흐름과 함께 이동 - 에너지 공급의 안정성을 보장하는 진공

흐름과 함께 이동 - 에너지 공급의 안정성을 보장하는 진공

진공 스위치는 복잡한 전력망 시스템에서 단지 작은 톱니와 같습니다. 하지만 진공 스위치는 전기 에너지를 안정적으로 24시간 공급하는 데 있어 핵심적인 역할을 합니다.

발전소에서 소비자까지
커피 메이커를 켜거나 스마트폰을 충전할 때 우리는 매우 복잡한 전기 공급 인프라에 대해서는 생각하지 않습니다. 예를 들어, 독일에서는 전기를 180만 킬로미터 이상의 전력망을 통해 발전소에서 최종 소비자에게 공급합니다. 전력선에는 220,000V 또는 380,000V의 고전압 전기가 흐릅니다. 

대략적인 지역 분배를 위해 이러한 전기는 일반적으로 초기에는 110,000V로 변환됩니다. 그런 다음 중간단계 변전소에서 50,000V와 1,000V 사이의 중전압으로 변압된 다음, 230V의 저전압으로 지역 전력망을 통하여 각 지방 자치에 공급됩니다. 에너지 수요가 많은 큰 공장, 병원, 대형 수영장 또는 방송탑에는 자체 변전소가 있어서 중전압 전력망에서 직접 전기를 받는 경우도 종종 있습니다. 또한, 전력망 관리를 통해 발전량과 소비량을 균형 있게 조절합니다. 변전 과정 및 지속적인 통전 조정 중에는 수많은 스위치가 계속해서 작동합니다.

가끔 어둠 속에서 간단한 전기 스위치를 누르면 작은 불꽃이 튀는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 불꽃은 접점이 가까워지거나 분리된 직후에도 나타납니다. 전기는 접점 사이의 공기를 이온화하고, 이를 통해 전기는 접점 사이보다 더 먼 거리까지 흐릅니다. 작은 불꽃은 작은 전기 아크입니다. 이러한 물리적 현상은 집에서 전등 스위치를 누를 때는 무해하지만 고압 및 최대 전압 스위치를 누를때는 파괴적인 힘을 가질 수 있습니다. 전기 아크는 섭씨 5000도 이상에 달하며 대부분의 물질을 몇 초 안에 태워버릴 정도로 뜨겁습니다.

전기 아크를 방지하는 진공

하지만 접점 연소는 연결된 전체 전력 망의 기능을 즉각 위험에 빠뜨립니다. 또한, 화재는 고압 스테이션의 다른 스위치나 부품으로 퍼질 수 있습니다. 고전압 스위치를 만들 때, 공기를 빼는 이유가 바로 이 때문입니다. 진공 단속기는 스위치 접점을 밀폐합니다. 진공 상태에서는 이온화되어 전기 아크를 운반할 수 있는 공기 분자가 없습니다.

그러나 접점에서는 소량의 금속이 고전압 전류 상태에서 증발하기 때문에 작은 전기 아크가 여전히 발생합니다. 진공 단속기의 일반적인 모양(경사형 슬릿이 있는 원통형)과 재질로 인해 이러한 전기 아크가 낮은 열만 발생시키게 됩니다. 또한, 진공 상태에서는 전기 아크가 격리 상태로 유지되며 손상을 일으킬 수 없습니다. 고전압 스위치를 만들 때, 공기를 빼는 이유가 바로 이 때문입니다.


발전소의 장애는 정전의 명백한 원인 중 하나입니다. 그러나 발전기에서 장애가 발생하면 일반적으로 다른 발전소에서 아주 신속하게 적절한 양의 전기를 추가로 공급합니다. 번개가 중전압 전력망의 일부인 송전탑에 부딪히면 몇 초 동안 정전이 지속될 수도 있습니다. 전력망의 많은 부분에서 전기가 몇 분 또는 몇 시간 동안 끊기면 에너지 전문가들은 이를 정전으로 간주합니다. 이러한 경우 전체 전원 공급이 중단됩니다. 정전이 유발되는 다른 예로는 나무가 쓰러져 주요 전선이 끊어지거나 단락되는 경우입니다. 겨울철 극한의 기상 조건은 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 장기간 추위가 지속된 후 눈이 녹거나 갑작스럽게 비가 내리면 전선에 두꺼운 얼음층이 쌓이고 그 무게로 인해 전선이 끊어져 에너지 전달을 방해할 수 있습니다. 때로는 영향을 받는 송전탑이 뒤집히기도 하고, 최악의 경우 도미노 효과가 발생하여 다른 송전탑 또한 전복될 수 있습니다. 그러나 역사상 가장 큰 정전은 그 원인이 대부분 전력망 자체였습니다. 송전압의 급격한 변화 또는 용량를 초과한 과부하 송전에 의해 발생한 것으로, 중요 부품의 기술적 오작동으로 인한 사례가 대부분이었습니다.

유럽에서는 SAIDI 값(시스템 평균 중단 지속 시간 지수)으로 정전 빈도를 표시합니다. 이 방식에서는 정전 길이와 소비자 수 사이의 비율을 설정하며, 일년 중 정전시간(분 단위)을 나타냅니다. 2013년에는 룩셈부르크의 SAIDI 값이 10분으로 가장 낮았으며 덴마크, 스위스, 독일이 그 뒤를 이었습니다.


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