스위치 기어

Switchgear
고전압 스위치 기어
대형 스위치 기어 패널 섹션입니다.
트램 개폐 장치
이 회로 브레이커는 SF와 공기를 모두6 절연재로 사용합니다.

전력시스템에서 스위치기어는 전기기기를 제어, 보호 및 격리하기 위해 사용되는 전기절단 스위치, 퓨즈 또는 회로차단기로 구성된다.스위치 기어는 장비 전원을 차단하여 작업을 수행할 수 있도록 하는 동시에 다운스트림의 고장을 제거하는 데 사용됩니다.이런 유형의 장비는 전력 공급의 신뢰성과 직결됩니다.

최초의 중앙 발전소는 대리석이나 석면 절연 패널에 장착된 간단한 오픈 나이프 스위치를 사용했습니다.전력 레벨과 전압이 급속히 상승해, 수동으로 조작하는 스위치를 여는 것은, 전력이 공급되지 않는 회로의 절연 이외에는 너무 위험합니다.오일이 충전된 스위치 기어 장비를 통해 아크 에너지를 억제하고 안전하게 제어할 수 있습니다.20세기 초까지 스위치 기어 라인업은 오일 회로 차단기를 사용하여 전기적으로 작동되는 스위치 소자를 가진 금속으로 둘러싸인 구조물이 될 것입니다.오늘날 오일 충전 장비는 대부분 에어 블라스트, 진공 또는 SF6 장비로 대체되어 많은 전류와 전력 수준을 자동 장비로 안전하게 제어할 수 있게 되었습니다.

고전압 개폐 장치는 19세기 말에 모터와 다른 전기 기계를 [1]작동시키기 위해 발명되었다.이 기술은 시간이 지남에 따라 개선되었으며 이제 최대 1,100kV의 [2]전압으로 사용할 수 있습니다.

일반적으로 변전소의 개폐장치는 대형 전력 변압기의 고압측과 저전압측 양쪽에 있습니다.변압기의 저전압 측 개폐 장치는 배전회로용 중전압 회로 차단기와 함께 계량, 제어 및 보호 장비를 갖춘 건물 내에 배치될 수 있습니다.산업용도의 경우 변압기와 개폐장치 라인업은 유닛화 변전소(USS)라고 불리는 하나의 하우징에 결합될 수 있다.시장조사업체 비전게인의 최근 조사에 따르면 전 세계 스위치기어 시장은 2029년까지 CAGR 5.9%로 1525억 달러를 달성할 것으로 예상된다.재생 가능 에너지에 대한 투자 증가와 안전하고 안전한 배전 시스템에 대한 수요의 증가가 이러한 증가를 [3]야기할 것으로 예상된다.

구성 요소들

스위치 기어 어셈블리에는 다음 2종류의 컴포넌트가 있습니다.

  • 스위치, 회로 차단기, 퓨즈 및 피뢰기 등의 전력 흐름을 전도하거나 차단하는 전도성 컴포넌트.
  • 제어판, 변류기, 전위변압기, 보호릴레이 및 관련 회로 등의 제어시스템으로 전력도전 컴포넌트를 감시, 제어 및 보호합니다.

기능들

스위치 기어의 기본 기능 중 하나는 영향을 받지 않는 회로에 대한 서비스를 유지하면서 단락 및 과부하 고장 전류를 차단하는 보호입니다.또, 스위치 기어는, 전원 장치로부터 회로를 격리합니다.또한 스위치 기어는 여러 소스에서 부하를 공급하도록 함으로써 시스템 가용성을 높이기 위해 사용됩니다.

역사

초기 스위치 기어(약 1910년)

스위치 기어는 발전만큼이나 오래되었다.첫 번째 모델은 매우 원시적이어서 모든 부품이 벽에 고정되어 있었습니다.나중에 그것들은 나무 판넬에 설치되었다.화재 방지의 이유로, 나무는 슬레이트나 대리석으로 대체되었다.배선이 배면에 있는 동안 스위칭 [4]및 측정 장치를 전면에 부착할 수 있었기 때문에 이는 더욱 개선으로 이어졌습니다.일반 퓨즈가 있는 텀블러 스위치는 가장 단순한 형태의 스위치 기어로 가정, 사무실 등에서 조명 및 기타 장비를 제어하고 보호하는 데 사용되었습니다.정격이 높은 회로에서는 스위치와 함께 High-Breaking Capacity(H.R.C; 고장용량) 퓨즈를 사용하면 회로를 제어 및 보호할 수 있습니다.그러나 이러한 개폐 장치는 고전압 시스템에서는 [5]수익성 있게 사용할 수 없습니다.

주택

저전압용 개폐 장치는 건물 내에 완전히 밀폐될 수 있다.높은 전압(약 66kV 이상)의 경우 스위치 기어는 일반적으로 실외에 장착되고 공기로 절연되지만, 이는 많은 공간을 필요로 한다.가스 절연 개폐 장치는 장비 비용은 비싸지만 공기 절연 장비에 비해 공간을 절약합니다.오일 절연 스위치 기어는 오일 누출의 위험이 있습니다.

스위치는 수동으로 작동하거나 원격 제어를 위해 모터 드라이브가 있을 수 있습니다.

회로 차단기 타입

개폐 장치는 단순한 개방 공기 차단 스위치일 수도 있고 다른 물질에 의해 절연될 수도 있다.개폐 장치의 효과적인 형태는 가스 절연 개폐 장치(GIS)로, 도체와 접점이 가압된 육불화황 가스(SF)6에 의해 절연됩니다.다른 일반적인 유형은 오일 또는 진공 절연 스위치 기어입니다.

스위치 기어 인클로저 내의 기기의 조합에 의해, 수천 암페어의 고장 전류를 차단할 수 있습니다.회로 차단기(스위치 기어 인클로저 내)는 고장 전류를 차단하는 주요 구성요소입니다.회로 브레이커가 접점을 떼어낼 때(회로의 접속을 끊을 때) 아크의 담금질에는 신중한 설계가 필요합니다.회로 차단기는 다음 6가지 유형으로 분류됩니다.

기름

오일충전 고압차단기 컷어웨이

오일 회로 차단기는 아크의 경로를 따라 오일을 분사하기 위해 일부 오일의 기화에 의존합니다.아크를 통해 방출되는 수증기는 수소 가스로 구성되어 있다.미네랄 오일은 공기보다 단열성이 좋다.오일에 통전 접점이 분리될 때마다 회로차단기의 아크가 초기화되며, 이 아크로 인해 오일은 기화되어 대부분 수소가스로 분해되어 최종적으로 전기아크 주위에 수소기포를 형성한다.아크 주변의 이 고압축 가스 기포는 전류가 사이클의 제로 교차에 도달한 후 아크의 재스트라이핑을 방지합니다.오일 회로 차단기는 가장 오래된 유형의 회로 차단기 중 하나입니다.

항공사

공기 회로 차단기는 아크를 연장하기 위해 압축 공기(퍼프) 또는 아크 자체의 자력을 사용할 수 있습니다.지속 가능한 아크의 길이는 사용 가능한 전압에 따라 달라지기 때문에 가늘고 긴 아크는 결국 스스로 배기됩니다.또는 접점을 밀폐된 작은 챔버로 빠르게 회전시켜 변위된 공기가 빠져나가 아크를 뿜어낸다.

회로 차단기는 일반적으로 모든 전류 흐름을 매우 빠르게 종료할 수 있습니다. 일반적으로 장치의 사용 기간과 구조에 따라 30~150밀리초입니다.

가스

주요 기사:육불화황 회로 차단기

가스(SF)6 회로 차단기는 때로 자기장을 사용하여 아크를 늘린 다음 SF6 가스의 유전 강도에 의존하여 늘어난 아크를 완화합니다.

하이브리드

주요 기사:하이브리드 스위치 기어 모듈

하이브리드 스위치기어는 기존 공기절연 스위치기어(AIS) 기술과 SF6 가스절연 스위치기어(GIS) 기술이 결합된 형태다.콤팩트하고 모듈러형 설계가 특징이며, 1개의 모듈에 여러 가지 다른 기능이 포함되어 있습니다.

진공.

진공 차단기가 있는 회로 차단기는 아크의 특성이 최소이므로(접점 재료 이외에는 이온화할 것이 없기 때문에), 소량(2~8mm 미만) 늘어나면 아크가 담금질됩니다.0에 가까운 전류에서는 아크가 플라즈마를 유지할 만큼 뜨겁지 않고 전류가 멈춥니다. 그러면 갭이 전압 상승을 견딜 수 있습니다.진공 회로 차단기는 40,500볼트의 최신 중전압 스위치 기어에 자주 사용됩니다.다른 타입과는 달리 DC 장애의 인터럽트에는 적합하지 않습니다.진공 회로 차단기가 높은 DC 전압을 차단하는 데 적합하지 않은 이유는 DC에는 "전류 0" 주기가 없기 때문입니다.플라즈마 아크는 접촉 물질을 계속 가스화함으로써 스스로 공급될 수 있습니다.

이산화탄소

단열 및 소호 매체로 이산화탄소를 사용하는 차단기는 육불화황(SF)6 차단기와 동일한 원리로 작동합니다.SF는 CO보다 강력한2 온실가스이기 때문에6 SF에서6 CO로2 전환함으로써 제품 [6]수명주기 동안 온실가스 배출량을 10톤 줄일 수 있습니다.

보호 회로

회로 차단기 및 퓨즈

전류가 사전 설정된 안전 레벨을 초과하면 회로 차단기와 퓨즈가 분리됩니다.단, 예를 들어 변압기 권선이 접지에 접촉하는 경우 등 불균형 전류와 같은 다른 중대한 결함을 감지할 수 없습니다.회로 차단기와 퓨즈만으로는 단락과 높은 수준의 전기 수요를 구별할 수 없습니다.

Merz-Price 유통 현행 방식

차동 보호는 회로 노드에 출입하는 전류의 합이 0이어야 한다는 키르히호프의 전류 법칙에 따라 달라집니다.이 원리를 사용하여 차동 보호를 구현하면 전도 경로의 모든 부분을 노드로 간주할 수 있습니다.전도 경로는 전송 선로, 변압기의 권선, 모터의 권선 또는 교류 발전기의 스테이터의 권선일 수 있습니다.이 형태의 보호는 전도성 경로의 양끝이 물리적으로 서로 가까울 때 가장 잘 작동합니다.이 계획은 영국에서 찰스 헤스터만 메르즈와 버나드 [7]프라이스에 의해 발명되었다.

변압기, 스테이터 또는 기타 장치의 각 권선에는 두 개의 동일한 변류기가 사용됩니다.전류 변압기는 권선의 반대쪽 끝에 배치됩니다.양끝을 통과하는 전류는 동일해야 합니다.보호 릴레이는 전류의 불균형을 검출하고 회로 차단기를 트립하여 디바이스를 분리합니다.변압기의 경우 프라이머리 브레이커와 세컨더리 브레이커가 모두 열립니다.

거리 릴레이

긴 전송선의 끝단 단락은 전송선의 임피던스에 의해 고장 전류가 제한되기 때문에 일반 부하와 유사하게 나타납니다.거리 릴레이는 전송로의 전압과 전류를 비교하여 고장을 검출합니다.전압 강하와 함께 큰 전류는 고장을 나타냅니다.

분류

스위치 기어의 분류는 다음과 같습니다.[8]

  • 현재 등급으로.
  • 정격 인터럽트(디바이스가 안전하게 인터럽트할 수 있는 최대 단락 전류 kAIC)
    • 회로 차단기는 고장 전류에 따라 개폐될 수 있습니다.
    • 부하 차단/부하 생성 스위치는 일반 시스템 부하 전류를 전환할 수 있습니다.
    • 절연체는 회로 차단기 이후 또는 부하 전류가 매우 작은 경우 작동해야 하는 오프로드 차단기입니다.
  • 전압 클래스별:
    • 저전압(1kV AC 미만)
    • 중간 전압(1kV AC 통과 ~ 약 75kV AC)
    • 고전압(75kV~약 230kV AC)
    • 초고전압, 초고전압(230kV 이상)
  • 절연 매체 사용:
    • 항공사
    • 가스(SF 또는 혼합물)
    • 기름
    • 진공.
    • 이산화탄소(CO2)
  • 시공 유형별:
    • 실내(IP(Ingress Protection) 클래스 또는 NEMA 인클로저 유형에 따라 더욱 분류)
    • 야외의
    • 산업의
    • 효용.
    • 마린
    • 연장 요소(많은 공구 없이도 분리 가능)
    • 고정 요소(볼트 고정 장치)
    • 라이브 프런트
    • 데드프런트
    • 열다.
    • 금속제 인클로저드(ME) — 스위치 기어 어셈블리는 모든 측면과 상부가 [9]판금으로 완전히 밀폐되어 있습니다.
    • 금속 장전(MC) — 탈착식 메인 스위칭 및 인터럽트 장치, 분리 가능한 칸막이와 모든 주요 회로 및 부품을 둘러싸는 접지된 금속 장벽, 기계식 인터록, 절연 버스 도체 및 기타 [10][11]기능을 가진 보다 고가의 금속 외장 스위치 기어.
    • 큐비클
    • 내호성
  • IEC 내부 분리[12] 정도에 따라
    • 구분 없음(양식 1)
    • 기능 유닛에서 분리된 버스바(양식 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b)
    • 버스바에서 분리된 외부 도체용 단자(양식 2b, 3b, 4a, 4b)
    • 기능 유닛에서 분리되지만 서로 분리되지 않은 외부 도체용 단자(양식 3a, 3b)
    • 서로 분리된 기능 단위(양식 3a, 3b, 4a, 4b)
    • 서로 분리된 외부 도체용 단자(양식 4a, 4b)
    • 관련 기능 유닛에서 분리된 외부 도체용 단자(양식 4b)
  • 장치를 중단하면:
    • 퓨즈
    • 공기 차단기
    • 최소 오일 회로 차단기
    • 오일 회로 차단기
    • 진공 회로 차단기
    • 가스(SF)6 회로 차단기
    • CO2 회로 차단기
  • 조작 방법별:
    • 수동 조작
    • 모터/저장 에너지 작동
    • 솔레노이드 작동
  • 전류 유형별:
    • 교류
    • 직류
  • 응용 프로그램별:
    • 전송 방식
    • 분배
  • 목적별
    • 스위치(단로기)의 분리
    • 부하 차단 [13][14]스위치
    • 접지(접지) 스위치

단일 라인업에 여러 가지 다른 유형의 장치가 포함될 수 있습니다. 예를 들어, 공기 절연 버스, 진공 회로 차단기 및 수동 작동 스위치가 모두 같은 큐비클 열에 존재할 수 있습니다.

개폐 장치의 정격, 설계, 사양 및 세부 사항은 다양한 표준에 따라 결정됩니다.북미에서는 대부분 IEEE 및 ANSI 표준이 사용되며, 나머지 국가 대부분은 IEC 표준을 사용하며, 때로는 국지적인 파생상품이나 변형도 사용한다.

안전.

공기 절연 변전소 내 245kV 회로 차단기
420kV 가스 절연 개폐구

스위치 기어의 안전한 작동 시퀀스를 보장하기 위해, 트랩 키 인터락은 사전 정의된 작동 시나리오를 제공합니다.예를 들어, 2개의 전원 공급원 중1개만 동시에 접속할 수 있는 경우 인터록 방식에서는 첫 번째 스위치를 열어야 두 번째 스위치를 닫을 수 있는 키를 놓을 수 있습니다.복잡한 스킴이 가능합니다.

실내 개폐 장치는 내부 아크 격납을 위한 형식 시험도 할 수 있다(예: IEC 62271-200).최신 개폐 장치는 큰 [15]전류를 전환할 수 있기 때문에 이 테스트는 사용자 안전을 위해 중요합니다.

스위치 기어는 시스템 상태를 평가하고 장애가 발생하기 전에 예측하기 위해 서멀 이미징을 사용하여 자주 검사됩니다.다른 방법으로는 고정식 또는 휴대용 테스터를 사용하는 부분 방전(PD) 테스트와 옥외 교환소에서 사용되는 표면 장착 변환기(석유 장비용) 또는 초음파 검출기를 사용하는 음향 방출 테스트가 있습니다.스위치 기어에 연결된 케이블에 장착된 온도 센서는 온도 상승을 영구적으로 모니터링할 수 있습니다.SF6 장비는 항상 압력 상실을 경고하고 압력이 너무 낮을 경우 작동을 방지하기 위해 알람과 인터록이 장착되어 있습니다.

고단층 레벨과 관련된 위험에 대한 인식이 높아짐에 따라 네트워크 운영자는 접지 스위치 및 랙형 브레이커에 대해 폐쇄적인 동작을 지정하게 되었습니다.많은 유럽 전력회사들은 운전자들이 운전 중 교환실을 사용하는 것을 금지하고 있다.원격 랙킹 시스템을 사용하면 작업자가 보호 아크 플래시 위험 수트를 착용하지 않고도 원격 위치에서 스위치 기어를 랙에 장착할 수 있습니다.스위치 기어 시스템은 이러한 고전압을 [16]공급하기 위해 안전하고 완전히 최적화되도록 지속적인 유지 보수와 정비가 필요합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ British Pattern GB 20069 1893년 고장력 대용량 전류의 인가 또는 사용을 제어하는 장치의 개량점(espacenet.com)
  2. ^ Lin Jiming 등, 1100 kV 회로 차단기의 과도 특성, 국제 초고전압 표준 심포지엄, 베이징, Juillet 2007.
  3. ^ ""The worldwide switchgear market is expected to achieve $152.5bn by 2029", says Visiongain report". Visiongain. 2019-09-05. Retrieved 2019-09-06.
  4. ^ (독일어) AEG Hilfsbuch für elektrische Licht-und Kraftanlagen 6th Ed, W. Girardet, 1953년 에센
  5. ^ "What is Switchgear? Features, Components and Classification". StudyElectrical.Com. 2015-07-19. Retrieved 2019-02-01.
  6. ^ "Switzerland : ABB breaks new ground with environment friendly high-voltage circuit breaker". Retrieved 9 July 2013.
  7. ^ Robert Monro Black (January 1983). The History of Electric Wires and Cables. IET. pp. 101–. ISBN 978-0-86341-001-7.
  8. ^ Robert W. Smeaton (ed) 스위치 기어 및 제어 핸드북 3차호, 뉴욕 맥그로 힐 1997 ISBN 0-07-058451-6
  9. ^ IEEE 규격 C37.20.2-1999IEEE 규격의 메탈 클래드 스위치 기어.
  10. ^ IEEE 규격 C37.100-1992IEEE 전원 스위치 기어의 표준 정의.
  11. ^ "Metal-Clad vs Metal-Enclosed". ELECTRICAL ENGINEERS AND MASTER ELECTRICIANS PORTAL. November 4, 2008. Retrieved June 28, 2016.
  12. ^ IEC 표준 EN 60439 part 1 표 6A
  13. ^ (프랑스어) Norme CEI 60265-1 Interrupteurs pour tension assigne supérieure 1 1 kV inf 52 kV, 2007년 9월 30일 Wayback Machine에서 보관
  14. ^ (프랑스어) Norme CEI 60265-2 Interrupteurs pour tension assigne supérieure à 52 kV[데드링크]
  15. ^ www.energy.siemens.com (PDF) https://web.archive.org/web/20090318070617/https://www.energy.siemens.com/cms/00000013/aune/Documents/Medium%20Voltage%20Arc%20Fault%20Containment.pdf. Archived from the original (PDF) on March 18, 2009. {{cite web}}:누락 또는 비어 있음 title=(도움말)
  16. ^ "Switchgear Systems and Services". johnsonphillips.co.uk. Retrieved 2018-05-15.

외부 링크

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