가스 절연 변압기 (Gas Insulated Power Transformer)

SF6 가스절연 변압기

1. 가스 절연 변압기

가스 절연 변압기는 변압기의 코어와 권선이 가스로 절연 및 냉각되는 초고압 변압기입니다. 가스 절연 변압기에서 일반적으로 사용되는 절연 가스는 SF6 가스입니다.가스 절연 변압기는 기본적으로 IEC 60076의 전력용 변압기 표준을 따르며, 세부적으로는 IEC 60076-15의 가스로 채워진 전력용 변압기 국제 표준을 준수합니다. 주요 제작사는 일본의 도시바, 미쯔비시, 메이덴사, 국내의 현대 일렉트릭, 효성, 일진전기로, 현재는 일본, 한국, 싱가포르 등 주로 아시아 지역에서만 주로 사용되고 있습니다.

 

2. SF6(Sulfur Hexafluoride : 육불화황) 가스

SF6 가스는 황 원자를 중심으로 플루오린 원자가 정팔면체 구조를 취하고 있는 플루오린과 황의 화합물입니다. SF6 가스는 열적 안정성이 뛰어나고, 화학적으로도 비활성이므로 안정적인 기체이기 때문에 불연성 가스로 잘 알려져 있습니다. SF6의 전기적 특성은 절연 내력이 높고, 소호 능력이 좋으며, 아크 발생이 안정적일 뿐만 아니라 절연 회복도 빠른 특성을 가지고 있습니다. 게다가 열 전달성이 뛰어나고, 인체에 무해한 기체이기 때문에 전력용 변압기 및 절연 개폐 장치 등 초고압 전력설비의 절연 매체로 지난 50년 넘게, 현재까지도 많이 사용되고 있는 가스입니다.

그러나, 지구온난화의 주범으로 꼽히는 이산화탄소 대비 지구온난화 지수가 약 23,500배 높은 온실가스가 바로 SF6 가스입니다. SF6 가스는 대기 중에서 최대 3,200년 동안 사라지지 않고, 지구 대기환경에 영향을 미치는 최악의 온실가스입니다.

 

3. SF6 가스 절연 변압기의 장점

SF6 가스 절연 변압기의 장점은 절연 매체로 SF6를 사용하기 때문에, SF6 가스의 장점과 유사합니다. 따라서 다음과 같은 장점이 있습니다.

첫째, 가스 절연 변압기는 무색, 무취, 불연성 가스인 SF6를 이용하여 절연 및 냉각을 하기 때문에 불연성의 장점을 갖습니다. 따라서 소방 설비의 단순화가 가능하며, 방화벽을 설치할 필요가 없으므로, 변전소 내 설치 공간 활용에 장점이 있습니다. 이러한 장점 때문에 SF6 가스 절연 변압기는 서울 같이 인구가 많은 도심지 내 변전소, 또는 지하 복합 변전소 등 화재로 인한 대규모 인명피해가 예상되는 변전소에 주로 설치됩니다.

둘째, SF6 가스의 압축성으로 인해 가스 절연 변압기는 유입식 변압기와 달리 컨서베이터, 방압안전장치 등을 변압기 탱크에 설치할 필요가 없습니다. 따라서 가스 절연 변압기는 일반 유입식 변압기보다 소형화가 가능합니다. 또한 변압기의 사이즈가 줄어들기 때문에 변전소의 공간 활용에 상당히 효과적입니다.

셋째, 설치 및 유지 보수 점검의 용이성입니다. 가스 절연 변압기는 절연 및 냉각 매체로 가스를 사용하기 때문에 기존 유입식 변압기보다 변압기 내부가 청결하고, 설치 시 오일 여과 작업 등이 생략 가능합니다. 또한 절연유에 비하여 열화가 느리기 때문에 주기적인 모니터링으로 탱크의 압력만 점검하면 되므로, 유지 보수가 용이합니다.

 

4. SF6 가스 절연 변압기의 단점

앞서 서술한 바와 같이 가스 절연 변압기에 사용되는 SF6 가스는 1997년 교토의정서에 6대 온실가스로 지정되었습니다. 또한 기후변화에 관한 정부 간 패널 IPCC에서도 SF6 가스를 지구환경에 가장 악영향을 미치는 가스로 선정했습니다. 이렇듯 지구온난화의 심각성이 대두되면서 초고압 전력설비 분야에서도 SF6 가스를 퇴출하기 위한 노력을 하고 있습니다. 따라서 SF6 가스의 가장 큰 단점은 지구온난화 지수가 이산화탄소 보다도 약 23,500배 높다는 것입니다. 그로 인해 가스 절연 변압기는 SF6 가스의 회수 및 처리에 총력을 다한다고 해도 앞으로는 더 이상 만들지 못할 수도 있다는 것입니다.

 

5. 대책

이미 초고압 전력 설비 중, 개폐 장치 분야에서는 SF6 가스의 대체 가스로 3M 사에서 개발한 친환경 가스인 Novec-4710, Novec-5110 및 건조 공기,질소가스 등을 활용하는 연구 및 개발이 활발히 진행 중입니다. 변압기 분야에서도 대체 가스를 활용하는 방안을 한국전력을 주축으로 국내 변압기 제조사들이 연구를 진행 중이며, 일본의 도시바에서도 해당 연구를 수행 중입니다.