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3. 산업 발전 추세s(1)세계 고압 개폐장치 산업이 발전하는 추세20세기 80년대부터 세계 고압 개폐장치 제조업에서 대기업들 간에 연합한 경우가 많았다. 최근에도 이런 추세가 계속되고 있다. 유한한 시장을 점령하기 위하여 기업들 간 합병하는 것이 추세이다. 이렇게 합병하는 것은 경쟁력과 연구·개발 능력을 보다 향상시키기 위한 것이거나 제품영역을 저압부터 중압까지, 심지어 고압영역까지 넓히기 위한 것이고 시장에의 경쟁상대를 합자자로 만들어서 더 큰 시장을 점령하기 위한 것이다. 하여튼 이런 대연합의 최종목적은 각자의 우세를 발휘하여 서로 보충하는 것이다.예를 들어서 BBC 회사와 스웨던 ASEA 회사는 원래 모두 고압차단기 계열 제품을 생산하였는데 ABB로 합병한 후에 제품을 세대 교체하였고 새로운 연구 성과가 상당한 비율을 차지하였다. ABB가 ASEA의 로덕유잡 강 전류시험소를 확장해서 새로운 회사의 고압 개폐장치설비를 연구·개발하는 시험기지로 만들었다. 그리고 벌써 합병되기 전에 BBC와 ASEA가 생산했던 고압 SF6 차단기는 이미 유명하였다. 중압시장을 점령하기 위하여 ABB는 나중에 또 중압 진공차단기를 생산하는 유명한 독일 Calor Emag를 합병하였다. 그리하여 ABB는 중압 전기기기 영역에 SF6 차단기를 생산할 뿐만 아니라 진공차단기도 생산하기 시작하였다. 이 두 가지 제품은 나중에 ABB의 무(無)개폐장치 계열의 핵심제품이 되었다. Alstom은 Sprecher Energic와 합병한 후에 중압 패널과 고압 GIS를 연구·생산하는 능력이 강해졌고 나중에 독일에 유명한 AEG를 합병한 후에 생산하는 자동 SF6 차단기가 두 계열(FXT, SI)로 나눴다. 새롭게 설립한 독일 Alstom T&D는 연구·개발 능력이 향상되고 제 2대 열팽창 SF6 차단기를 연구·개발하였다. Alstom는 중압 영역에 주로 SF6 차단기를 연구·개발하는데 중압진공차단기 시장을 점령하기 위하여 회사는 나중에 또 전문적으로 진공차단기를 생산했던 독일 살극삼공장을 합병하였다. 일본의 미츠비시와 도시바가 연합해서 송·변전 합자회사를 창립한 후에 원래 두 회사 송·변전 설비의 판매, 설계, 개발 그리고 제조하는 능력을 합치고 일본에의 가장 큰 송·변전 회사가 되었고 제품을 생산하는 범의와 규모가 세계 전 3위(ABB, Siemens, Alstom) 안에 속한다. 그러나 일본 내에는 전력회사의 투자액이 계속 감소하기 때문에 시장이 위축하기 시작하고 외국 전력시장이 상대적으로 유지되고 있지만 경쟁이 점점 치열해지고 있다. 그래서 시장 경쟁력을 향상시키기 위하여 합자회사를 설립하였다. 새로운 회사의 첫 단계 자본금이 400억∼500억 엔화이고 도시바와 미츠비시가 각각 50% 주식을 보유하고 있다. (2) 중국 전력설비 산업 발전 추세최근 몇 년간에 중국 대부분 지역에 전기가 많이 부족했는데 이 현상은 국내 전력 산업이 급속히 발전하는 직접적인 원인이 되었다. 뿐만 아니라 각 지방의 전력에 대한 투자가 많아지고 전력 설비 시장의 수요에 매우 큰 자극을 주었다. 사용자 측의 수요가 신속하게 증가되기 때문에 전력 설비 산업이 최근 몇 년 동안에 급속하게 발전하였다. 통계자료에 의하면 전력설비 산업에의 대기업인 동방전기기계와 동방 보일러, 동방증기터빈 공장은 2004년도에 맺은 계약만도 1000만 kW가 넘었다. 상하이 발전설비 집단이 맺은 계약은 4000만 kW나 된다. 거의 모든 발전설비제조업체가 과부하로 가동하고 있다. 그리고 부대 설비업체도 주문량이 큰 폭으로 증가하고 제품 가격도 상승하고 있다.2004년 1/4 분기의 통계자료에 의하면 전력설비 산업 주요제품의 판매수익은 지난해 동기 대비 30% 이상이 증가했는데 이 중에 산업에의 중요기업 판매수익 상승폭이 39%나 되고 이익 상승폭이 70% 이상 된다. 전력 건설 규모가 신속히 커짐에 따라 전력설비산업은 경기 회복기로부터 고속발전 단계로 이미 들어갔다고 볼 수 있다. 4월부터 거시경제 조정조치가 집중적으로 공포되었다. 대부분 산업의 시장수요가 어느 정도 억제되거나 감소하였다. 그러나 전력설비 제조 산업은 거의 영향을 받지 않는다. 2003년 이래로 전력설비 산업이 급성장했는데, 이는 이전에 발전했어야 했던 것이며 지금 발전해도 이미 늦은 일이다. 1999년부터 2002년까지, 이 3년간에 중국의 전력 건설은 상대적으로 줄었는데 전력 공급은 국민 경제 발전의 수요를 따르지 못했었다. 2002년 하반기 이래에 전력 공급은 2000만 kW가 부족하였다. 전력 설비 산업은 2004년과 2005년에, 매년마다 40% 상승하고 투자액이 2400억 위안 이상이라도 2005년도 중국의 전력 공급은 여전히 수요를 따르지 못하고 2006년이 되어야 이 상황이 어느 정도 완화될 것이다. 동시에 대부분 전력 설비제조업체들은 현재 모두 과부하로 가동하고 있다. 단기간 거시정책이 전력설비산업에 영향을 미치지 못하였다.발전설비산업의 급속한 발전은 부속 산업에도 발전을 초래할 것이다. 발전설비산업 부속산업은 주요제품이 전원 건설 중에 사용되는 설비이다. 최근에 국가 전력프로그램을 많이 투자했는데 이에 따라서 부속 산업도 최근 몇 년간에 신속하게 발전해 왔다. 통계자료에 의하면 2003년에 투자한 발전소 프로그램은 이미 3000만 kW를 넘었다. 2004년에 3700만 kW를 넘을 것이고 3년 후까지의 투자규모가 모두 4000만 kW를 넘을 것이다. 그리고 이것은 어떤 지방과 민영계획 투자를 포함하지 않는다. 그런데 일단 전력 부족 문제가 2006년에 해결되면 수요가 부족한 문제가 나타날 것이다.최근 몇 년간에 전력설비산업의 1차와 2차 부속 산업은 발전설비산업의 부속 산업보다 발전하는 속도가 그렇게 빠르지 못하고 평균적인 상승폭이 20%정도이다. 그러나 전국전력네트워크 프로그램과 5000억 위안의 철도 電化(전화) 개조 등 프로그램이 있어서 전력설비산업의 부속 산업은 장기적으로 발전할 것이다. 특히 현재 국가 발전개혁위원회에서 발표한 전기요금 조정방안은 배전망경영기업의 경영환경을 개선함에 유리할 뿐만 아니라 전원에 대한 투자가 많고 배전망에 대한 투자가 적은 국면을 바꿀 수도 있다. 그리하여 2004년 후에 배전망에 대한 투자의 상승폭이 발전설비 용량의 상승폭보다 빠를 것이고 송·배전설비 산업이 장기적으로 발전할 수 있게 된다. 그리고 전력설비산업의 1차와 2차 관련 산업이 2008년까지, 심지어 더 오래 발전할 수 있다.탈황설비를 생산하는 전력 환경보호산업의 부속산업은 국가의 환경법규와 정책이 공표되고 발전배출 환경보호 표준이 강화되며 전기요금 개혁에 따라 커다란 발전기회를 맞이하고 있다. 그리하여 이 부속산업은 전력설비 산업 중에 가장 잠재력이 있는 산업이다.거시정책이 전력설비제조업에 대한 중·단기적인 영향이 크지 않고 전체적인 산업의 주문량도 많은 실정이다. 그러나 2004년 이래로 철강, 동, 알루미늄 등 원자재에 대한 ‘가격의 인상, 운송여력의 부족, 납품기한의 연장’과 같은 요인이 기업에 나쁜 영향을 미치고 있다. 그러나 2004년 하반기부터 원자재가 전력설비산업에 미치는 영향이 줄어들어 연말이나 2005년 중반 부터 실적이 좋아질 전망이다.4. 개폐장치 제품의 발전 추세IEC 표준(IEC 38, IEC 298, IEC 439)과 유럽표준에 의하면 1000V 이하의 전압은 저압이고 1∼72.5kV는 중압이고 72.5kV 초과 전압은 고압이라 한다. 국제대전망 회의 규정에 의하면 최대 선간전압이 400∼1000 kV이면 초고압이고 1000 kV 이상의 전압은 특고압이다. 위와 같은 규정에 따라 저압, 중압, 고압, 초고압, 특고압이란 용어를 사용한다.(1) 고압·초고압·특고압 제품21세기 들어온 후에 중국의 송·변전 설비가 더 높은 전압등급으로 올라가고 있다. 서부대개발 전략이 실시됨에 따라 ‘서전동송’이 시작하여 서북지역에의 배전망 전압이 750kV로 올라가고 중국의 다른 지역에의 배전망 전압이 1200kV로 올라갈 것이다. 2004년에 황하 상류 공백협 수력발전소가 발전하기 시작함에 따라 중국의 첫 번째 750kV 송전회로가 서북지방에 건설될 것이다. 750kV 배전망이 건설됨에 따라 중국의 특고압 등급인 1000kV 혹은 1200kV의 공사도 멀지 않은 시일 내에 건설될 것이다.그런데 특고압 등급이 나타나면 기술적인 문제도 따라 나타날 것이다. 예를 들면 기초연구(생태와 환경에 미치는 영향 포함), 송전회로(회로 충전 용량, 회로 에너지 손실 등), 변전소와 전기설비 등의 문제가 있다. 제품별 발전추세는 아래와 같다.1) SF6 고압 개폐장치 ① GIS의 발전추세서부대개발에 따라 수력발전이 같이 발전하고 있다. 일반적으로 발전소를 높은 산과 험준한 령 중에 건설해야 되고 실제 사용할 수 있는 면적이 크지 않다. 도시의 배전망을 개조하는 데 220kV의 높은 전압이 직접 부하센터에 들어가야 하나 도시 땅값은 매우 비싸다. GIS는 부지 면적이 작고 10년 이내에 수리할 필요가 없을 정도로 품질이 좋아서 발전하는 추세가 매우 낙관적이고 수요량도 대폭으로 증가할 것이다.GIS는 두 방향으로 발전할 것이다. 하나는 72.5∼330kV GIS 3상 일체화와 복합화이고 다른 하나는 간편화 실현인데, 550kV GIS 차단기 일부는 단면을 두 개에서 하나로 줄이며 1100kV GIS 차단기는 2단면으로 줄여서 소형화를 실현하고 있다. 3상 1패널화는 공용접지 외함 안에 주회로의 부품인 3상을 설치하고 SF6 절연가스로 채운다. 그리고 절연애자를 받치고 격리하기 위하여 에폭시수지로 주조한다. 현재 500kV GIS의 모선만 3상1패널화가 실현되었는데 부품은 여전히 3상多패널이다. 3상1패널화가 실현되면 간격넓이를 줄일 수 있다. 예를 들면 Simens의 8DN8형 72.5∼145kV GIS가 3상1패널식 구조이고 부지면적이 일반 GIS(분상식) 부지면적의 50%이고 간격넓이가 0.8m만 된다. 그리고 일본산 275kV 3상1패널식 GIS는 부지면적을 30% 줄였다.② 기술수준고압 개폐장치는 다유(多油)→소유(少油)→무유(無油)(절연매체가 SF6 혹은 진공)의 단계를 거쳐 왔다. 1971년 산서성 고압전기연구소가 주도하여 고압개폐장치를 개발·연구하였다. 그러나 당시에 중국에서 생산한 SF6 고압 개폐장치는 기술이나 경제적 지표가 국제표준보다 훨씬 낙후되었다.‘9.5’期末(2000년)까지 중국에 126kV이상 고압 개폐장치를 생산할 수 있는 기업은 17개이었고 이 중에 252kV 고압 개폐장치를 생산 가능한 기업은 5개이었다. 심양 고압개폐장치 공장，서안 고압개폐장치 공장，평정산 고압개폐장치 공장，북경 개폐장치 공장，화통 개폐장치 공장이다. 이 5개 제조업체 중, 앞의 3개 기업은 126∼252kV의 가스절연 차단기(GCB)와 가스절연 금속폐쇄형 개폐장치를 생산하는 능력을 지니고 있다. 서안 고압 전기 연구소는 서안 고압 개폐장치 공장, 평정산 고압 개폐장치 공장, 절강성 개폐장치 공장과 공동으로 126kV 큐비클형 GIS(C-CIS, 격실 폭이 1.3m)를 연구·개발하였다. 불완전한 통계에 의하면 20세기 90년대(1990∼1998년)에 중국의 5대 기업은 126∼550kV GIS의 총 생산량이 111대였다.현재 중국의 기술도입이나 합작을 통하여 126∼550kV 고압 개폐장치를 생산하는 기술은 다음과 같다. (가)126kV 차단기는 정격 전류가 3,150A이고 정격 단락 차단 전류가 40kA 또는 50kA이고, 단락 차단 횟수가 20회이고 기계수명이 3000회이다.(나)252kV 차단기는 이미 20세기 80년대 후반의 ‘쌍단면’에서 현재의 ‘단단면’(전압은 363kV이고 정격전류 4000A, 차단전류 50kA이다)으로 발전해 오고 아크소호 방식도 자동아크소호 식으로 발전해 와서 스프링 조작 기기를 사용할 수 있다.(다)5대 기업은 모두 126kV GIS 제품을 생산하는데 베이징개폐장치공장과 화통개폐장치공장 그리고 평정산 고압개 계기 공장의 제품은 모선 3상 일괄형(한 함에 들어갈 수 있는 것)이고 격실 분리형이다. 서안고압 개폐장치공장과 심양고압 개폐장치는 3상을 하나의 패널에 넣은 제품을 개발하였다. 126kV GIS 절연이격거리는 보통 1.5m 이상이고 ‘9.5기간’말에 1.2m의 절연이격거리를 지닌 분상 제품이 나타나기 시작하였다. (라)252kV GIS 제품은 서안고압 개폐장치공장과 심양고압개계기공장이 각각 간격분상과 모선삼상공함을 생산하였다.광동성은 ‘9.5기간’이전에 126kV SF6 고압차단기를 생산할 수 있는 기업이 없었고 ‘9.5기간’에 광주고압전기공장(광주남양전기공장과 합병했다)이 해외 제품의 기술을 참조하여 126kV SF6 자동 아크소멸식 고압 차단기를 개발하였는데 차단기의 정격 전압은 126kV이고 정격전류는 2500A와 3150A이고 정격 차단 전류는 31.5kA이다.③ 중국제품과 외국제품 간의 격차현재 중국 고압차단장치의 고압등급은 550kV밖에 안 되고 제품품질은 해외 제품과 비교가 안 된다. 해외 일부 대기업이 생산하는 고압차단기와 GIS제품의 전압등급은 이미 800kV 이상을 생산하고 있다. 예를 들면, Simens, ABB, ALSTHOM이 72.5∼800kV GIS 계열 제품을 생산하고 일본 Toshiba와 Hitachi는 이미 72.5∼1100kV의 제품을 생산하고 있다. 이외에 GIS가 소형화되고 있고 Schneider는 절연이격거리가 0.8m인 126kV GIS를 개발하였다.2) 컴팩트형 옥외형 고압 개폐장치의 개발차단기와 단로기, 접지개폐기, 변류기, 그리고 변압기가 결합되면 컴팩트형 개폐장치가 된다. 이런 장치를 이용하면 변전소의 부지면적을 많이 줄일 수 있다. 이의 부지면적이 이전의 60%이고 설치 및 운송도 간소화될 수 있다. 유지보수 비용도 많이 줄일 수도 있다. 이런 컴팩트형 장치의 가격이 분리된 장치보다 약간 비싸지만 GIS보다 훨씬 싸서 투자비용을 줄일 수도 있다. 예를 들어 중국의 강음시에 어떤 변전소가 ABB에서 145kV 컴팩트 조립형 개폐장치를 구입했는데 종합적 투입비용이 이전보다 10%만 더 들었다. 이에 중국은‘9.5기간’에 이런 기술과 경제적인 컴팩트형 고압장치에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.3) 자동 SF6 차단기의 발전추세차단기의 안정성을 향상시키고 동작 에너지 손실을 낮추기 위하여 20세기 80년대부터 자체의 에너지로 조작할 수 있는 자동소호구조가 나타나기 시작하였다. 이 장치의 원리는 일반적으로 스스로 ‘팽창원리’혹은‘열팽창원리’, 또는‘自能式(축세식)소호원리’라고 한다. 이 작업은 단락차단 시 아크 자체의 에너지로 SF6 가스를 가열하여 형성된 압력차로 작은 전류 차단 시에 아크를 blow-out한다. 자능식소호는 아크 자체의 에너지로 blow-out하는 것이어서 스파크실에 압력기체 에너지를 절약하여 작업 에너지도 줄였다. 이 장치의 운전력은 단압식 기계 운전력의 1/4∼1/3만 된다. 그래서 안전성이 높은 스프링조작구조를 사용할 수 있고 액체 압력 공기 조작 구조의 액체노출이나 기체노출과 같은 위험을 제거하여 시스템의 안전성을 향상시켰다.SF6 자동 blow-out 차단기는 20세기 80년대 중반에 나타나기 시작하였고 90년대 후반부터 제 2세대의 자동 blow-out 차단기가 나타나기 시작하였다. 현재 ALSHOM회사와 AEG T&D 가 이미 420kV 자동 blow-out 차단기를 생산하고 있다.‘9.5기간’후반부터 중국의 일부 업체가 126kV 자동 SF6 차단기를 연구·개발하였다. 예를 들면 원래의 광주시고압전기기기공장이 생산한 1998년에 검정을 통과한 정격 전압 126kV, 정격 전류 2500A, 격 단락차단 전류 31.5kA의 자동 SF6 차단기가 있다. 자동 blow-out 차단기는 조작구조가 간단한 장점이 있지만 단락차단용량이 커질 때에 아크 자체의 에너지 한계가 있어서 차단속도를 향상시킬 수 없다. 이것은 우리가 해결해야 할 과제이다.4) 초고압 SF6 차단기의 지능화 조작에 대한 연구소형화, 컴퓨터를 사용함에 따라 차단기의 지능화 문제가 제기되고 있다. 현재 지능조작 차단기가 연구 중에 있다. 지능조작차단기는 배전망개폐장치가 차단되는 순간에 모든 작업 상태정보를 검사·측정하고 자동적으로 조작기기와 소호실과 상태가 맞는 작업조건을 선택 하고 조정하는 것이다. 예를 들면 무부하시 일반 스위칭 오프 속도로 차단되고 시스템 고장 시 빠른 속도로 차단되는 것이고 차단 시 전기와 기기 성능적인 차단의 최적 효과를 얻을 수 있다.지능 조작의 장점은:① 차단기의 정상적인 조작을 일반 속도 하에 진행해도 되기 때문에 차단 시의 충격력과 기계소손을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 고장도 줄일 수 있고 안전성을 향상시킬 수도 있으며 차단기의 기계 수명도 연장시킬 수 있다.② 현재의 자동 재폐로 차단기를 적응성 자동 재폐로 차단기로 바꾸고 즉, 단락 고장 차단 후에 만약 고장이 여전히 존재하면 다시 폐로하지 않고 고장이 완전히 해결되어야 다시 폐로하는 시스템이 더 안정적이다.③ 위상폐로를 실현하고 폐로 조작 전압을 낮추고 폐로 저항을 취소하여 안정성을 더 향상시킨다.④ 상 선택적 폐로를 실현하고 실제 아크 소호 시간을 제어하고 차단기의 점화시간을 최적 상위각에 나타나게 하며 시스템이 아크 소호 시간차를 피할 수 있게 하여 차단기 실제적인 차단능력을 향상시킨다.(2) 중압 개폐장치현재 중국의 중압등급의 제품들은 생산량이 가장 많은 것이 12kV의 차단기와 부속장치 이다. 그리고 이중에 진공(眞空)류 제품이 87%를 차지하여 아래는 주로 12kV 진공차단기와 그의 부속장치를 소개한다. 전력을 공급하거나 수리를 편하게 하기 위하여 중압 개폐장치에 오일을 사용하지 않는 것이 목표이다. ‘9.5기간’에 중국의 이 기술이 매우 발전하였다. 2004년까지 중국의 12kV 중압차단기 제품 중 96.8%(SF6 차단기는 9.45%를 차지하고 진공차단기는 87.36%를 차지하고 있다)가 오일을 사용하지 않는다. 그러나 이 지표는 ‘8.5기간’에 57% 밖에 안 되었다. ‘9.5기간’에는 국가 전력 공업이 많이 발전했고 1998년부터 도시와 농촌에 배전망을 개조하기 시작함에 따라 이 시기에 중압개폐장치와 큐비클형 개페장치도 많이 발전하였다.1) 광동성의 현황‘9.5기간’에 광동성 지역의 중압 개폐장치, 중압 큐비클형 개폐장치 및 기타 개폐장치는 생산 측면에도 많이 발전하였고 제품의 각 기술변수는 모두 높아졌다. 예를 들면 ZN28 개폐장치의 정격 전류는 4000A이고 정격 단락 차단전류는 50kA이다. ZN 개폐장치의 정격 전류는 4000A이고 정격 단락 차단전류는 40kA 이며 전력표준에 따라 기계수명이 2만회이고 단락 차단횟수가 40회이다. 여러 규격, 여러 사이즈의 환망함과 큐비클형 개폐장치를 생산할 수 있고 생산량이 전국 10개 큰 기업의 총 생산량의 1/3를 차지하고 전국 생산량의 1/5를 차지한다. SF6 주상 개폐기의 생산량이 전국적으로 5위 안에 속하고 재폐로차단기와 구간차단기 등과 같은 제품도 생산하기 시작하였다.2) 중국제품과 외국 제품 간의 격차중국의 중압 개폐장치와 큐비클형 개폐장치는 외국제품과의 격차는 역시 기술적 변수 문제이다. 해외의 중압 개폐장치 정격 전류는 5000A 이고 정격 단락 차단전류는 63kA 이다. 대부분 제품의 기계 수명은 3만회이다. 개별적인 것은 6만회이고 10년 이상 윤활유를 넣을 필요도 없고 수리할 필요도 없다. 해외 개폐장치 제품의 품질은, 특히 진공 소호실의 품질은 안정적이고 개폐장치의 기술도 정밀 하고 디자인도 아름답다. 중압 큐비클형 개폐장치는 보통 디지털 종합 계전 보호장치를 사용하고 이 외에 또 C-CIS(40.5kV)도 중국의 시장의 상당한 부분을 차지하고 있는데 왜냐하면 지금까지 중국에는 이런 제품이 없기 때문이다.중국의 주상 개폐기, 자동 재폐로차단기, 구간차단기와 외국제품 간의 주요 격차는 중국은 주상 개폐기에서 차단기능 쪽으로 연구와 생산을 많이 하여 단락차단 용량을 중요하게 여기고 있고 주상 부하 개폐기의 종류가 적어 도시 가공 전력망을 구간별로 격리시킬 수 없고 가스 또는 절연유가 새는 것이다.3) 주요 제품의 발전방향① 중압 진공차단기중국의 중압 진공차단기는 기술과 성능이 많이 발전하였다. 중국 자체에서 개발한 2N28 진공차단기의 정격 전류가 4000A이고 최대 정격 단락차단전류는 63kA이다. 또한 12kV 진공차단기는 이미 정격 전류가 4000A, 정격단락차단 전류가 50kA가 되었다. 그리고 일부는 정격 단락차단전류가 63kA에 이르렀고 기본적으로 배전 수요에 따를 수가 있다. 그러나 일정한 특수한 장소에, 예를 들어서 발전소, 야금과 화학공업 공장의 전력사용시스템에는 기술적변수가 더 높은 제품이 필요하다. 고계수(높은 기술적 변수)제품을 개발하는 것은 시장의 수요를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조공장의 부속제품을 공급하는 능력도 향상시킬 수 있고 시장점유율이 늘어날 수 있다. 진공차단기의 높은 기술적 변수는 정격전류와 단락차단 능력으로 나타나고 또한 기계수명에도 영향을 준다. 예를 들면 제강전기로에 사용된 진공차단기는 매날 수십 번이나 전기로를 조작하면 기계수명이 6만∼12만 번이어야 한다. Simens사가 생산하는 3AH4형 진공차단기는 전기로에 사용되고 조작횟수(기계수명)가 12만회이다.향후 중국시장에 출시되는 진공차단기로는 ZN28형(서안 고압 전기 연구소의 개발제품), ZN18형(광주 남양 전기기기 공장의 제품), ZN12형(베이징개폐장치 공장의 제품), ZN21형(복주 제일 개폐장치 공장의 제품), ZN64형(하문 ABB공사의 제품, 사이즈 표기는 VD4이다), 그리고 ZN63형(서안 森原 공사 제품) 등 중압 진공차단기 계열 제품이 있다. 이런 브랜드의 제품은 기계수명이 보통 10,000회(고장 날 때까지)이고 이 중에 2만회인 것도 있고 6만회인 것도 있다. 단락차단횟수는 보통 30회이고 어떤 것은 50회 이상인 것도 있다.이 기업들은 시장에서 서로 경쟁하면서 중압 진공차단기의 기술 변수는 점점 높아지고 있다. 전에 국가 전력부에 제정한 표준인 DL402-1991<교류고압차단기 제품주문 기술조건>에‘제품은 온도 상승 시험 시 정격 전류의 1.1배를 인가하고, 기계적·열적 열안정도 4s를 통과해야 한다’는 조항이 있고 현재 대부분 제품들이 모두 이 조건을 만족시키고 있다. 제품 기술변수가 높아지고 있는 동시에 개폐장치 구조도 끊임없이 발전하고 있다.‘9.5기간’말에 영구 자속 조작 기구가 많이 나타났는데 기계수명을 더 길게 하는 동시에 조작 기구의 간단화와 편리화를 추구하였다.② 중압 큐비클형 개폐장치중압 개폐장치가 발전하는 동시에 중압 큐비클형 개폐장치(세트로 돼 있는 설비)도 ‘9.5기간’에 많이 발전하였다. 큐비클형 개폐장치는 성능이 좋은 부품을 사용하는데 ZN28형, ZN18형, ZN12형, 그리고 ZN21형 등이 있다. 새로운 단로기와 접지개폐기를 사용하였다. 예를 들면, 회전 단로기, 三工位(3개 동작위치인 차단기) 단로기와 단락차단 기능이 있는 접지개폐기 등이 다른 큐비클과 호완성이 있고 큐비클형 개폐장치의 성능을 향상시켰다. 전류 지시장치, 케이블 부속품, 熱(冷)축 절연재료와 같은 새로운 부속품을 사용하였다. 또는 알루미늄을 사용하여 따로 표면 처리할 필요도 없고 녹스는 것도 방지하고 있다. ‘9.5기간’말에 기능화 중압 큐비클형 개폐장치도 급속하게 발전하였다. 제어, 보호와 측정이 일체화 된‘디지털 종합 계전 보호장치’는 거의 전통적인 전자(電磁) 계전 보호장치를 대체하였다. 패널 보호등급은 보통 IP3X인데 개별적인 것은 IP4이다. 내부고장 시험을 통과하는 패널 종류가 많았다. 패널 구조는 구형의 GGLA 고정식 패널은 이미 도태되었고 이동식 패널이 많이 사용되고 있고 이동식 패널 중에 자립형 패널, 중치(중간 위치에 설치되는 패널)패널과 이층 패널 등이 있다. ‘9.5기간’에 또 하나의 큰 변화는 중압 부하개폐기와 부하개폐기함을 사용하고 대량 생산한 것이다. 도시 전력 공급량을 향상시키기 위하여 세트로 공급하는 방식을 점점 많이 사용하고 있다. 이에 따라 부하개폐기와 환망함(Ring Main Unit)의 사용도 많아지고 있다. 통계자료에 의하면 1996년 전국에 부하개폐기의 생산량이 20873대이고 환망함 생산량이 8523대 이었다. 그리고 2000년 부하개폐기 생산량이 25865대이고 환망함 생산량이 23975대이다. 부하개폐기 생산량은 23%를 상승하고 환망함 생산량은 1995년의 3배(전에 수입품이 많았기 때문)가 되었다. 부하 개폐기와 환망함의 종류도 많아졌는데 현재에 공기압축부하개폐기와 공기부하개폐기 뿐만 아니라 진공부하개폐기와 SF6 부하개폐기도 있다. 또는 위와 같은 개폐장치로 조립된 환망함과 완전 밀봉 공기 환망함이 있다. 그러나 부하개폐기와 환망함은 기능이 단순하고 사용 장소가 제한되기 때문에 종품 종류와 품질 이외에 성능과 변수는 많이 발전하지 못했다.③12kV 주상 옥외 차단기, 자동 재폐로차단기와 구간차단기‘9.5기간’에 주상 개폐기와 자동 재폐로차단기와 구간차단기가 모두 발전하였다. 절연유나 SF6로 절연매체로 하던 주상 개폐기에서부터 진공 주상차단기(외부 절연체는 절연유 또는 SF6) 혹은 건식 주상 개폐기(외부 절연체는 epoxy 수지나 유기 실리콘이다)까지 발전하였다. 정격 단락 차단 전류는 12kA부터 16kA와 20kA까지 발전하였다. 조작 기구는 스프링 방식이었으나 ‘9.5기간’에 또 쌍(또는 2개)안전 영구 자성 기기가 나타났는데 부속품을 60% 가량 줄였다. 제어기는 리튬 전지를 사용하여 전원과 연결 할 필요가 없게 되었다.④ 발전기 차단기정격 전압이 24kV이고 정격전류 12500A이고 정격단락차단전류가 125∼240kA인 진공 발전기 차단기는 직접 발전기와 승압변압기 사이에 연결하는 것이며 발전기의 전기설비를 보호한다. 그러나 제조기술 등 때문에 이런 발전기차단기의 가격이 보통 매우 비싸다. 국제대전망회의에 조사한 자료에 의하면 전 세계에 50%의 발전소와 10%이상의 화력발전소에서 발전기 차단기를 사용하고 있고 현재 중국의 심양고압 개폐장치공장이 이런 차단기(SF6)를 생산할 수 있다. 발전기 차단기는 오일최소형과 압축공기형, SF6형 그리고 진공형이 있다. 현재 발전기의 용량이 점점 커지고 있기 때문에 原국가전력공사가 앞으로 화력발전 공장이 석탄용장치를 설치하려면 최소한 300MW 이상을 설치해야 한다고 규정하였다. 그래서 단락차단능력이 안 좋은 오일최소형과 압축공기형 차단기가 점점 도태되고 SF6형과 진공형 차단기가 시장의 주류가 되었다. 발전기 차단기에 대한 요구는 대체로 3가지 있다. 첫째는 큰 정격전류이어야 한다. 예를 들면 300MW의 장치이면 정격 전류가 13000A이고 이외에 보다 큰 정격 단락차단전류와 정격 단락개폐전류를 구비해야 하며 정격 단락차단전류와 정격 단락개폐전류의 수치가 같은 등급인 송·배전 차단기보다 훨씬 크다. 둘째는 차단성능이다. 단락차단능력 이외에 또 비대칭차단 능력도 필요하다. 단락차단전류의 직류분 감쇠시간이 133ms이고 이외에 또 탈조차단능력도 구비해야 한다. 셋째는 고유순간회복전압이다. 발전기의 순간회복전압 상승률의 수 kV/μs 이다. 그래서 발전기차단기는 일반적인 개폐장치제조 표준을 부합해야 할 뿐만 아니라 전용표준 GB/T 14824-1993<발전기차단기통용기술조건>을 만족해야 한다. 심양고압 개폐장치 공장이 성공하게 연구·개발한 LN-24형 SF6 발전기차단기의 계수는 정격전압이 24kV이고, 정격전류가 8000A 혹은 12500 A이고 정격 단락차단전류가 80 kA 혹은 100 kA이다. 1991년에 Simens 사가 시장에 내놓은 8BK41진공발전기차단기의 계수는 정격전압이 7.2∼17.5kV이고 정격전류가 4000∼12000A이며 정격 단락차단전류가 40∼80kA이다. 발전기 차단기 제품 중에 진공형과 SF6형을 비교하면 양자의 차단성능과 조작안정성이 비슷하지만 후자의 제조기술이 복잡하고 원가가 비싸기 때문에 전자 보다 비싸다. 발전기차단기의 전압등급은 일반적 중압인데 중압 영역의 주류가 진공차단기이다. 따라서 발전기차단기를 개발하는 것이 진공차단기공장에게 중요한 과제이다.⑤ 영구 자성 조작기구 중압 진공차단기영구 자성 조작 기구는 20세기 90년대 중·후반부터 일어난 것이다. 이 기기는 전자조작기구와 스프링조작기구 후에 일어난 새로운 조작기구의 한 가지이다. 이 기구는 조작메커니즘이 간단하고 부품이 적기 때문에(스프링기구의 40% 이하) 안정성을 향상시킬 수 있고 빈번하게 조작하는 장소에 적용한다. 영구 자성 조작 기구는 현재 해결할 필요가 있는 문제는 차단 길이가 너무 긴 고압진공차단기(예를 들면 63kV 진공차단기의 차단 길이가 36mm이고 12kV 진공차단기의 3∼4배 된다)는 충분한 전자 가동력을 획득하기 위하여 비교적 큰 여자(勵磁)시스템과 제어 충·방전 전원이 필요하다는 것이다.⑥ 동기 중압차단기와 전자조작영구자성기구의 VMI형 개폐장치를 성공적으로 개발하였고 현재 외국기업들이 새로운 제어개폐장치 기술을 연구하고 있다. 즉,‘동기’ 혹은 ‘상선택’조작이란 기술이고 조작의 순간과정과 순간과정이 배전망에 미치는 영향을 피하거나 줄일 수 있는 방식이다. 동기조작은 보통 전압이 영이 될 때, 혹은 전류가 영일 때에(전류가 강요한 것 아니라 자연적 영이 될 때)차단하는 조작이다. 만약에 이 점이 실현될 수 있으면 차단기의 차단 능력을 많이 향상시킬 수가 있고 동시에 배전망에의 과전압도 많이 낮출 수가 있다. 예를 들어 한 원가가 낮은 부하개폐기는 전류가 막 영이 되자 마지 차단되면 매우 큰 단락전류를 먹을 수 있다. 그리고 커패시터 뱅크를 닫을 때 만약에 상을 선택해서 차단되면 시스템을 불안정성을 피할 수 있고 용량성 부하의 차단 유출과 과전압을 극복할 수 있다. 영구 자석의 조작기구는 스프링이 빠져 나간 후에 운동이 부정확성을 피할 수 있고 제어할 수도 있다. 동시에 광전감지기의 광전 신호의 전환과 디지털 전기회로의 인터페이스로 정도를 μs 등급에 고정하게 하면 정확하게 광전명령을 받고 실행할 수 있다. 그래서 동기 개폐장치의 연구는 최근 몇 년간에 발전하고 있다.⑦ 12∼40.5kV 중압세트 장치12kV 세트장치는 도시와 농춘 배전망 개조 시의 중요한 제품이다. 발전하는 추세가 지능화와 소형화, 유지보수가 필요 없고(또는 유지 보수 작업이 적다) 안정성이 더 높은 것이다.현재 시장에 유통되고 있는 12kV 금속클래드형 개폐장치가 주로 KYN1형(서안고압전기기기연구소 통일 설계함)과 KYN2형(광주남양전기기기공장 생산함), KYN3형 천수장성개폐장치공장 생산함), KYN4형(복주제1개폐장치공장 생산함), KYN18형(북경개폐장치공장 생산함), KYN28형(서안삼원공사 생산), KYN29형(광주남양전기기기공장 생산함), KYN33형(하문ABB사 생산함, 사이즈표시: ZS1), JYN1형(서안고압전기기기연구소 설계함), JYN2형(원 광주고압전기기기공장 생산함), JYN3형(천수장성개폐장치공장 생산함), 그리고 JYN6형(화통개폐장치공장 생산함)이 있다. 이외에 또 모델명이 없는 제품이 있는데 모두 공기절연패넬이고 스타일이 많고 기본적으로 현재 시장의 수요를 만족시킬 수 있지만 체적을 줄이고 유지보수가 필요 없는 것은 여전히 개발하고 발전하는 방향이다.⑧ 12∼72.5kV C-GISC-GIS는 모선과 차단기, 단로기 그리고 변성기 등 고압 부품을 놓은 동시에 저기압(보통 0.02∼0.04MPa)가스를 같이 넣은 패널이다. 절연기체를 SF6로 하여 전위가 다른 금속 대전체 간의 절연 차이를 많이 줄일 수 있다. 그리하여 패널의 치수를 많이 줄일 수 있고 소형화 방향으로 발전하고 있다. 동시에 완전밀폐(혹은 부분 밀폐)이기 때문에 외부영향(예를 들어 얼음, 더러워짐, 표고 높음, 추움, 화학부식 등 열악한 환경)을 받지 않고 사용 안전성을 향상시킬 수 있다. 만약에 패널 안에 진공차단기(혹은 SF6 차단기)를 사용하면 유지 보수할 필요가 거의 없을 것이다. 그리고 만약 또 지능종합 계전보호 장치도 사용하면 지능적이고 수리가 필요 없는 패널이 될 것이다. 1980년대부터 외국이 벌써 가스 패널을 생산하기 시작하였다. 1982년에 Simens가 먼저 가스 패널을 시장에 내놓았는데 중국의 당시에는 시작단계였다. 외국에 Simens의 8DC11형, ABB사(독일)의 ZVZ형과 ZXZ형, AEG T&D의 WS형, Toshiba의 GD형 등이 있다. 서안고압전기기기연구소가 아미 정격전압이 40.5kV이고 정격전류가 1250A 이며 정격 단락차단전류가 25kA인 C-GIS를 연구·생산하였다. 외형치수(넓이×높이×깊이)는 800mm×2450mm×1300mm이고 부피가 전통 개폐장치패널의 1/4만 되고 부지면적을 31%를 줄였다. 고급화와 소형화 그리고 유지보수 불필요를 실현하기 위하여 앞으로 중국의 중압세트장치는 여전히 C-GIS 방향으로 발전할 것이다.⑨ 지능화 중압 패널 및 신형 신호 수신장치최근 몇 년간에 도시 배전망을 개조함에 따라 배전자동화에 대한 요구가 많아졌다. 전통적인 電磁(전기 자석)계전기가 이미 요구를 만족시킬 수가 없고 전자기술과 컴퓨터 기술이 발전함은 배전자동화의 가능성을 가져왔다. 고압 개폐장치 기술과 micro electronic 기술, 컴퓨터 기술, 그리고 정보전송기술을 결합되어 새로운 지능형 개폐장치를 생산하기 시작하였다. 지능형 개폐장치가 3부분으로 구성하는데 개폐장치, 컴퓨터를 위주로의 제어와 보호부분(현재 주로 컴퓨터 종합계전 보호장치), 그리고 현대 신호수신 장치를 위주로의 정보수집 시스템(전류, 전압, 온도 측량 등)이다. 현재 컴퓨터종합계전보호 장치를 사용하는 고압 개폐장치 패널은 점점 많아지고 있다. 이런 장치를 사용하는 세트 설비는 패널 공간(계기실)이 보통 전자계전기보다 좀 크다. 그러나 기본적으로 현재 패널의 부피가 작아지지 않았다. 전류변성기와 전압변성기는 여전히 전자식이고 패널 전체 1/3의 공간이나 차지하기 때문이다. 그런데 계기실이 많이 비워 있지만 다른 용도가 없어서 현재 빈 공간으로 두고, 개발해야 하는 것은 신형의 신호수신 장치를 사용하여 전류변성기와 전압변성기를 대체하려 하고 있다. 오랫동안 우리가 계속 사용하던 전류변성기와 전압변성기는 자석으로 만든 것이어서 포화란 문제가 존재한다. 따라서 직선성이 나쁘고 측정과 보호, 제어하려면 항상 규격과 성능이 다른 전류변성기와 전압변성기를 사용해야 하고 기능(보호와 측정)도 다르다. 이외에 자장이 공진하는 문제도 있고 부피도 크다. 최근 몇 년간에 외국에의 세트설비에 이미 부피가 훨씬 작은 신형 신호 수신 장치를 사용하고 있다.(3)주요제품에 대한 소비자의 요구수준먼저 제품의 높은 품질과 높은 신뢰성을 보증하여야만 전력시스템의 안전운행을 보증할 수 있다. 그리고 고압개폐장치의 제품은 계속 무오일화, 조합화, 자동화, 소형화로 발전할 것을 요구하고 있다.1)가스절연개폐장치(GIS) 소비자가 제일 주목하는 제품이며 그 기술변수, 제조품질에 대한 요구가 비교적 높다. 소비자는 GIS의 소형화를 가장 급하게 요구하고 있다.2)SF6 차단기 110kV 이상의 배전망에서 광범히 사용되고 있으며 전압등급은 126kV, 252kV, 363kV, 550kV이다. 중국은 80년대부터 생산하기 시작하였으며 오늘에 이르기까지 이미 20년의 역사를 가지고 있으며 프랑스 MG사, 일본 히다찌 사와 미쯔비시 사, 스위스의 ABB 사로부터 잇달아 단압식 SF6 차단기의 제품과 제조기술을 도입하였으며 지금도 이미 전부 국산화를 실현하였다.3) 진공차단기 40.5kV 이하 차단기중에서 절대적 우세를 차지하고 있으며(특히 12kV급)전력시스템에서 사용이 제일 많은 제품이다. 진공차단기의 주요부품인 진공소호실은 전문공장에서 생산하며 중국에서 자체로 설계한 진공차단기와 북경개폐공장에서 도입한 시멘스 사의 진공차단기의 제품, 하문 ABB사에서 생산한 ABB사의 진공차단기제품은 모두 국제 선진수준에 도달하고 있다.4)지능형 큐비클형 고압 개폐장치 배전망자동화에서 널리 사용되는 제품으로 배전자동화에서 요구하는 전압, 전류, 역률측정과 보호기능을 만족하여야 하는 것 외에 자체상태를 검측할 수 있는 기능을 가지고 있어야 하며 원격 종단과 전산기의 네트워크연결에서 제때에 원격 측정, 원격 통신, 원격 조정과 원격 제어를 할 수 있어야 한다. 이미 일부 중국 공장에서 연구제작하고 있거나 혹은 해당 제품을 사용하고 있다. 중국이 자체로 생산한 고압개폐장치 제품의 기술수준과 제조품질 및 신뢰성은 급속히 높아졌으며 많은 제품이 이미 국제의 선진수준에 도달하였기 때문에 수입제품은 점차적으로 감소되고 있고 500kV급 제품은 전부 수입에 의존했던 것이 일정한 수량이 국산기자재를 사용하는 것으로 발전하였는데 특히 요구가 비교적 높은 GIS이다. ① 고압 개폐장치의 발전추세현재 고압개폐장치 및 장치세트는 지능화방향으로 발전하고 있으며 현대 감지기기술, 마이크로처리기 기술, 상태감시 측정과 고장 진단기술은 이미 고압개폐장치 중에서 비교적 광범히 하게 적용되고 있다. 해외의 유명한 기업은 이미 각종 특색이 있는 지능형 고압개폐장치를 내놓았으며 제어, 신호표시, 보호, 검측과 감시 등 기능이 하나로 조합된 제품을 내놓았고 연속감시와 변전소 제어시스템의 원격연결기능을 갖추게 되었으며 4원격(원격 제어, 원격 측정, 원격조절, 원격 통신)을 실현하였다. 중압(10∼35kV)등급제품의 계열화, 소형화(패키지형)와 고신뢰성은 제품발전의 중요한 사항이다. 예를 들면 소형화, 높은 신뢰성 12∼40.5kV 큐비클형 순환배전망, 지능화, 계열화 차단기와 개폐장치 세트 및 조립식변전소 등이다. 40.5kV 소형화 유기복합절연 진공차단기 및 고성능진공절연개폐장치이다.기술과 경제의 합리성에서 출발하여 큐비클형 부하개폐기와 F-G 패널 수량을 고속으로 발전시키고 큐비클형 차단기의 수량을 감소하며 조립패널을 증가하고 용접패널을 감소하는 것은 고압전기의 미래 발전의 중요한 내용이다.고한, 고습, 고 해발, 오염이 심각한 지역에 사용되는 고압전기제품과 철로 전기화의 전용기자재, 과전압(전용)보호 장치와 콘덴서조합개폐장치 등 전용기자재도 발전방향의 하나이다.
<Energy News>
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