수변전 설비는 안정된 전력을 공장, 빌딩, 각종 주요 시설 등에 공급해 생산 설비, 정보 처리, 보안, 방재 등에 필요한 전원을 확보하는 중요한 역할을 한다. 그렇기에 수변전 설비에 높은 신뢰도를 요하며, 정보화 사회로 진입한 최근엔 양적인 면은 물론이거니와 질적인 면에서도 한층 요구가 커지는 중이다. 이와 더불어 수변전 설비를 구성하는 기기에도 에너지 절약, 공간 절약, 환경을 생각하는 추세다. 본고는 수변전 설비를 구성하는 기기와 함께, 이 기기들의 수명을 소개한다.
수변전 설비 구성 기기
지금까지 건설·운전 비용을 포함한 종합 손실 비용 저감, 인텔리전트화, 소형화 등이 수변전 설비계획 시 주요 요구 항목이었으나, 최근 들어 지구온난화 문제 대응책으로 에너지 절약, 환경 보호,전원 품질 향상 등과 같은 항목을 추가해
① 기기 구성 부품의 재활용
② 변압기 고효율화로 에너지 절약(톱 러너TopRunner)
③ 기기 구성품의 환경 대응
④ 안정된 전원
을 요구하는 수변전 설비로 바뀌고 있다. 여기서는에너지 절약과 환경 보호를 생각한 수변전 설비용배전반(이하, 에코 배전반)을 소개한다.
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에코 배전반은 기존 배전반에 <표 1>과 같은 환경고려 항목 ▲3R(Reduce, Reuse, Recycle) ▲전력절약 ▲정보 개시 등을 덧붙여 배전 시스템으로써안전한 변전과 배전, 에너지 절약 추진, 운용 비용개선을 도모하는 한편, 전력 감시 기기 분야에서 에너지 절약을 목적으로 전기 에너지 계측 감시, 배전설비의 이상 감시 기능 등을 부가한 것이다.
에너지를 파악하는 전력 계측 기능은 감시 규모나통신, 제어 방법 등 다양한 형태가 있다. 배전 설비에 설치하는 전력량을 계측하는 장치에 공통된 기능으로 데이터 축적(기억)·집계 기능이 있으며, 에너지 관리자가 전원을 감시하는 기능도 점차 도입중이다.
 변압기의 에너지 대책
변압기 용량 적정화와 고효율 변압기 도입 | 최근 변압기 손실을 크게 개선하는 추세다. 특히 낮은 손실의자성 재료를 개발해 무부하손을 크게 낮춘 결과, 저부하에서 효율을 향상했다.
일본에선 수배전용 변압기를 에너지 절약법상 특정 기기로 지정해 에너지 절약 기준으로 톱 러너 방식(에너지 소비 효율 기준을 책정하는 방법. 에너지절약법 특정 기기로 지정되면 상품화되는 제품 중'에너지 절약 성능이 가장 우수한 기기(톱 러너)'가에너지 절약 기준이 됨)을 채용한다. 이에 따라 큐비클식 수변전 설비에 탑재하는 변압기는 고성능철심 재료를 채용하고 코일에 구리 도체를 채용해고효율을 실현한 톱 러너 변압기로 이행 중이다.
한편, 유입 변압기의 절연 성능을 향상해 신뢰도를 높이고 소형화를 도모하고자 기존 광물유를 대체할 새로운 절연유로 식물성인 에스테르유를 사용한 식물유 변압기도 개발하고 있다.
 변압기 여자 돌입 전류 억제 기능 | 변압기 전원 투입시 여자 돌입 전류를 크게억제해 변압기에 무리를 주지 않는다. 게다가 여자 돌입 전류 억제로 야간·휴일등 전원이 필요 없을 때 변
압기 운전을 정지함으로써무부하손을 없애고 CO₂배출량과 전력요금을 절감할수 있다.
플러그인 차단기 | 큐비클에설치하는 차단기를 플러그인 방식 차단기로 하면, 설비 레이아웃을 변경할 때 공기工期를 단축하고 저압차단기 변경을 유연하게 해 정전 시간을 단축하는설비도 있다.
수변전 설비 구성 기기의 신뢰성
수변전 설비에서 구성 부분에 만일의 고장이 발생하면 이는 곧 큰 영향을 미친다. 영향도가 큰 부분의 수명을 균등하게 할 수만 있다면 수변전 설비의신뢰성을 높일 수 있겠으나, 기기(부품)의 신뢰성파악과 내구연수耐久年겤는 제작자와 사용자 처지가서로 달라 어느 쪽도 결론을 내릴 수 없는 문제다.
흔히 전기기기의 수명은 배스터브 곡선(BathtubCurve, <그림 7> 참조)과 같이 나타나나, 기기 교체는 비용 대 효과, 허용 고장률을 모두 고려해 종합적으로 판단해야 한다.
 
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설비 기기 교체 기준
수변전 설비는 사용상 지장이 없는 상태를 유지하는 것만으로 끝나지 않고 설치 후 15년을 기준으로계획을 세워 적어도 설치 후 20년엔 사회 상황에 대응할 수 있는 수변전 설비로 교체하는 편이 좋다.
기기 등의 내구연수를 나타낸 <표 2>를 교체 기준으로 소개한다. 변압기로 대표되는 수변전 설비는 교체에 고액 투자가 들어가기에 단순히 에너지를 절약할 목적만으로 하는 교체는 경제적으로 수지가맞지 않는다. 설비 확장이나 노후화 등 교체 시기에맞춰 적정 용량과 에너지 절약 과제를 동시에 검토하는 것이 좋다. 따라서 평소 운전 상황을 파악하고필요한 내용을 정리해 두는 등 적절한 교체를 위해미리 준비하는 것이 중요하다.
식물유 변압기 개발과 특징
 경제성 향상, 소형화와 함께 전력 기기에도 친환경성이 이슈로 떠올랐다. 기존 유입 변압기는 광물유와 종이를 조합해 절연과 냉각을 함께 갖춘 복합 절연을 채용한다. 일반 유입 절연의 약점은 절연 파괴의 발단인 오일 갭에 있다. 절연 내력을 높이는 방법으로 절연지와 절연유의 비유전율 차이를 작게 해 오일 갭으로 집중되는 전계를 완화하는 유전율 정합 절연을 적용하는 것이 효과가 있다. 그래서 유입 변압기의 절연 성능을 높이고 신뢰도 향상과 소형화를 위해 광물유 대신 새로운 절연유로 식물성 에스테르유를 ㈜간사이테크가 개발했으며, 간사이전력㈜와 공동으로 새로운 절연유 적용을 연구해 식물유 변압기를 개발했다. 식물성 에스테르유는 재생산이 가능한 종자 상품으로 생분해성이 높고 환경 친화적 식물유 유도체인 에스테르계 절연유인 동시에 유전율이 높은 특징이 있다. |
정리 전화영 기자
<Energy News>
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