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22kv/400V 지상용 변압기 (PMT type) 개발 및 실용화도쿄(東京)전력㈜_오쿠무라 무쓰무곤도 마사키(近藤正樹)㈜히타치(日立)제작소_쓰치야 켄지(土屋賢治)㈜다이헨(Daihen)_오사코 카오루(大迫 馨)개요도시의 전력 공급 능력을 확보하기 위해 22㎸/400V 지중 배전방식을 확충하고 있다. 그러나 기기 대형화 및 코스트 상승이 보급 확대를 저지하는 요인으로 작용한다.이 문제를 해결하기 위해 22㎸ 전 케이블 계통에 절연 레벨 저감을 적용하여 ‘22㎸/400V 지상용 변압기’를 개발, 실용화했다.특징이 장치는 향후 노상설치를 고려하여 기존 6㎸ 지상용 변압기와 사이즈를 같게 하고, 공중안전을 확보하면서 변압기 용량을 증가시키는 것을 목표로 개발된 것이다. 주 특징은 다음과 같다.⑴ 절연레벨 저감이 장치가 전 케이블 계통에서 운용되는 것을 전제로 하여 뇌(雷) 인펄스 내전압 레벨을 75㎸로 저감시켰다.⑵ 장치 사이즈의 콤팩트화외형 사양은 기존 6㎸ 지상용 변압기와 동일하게 도쿄구(東京區) 조례 사이즈 W1,100㎜×D450㎜×H1,500㎜(기초 기본 높이 50㎜ 포함)로 한다.⑶ 변압기 용량 증가6㎸ 지상용 변압기 용량이 50±125㎸A인 데 반해, 이 변압기의 용량은 약 2배인 300㎸A이다.⑷ 공중(公衆)안전 확보22㎸측 개폐기를 안전 상분리 접지용기 내에 수납하여 상간단락 방지를 도모한다. 외상(外箱)과 내장 기기를 절연하고 외상을 별도로 접지하여 사고 시 접촉 전압·보폭 전위 상승을 억제한다.사양<표 1>에 ‘22㎸/400V 지상용 변압기’와 기존 6㎸ 기기의 사양을 비교하여 나타냈다. 기존 기기에는 변압기 절연에 광유(鑛油)를 사용했지만 이 장치는 실리콘액을 적용하여 변압기 용량을 증가시켰으며, 1차측 개폐기는 기존의 기중 절연방식에서 진공 절연방식으로 하여 소형화를 도모했다.
[표 1] 6㎸와 22㎸ 지상용 변압기 사양 비교  구조
 [그림 1] 22㎸ 지상용 변압기 단선 결선도22㎸/400V 지상용 변압기는 1차측 개폐기부, 변압기부, 2차측 개폐기부 세 부분으로 구성되어 있으며 이것은 모두 외상에 수납된다. <그림 1>에 그 단선 결선도를 나타냈다.또한 전체 기기 배치를 <그림 2>, 외관을 <그림 3>에 나타냈다.
 [그림 2] 22㎸/400V 지상용 변압기 기기배치도
 [그림 3] 22㎸/400V 지상용 변압기 외관 1. 1차측 개폐기부1차 개폐기의 외관을 <그림 4>로 나타냈다.각상마다 분리 접지한 진공 용기 내에 부하개폐기(LBS) 3회로, 접지 장치(ES) 2회로를 일괄 수납하여 개폐기 축소화를 도모했다.
 [그림 4] 1차 개폐기 외관⑴ LBS1, LBS2수동 스프링 조작기로 조작하고 600A의 부하전류 개폐능력을 가지며, 이 예비선 또는 루프 방식 운용으로 제공된다. 또 62㎄p의 투입용량과 25㎄ 1s 단시간 전류 통전성능도 있다.⑵ TR용 LBS수동 스프링 조작기로 조작하고 100A의 부하전류 개폐능력을 가진다. 또 수동 조작기는 24㎸ 유중 퓨즈가 용단됐을 때 가동되는 스트라이커로 운동하여 절동작(切動作)을 행한다. 이 운동 조작에는 수동조작 중에도 제일 먼저 절동작하는 메커니컬 트립 프리 기구를 채용했다.⑶ ES1, ES2수동 조작기로 조작하여 각각 LBS1과 LBS2의 고정측(케이블 측)에 접속한다. 또 25㎄ 1s 단시간 전류 통전능력을 가지고 있다.⑷ 진공 측정 단자보수점검 시 진공 용기 내 진공도를 측정하기 위해 설치한다.⑸ 인터로크 기구<그림 5>와 같이, LBS와 ES 간에는 수동 조작 핸들 삽입구에 인터로크 기구가 설치되어 있다. 그 기능은 다음과 같다.① LBS가 ‘입(入)’ 상태에서 ES가 조작할 수 없도록 ES 핸들 삽입구를 막는다.② ES가 ‘입(入)’(접지) 상태에서 LBS가 조작할 수 없도록 LBS 핸들 삽입구를 막는다.
 [그림 5] 조작기 인터로크 기구2. 변압기부변압기의 외형을 <그림 6>으로 나타냈다. 변압기는 콘서베이터(Conservator)를 채용한 밀봉형 자랭식(自冷式)으로 했다.
 [그림 6] 변압기 외관⑴ 변압기탱크 측면의 세 방향에 방열용 파판을 설치하여 외상의 갤러리에서 유입되는 공기가 이 사이를 흐르면서 변압기 발열을 흡수하고 천장에서 외부로 효율적으로 배출하도록 하였다.또한 인화점 300℃ 이상의 실리콘액과 내열온도 200℃ 이상의 폴리아미드 절연물을 적용하여 온도 상승 한도를 높이고, 고효율 철심과 권선 최적설계로 변압기의 총 손실을 저감시켜 변압기의 대용량화(300㎸A)를 달성했다.변압기의 온도 상승 한도를 높일 때에는 변압기의 발열량, 방열 파판의 구조·배치와 외상 표면온도의 관계를 정량적으로 파악하여 최적화하고, 공중안전과 관련된 외상 표면온도의 상승을 40K 이하로 억제한다.⑵ 콘서베이터변압기의 온도 변화에 따른 실리콘액의 체적증감을 흡수하기 위해 변압기 탱크와 배관에서 접속하여 변압기 하부에 배치한다. 하부에 배치한 이유는 다음과 같다.① 변압기의 천장부까지 실리콘 액을 충진하여 내부의 열을 천장부에서 효율적으로 배출시킨다.② 온도가 낮은 하부에 배치하여 콘서베이터 내 고무제 격벽의 열 노화를 방지한다.⑶ 24㎸ 유중 퓨즈 변압기 탱크 측면에 배치하고 변압기 1차 권선과 TR용 LBS 사이를 접속하여 변압기 내부부터 2차측 모선까지를 보호한다. 동작하면 내장된 스트라이커가 튀어나오고 TR용 LBS가 연동하여 절동작을 일으켜 변압기를 전원에서 분리한다.3. 2차측 개폐기부<그림 7>과 같이, 2차측 개폐기부는 변압기 콘서베이터 전면의 공간을 효과적으로 이용하여 배치한다.
 [그림 7] 2차측 개폐기부⑴ MCCB(Molded-Case Circuit Breaker)2차측 인출 단자 뒤편에 2대 배치하여 사용하는 것은 4극 타입의 MCCB로, 400V 3상 4선 회로의 단락·지락보호를 행한다. 이 MCCB는 노상 설치를 고려하여 습윤 등의 환경을 고려한 기종을 선정했다.⑵ 2차측 도체상간단락 방지를 위해 접속부 이외에는 절연피막으로 코팅한다. 또 단자부에는 상간 방벽을 설치하여 작업 안정을 고려했다.4. 그 외⑴ 검전(檢電)단자<그림 8>과 같이, 1차측 케이블 단말에 설치된 VD(Voltage Divider)에서 단자대로 배선하여 검전, 검상을 행하는 구조로 되어 있다.
 [그림 8] 1차측 검전단자⑵ 비상용 단자본체 측면 하부에 <그림 9>와 같이 비상용 단자를 설치했다. 만일 전원 측에 트러블이 생겨 전력공급을 할 수 없는 경우에는 분리된 도체가 2차측을 전원 측에서 분리하고 이 단자에 전원차 등을 접속하여 직접 전력을 공급할 수 있도록 했다.
 [그림 9] 비상용 단자공중안전노상에 설치된 점을 고려하여 외상 표면온도, 접촉전위, 보폭전압, 내부 아크 등 공중안전을 생각하는 구조를 채용했다. 그 개요는 다음과 같다.⑴ 외상 표면온도앞서 설명했듯이 내부 발열을 효율적으로 배기하는 구조로 외상 표면온도 상승을 40K 이하로 억제한다.⑵ 접촉전위·보폭전압외상과 내부 기기를 절연하고 외상의 접지를 내부기기와 별도로 처리하여 내부 기기에서 사고가 발생했을 때의 외상 전위 상승을 50V 이하로 억제한다.⑶ 내부 아크 발생 시 보호1차측 개폐기의 안전 상분리 구조를 채용하여 상간단락 사고를 방지하고, 계통 중성점 접지 저항으로 일선 지락 시 사고전류를 600A 이하로 저감시킨다. 변압기 내부의 단락사고는 1차측 퓨즈에서 순시로 한류 차단한다. 또한 2차측은 지락도 포함하여 MCCB로 단시간 사고 차단한다.이러한 대응에 의해 내부 아크 발생 시 공중안전을 확보하도록 한다.마무리이 장치는 2003년에 초호기 실운동을 시작하여 점차 그 적용을 확대해 가고 있다. 이 장치 및 개발된 각종의 신기술을 적용하여 22㎸/400V 지중배전 방식이 더욱 보급되리라 기대한다.
<Energy News>
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