변전소 종류 구분하는 방법은 여러 방법이 있다. 변전소의 사용 목적에 따른 분류, 변전소의 형태에 따른 분류 등이다. 그중에서도 변전소의 구성 형태에 따라 어떤 종류의 변전소들이 있는지, 각각의 방식의 구성 형태와 특징 그리고 구분 방법 등을 살펴보자.
변전소 종류
첫번째는 변전소 시설의 사용 목적에 따른 분류다. 승압변전소, 강압변전소가 이런 분류의 방법이다.
하지만 이런 목적에 따른 분류는 변전소를 구분하기에 충분하지 않다. 왜냐하면 대부분의 변전소는 강압변전소이고, 승압변전소는 발전소 측에만 설치되기 때문이다.
게다가 발전소 측 승압변전소는 보통 스위치야드(Switch Yard)라고 부르기 때문에 실무에서는 거의 사용되지 않는 단어다. 이런 구분법은 전력계통의 구성을 이해하는데 도움이 될 수 있으나 실무에서는 큰 도움이 되지 않는다.
그래서 변전소를 구분할 때는 두번째 방법인 변전기기의 구성 형태에 따른 분류를 사용한다. 이때, 기준이 되는 변전기기는 바로 주변압기(M.Tr), 스위치다.
주변압기를 설치하는 장소에 따라 옥외형, 옥내형, 지하형으로 분류하며, 스위치(차단기와 단로기)의 구성방식에 따라 철구형, GIS형으로 구분한다. 이러한 분류에 따라 변전소는 크게 아래와 같이 구분할 수 있다.
1. 옥외형 변전소 : 옥외철구형, 옥외GIS형, 옥외 Full GIS형
2. 옥내형 변전소 : 옥내GIS형
3. 지하형 변전소 : 지하GIS형, 복합GIS형
변전기기의 구성 형태에 따른 변전소의 종류를 하나씩 살펴보자.
옥외형 변전소
옥외형 변전소는 변전기기들이 건물 내에 위치한 것이 아니라 야외에 노출된 형태를 말한다. 변전소의 종류에 대해 알아보자.
변전소는 주변압기 설치장소에 따라 옥외형, 옥내형, 지하형으로 나뉜다. 이와 함께, 모선, 단로기, 차단기 등의 구성방법에 따라 철구형과 GIS형으로 분류할 수 있다. 각 변전소 형태별 주요 특징을 살펴보자.
옥외 철구형
옥외철구형 변전소는 상간 및 상-대지 간에 공기절연거리와 안전거리를 확보해야 하므로 넓은 면적이 필요하다. 이 때문에 부지조성에 따른 절토, 성토 면적의 증가로 산림훼손 악화 등 자연환경 조화에 불리한 요소가 있다.
주변압기, 모선, 차단기, 단로기, 변성기, 피뢰기 등 주요 설비가 대기 중에 노출되어 있어 염분, 먼지 등에 의한 오염이 쉽고 기기의 열화가 빠르다. 이로 인해 설비 신뢰도가 저하되며, 충전부가 대부분 대기 중에 노출되어 감전의 위험성이 존재하고 안전성이 저하된다.
그러나 설비구조가 단순하고 차단기, 단로기 등 개별기기를 단독으로 설치하고 옥외 가공모선으로 구성하므로 투자비용이 저렴하다. 또한, 주변압기의 냉각효과를 용이하게 얻을 수 있다는 장점이 있다.
우리나라는 개발도상국 시절 옥외철구형 변전소를 많이 설치했다. 비용이 저렴하고, GIS 기술 등이 충분히 발전하지 않았기 때문이다. 특히 토지 가격이 크게 비싸지 않던 시절에는 넓은 면적을 사용하는 대신 변전기기 비용을 줄이는 것이 더 우선시 됐다. 지금은 도시화가 진행되면서 변전소 인근이 주거지로 변화한 경우에는 옥내GIS형 변전소로 변경하는 공사도 다수 이뤄지고 있다.
옥외 Full GIS형
옥외 Full GIS형 변전소는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 이 형태의 변전소는 모선과 차단기, 단로기, 변성기 등의 개폐장치를 GIS로 구성하기 때문에, 옥외철구형에 비해 훨씬 적은 면적이 소요된다. 송전선로 인출입부분을 제외하고는 변전소 내에서 공기절연거리를 확보할 필요가 없어, 옥외GIS형에 비해 면적을 줄일 수 있다.
안전성 측면에서도 옥외 Full GIS형 변전소는 높은 평가를 받는다. 충전부가 모두 SF6 가스로 절연된 탱크 내에 내장되어 있기 때문에 감전 위험이 거의 없다. 또한, SF6 가스는 불연성이기 때문에 화재 위험이 없어 안전성이 높다.
옥외 Full GIS형 변전소는 개폐장치가 완전 밀폐된 구조로 되어 있어 염해, 먼지 등으로 인한 열화가 거의 없다. 이로 인해 신뢰도가 높아지며, 설비가 유닛별로 조립되어 공급되므로 설치 기간이 단축된다. 이러한 특징들은 전력 시스템의 안정성과 효율성을 높이는 데 기여한다.
그러나 이 형태의 변전소는 소요 면적이 축소되어 부지매수 및 토목공사 비용은 상당히 절약되지만, 변전설비 자재비가 비싸다는 단점이 있다. 이로 인해 초기 투자비용이 상대적으로 높을 수 있다.
옥외 GIS형
옥외GIS형 변전소는 주모선과 차단기, 단로기, 변성기 등의 개폐장치를 GIS로 구성하기 때문에, 옥외철구형에 비해 적은 면적이 소요된다는 특징을 가지고 있다. 이로 인해 공간 활용이 효율적이며, 설치 비용도 상대적으로 절약할 수 있다.
1차측 설비, 주변압기, 2차측 설비 간에는 강심알루미늄 전선(ACSR), 동바(copper bar) 등의 도체를 사용하여 접속한다. 이와 같은 전선도체는 높은 전류 전달 능력과 좋은 전기적 특성을 가지며, 전력 손실을 최소화한다. 또한, 알루미늄 전선도체는 동 전선도체에 비해 가벼우며, 부식에 대한 저항력이 높아 유지보수 비용이 낮다.
옥외GIS형 변전소는 송전선로 인출입부분과 주변압기 연결부분에 공기절연거리를 확보해야 하기 때문에, 옥외 Full GIS형에 비해 더 큰 면적이 소요된다. 이러한 구조적 특성으로 인해 옥외 Full GIS형보다는 설치 공간이 다소 더 필요하다.
옥외GIS형 변전소의 장점 중 하나는 안전성이다. GIS 구성 요소를 사용함으로써 공기 절연에 비해 높은 절연 성능과 신뢰성을 제공하며, 내부 설비는 외부 환경으로부터 보호받을 수 있다. 이로 인해 설비의 수명과 신뢰도가 향상되며, 전체적인 시스템 안정성이 높아진다.
옥내형 변전소
옥내형 변전소는 주요 설비가 건물 내부에 설치되어 있어 외부 환경으로부터 완전한 보호를 받을 수 있다. 이로 인해 설비의 수명과 신뢰도가 향상되며, 안전성도 높아진다. 또한, 옥내형 변전소는 여러 층으로 설치되므로, 옥외GIS형에 비해 훨씬 적은 면적이 소요된다. 이러한 구조적 특징 덕분에 도시 지역이나 공간이 제한된 지역에서 특히 유용하다.
그러나 옥내형 변전소의 단점도 있다. 건축 공사 비용이 증가하여 건설 비용이 높아지며, 작업 공간이 협소하여 기기 설치 작업이 복잡하다. 더불어, 설비 고장 시 기기 교체 작업이 어렵다는 점도 고려해야 한다. 이러한 단점들 때문에 초기 투자비용이 상대적으로 높을 수 있다.
지금은 신설되는 154kV 변전소의 거의 대부분이 옥내형으로 지어지고, 복잡한 도심지에 지하형 변전소가 일부 건설되고 있다. 변전소에서 발생하는 전자파는 인체에 무해하지만 옥외형 변전소의 경우 철골 구조물이 도시 미관을 저해하고, 지역 주민들의 민원을 크게 발생시키기 때문이다. 또한 차지하는 토지 면적이 작아서 토지가격이 높은 곳일수록 옥외형보다는 옥내형이 선호된다.
지하형 변전소
지하형 변전소는 주요 설비가 지하에 설치되어 있어, 지상 공간을 절약할 수 있는 특징이 있다. 다만 토목공사 비용이 높고, 방재 대책과 환기시스템 등 관련 비용이 추가로 발생하는 단점이 있다. 지하형 변전소는 일반 지하GIS형과 복합 GIS형으로 나눌 수 있다.
지하GIS형
일반 지하GIS형 변전소는 지하 공간에 설치되어 있어, 토목 공사 비용이 매우 높다. 따라서 적절한 기기 배치를 통해 소요 면적 및 각 층 높이를 최소화하는 것이 필요하다.
또한, 기기의 분할 반입이 가능해야 하며, 침수와 화재 등의 방재 대책에 대한 충분한 검토가 필요하다. 지하형 변전소에서는 환기 및 냉각 시스템의 중요성이 높아지며, 이에 대한 추가 비용이 발생할 수 있다.
복합GIS형
복합 GIS형 변전소는 지상 부분이 변전소 이외의 다른 용도(사무실, 오피스텔, 상가, 아파트 등)로 이용되는 복합용도 건물 내의 지하 부분에 변전소를 설치한다.
서울과 같은 도시 지역에서 옥내 또는 지하 변전소 부지 면적 확보가 곤란한 경우 적용하는 형태이다. 이 형태의 변전소는 공간 활용에 있어 효율적이며, 도심 지역에서 특히 유용하다.
복합 GIS형 변전소의 설치 시 고려해야 할 사항은 다양하다. 지하 변전소와 다른 용도의 건물 사이의 안전성을 확보하기 위해 충분한 방재 대책이 필요하다.
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