치입니다.
세 번째는 Lock-out Relay입니다. Lock-out Switch라고도 합니다. 고장이 나서 차단기가 트립이 되면 이 스위치가 동작됩니다. 이 스위치의 핸들은 평상시에 제거되어 별도 함에 보관됩니다. 그래서 고장이 발생하고 인지된 후 Alarm이 꺼져도 이 스위치가 차단기의 투입 회로를 차단하고 있기 때문에 이 스위치가 수동으로 복귀되지 않으면 차단기 재투입을 못 하게 됩니다. 즉 오작동에 의한 2차 사고를 막기 위해 설치하는 스위치입니다.
네 번째는 Semaphore Indicator입니다. 미믹에 설치해서 각 스위치의 ON/OFF 상태를 표시해 줍니다.
다섯 번째는 Interlock Key Set입니다. Key Interlock 이 필요한 경우에 연관된 모든 장치에서 KEY를 뽑아서 여기에 꽂으면 마지막 KEY가 빠져서 그 KEY로 조작을 할 수 있도록 하는 장치입니다. 유럽 쪽의 SWGR들은 이런 KEY Interlock 이 많이 적용이 됩니다.
MV SWGR의 주요 개념과 부속 장치에 대하여 살펴보았습니다. LSC 나 Accessibility 그리고 Internal Arc Protection 등의 개념은 정말 중요합니다. 이런 개념들을 발전시켜 왔기 때문에 유럽의 SWGR가 전 세계를 장악하고 있는 것 같습니다. 국내의 업체들도 외국 제품 카피에 그치지 않고 이러한 안전과 운전에 대한 개념을 선도해 가는 업체가 되기를 바랍니다.
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