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KR101155996B1 - 절연가스 회수장치 및 이의 운용방법 - Google Patents

절연가스 회수장치 및 이의 운용방법 Download PDF

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KR101155996B1
KR101155996B1 KR1020100094996A KR20100094996A KR101155996B1 KR 101155996 B1 KR101155996 B1 KR 101155996B1 KR 1020100094996 A KR1020100094996 A KR 1020100094996A KR 20100094996 A KR20100094996 A KR 20100094996A KR 101155996 B1 KR101155996 B1 KR 101155996B1
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gas
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박종호
이형근
김태환
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명은 SF6 가스를 이용한 절연기기의 보수 또는 점검시 기기로부터 절연가스인 SF6를 회수하고 정제하기 위한 컴팩트한 장치의 구성 및 이의 운용방법에 관한 것이다. 상기 장치는 절연기기에 연결돼서 SF6를 회수 및 가압하는 회수부와, 상기 회수부에 연결돼서 회수된 SF6를 액화저장하는 저장부와, 상기 저장된 SF6로부터 불순물을 제거하여 농축된 SF6를 상기 회수부로 피드백시키는 정제부를 포함하고, 상기 정제부는 중공사 분리막과 VPSA(Vacuum Pressure Swing Adsorption)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또, 상기 방법은 상기 절연가스 회수장치의 개시 전에 장치 내 잔존하는 공기의 제거 및, 그리고, 절연가스 회수장치의 종료 직전에 장치 내 잔존하는 SF6의 회수의 추가공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해서, 절연기기에 고품위의 절연가스 공급과 동시에 정제과정에서 SF6의 대기 방출을 억제할 수 있다.

Description

절연가스 회수장치 및 이의 운용방법{Recovery device of the insulation gas and system control method thereof}
본 발명은 절연가스 회수장치 및 이의 운용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SF6 가스를 이용한 절연기기의 보수 또는 점검시 기기로부터 절연가스인 SF6를 회수하고 정제하기 위한 컴팩트한 장치의 구성 및 이의 운용방법에 관한 것이다. 이로 인해서, 절연기기에 고품위의 절연가스 공급과 동시에 정제과정에서 SF6의 대기 방출을 억제할 수 있다.
송배전 기기와 같은 절연기기(GIS: Gas Insulated Switchgear)에는 배전스위치에서 발생하는 접전저항을 억제하기 위하여 절연가스를 사용한다. SF6는 절연기능이 우수하여 송배전 기기에 절연가스로 널리 사용되고 있다. 그러나, SF6는 지구온난화계수(GWP)가 이산화탄소 대비 22,900배 높기 때문에 이의 대기중 방출을 적극 억제하여야 한다.
따라서, 송배전 기기에서, 스위치의 노화 등을 이유로 송배전 기기를 점검 및 보수하기 위해서는 대기 중의 SF6의 방출을 최소화할 수 있도록 SF6를 회수하여 외부용기에 보관한 후, 점검이 완료되면 다시 회수한 SF6를 송배전 기기 내에 충전하는 방식을 사용하고 있다.
절연효율은 절연가스의 순도에 영향을 받기 때문에 가급적 고농도(통상적으로 97중량% 이상)로 유지할 필요가 있다. 따라서, 절연기기 내로 공기의 확산 또는 보관용기로 절연가스의 이동 중에 공기 혼입을 적극 억제함과 동시에 정제를 통하여 고농도를 유지하여야 한다.
이와 관련하여 많은 연구가 진행되고 있으며, 다수의 문헌자료와 특허를 볼 수 있다.
먼저, 도 1과 같은 간단한 구성을 가지는 절연가스 회수장치(10)가 공지되어 있다.
상기 절연가스 회수장치(10)는 절연기기(1)에 압축기(22)가 직접 연결되고, 상기 압축기(22)에는 냉각기(14)가 연결되며, 상기 냉각기(14)에는 저장용기(16)가 연결된다. 따라서, 상기 압축기(22)에 의해 상기 절연기기(1)로부터 공급되는 SF6를 가압해서 고압으로 한 후, 상기 냉각기(14)를 통해 온도를 낮춰서 SF6를 액상으로 변화시킨 후에 압력용기인 상기 저장용기(16)에 저장하게 된다.
상기 구성은, 압축기를 사용하므로, 상기 절연기기(1) 내의 압력이 대기압 수준으로 낮아지면 더 이상 절연기기(1)로부터 SF6를 흡입할 수 없게 된다. 따라서, 상기 절연기기(1) 내의 SF6를 완벽하게 제거할 수 없어서, 상기 절연기기(1)에 채워진 가스(통상 5bar)중 80%를 회수하고, 20%는 대기중으로 방출해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 단점을 보완할 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같은 절연가스 회수장치(20)가 개시되어 있다. 상기 절연가스 회수장치(20)는 진공펌프(22)를 상기 절연기기(1)와 압축기(24) 사이에 적용하여 상기 절연기기(1)에 충전된 SF6의 99% 이상을 회수할 수 있다.
그러나, 상기 절연가스 회수장치(20)는 상기 절연기기(1)로부터 SF6의 회수율은 우수한 반면, 절연가스의 회수과정과 절연기기 사용 중에 확산에 의한 공기 혼입은 피할 수 없다. 따라서, 상기 절연가스 회수장치(20)에서는 회수된 SF6의 농도 감소는 필연적으로 발생하게 된다.
따라서, 회수된 SF6로부터 혼입된 공기 등의 불순물을 제거하여야 한다. 이러한 필요성에 의해서 도 3과 같이 정제부(34)를 구비한 절연가스 회수장치(30)가 개발되었다(일본 특개2000-246041, 대한민국특허 제10-0308404호 참조). 이 때 정제부는 산소/질소와 SF6 분자 크기 차이를 이용한 분리막을 적용하거나, 또는 분자 크기와 흡착특성을 이용하는 PSA(Pressure Swing Adsorption)를 적용하는 구성이 주류를 이룬다.
상기 절연가스 회수장치(30)는 SF6를 회수 및 가압하는 회수부(32)와, 회수된 SF6의 불순물을 제거하는 정제부(34)와, 불순물이 제거된 SF6를 냉각하여 액상상태로 저장하는 냉각저장부(36)를 포함한다. 상기 회수부(32)는 진공펌프와 압축기를 포함하고, 상기 정제부(34)는 가스를 정제하기 위한 흡착탑 또는 분리막과 가스흐름 구동력을 부여하기 위하여 별도의 가스 압축기, 흡착층 재생을 위한 진공 펌프가 구비된다. 또, 상기 냉각저장부(36)는 냉각기와 저장용기를 포함하여 구성된다.
그러나, 이러한 구성은, 기기로부터 절연가스를 회수하고, 이를 정제하여 현장에서 재활용 측면 관점으로 개발되었다. 즉, 절연기기로부터 회수율을 99% 이상을 확보하여도, 공기를 제거하기 위한 일반적인 정제과정으로는 다량의 SF6 대기 배출은 피할 수 없는 치명적인 문제점을 안고 있다.
따라서, 대기중으로 SF6의 방출을 최소화를 위한 노력이 필요하다. 또한 이러한 목적의 달성은, 정제부의 부피가 증가되어 사용상의 문제점(특히, 이동성)을 발생시키지 않는 범위에서 진행되어야 한다.
본 발명에서는, 상기 문제를 해결하기 위하여, 정제공정에서 대기중으로 배출하는 SF6 가스를 최소화(0.1%이하)할 수 있음과 동시에 기존 정제공정대비 부피를 더욱 감소한 절연가스 회수장치의 구성과 이의 운용 방법을 제시한다.
종래기술에 따른 절연가스 회수장치에서 정제부에 분리막을 이용한 대표적인 장치 구성은 대한민국특허 제10-0308404호에 나타나 있다.
도 4는 대한민국특허 제10-0308404호의 개념 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 가장 큰 특징은 정제부에 중공사 분리막(56)을 설치하여 공기를 제거하고, 분리된 가스를 다시 제1흡착층(42) 전단부로 피드백하는 단계를 볼 수 있다. 그러나, 중공사 분리막의 특성상 높은 선택도를 얻기 위해서는 정제장치의 부피 증가, 높은 투과도를 얻기 위해서는 선택도가 반감되는 문제가 있다.
즉, 고회수율 확보, 고농도 SF6 확보 및 장치 부피 최소화를 위해서는, 정제과정에서 대기중으로 배출하는 SF6를 감축할 수 있는 새로운 시스템 구성이 필요하다.
상기 목적을 만족하기 위한 회수.정제 장치의 개발은 완성되지 못한 실정이다. 즉, 현재까지 대부분의 연구에서 정제과정에서 손실되는 SF6를 최소화하기 위한 노력을 볼 수 없다. 단지, 현장에서 정제를 진행하여 고농도 회수 및 재활용 측면이 관심의 대상이었다.
따라서, 본 발명의 제 1의 목적은, 정제과정에서 SF6의 손실량을 0.1% 이하를 달성하는 고회수율의 절연가스 회수장치의 제공에 있다.
본 발명의 제 2의 목적은, 상기 장치의 컴팩트화를 달성하기 위하여 중공사 분리막과 VPSA 연계에 의한 컴팩트 공정의 제공에 있다.
본 발명의 제 3의 목적은, 상기 장치의 운용 방법 제공에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 절연기기에 연결돼서 SF6를 회수 및 가압하는 회수부와, 상기 회수부에 연결돼서 회수된 SF6를 액화저장하는 저장부와, 상기 저장된 SF6로부터 불순물을 제거하여 농축된 SF6를 상기 회수부로 피드백시키는 정제부를 포함하고, 상기 정제부는 중공사 분리막과 VPSA(Vacuum Pressure Swing Adsorption)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연가스 회수장치이다.
상기 저장부에 대하여 상기 중공사 분리막과 상기 VPSA는 순서대로 직렬배치되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 저장부는 SF6를 저장하는 저장용기와, 상기 저장용기에 연결돼서 SF6를 액화시키는 냉각기를 포함하고, 상기 저장용기의 내부에 형성된 가스층으로부터 피정제가스가 상기 정제부로 이동하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 저장용기와 상기 정제부 사이에 정압장치를 설치하여 상기 정제부에 일정한 압력으로 피정제가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 정제부에 의해서 농축된 절연가스를 상기 회수부에 포함되는 압축기보다 상류측으로 순환하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 발명은, 상기 절연가스 회수장치를 이용한 절연가스 회수방법에 있어서, 절연가스를 회수를 개시하기 전에 상기 절연가스 회수장치 내에 공기를 진공제거하는 단계를 포함하거나, 상기 절연가스 회수장치를 정지시키기 전에 상기 절연가스 회수장치 내에 포함된 절연가스를 진공회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에서는, 상술한 바와 같은 구성을 통하여 정제과정에서 대기 방출량을 최소화하여 절연가스 회수장치의 SF6 회수율을 99중량%이상을 달성하였다. 이와 동시에 시스템 부피 증가분 또한 최소화 할 수 있다.
가장 중요한 개념은, 정제과정에서 중공사 막이 갖는 고투과 장점과 흡착제가 갖는 고분리율의 장점을 이용한 하이브리드시스템을 구성한 것이다. 이에 따라서, 분리막과 VPSA가 각기 독립공정으로 구성된 정제 시스템 대비, 경쟁력 있는 절연가스 회수장치를 제공할 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 중공사 막 중에서 기공이 큰 폴리이서술폰계는 단위면적당 질소 투과량이 9GPU(1GPU=10-6㎤(STP)/㎠×s×㎝Hg) 이상에 이른다. 따라서, 가스처리량 대비 적은 부피를 차지한다. 따라서, 고 플럭스 1단 분리막으로 80중량% SF6 이하로 낮추고, 이어서, VPSA 적용시 처리유량이 70중량%이상 감소된 상태이기 때문에 흡착공정에서는 고선택도를 얻을 수 있다. 이와 같이, 분리막 공정과 흡착공정의 배열순서와 각각의 특성 결합을 통하여 본 발명이 완성되었다.
또 본 발명에서는, 상기 절연가스 회수장치의 개시 전에 장치 내 잔존하는 공기의 제거 및, 그리고, 절연가스 회수장치의 종료 직전에 장치 내 잔존하는 SF6의 회수의 추가공정을 통해, 불순물의 혼입 및 SF6의 유출을 최소화할 수 있는 공정도 제시된다.
본 발명의 회수.정제 장치 개발을 통하여, 절연가스의 대기중 배출을 적극 억제(99% 회수율 달성)할 수 있는 컴팩트 장치를 제공한다. 따라서, 전력산업에서 배출되는 SF6에 의한 온난화 기여를 현저하게 감축함으로서, 상기 산업 분야의 CDM (Clean Development Mechanism) 사업화 추진 가능한 장비를 제공한다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 절연가스 회수장치의 제1예의 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 절연가스 회수장치의 제2예의 구성도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 절연가스 회수장치의 제3예의 구성도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 절연가스 회수장치의 제4예의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 절연가스 회수장치의 개념적인 블럭도이다.
도 6은 도 5의 절연가스 회수장치에서 회수부와 정제부와 냉각저장부를 구체적으로 도시한 블럭도이다.
도 7은 도 6에서 VPSA의 일예를 구체적으로 도시한 절연가스 회수장치의 블럭도이다.
도 8은 본 발명에 따른 절연가스 회수방법의 공정순서도이다.
도 9는 회수장치의 운용시간에 따른 절연기기 내의 압력변화의 관계 그래프이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 절연기기로부터 절연가스를 회수하고 정화할 수 있는 컴팩트 장치를 제공한다.
상기 제1의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 절연가스 회수장치(100)는, 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 크게 회수부(102), 저장부(104), 정제부(106)를 포함하여 구성된다.
상기 회수부(102)는 절연기기(1)와 연결돼서 SF6를 회수 및 가압하는 역할을 하며, 이를 위해 회수진공펌프(114)와 회수압축기(118)을 포함한다. 상기 회수부(102)는 가급적 빠른 시간내에 절연가스를 회수할 수 있도록 구성하였다. 그리고, 상기 회수진공펌프(114)의 전단의 회수입력관(170)에는 산성가스를 제거하기 위한 제1흡착부(112)가 설치되고, 상기 회수압축기(118)의 후단의 회수출력관(180)에는 상기 회수압축기(118)의 유분과 수분을 제거하기 위한 제2흡착부(120)가 설치된다.
상기 제1흡착부(112)는 산성가스를 흡착할 수 있는 고체입자 충진층이 배치된다. 따라서 절연가스는 상기 제1흡착부(112)를 통과하면서, SF6의 분해 과정에서 생성된 산성가스(HF, H2S, SF4, SF2, SOF2, SO2F2 등)가 제거된다.
상기 제1흡착부(112)의 전단에는 절연가스 회수장치(100)를 상기 절연기기(1) 또는 대기에 대하여 격리시킬 수 있는 차단밸브(110)가 설치된다. 그리고, 상기 회수진공펌프(114)는 상기 회수압축기(118)의 전단에서 회수메인관(172)에 연결되는 바이패스관(174)에 설치된다. 또, 상기 회수진공펌프(114)의 출력측에는 전환밸브(116)가 설치된다. 상기 전환밸브(116)에 의해 상기 회수진공펌프(114)는 상기 회수압축기(118) 측을 향해 연결되는 제1출력관(176)에 연결되거나, 대기에 연통하는 제2출력관(178)에 연결되는 제2출력관(178)에 연결될 수 있다.
절연가스를 사용하는 절연기기(1)와 저장용기(122)의 압력이 같은 시점까지는 별다른 구동력 없이 평형이 이른다. 이 때는, 상기 회수진공펌프(114)를 거치지 않고 회수메인관(172)을 경유하여 상기 회수압축기(118)으로 공급된다. 이어서 절연가스는 회수압축기(118)에 의해서 가압되어 저장용기(122)로 공급되어 액화 저장된다. 또, 상기 절연기기(1)의 압력이 저장용기(122)의 압력과 유사해지는 시점부터 회수율이 급격하게 감소하게 된다. 따라서, 이 때 부터는 상기 진공펌프(114)로 10torr까지 감압되어 99% 이상의 절연가스를 회수한다.
상기 저장부(104)는 상기 회수출력관(180)과 연결되는 저장용기(122)와, 상기 저장용기(122)에 연결돼서 SF6를 30℃ 이하로 냉각 액화시키는 냉각기(124)를 포함한다.
상기 저장부(104)의 저장출력관(182)에는 정압장치(108)가 설치된다. 상기 정압장치(108)는 공지의 정압밸브를 포함하여 구성되며, 상기 저장용기(122)의 상측에 형성되는 가스를 일정한 압력으로 상기 정제부(106)에 전달하게 된다.
상기 정제부(106)는 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여, 상기 정압장치(108)에 연결되는 정압출력관(184)과 연결되는 중공사 분리막(126)과, 상기 중공사 분리막(126)의 제1배출관(186)과 연결되는 VPSA(128)를 포함하여 구성된다. 상기 정제부(106)는 SF6의 재활용하기 위한 농도 만족과 함께 정제과정에서 대기중 배출량을 최소화하여 정제공정의 손실량을 회수량의 0.1중량% 이하가 되도록 하였다. 상기 중공사 분리막(126)은 폴리이서술폰계 중공사 막으로 이루어지며, 가스 투과량은 높은 반면 N2/SF6 선택도는 다소 낮다(10-12수준).
일반적으로 분리막 또는 PSA 단독 구성시, SF6 회수율을 높게 유지하기 위해서 정제장치 및 주변기기(압축기) 수량이 증가되는 단점이 있다. 그러나, 중공사 분리막과 VPSA 각기 특성을 이용하여, 중공사 분리막(126)과 VPSA(128) 공정을 직렬 연결시 SF6 낭비 요인을 최소화와 동시에 분리부와 주변기기(압축기, 진공펌프)의 수량을 최소화 할 수 있다.
그리고, 상기 중공사 분리막(126)의 제1정제관(190)과 상기 VPSA(128)의 제2정제관(188)은 피드백관(192)에서 합쳐져서 상기 회수메인관(172)으로 정제된 SF6를 공급한다. 좀 더 자세하게는, 상기 피드백관(192)은 상기 회수메인관(172)에서 바이패스관(174)이 분기하는 지점보다 상류측에 배치된다.
상기 VPSA(128)는 다양한 조합으로 구성할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 중공사 분리막(126)의 제1배출관(186)에 연결되는 정제압축기(130)와, 상기 정제압축기(130)와 제1연결관(186)으로 연결되는 제1흡착탑(132) 및 제2흡착탑(134)와, 상기 제1흡착탑(132) 및 상기 제2흡착탑(134)에 제2연결관(198)으로 연결되는 정제진공펌프(136)를 포함한다. 상술한 제2배출관(194)은 상기 제1흡착탑(132) 및 상기 제2흡착탑(134)에 배치된다.
좀 더 상술하면, 상기 중공사 분리막(126)에 공급된 절연가스 중 분자 크기가 작은 공기는 상기 제1배출관(186)을 통하여 상기 정제압축기(130)로 공급되고, 상기 정제압축기(130)에서 3-5atm 범위로 가압되어 상기 제1흡착탑(132) 및 상기 제2흡착탑(134)에 공급된다. 상기 제1흡착탑(132) 및 상기 제2흡착탑(134)에서 SF6 대부분은 충진제(활성탄계)에 흡착돼서 제2정제관(198)으로 이동되고, 미흡착된 미량의 SF6와 공기는 제2배출관(194)을 통하여 대기중으로 배출된다. 상기 제1흡착탑(132) 및 상기 제2흡착탑(134)에서는 SF6 흡착용량 80~90% 도달에 해당되는 시간을 흡착하고, 상기 제1흡착탑(132) 및 상기 제2흡착탑(134)은 서로 교호적으로 교체되도록 연결밸브(미도시)에 의해 자동 조절된다.
상기 정제압축기(130)는 상기 제1흡착탑(132) 및 상기 제2흡착탑(134)에 일정한 압력의 투과가스를 공급을 목적으로 하기 때문에, 상기 정압장치(108)는 정압계만을 사용하여도 소기의 목적을 달성할 수 있다. 다만, 이러한 구성시 상기 정압계는 상기 제1정제관(190)에 설치될 것이 요구된다(미도시).
상기 순서는 중요한 의미를 갖는다. 절연가스는 상기 제1흡착부(112)를 통과하여 산성가스가 제거되고, 상기 회수압축기(118)에서 20atm 이상으로 압축된다. 이어서, 압축기 오일과 수분을 제거하기 위한 제2흡착부(120)를 통과한다. 이어서, 상기 냉각기(124)와 연결된 열교환기(미도시)를 통과하여 온도가 30℃ 이하로 냉각되고 저장용기(122)로 이동된다.
절연가스는 열교환기를 통과하면서 30℃ 이하로 냉각되어 대부분이 액상으로 전환되고 일부의 SF6와 오염가스는 가스 형태로 이동된다. 가스상 중 SF6의 농도는 온도와 압력에 따라서 변화된다.
따라서, 상기 저장용기(122)의 하부에는 액상의 SF6, 상부에는 가스상의 비응축성 가스와 SF6가스 일부가 존재하게 된다. 즉, 압축 냉각과정을 통하여 이미 절연가스 중에 포함된 대부분의 SF6는 액상으로 전환되고, 비응축성 가스중에 일부의 SF6 가스가 존재하도록 분리과정은 자연스럽게 완성도가 높은 상태에 도달하게 된다. 좀 더 상술하면, 상기 회수압축기(118)에 의한 가압 및 상기 냉각기(124)에 의한 냉각으로 SF6 대부분은 액상으로 전환되고, 유입된 공기와 SF6 분해 과정에서 생성된 저분자 물질(CF4, C2F4, C2F6 등)은 기상으로 용기의 상부에 머물게 된다.
따라서, 보관용기 상부의 가스상을 대상으로 정제공정을 구성할 때 이송되어야할 가스 총량도 95% 이상이 감소된 상태에 있다. 따라서 정제공정에서 처리해야 할 가스의 총량은 기존 회수가스를 정제하여 저장하는 공정(일본 특개 2000-135412 참조) 대비 최대 10%이하 가스 부피가 상기 정제부(106)로 공급된다.
부가적으로 분리공정에서 분리효율의 인자로 작용되는 오염물질의 농도 증가를 통하여 분리효율의 향상이 유도된다. 또한, 이와 함께 처리가스의 유량 감소를 통하여 VPSA에서의 SF6 회수율은 매우 높다.
본 발명의 실시예에 따른 절연가스 회수장치(100)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이하에서는, 상기 절연가스 회수장치(100)를 이용한 절연가스 회수방법에 대해 설명한다.
먼저, 개시준비단계(S10)로써, 상기 절연가스 회수장치(100)에 미리 혼입되어 있는 공기를 제거한다. 특히, 상기 정제부(106)의 정제능력을 유지할 수 있도록 상기 정제부(106)에 혼입되어 있는 공기의 제거가 중요하다. 이를 위하여, 상기 차단밸브(110)를 폐쇄한 상태에서, 상기 정제진공펌프(136)와 상기 회수진공펌프(114)를 가동하고, 상기 삼방밸브(116)를 상기 제2출력관(178)과 연결되도록 한다. 상기 개시준비단계(S10)는 미리 설정된 개시준비시간동안 이루어지며, 목표압력은 상기 정제부(106) 내에서 10torr로 한다. 따라서, 개시준비시간은 상기 절연가스 회수장치(100)의 규모에 따라 달라질 수 있다.
다음으로, 절연가스 회수단계(S20)로써, 상기 차단밸브(110)를 개방하고, 상기 삼방밸브(116)가 상기 제1출력관(178)과 연결된다. 물론, 상기 회수입력관(170)은 절연기기(1)와 연결된 상태이다. 상기 절연가스 회수단계(S20)는 상기 절연기기(1) 내의 압력이 10torr이 되는 것을 목표로 하며, 따라서 회수시간은 상기 절연기기(1)의 규모에 따라 달라질 수 있다.
절연기기(1)의 규모가 170만 KV인 경우, 정제 시간 2시간 구동으로 절연기기에 재활용 가능한 수준의 SF6 농도(97%)에 도달될 수 있고, 정제과정에서 대기중으로 배출되는 SF6를 0.1%이하를 달성 할 수 있다. 정제 시간을 과다하게 부여하면 절연가스의 농도는 99%이상까지도 농축할 수 있으나, 대기 배출가스중에 포함된 미량의 SF6의 대기중 방출량 또한 증가하게 된다. 따라서, 절연효율을 발휘할 수 있는 97% 이상 SF6 농도에 도달 가능 상태를 기준으로 정제시간을 부여한다(최대 2시간). 이의 판정은, SF6 분석기를 사용하여 판단할 수 있다.
특히, 회수율이 급격하게 감소하기 시작하여 상기 회수진공펌프(114)로 회수시작 하는 시점부터, 정제부의 운용을 시작한다. 즉, 절연가스의 유입량이 감소되기 때문에 상기 회수압축기(118)는 압축용량 이하로 운용돼서 상기 정제부(106)에서 피드백관(192)을 통하여 순환되는 절연가스를 공급하여도 회수부(102)의 절연가스 회수속도에 영향을 주지 않는다.
그리고, 상기 절연기기(1)를 점검보수한다(S30).
점검보수가 완료되면, 상기 절연기기(1) 내의 공기를 제거한다(S40). 상기 절연기기(1) 내의 압력은 10torr 이하를 목표로 하며, 따라서 제거시간은 상기 절연기기(1)의 규모에 따라 달라질 수 있다.
이후, 상기 저장용기(60) 내의 SF6를 상기 절연기기(1) 내에 충전시킨다(S50).
끝으로, 상기 절연가스 회수장치(100) 내, 특히 상기 정제부(106) 내에 잔존하는 절연가스를 회수하는 종료준비단계를 실시한다(S60). 이를 위하여, 상기 차단밸브(110)를 폐쇄한 상태에서, 상기 정제진공펌프(136)와 상기 회수진공펌프(114)를 가동하고, 상기 삼방밸브(116)를 상기 제1출력관(176)과 연결되도록 한다. 상기 종료준비단계(S60)는 미리 설정된 종료준비시간동안 이루어지며, 목표압력은 상기 정제부(106) 내에서 10torr 이하로 한다. 따라서, 종료준비시간은 상기 절연가스 회수장치(100)의 규모에 따라 달라질 수 있다.
이와 같이 상기 정제부(106)의 기동시 사전 공기제거(pre-run)와 종료 전 절연가스 회수(post-run)을 통하여 절연가스중에 공기 포함에 의한 오염원제거, 정제장치에 포함된 SF6 대기중 배출을 적극 억제하여 대기 방출을 방지할 수 있다. 이러한 단계의 운전은, 운용로직에 탑재하거나, 장비 운용자가 수동 진행하는 것도 가능하다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 절연기기 10,20,30,40,100: 절연가스 회수장치
12,24,48: 압축기 14,26,54: 냉각기
16,28,52: 저장용기 22,46: 진공펌프
32: 회수부 34: 정제부
36: 냉각저장부 42: 제1흡착층
44: 정량계 50: 제2흡착층
56: 중공사 분리막 102: 회수부
104: 정제부 106: 정제부
108: 정압장치 110: 차단밸브
112: 제1흡착부 114: 회수진공펌프
116: 삼방밸브 118: 회수압축기
120: 제2흡착부 122: 저장용기
124: 냉각기 126: 중공사 분리막
128: VPSA 130: 정제압축기
132: 제1흡착탑 134: 제2흡착탑
136: 정제진공펌프 170: 회수입력관
172: 회수메인관 174: 바이패스관
176: 제1출력관 178: 제2출력관
180: 회수출력관 182: 저장출력관
184: 정압출력관 186: 제1배출관
188: 제2정제관 190: 제1정제관
192: 피드백관 194: 제2배출관
196: 제1연결관 198: 제2연결관

Claims (7)

  1. 절연기기에 연결되어 SF6를 회수 및 가압하는 회수부와, 상기 회수부에 연결돼서 회수된 SF6를 액화저장하는 저장부와, 상기 저장된 SF6로부터 불순물을 제거하여 농축된 SF6를 상기 회수부로 피드백시키는 정제부를 포함하고,
    상기 정제부는 중공사 분리막과 VPSA(Vacuum Pressure Swing Adsorption)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연가스 회수장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장부에 대하여 상기 중공사 분리막과 상기 VPSA는 순서대로 직렬배치되는 것을 특징으로 하는 절연가스 회수장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 저장부는 SF6를 저장하는 저장용기와, 상기 저장용기에 연결되어 SF6를 액화시키는 냉각기를 포함하고, 상기 저장용기의 내부에 형성된 가스층으로부터 피정제가스가 상기 정제부로 이동하는 것을 특징으로 하는 절연가스 회수장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 저장용기와 상기 정제부 사이에 정압장치를 설치하여 상기 정제부에 일정한 압력으로 피정제가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 절연가스 회수장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 정제부에 의해서 농축된 절연가스를 상기 회수부에 포함되는 압축기보다 상류측으로 순환하는 것을 특징으로 하는 절연가스 회수장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 절연가스 회수장치를 이용한 절연가스 회수방법에 있어서, 절연가스를 회수를 개시하기 전에 상기 절연가스 회수장치 내에 공기를 진공제거 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연가스 회수방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 절연가스 회수장치를 이용한 절연가스 회수방법에 있어서, 상기 절연가스 회수장치를 정지시키기 전에 상기 절연가스 회수장치 내에 포함된 절연가스의 진공회수 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연가스 회수방법.
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Citations (2)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001110284A (ja) 1999-10-01 2001-04-20 Toshiba Corp ガス回収装置
JP2001314008A (ja) 2000-04-28 2001-11-09 Toshiba Corp ガス回収装置及びガス回収方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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