개요변전설비 기술은 사회정세의 요구에 맞춰 발전해 왔다. 지난 40여 년간 사회정세의 요구를 요약하면 아래와 같이 총괄할 수 있다.1960년대는 일본에 있어 한마디로 고도성장기라고 불리는 시기였다. 변전설비는 이와 같은 경제 성장에 의한 급격한 전력수요 증대에 따라 고전압·대용량화가 요구되었다.1970년대는 두 번의 오일쇼크의 영향으로 경제 성장이 한 단락 후퇴하여 경제의 고도성장에 암운이 드리워지기 시작했다. 전력수요의 측면에서는 경제의 흐름에 따라 수요의 증가도 둔화되긴 하였지만, 이 시기는 안전성장기라고 불리던 시기로, 에너지 절약이 제창되면서 전력의 안정공급에 대한 요청이 높아진 때였다.1980년대는 1986년부터 시작된 버블경기에 의해 개인 소비와 설비투자가 진행됨과 동시에 토지의 가격상승이 이루어진 시기였다. 또 전력수요의 대도시 집중과 고밀도화가 진행됨에 따라 변전소의 콤팩트화, 도시부의 지하식 변전소에서는 방재면에 있어 ‘오일less화’가 요구되었다.1990년대는 1991년의 버블경기의 붕괴로 인해 어려운 경제 정세를 맞이하게 되었다. 버블경기의 붕괴는 1970년대 초부터 이어져 온 안전성장기의 종말을 고하는 것으로, 이후의 저성장기의 시작을 알리는 것이었다. 이와 같은 경제의 저미로 인해 전력회사에는 그때까지보다 저렴한 전기를 공급해야 했다. 변전설비는 저렴한 전기의 공급이라고 하는 사회정세에 맞춰 기기 및 그 운용에 있어서 저코스트화가 추진되었다.2000년에 들어서 전력자유화가 도입되어 전력업계를 둘러싼 환경은 더 어려운 상황에 직면하게 되었다. 저성장기로 전력수요의 저미가 계속되는 데다 전력자유화에 따른 고객유치형 경쟁사회의 파도가 전력업계에도 밀어닥쳤다. 바꿔 말하면, 저렴한 고품질 전기의 안정공급이 어느 때보다 요구되는 시대가 도래한 것이었다.최근 경기가 회복되고 있다고는 하지만, 버블경기의 붕괴 이후 전력수요의 증가는 점점 둔화되고 있다. 또 IT기기의 보급과 고령화 등에 의해 사회는 고도화되고 저렴한 고품질 전기의 안정공급을 요구하고 있다.이 장에서는 이런 사회 정세의 요구에 대해 변전설비가 걸어온 변천에 대해 설명한다.기술개발 변천과 향후 전망변전기술은 고전압·대용량화를 비롯하여 고신뢰도화, 저코스트화, 그리고 그 시대의 사회정세를 반영한 요구에 맞춰 많은 변화를 거듭해 왔다.그 중 콤팩트화는 옛날부터 일관되게 중요한 요소로 채택되어왔다.이 장에서는 변전기기 전반의 변천 과정을 설명한 후, 주요 기기인 변압기 및 차단기·개폐장치, 피뢰기에 대한 기술개발의 변천과 향후 전망에 상세히 설명한다.1. 변전설비기술의 40년 변천(1) 1960년대1960년대는 고전압·대용량화의 요구에 맞춰 500kV 송전설계가 착수되어 변전기기에서 500kV 기기의 개발이 시작되었다. 또, SF6가스를 절연매체로 사용한 GCB(가스차단기)가 실용화됨에 따라, 72kV GIS(가스절연개폐장치)의 실용화가 시작된 시대였다.1965년에는 전원개발(주) 사쿠마(佐久間) 주파수 변전소가 50Hz-60Hz 계통의 연계용으로 건설되었다. 이곳에서 일본 최초의 변전설비로서 파워일렉트로닉스 기기가 적용되었다.(2) 1970년대1970년대에는 전력의 안전공급에 관한 요청이 늘어 고전압·대용량화는 물론, 높은 신뢰성이 요구되었다.1973년에는 500kV 변전소가 운용 개시하고 이것을 시작으로 500kV 변전소의 건설 및 계획이 추진되었다. 또 500kV 기기로써 GCB·GIS가 실용화 되는 등 SF6 가스 절연기기가 보급되고 고전압·대용량·고신뢰도·콤팩트화를 위한 연구가 활발히 진행되었다.이 시대에는 단로기의 신뢰성·유지 보수 향상을 목적으로, 구조가 심플하고 기계적 손실이 적은 로터리 실린더의 적용이 시작되었다.500kV 변전소가 운용되고 얼마 안 있어 1978년에는 ‘UHV 송전특별위원회 (주최 : 전력중앙연구소)’가 발족하여 대학, 전 전력기기 제조업체에 의해 검토가 진행되었다.(3) 1980년대변전소를 콤팩트화하고 도시부에는 지하식 변전소로 대응하기 위해 가스절연변압기를 채용하여 건축면적의 축소와 방재면에 크게 기여했다.차단기의 조작 기구에는 유압과 전동 스프링을 폭넓게 채용하고 변전소 전체를 ‘air-less화’ 하는 요구가 강해졌다. 단로기의 조작 장치는 그때까지 압축공기조작이 주류였다. 그러나 전동기나 전장품의 고품질화가 진행되자, 신뢰도를 높이고 보수·유지를 간편화 또는 줄이기 위해 단로기에도 전동 조작 장치를 적용하였다.이 시대는 저손실화·콤팩트화를 목적으로 ShR(분로 리액터)의 철심구조가 다단적층철심형(多段積層鐵心形)·나선 코어(involute core)형에서 레이디얼 코어형으로 변하여 현재에 이르렀다.(4) 1990년대저코스트화 추진 중 기존의 계통을 증강함으로써 대응해 왔던 전압은 파워일렉트로닉스 기기가 무효전력조정으로 적용되었다. 이것은 기존의 조상(調相)설비와는 다르게 꼼꼼한 무효전력의 조정으로 전압변동에 대응한다.단로기는 지진에 의해 접촉부가 이탈하는 일이 발생하였기 때문에 상대변위 스토퍼(stopper)를 적용하여 내진(耐震)성능을 향상시켰다.지금까지는 SC(전력용 콘덴서)의 유전체로써 종이·필름을 사용해왔지만, 내전압성이나 여러 특성에 있어서 절연지를 사용하지 않는 편이 낫다고 하여 올 필름(all-film)의 실용화에 이르러 현재는 이것이 주류가 되었다.(5) 2000년 이후파워일렉트로닉스 기기에 사용되고 있는 반도체 소자의 대용량화와 제어 기술의 전망에 의해 2000년에는 일본 최대용량의 직류송전설비로써 기이수도(紀伊水道) 직류연계설비(±250kV, 1400MW)가 운전을 시작했다. 이러한 기기개발과 병행하여 늘어나는 기설 설비의 유효활용에 관한 검토가 진행되었다. 이것은 기존에는 수요의 증가에 대응하기 위하여 갱신된 설비가 신(新)증설공사에 의한 설비갱신의 기회를 대폭으로 연장시킨 것에 기인한다. 일반적으로 제조업체는 기기의 기대수명이 30년 정도라고 하지만, 이 기대수명 이상으로 장기간 운용되는 설비가 증가하고 있기 때문이다. 즉, 지금까지처럼 확충공사로 설비를 갱신하는 것이 아니라, 설비의 수명을 확인한 다음에 갱신하게 된 것이다. 설비의 수명을 확인하기 위해서는 그동안 기기 개발에서 얻어진 결과와 설비진단기술이 필요하다. 또 설비의 연명화 등 유지·보수 기술의 고도화가 불가결하다. 바꿔 말하면, 설비의 형성에서 설비의 보수·유지로 이행되는 것이다.2. 변압기 기술개발의 변천과 향후 전망40여년 동안의 전력용 변압기 특기사항으로 ‘500kV 변압기의 개발’, ‘UHV 변압기의 개발’, ‘초고압, 초초고압변압기의 도심 지하 변전소로의 도입’을 열거할 수 있다. 또 최근 진보한 기술과제로써 ‘수송문제’, ‘방재, 친환경(불연화, 내진, 저소음화)’, ‘이상진단, 노화진단 기술의 향상’ 등이 있다. 이러한 기술변천을 <표 1>로 나타내었다.(1) 500kV 변압기의 개발500kV 송전망의 건설과 함께 1971년에 500kV 변압기가 제작되었다. 500kV 변전용 변압기는 그때까지의 275kV 이하의 변압기와는 달리, 1차측 2차측 모두 직접접지계통을 발생시켜, 1차측 2차측에서 권선을 통용할 수 있는 ‘단권변압기’가 채용되었다. 또 변전소까지의 내륙 송전이 불가능하기 때문에 단상 3대에서 1 뱅크를 구성하는 방식이 채용되었다. 500kV 변압기는 고난의 시작이었다. 1972년 최초로 도입된 변압기가 운전 개시 전 시운전 중에 절연파괴사고를 일으켰으며, 1974년에 다른 변전소에서도 시운전 중에 똑같은 절연파괴사고를 일으켰다. 사고 직후에는 원인을 밝히지 못했지만, 각 제조업체의 오랜 연구 끝에 ‘유동 대전에 의한 정전기 방전’이라고 하는, 당시에는 생각도 할 수 없었던 현상이었음이 판명되었다.그 후 유류속(油流速)의 적정화, 유로구조의 개선, 절연유에서의 유동 대전 억제제 벤조트리아졸(BTA)의 첨가 등에 의해 문제를 해결하려 하였다. 그 후 1980년대에는 유동 대전 사고가 일어나지 않았지만, 1990년대 후반부터 2000년에 걸쳐 경년변압기에 정전기 방전이 종종 발생하게 되었다. 유기물인 절연유·절연물의 경년적 고(高)대전도화와 국부 유속에 기인한 것으로 추정되어 새로운 기술과제와의 인식 아래 연구가 진행되고 있다.500kV 변압기의 성숙과정에 있어 특기할 것은 ‘절연사양의 합리화, 절연구조의 개량에 의한 콤팩트화’, ‘전력계통의 요구에 맞춘 정격의 변경’, ‘수송문제 극복에 의한 삼상 일체화’ 이다. 1970년대 후반에는 UHV(1000kV) 변압기 발전이 시작되어, 그 핵이 되는 절연기술개발의 성과는 1980년대에 500kV 변압기에도 순차 적용되었다. 또한 피뢰기의 고성능화와 함께 1989년 이후 합리화된 절연사양의 실기로의 적용이 시작되어 변압기의 콤팩트화에 기여하고 있다. <그림 1>에 500kV 1,500MVA 변압기의 신구(新舊)비교를 나타내었다. 약 40년에 걸친 500kV 변압기의 역사에 있어 변압기의 정격·사양도 각 전력회사 개발의 요구에 맞게 새롭게 구성하였다. 예를 들면, 정격전압의 격 상승(500kV → 525kV), 3차권선 용량의 변경(주권선 용량의 30% → 50% 또는 30% → 20%), 단락전류억제를 위한 고(高)인피던스화(14% → 23%), 단자 인출의 밀폐화(기중 부싱 → 케이블 접속) 등이 있다. 기간계통의 주가 되는 500kV 변압기는 계통의 신뢰도 유지와 운용 최적화를 위한 최적사양을 검토하여 적용할 것으로 전망된다.