전기설비 및 기기의 라이프 사이클은 <그림 1>과 같이 ‘설비 도입 시’, ‘ 안정 운용기’, ‘ 노후화 진행기’ 및 ‘파기 · 처분 시’로 나뉜다. 이런 전기설비 및 기기를 유지 · 관리하기 위해서는 각 시즌마다 내세운 콘셉트를 서포트하는 기술 및 시스템의 창출이 중요하다. 또 환경적인 측면과 경제적인 측면을 고려한 각종 설비의 라이프 사이클 전체에 입각한 토털 엔지니어링이 요구된다. 실제로 노후화된 전기설비 및 기기가 아직도 다수 운전 중인 데다, 오히려 그 수가 증가되는 경향에 있다. 이를 적절하게 유지 보수하는 것은 설비 전체의 리스크 관리와 라이프 사이클 코스트(LCC)를 최적화하기 위해 빠져서는 안 될 중요한 역할을 담당한다. 최근에는 신구(新舊) 다양한 전기설비 및 기기, 시스템이 관련되어 혼재하고 있다. 유지 보수 분야에서는 이렇게 유연하게 대응할 수 있는 폭넓은 지식과 신구 기술을 겸비해야 할 필요가 있다.
여기에서는 유지 보수에 관한 일본 ㈜명전사의 대처 방안을 소개한다.
유지 보수의 강화 · 충실을 위한 방안
1. 활선에서의 부분방전 검출 기술 각 사용자 및 제조업체에서는 전기설비의 상태 변화 및 사고에 이르는 전구 현상을 활선 상태에서 파악 · 검출할 수 있는 진단 기술이 모색 · 검토됐다. 일본의 ㈜명전사에서는 유지 보수에서의 활선 진단 기술 강화를 위한 방법으로, 부분방전 검출 기술 확립과 진단장치 실현에 주력하고 있다. 부분방전 발생은 각종 고압 설비 및 기기에 공통되는 대표적인 노화 · 이상 현상의 하나로 제시된다. <그림 2>에 부분방전이 일어날 때 발생하는 다양한 현상과 이를 검출할 수 있는 센서 및 장치를 나타냈다. ㈜명전사는 충전부에 대해 비접촉으로 부분방전 측정이 가능한 ‘초음파’ 및 ‘전자파’에 착안하여, 측정한 데이터를 해석하는 기술의 응용도 같이 검토했다. 검토 사례로는 고압 수배전 설비에 사용하는 몰드형 계기용 변압기(VT)의 부분방전을 활선 상태에서 검출하는 방법을 소개한다. 몰드 기기에서 발생하는 부분방전으로는 <그림 3>과 같이, 몰드 표면에서 발생하는 코로나 방전 및 연면 방전, 몰드 내부의 빈 공간 및 박리를 주원인으로 하는 내부 방전을 들 수 있다.
특히 몰드 내부에서 발생한 부분방전은 회복되지않고 계속 진행되어 최종적으로 기기 절연 파괴에 이를 가능성이 있기 때문에 조기 발견이 중요하다. 활선 상태에서 부분방전을 검출하는 일반적인 방법으로는 고주파 CT를 대상 기기의 접지선에 부착하여 부분방전이 일어나 발생하는 펄스 전류를 측정해 판정하는 ‘접지선 전류 검출법’이 있다. 그러나 접지선에서 혼입되는 노이즈가 부분방전의 검출 정밀도에 크게 영향을 미치는 것이 과제다. 그래서 VT 내부에서 발생한 부분방전에 기인하여 방출되는 초음파(탄성파)를, 압전 소자형 AE센서를 이용해 VT 외부에서 검출되는 방법(초음파 검출법)을 시도했다. AE센서에 의한 초음파 검출법은 접지선 전류 검출법과 같이 접지선에서 혼입되는 노이즈로 인해 악영향을 받지는 않는다. 그러나 <그림 4> ⒜와 같이, AE센서를 VT 설비용 테두리 부분(접지된 철제 프레임)에 부착한 경우에는 VT 철심부 자기력 등에 기인한다고 추측되는 VT 자체에서 방출된 탄성파 노이즈의 영향을 받으므로 부분방전을 검출하기란 쉽지 않았다.
한편 <그림 4> ⒝처럼 AE센서를 VT 몰드부에 직접 부착한 경우에는 <그림 5>로 나타낸 측정 사례와 같이, VT 철심 자체에서 방출되는 노이즈의 영향을 거의 받지 않으므로 VT 내부에서 발생한 부분방전을 검출할 수 있음을 확인했다. 이렇게 AE센서를 활용한 초음파 검출법 및 기존방법인 접지선 전류 검출법 등 복수의 부분방전 검출법을 병용하는 것도 부분방전의 검출 정밀도 향상에 이어질 것으로 생각된다.
2. 회전기의 베어링 진단 기술 발전기 및 전동기 등 회전기의 베어링 진단은 이전부터 가동 시간 · 온도 · 음 · 진동 등에 의한 보전(保全) 관리를 주체로 실시된다. 이를 효율적이고 경제적으로 행하기 위해, 최근에는 가속도 센서를 이용한 회전기 운전 중 베어링 축수 진단법을 도입했다.
이 방법은 가속도 센서에 의해 <그림 6> 및 <그림 7>과 같이 베어링(움직일 수 있는 베어링)의 가속도 데이터를 취득 · 해석하고 지속적으로 그 해석 정량치를 평가하여 진단하는 방법을 채용하고 있다. 그 개요를 다음과 같이 나타낸다.
⑴ 노화 징후 파악 베어링 진단기를 이용한 정기 진단에 의한 트렌드 관리가 주체
⑵ 세밀 진단 가속도 센서로 베어링 진동을 측정하고 FFT 애널라이저(속도 프리에 변환 분석 장치)를 이용하여 진동 주파수를 분석하고 그 주파수 성분에서 베어링 손상의 종류 및 손상 개소를 특정한다.
3. 드라이아이스 분사 세정 유지 보수 분야에서는 유지 보수에 효과적인 툴적용 검토와 그 도입도 중요하다. 전기설비 및 기기는 그 사용 환경 때문에 먼지 등이 기기 표면에 쌓여 기기의 방열 성능 저하 및 흡습시 절연 성능을 악화시킴으로써 고장 · 사고 발생에 이를 가능성이 있다.
이런 오손 물질의 제거 방법으로는 기존 스팀 세정 및 대체 프레온을 이용한 습식 세정과 다른 방법인 드라이아이스 분사 세정 장치(<그림 8> 참조) 적용 사례를 소개한다. 이 방법은 <그림 9>와 같이 파우더 형태의 드라이아이스를 압축 공기와 함께 분사하는 건식 세정 방식이다. 드라이아이스 입자가 대상물에 충돌했을 때 급격한 승화 팽창 작용에 의해 기기 표면에 오손물질이 효과적으로 제거된다. 또 대상물을 손상시키지 않고 절연성도 우수하다. 일본 ㈜명전사에서는 이 방법을 도입할 때 각종 평가 시험을 행하고 전기 기기 표면 결로 문제를 비롯한 여러 개의 기술적 과제를 완료하여 적용에서 의 노하우(조건)를 구축해 왔다. 현재 적용 실적도 늘어나 정기 점검 시 등과 같이 한정된 설비 정지 시간에서의 보수 업무 효율화에 공헌하는 방법으로 활용되고 있다.
4. 레트로피트(Retrofit) 또는 부분 갱신 노후화된 전기설비 및 기기에는 이미 폐기종이 되어 보수조차 할 수 없는 것이 있다. 이런 설비의 수명을 늘리기 위해서는 레트로피트(Retrofit : 구식 장치를 갱신하는 일) 및 부분 갱신도 효과적인 방법이다. 하나의 사례로 SF 모터 제어 유닛의 대체에 관해 설명한다. 폐기종이 된 가변속 제품인 SF 모터는 현재까지도 콘크리트 파일 설비 및 교반기 등에서 많이 가동되고 있다. 인버터화하여 재사용할 수도 있지만, 모터를 포함한 고액의 투자가 필요하다. 그래서 제어유닛에 사용되는 MAG 앰프(자기 증폭기)를 신규개발함과 동시에 그 외 회로 요소도 현재 입수 가능한 부품으로 구성된 대체품(<그림 10> 참조)을 개발하여 수명을 늘렸다.
주 특징은 다음과 같다.
① 개설 유닛과 동일 사양으로 하되, 간단하게 교체가 가능 ② 개조 공사는 최소한으로 하고 설비 정지는 단기간 ③ 인버터화와 비교하여 저렴하게 수명을 연장시킬 수 있음 ④ 유닛 단위에서의 공급이 가능
마무리
현재 과제인 노후화된 전기설비 및 기기를 대상으로 진단 기술 확립을 위한 대처 방안 및 합리적인 유지 보수를 지원하는 기술 및 수명 연장 대책 등의 사례를 소개했다. 유지 보수 분야에서 신구 기술을 효과적으로 채용하여 신뢰성이 높은 진단 기술을 확립하고 진단 장치를 실현하며 효율적인 유지 보수 툴을 도입하는 것이 전기설비 전체의 라이프 사이클 엔지니어링 충실에 있어 중요한 요소가 된다. 특히 전기설비 및 기기를 활선 상태에서 진단하는 기술 확립과 설비 진단으로의 도입은 기존과 같이 육안으로 진행되는 정기 점검과 함께 정지 상태에서 진행되는 정밀 진단을 모두 포함하는 합리적인 보전 계획 입안을 지원하며, 향후 무전 감시 등으로 전개할 수 있을 것으로 기대된다.
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