데이터 센터 및 재생 에너지 프로젝트의 중압 개폐 장치 애플리케이션

두 가지 산업, 하나의 공통 종속성

데이터 센터와 재생 가능 에너지 프로젝트는 공통점이 거의 없는 것으로 보입니다. 하나는 서버 랙으로 가득 찬 기후 제어 건물로, 여기서 기본 출력은 디지털 정보입니다. 다른 하나는 날씨에 노출된 대규모 실외 설치로, 여기서 1차 출력은 송전망에 공급되는 전력입니다.

그러나 표면적으로는 중요한 의존성을 공유하고 있습니다. 즉, 10년 전에는 흔치 않은 것으로 간주되었던 작동 조건에서 완벽하게 작동하는 고압 스위치기어입니다. 두 산업 모두 놀라운 속도로 성장했습니다. 두 회사 모두 프로젝트 일정과 자본 비용에 대한 극심한 압박에 직면해 있습니다. 그리고 둘 다 SF₆ 없는 장비, 즉 기업의 지속 가능성 약속에 따라 구동되는 데이터 센터, 청정 발전이 높은 GWP 인프라에 의존해서는 안 된다는 논리에 따라 구동되는 재생 에너지 프로젝트를 점점 더 구체화하고 있습니다.

이 기사에서는 이 두 부문의 고압 개폐 장치 요구 사항을 자세히 조사합니다. 장비 선택을 주도하는 기술적 요구 사항, 효과가 입증된 구성, 두 업계의 조달 팀이 이제 필수로 간주하는 문서화 및 규정 준수 요구 사항에 중점을 두고 있습니다.

1부: 데이터 센터

최신 데이터 센터의 전기적 아키텍처

하이퍼스케일 데이터 센터는 기본적으로 전기 변환 시설입니다. 전력은 유틸리티 그리드에서 고전압 또는 중전압으로 도달하고 여러 변환 단계를 거쳐 궁극적으로 탁월한 신뢰성 요구 사항을 갖춘 저전압의 서버 랙에 도달합니다. 가동 시간에 대한 업계 표준(99.999% 가용성)은 모든 계획된 유지 관리를 포함하여 연간 5분 남짓의 가동 중지 시간을 허용합니다.

중압 배전반유틸리티 공급과 데이터 센터의 내부 유통 네트워크 사이의 중요한 교차점에 위치합니다. 일반적인 아키텍처에서 10kV ~ 36kV의 유틸리티 피더는 시설의 현장 변전소에 들어가고, 여기서 중전압 스위치기어는 유입 피더 보호, 변압기 1차 보호 및 버스 섹션 스위칭을 제공합니다. 다운스트림의 추가 고압 개폐 장치는 대형 냉각 장치, UPS 입력 배전반 및 백업 전력 시스템용 발전기 병렬 개폐 장치에 사용될 수 있습니다.

이 아키텍처의 스위치기어는 여러 가지 까다로운 기준을 동시에 충족해야 합니다. 값비싼 공간인 건물 면적에 맞을 만큼 컴팩트해야 합니다. 유지 관리 개입이 연간 시간이 아닌 10년당 시간 단위로 측정될 만큼 충분히 신뢰할 수 있어야 합니다. 또한 데이터 센터의 건물 관리 시스템 및 전력 모니터링 플랫폼과 통합되어 스위치 위치, 보호 이벤트 및 장비 상태에 대한 실시간 데이터를 제공할 수 있어야 합니다.

진공 회로 차단기가 표준인 이유

진공 회로 차단기는 기술 및 운영상의 이유로 데이터 센터의 고압 스위칭을 위한 기본 선택이 되었습니다.

기술적으로 진공 차단기는 연소할 것도, 품질이 저하될 것도, 누출될 것도 없는 밀봉된 세라믹 외피 내부의 아크를 소멸시킵니다. 가스가 없다는 것은 가스 관련 유지 관리가 없다는 것을 의미합니다. 대규모 가동 중단 없이 15년 동안 운영될 수 있는 시설을 갖춘 데이터 센터 운영자의 경우, 정기적인 주의가 필요한 모든 장비는 책임입니다. 10,000회 기계적 작동 정격의 M2급 작동 메커니즘을 갖춘 진공 회로 차단기는 차단기 자체에 대한 단일 유지 관리 개입 없이 시설의 전체 수명 동안 작동할 수 있습니다.

운영상 진공 회로 차단기는 데이터 센터의 부하 프로필에 매우 적합합니다. 데이터 센터 부하는 상대적으로 안정적인 상태입니다. 즉, 서버는 산업용 모터처럼 정지하거나 시작하지 않습니다. 이는 빈번한 오류 중단으로 인해 차단기의 전기적 내구성이 거의 테스트되지 않음을 의미합니다. 주요 작동 요구 사항은 유틸리티와 발전기 소스 간의 계획된 전환 중에 안정적인 스위칭이며, 이는 기계적으로 까다롭지만 전기적으로는 간단합니다. 잘 설계된 에너지 저장 스프링 메커니즘은 수십 년 동안 이 기능을 일관되게 수행할 수 있습니다.

KYN28 또는 KYN61 시리즈와 같은 금속 피복 스위치기어에 사용되는 인출형 구성은 데이터 센터에 또 다른 이점을 제공합니다. 차단기는 전체 버스의 전원을 차단하지 않고도 검사를 위해 테스트 또는 격리 위치에 랙아웃할 수 있습니다. 가동 중지 시간 비용이 분당 $100,000를 초과할 수 있는 시설에서는 이 유지 관리 기능만으로도 스위치기어 사양을 정당화할 수 있습니다.

데이터센터 부문에서 SF₆-Free로의 전환

데이터 센터 운영자는 SF₆ 없는 스위치기어에 대한 가장 영향력 있는 옹호자가 되었으며, 이들의 동기는 주로 규정 준수가 아닙니다. 하이퍼스케일 클라우드 제공업체를 포함한 다수의 대규모 운영업체는 향후 10년 내에 탄소 중립 또는 순배출 제로를 달성하겠다는 공개 약속을 했습니다. 지구 온난화 지수가 CO2의 24,300배에 달하는 SF₆는 모든 새 시설의 전기 인프라에 존재한다면 이러한 약속에 정면으로 모순됩니다.

몇 킬로그램의 SF₆를 포함하는 단일 중전압 RMU 또는 GIS 패널 자체는 데이터 센터 탄소 발자국의 큰 부분을 나타내지 않습니다. 그러나 대규모 운영업체에서는 매년 수십 개의 시설을 건설하며 각 시설에는 여러 스위치기어 패널이 포함되어 있습니다. 글로벌 포트폴리오 전반에 걸친 누적 SF₆ 재고는 톤 단위로 측정할 수 있습니다. 누출율은 낮지만 0은 아니며, SF₆의 대기 수명은 방출된 모든 그램이 3000년 이상 대기 중에 머문다는 것을 의미합니다.

이것이 바로 데이터 센터 입찰 사양에 "SF₆-free"가 필수 요구 사항으로 일상적으로 포함되는 이유입니다.중간 전압 개폐 장치. 이러한 요구 사항은 EU F-가스 규정이 법적 틀을 제공하는 유럽 시장뿐만 아니라 북미 및 아시아 태평양 지역에서도 나타나고 있습니다. 스위치기어 제조업체의 경우 데이터 센터 시장은 SF₆-free 제품 개발의 강력한 상업적 원동력이 되었습니다. 아마도 유틸리티 부문을 제외하면 가장 강력한 시장일 것입니다.

COTENELE은 IEC 62271-200에 따른 건조 공기 절연 및 유형 테스트 인증을 통해 데이터 센터 프로젝트에 24kV SF₆ 없는 링 기본 장치와 진공 회로 차단기 패널을 공급합니다. 평생 밀봉된 스테인리스 스틸 탱크는 시설의 운영 절차에서 가스 모니터링, 재충전 및 수명 종료 복구를 제거합니다. 데이터 센터 운영자에게 이는 추적할 시스템이 하나 줄어들고, 관리할 유지 보수 계약이 하나 줄어들고, ESG 감사에서 설명할 항목이 하나 줄어든다는 의미입니다.

2부: 재생 에너지 프로젝트

풍력 발전 단지 수집 네트워크

풍력 발전소는 데이터 센터나 산업 플랜트와 근본적으로 다른 전기 환경을 제공합니다. 일반적으로 각각 2MW ~ 8MW 등급의 개별 풍력 터빈 발전기는 수십 평방 킬로미터에 달하는 지리적 영역에 분산되어 있습니다. 각 터빈은 저전압(일반적으로 690V 또는 1000V)에서 발전하고 타워 바닥에 있는 패드 장착 변압기를 통해 중전압으로 올라갑니다. 일반적으로 33kV 또는 36kV의 중전압 케이블은 각 터빈에서 중앙 수집 변전소까지 연결되어 전력이 집약되고 전송을 위해 다시 승압됩니다.

컬렉터 변전소의 스위치기어는 다른 어떤 애플리케이션도 복제할 수 없는 임무 조합을 처리해야 합니다. 각 컬렉터 피더를 보호하는 회로 차단기는 바람 조건에 따라 터빈이 시작 및 중지됨에 따라 빈번한 스위칭 작동을 경험합니다. 인버터 기반 풍력 터빈의 고장 전류 기여는 동기식 기계 고장 전류와 근본적으로 다릅니다. 즉, 크기가 더 낮고 감쇠가 더 빠르며 때로는 기존 보호 계전기가 정상 부하 전류와 구별하기 어렵습니다. 그리고 변전소 자체는 유지 보수 방문 비용이 많이 들고 날씨에 따라 다르며 때로는 겨울철 몇 주 동안 불가능한 외딴 위치에 있는 경우가 많습니다.

진공 회로 차단기는 이러한 환경에 매우 적합합니다. 최신 VCB의 높은 기계적 내구성은 접점 성능 저하 없이 빈번한 스위칭을 수용합니다. 진공 단속기는 차단해야 하는 고장 전류의 소스와 무관합니다. 동기식 발전기에서 나오든 인버터 기반 리소스에서 나오든 아크 소멸 물리학은 동일합니다. 그리고 최신 VCB의 평생 밀봉 구조는 유지 보수 기술자가 현장에 도달하더라도 차단기 내부를 검사할 필요가 없음을 의미합니다.

태양광 PV 및 에너지 저장 시스템

유틸리티 규모의 태양광 발전 설비는 인버터 기반 발전, 지리적 분산, 조도 변화에 따른 잦은 전환 등 풍력 발전소와 몇 가지 특성을 공유하지만 고유한 복잡성을 추가합니다. 태양광 발전소는 일반적으로 풍력 발전소보다 낮은 전압에서 작동합니다. 중전압 수집 시스템은 33kV 또는 36kV가 아닌 12kV 또는 24kV일 수 있습니다. 모듈부터 결합기 박스를 거쳐 인버터 입력까지 플랜트의 DC 측은 최대 1500V DC의 전압에서 작동하며 완전히 별도의 보호 및 절연 장비 세트가 필요합니다.

태양광 발전과 배터리 에너지 저장 시스템의 공동 배치가 증가함에 따라 스위치기어 요구 사항이 추가되었습니다. 배터리 에너지 저장 시스템은 그리드나 태양전지 어레이에서 충전하고 필요에 따라 그리드로 다시 방전할 수 있습니다. 이는 상호 연결 지점의 중전압 스위치기어가 양방향 전력 흐름을 처리해야 함을 의미합니다. 보호 설정은 배터리 인버터의 결함 전류 기여를 고려해야 하며, 이는 상당하고 빠르게 상승할 수 있습니다. 그리고 차단기의 스위칭 듀티는 하루에 여러 번 충전-방전 주기가 늘어나 기계적 작동 횟수가 늘어나면서 더욱 증가합니다.

규정 준수 및 문서화 계층

특히 국제 독립 전력 생산자가 개발하거나 다자간 개발 은행이 자금을 지원하는 재생 에너지 프로젝트에는 이제 유틸리티 입찰에 필적하는 문서 요구 사항이 적용됩니다. 풍력 발전소 또는 태양광 발전소용 중압 스위치기어 패키지에는 일반적으로 모든 회로 차단기 및 RMU에 대한 IEC 형식 테스트 인증서, 공장의 정기 테스트 보고서, 해당 환경 규정에 대한 적합성 선언 및 유사한 장비의 사전 배송을 입증하는 참조 목록이 필요합니다.

그 이유는 간단합니다. 프로젝트 파이낸싱 때문입니다. 재생 에너지 프로젝트에 자본을 제공하는 대출 기관과 투자자는 모든 주요 장비 패키지에 대해 기술 실사를 수행합니다. 스위치기어 공급업체가 완전한 문서를 제공할 수 없는 경우 프로젝트 재무 마감이 지연될 수 있습니다. 이는 개발자가 매우 심각하게 받아들이는 위험입니다.

COTENELE은 표준으로 포함된 완전한 문서 패키지를 통해 재생 에너지 프로젝트에 고압 개폐 장치를 공급합니다. 형식 테스트 인증서, 정기 테스트 보고서 및 적합성 선언은 주문 후가 아닌 입찰 단계에서 제공됩니다. 유럽 ​​프로젝트의 경우 여기에는 EU F-가스 규정 준수를 입증하는 문서가 포함됩니다. 다른 지역의 프로젝트의 경우 패키지는 현지 요구 사항에 맞게 조정됩니다.

기술 중복: 두 부문 모두에 필요한 것

차이점에도 불구하고 데이터 센터와 재생 가능 에너지 프로젝트는 공통된 스위치기어 요구 사항에 수렴됩니다. 이러한 중복을 식별하면 특정 기술과 구성이 두 시장 모두에서 지배적이 된 이유를 설명하는 데 도움이 됩니다.

컴팩트한 설치 공간. 데이터 센터는 1제곱미터의 공백을 중요하게 생각합니다. 재생 가능 에너지 수집 변전소는 가용 면적이 제한된 육지에 있는 경우가 많습니다. 두 부문 모두 유지 관리를 위한 액세스를 손상시키지 않으면서 물리적 설치 공간을 최소화하는 스위치기어를 지정합니다. 이것이 금속 피복 인출형 스위치기어와 SF₆-free RMU가 점유율을 얻은 이유 중 하나입니다. 이들은 컴팩트한 크기에 상당한 기능을 담았습니다.

빈번한 유지보수가 필요 없는 신뢰성. 데이터 센터는 가동 중지 시간을 감당할 수 없습니다. 풍력 발전 단지는 매달 기술자를 원격 변전소에 보낼 여력이 없습니다. 평생 밀봉된 차단기가 있는 진공 회로 차단기와 밀봉된 가스 탱크가 있는 RMU는 이 요구 사항을 직접적으로 해결합니다.

SF₆ 프리를 기본으로 합니다. 데이터 센터의 동인은 기업의 지속 가능성에 대한 약속입니다. 재생 가능 에너지 프로젝트의 동인은 청정 에너지를 생산하기 위해 존재하는 인프라에 GWP가 높은 가스를 사용하는 것이 부적절하다는 것입니다. 둘 다 동일한 사양 요구 사항에 도달합니다.

디지털 통합. 데이터 센터는 전기 모니터링을 건물 관리 시스템에 통합해야 한다는 요구에 따라 IEC 61850 통신을 갖춘 지능형 스위치기어를 조기에 채택했습니다. 무인 현장에 대한 원격 모니터링의 필요성으로 인해 재생 에너지 프로젝트가 빠르게 뒤따르고 있습니다. 두 경우 모두 자체 상태를 보고하고, 스위칭 작업을 기록하고, 문제 발생에 대한 조기 경고를 제공할 수 있는 스위치기어는 운영 비용과 위험을 줄여줍니다.

완전한 문서. 두 부문 모두 문서화를 문지기 요구 사항으로 여기는 정교한 구매자(대규모 데이터 센터 운영자, 국제 재생 가능 에너지 개발자, 인프라 펀드)가 지배하고 있습니다. 서류 작업이 완료되지 않은 경우 장비는 고려되지 않습니다. 이는 제3자 유형 테스트에 투자하고 체계적인 문서 시스템을 유지 관리하는 제조업체에 유리합니다.

이러한 애플리케이션을 위한 개폐기 선택: 실제 고려 사항

어느 부문에서든 작업하는 프로젝트 엔지니어 및 조달 팀의 경우 스위치기어 선택에 대한 몇 가지 실제 고려 사항을 고려해야 합니다.

전압과 결함 수준부터 시작하되 거기서 멈추지 마십시오. 정격전압과 단락차단용량은 최소 진입기준입니다. 그 외에도 기계적 내구성, 프로젝트 수명 동안의 유지 관리 요구 사항 및 현지 서비스 지원 가용성을 평가합니다.

특정 구성에 대한 유형 테스트를 확인하십시오. 제조업체는 표준 모듈에 대해 유형 테스트를 실시했지만 단선 다이어그램에 필요한 특정 모듈 조합에 대해서는 테스트하지 않았을 수 있습니다. 정확한 구성이 테스트되었는지 또는 제조업체가 유형 테스트 범위 확장에 대한 엔지니어링 정당성을 제공할 수 있는지 확인하십시오.

주문하기 전에 문서에 대해 문의하세요. 공급업체가 입찰 단계에서 형식 테스트 인증서, 정기 테스트 보고서 템플릿, 적합성 선언을 제공할 수 없는 경우 주문 후 즉시 이를 제공할 가능성이 없습니다. 문서화 지연으로 인해 프로젝트 자금 조달 및 시운전이 지연될 수 있으며 이를 발견할 수 있는 시간은 계약 체결 전입니다.

구매 가격뿐만 아니라 총 수명주기 비용을 고려하십시오. 설계 수명이 15년인 데이터 센터의 경우 계획되지 않은 단일 가동 중단으로 인한 비용은 스위치기어 구입 가격의 차이보다 작습니다. 산맥 전체에 50개의 터빈이 분산되어 있는 풍력 발전 단지의 경우 차단기를 검사하기 위해 기술자를 파견하는 비용이 더 낮은 사양의 제품을 선택하여 절감되는 비용보다 적습니다. 개폐 장치는 전체 프로젝트 자본 비용의 작은 부분이지만 치명적인 고장을 일으킬 수 있는 장비의 큰 부분을 차지합니다. 이곳은 최저 초기 가격을 위해 최적화하는 곳이 아닙니다.

결론

데이터 센터와 재생 가능 에너지 프로젝트는 전 세계 고압 개폐 장치 시장에서 가장 빠르게 성장하는 두 가지 부문을 대표합니다. 또한 지속 가능하고 디지털로 통합된 SF₆ 없는 장비로의 전환이 가장 빠르게 진행되는 부문이기도 합니다.

이러한 시장에 적합한 스위치기어 기술(진공 차단, 건조한 공기 및 견고한 절연, 높은 기계적 내구성을 갖춘 인출형 구성, IEC 61850 통신을 통한 통합 상태 모니터링)은 향후 10년 동안 더 광범위한 스위치기어 산업을 정의할 동일한 기술입니다. 데이터 센터 및 재생 가능 에너지 애플리케이션에서 배운 교훈은 모든 시장 부문에서 제품 개발을 형성하고 있습니다.

COTENELE의 경우 이러한 부문에 서비스를 제공한다는 것은 유형 테스트를 거쳐 문서화되었으며 연속 생산되는 24kV SF₆ 없는 RMU 및 진공 회로 차단기 패널을 제공한다는 것을 의미합니다. 이는 데이터 센터 조달 팀과 풍력 발전 단지 개발자가 서로 다른 기술 언어를 사용하지만 기본 요구 사항은 동일하다는 점을 이해하는 것을 의미합니다. 즉, 최소한의 개입으로 환경적 책임 없이 수십 년 동안 안정적으로 작동하는 장비입니다. 당사의 제품 범위와 문서화 시스템은 그에 따라 구축되었습니다.

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COTENELE은 데이터 센터, 재생 에너지, 유틸리티 및 산업용 애플리케이션을 위한 12kV ~ 40.5kV 진공 회로 차단기, SF₆ 프리 링 기본 장치 및 완전한 금속 피복 개폐 장치를 공급합니다. 모든 제품은 입찰 단계에서 제공되는 전체 문서와 함께 해당 IEC 표준에 따라 유형 테스트를 거쳤습니다.

코테넬레 소개

코테넬은 SF₆-Free 친환경 가스절연 개폐장치, 진공차단기, 링메인유닛, 12kV~40.5kV용 메탈클래드패널 등 중압배전반 전문제조업체입니다. 당사의 제품은 유럽, 아시아 및 중동 전역의 데이터 센터 운영자, 재생 에너지 개발자, 유틸리티 및 산업 구매자에게 서비스를 제공합니다. 모든 제품은 적용 가능한 IEC 표준에 따라 유형 테스트를 거쳤으며 입찰 제출 및 프로젝트 납품을 위한 완전한 문서가 제공됩니다.