㈜효성 중공업연구소(www.hyosung.co.kr)
차단기 연구팀_정동훈 선임 연구원
(031)428-1000 / jdh0330@hyosung.com

개요

본 연구는 SF₆ 가스를 적용한 GIB 공장시험을 온실가스 저감을 위해 Dry Air 가스로 대체한 GIB의 공장시험 절차 간소화 및 공정개선에 적용하고자 한국전력공사의 품질검사소 TDR팀의 입회하에 실험을 진행한 것이다.

연구 배경

세계적으로 전력기기 산업은 1940년대부터 미국과 유럽을 중심으로 발전하기 시작해 현재 유럽의 ABB, Siemens 등 거대기업들과 일본의 Japan AE Power Systems Corp. 및 TM T&D 등이 기술 개발을 선도하고 있다.
해외 선진업체들은 초고압 및 대용량화, 낮은 비용과 높은 신뢰도 등을 목표로 새로운 제품을 개발해 시장 선점 및 기술경쟁력을 강화하고 있다. 뿐만아니라 후발국의 시장 잠식 견제를 위해 안전성 및 신뢰성에 관한 국제 기술규격 및 시험기준을 강화함으로써, 에너지 및 환경 라운드에 대비한 전력기기 기술 개발에 집중 투자하고 있다.
교토의정서에 따르면 온실가스로 포함되어 있는 이산화탄소(CO₂), 아산화질소(N₂O), 메탄(CH₄), 불화탄소(PFCs), 수소불화탄소(HFCs), 불화유황(SF₆) 등 6종류에 대해 38개국 선진국은 2008년부터 2012년까지 그 배출량을 1990년 대비 평균 5.2% 줄이고, 우리나라가 포함되어 있는 개발도상국은 2013년부터 2017년까지 감축해야 한다.
이러한 국제 규제 강화에 대응해 Toshiba, Japan AE Power 등의 선진사에서는 SF₆ 가스를 대체할 새로운 가스로, SF₆ 가스와 혼합가스에 대한 기기의 적용 가능성에 관한 연구 개발을 활발히 진행하고 있다. 또한 N₂가스와의 혼합 및 CO₂가스의 적용 등도 연구하고 있다. 현재 CO₂가스를 사용한 차단기의 연구도 발표되고 있으며, 혼합가스(SF₆+N
₂)를 사용한 경우에는 재활용 할 때 혼합한 개개의 가스를 분리해 회수하는 기술도 연구하고 있다.
일본의 NISSIN사는 Dry Air와 고체절연을 혼합적용해 복합절연타입으로, JAEPS사는 Dry Air 혹은 N₂를 적용하고 있으며, TOSHIBA사는 고체절연을 적용해 개발했다. 국내의 경우 고체절연과 Dry Air를 적용해 개발했다. 이와 같이 Medium Voltage급에서는 여러 방법으로 적용되고 있는 반면, High Voltage급에서는 SF₆ 가스를 대체할 수 있는 차단 및 소호능력을 가진 절연매질 연구가 이루어지고 있으나 아직까지 기초연구만 진행되고 있는 실정이다.
㈜효성은 SF₆ 가스 저감을 위해 2종의 피시품 공장시험을 Dry Air 가스를 적용해 시험전압을 산출했다.

Dry Air 절연 특성

SF₆ 가스를 전혀 사용하지 않은 GIS 개발은 SF₆가스 대체기술의 핵심이다. 현재까지는 대체절연가스로 주목 받고 있는 것은 질소(N₂)와 건조공기(Dry Air)이다.
압력은 운동하는 분자가 벽에 충돌할 때의 운동량의 변화에 바탕으로 한 힘으로 포착할 수 있다. 공기는 분자 상호 간의 힘이 약하므로 체적은 압력, 온도에 따라 쉽게 변화하는 압축성 유체다.
Dry Air는 수증기를 전혀 함유하지 않는 건조한 공기를 말하며, 실제로는 존재하지 않는다. 온도가 너무 높지 않은 Dry Air는 완전가스에 아주 가까운 성질을 갖고 있으므로 완전가스로 간주해 계산할 수 있다. Dry Air는 질소, 산소, 탄산가스, 아르곤 등의 혼합기체다. 본 연구에 적용된 Dry Air 가스성분은 <표 1>과 같다.