GIS

왜 배우는가: GIS는 변전소 면적을 크게 줄이고 도심·대용량 변전소에 널리 쓰이는 핵심 수전설비다. 개요, 구성 기기, 재래식 대비 장단점은 1교시 용어형과 2~4교시 논술형에 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제119회 4교시 6번, 제112회 1교시 6번, 제102회 2교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

가스절연개폐장치(GIS)는 차단기·단로기·접지장치·변성기·피뢰기·모선을 금속 탱크에 수납하고 절연 매체로 SF6 가스를 사용하는 개폐장치 시스템이다.

• 가스절연개폐장치(GIS)
• SF6 가스 절연
• 금속 탱크 밀폐 구조
• 절연 스페이서
• 설치면적 축소
• 밀폐화·소형화
• 차단기·단로기·접지개폐기

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 고전압 개폐기기를 공기 대신 가스로 채운 금속 상자 안에 모아 넣은 설비다. 공기 절연 변전소(AIS)는 기기를 밖에 흩어 놓지만, GIS는 한 상자에 모은다.

정식 정의는 다음과 같다. 차단기, 단로기, 접지장치 등 개폐 기능과 변성기, 피뢰기, 모선을 금속 탱크에 수납하고, 충전부는 절연 스페이서로 지지하며, 절연 매체로 SF6 가스를 쓰는 개폐장치 시스템을 말한다.

핵심 용어 풀이는 다음과 같다.

• SF6 가스: 육불화황으로, 공기보다 절연 강도가 높아 기기 간 간격을 줄인다. 온난화 가스이므로 누설 관리가 필요하다.
• 절연 스페이서: 충전부를 탱크 내부에서 지지하고 절연하는 에폭시 등의 부품이다.
• 금속 탱크(외함): 접지된 외함으로, 충전부를 감싸 감전과 외부 오염을 막는다.
• 차단기(CB): 사고전류를 차단하는 주 기기다. GIS 안에서 가스 소호 방식으로 아크를 끈다.
• 단로기·접지개폐기: 무전류 상태에서 회로를 분리하고 접지하여 점검 안전을 확보한다.

이 세 가지가 GIS의 기본 구조다. 탱크 안 가스 압력이 절연을 좌우하므로 압력 감시가 함께 설계된다.

3. 등장 배경과 필요성

전력 수요가 늘면서 변전소의 전압과 용량이 커졌다. 그런데 도심과 산업단지에서는 변전소 부지를 확보하기 어렵다. 공기 절연 설비는 절연 간격 때문에 넓은 면적이 필요했다.

이에 따라 세 가지 요구가 생겼다.

• 우수한 절연 성능: 고전압·대용량화에 따라 절연 간격을 줄이면서 신뢰도를 유지해야 한다.
• 소형화: 용지 확보가 어렵고 설치 장소 선정이 자유롭지 못하므로 면적을 줄여야 한다.
• 밀폐화: 외부 오염과 염해를 막아 고장을 줄이고, 인체 안전을 확보하며, 점검 기회를 줄여야 한다.

GIS는 이 세 요구를 동시에 만족하는 방식으로 등장했다. SF6 가스는 1960년대부터 개폐장치에 쓰이기 시작했다. 공기 절연 대비 절연 능력이 크게 높아 기기를 촉진적으로 밀집 배치할 수 있다.

그 결과 GIS의 설치 면적은 AIS 대비 크게 줄어드는 것으로 알려져 있다. 도심 지하나 건물 내부에 변전소를 두는 것이 가능해진 배경이다.

AIS 대비 설치 면적 축소

발전소 측에서는 발전기 가까이 설치해 케이블과 모선 연결 비용을 줄이는 효과도 있다.