정보화 사회로 사회가 이행하면서 안정적인 전력 공급이 필수가 됐다. 수변전 설비 중 중요한 기기로 고압 차단기가 있다. 평상시 'ON'상태를 유지해 단락 사고, 지락 사고 등으로 장해가 발생했을 때 전로를 확실하게 차단함으로써 수변전 설비를 보호하는 중요한 역할을 한다. 따라서 만일의 사태에 고압 차단기가 정상 동작하려면 평소 정기 점검을 게을리 해선 안 된다. 본고는 각종 고압 차단기의 특징, 불량 사례, 점검 내용과 항목을 소개한다.
고압 차단기의 종류와 특징 유입 차단기(OCB) | 유입 차단기는 소호 매체로 고압 절연유를 사용한 차단기로, 오랜 세월 널리 사용해 왔다. 현재는 거의 사용하지 않으나 아직 가동하는 곳도 일부 있다. 차단 시 발생하는 아크를 고압 절연유 내부에서 소호하기에, 절연유가 분해되면서 차단부가 탄소(Carbon)로 말미암아 손상된다. 또한, 고압 절연유가 직접 공기와 접촉하기에, 산화에 따른 자연 열화가 진행돼 특성이 떨어진다. 그 밖에 ▲패킹류 열화 ▲접합부 등에서 오일 누출 ▲때에 따라 화재 발생의 위험도 있다. 이 때문에 정기 정밀 검사 시 ▲고압 절연유 교체 ▲차단부 분해 정비 ▲패킹류 교체를 해야 하나 전문 지식, 노력, 비용 측면을 감안했을 때 유지 보수성이 떨어진다. 현재 유지 보수성이 우수한 진공 차단기로 갱신하는 한편, 유입 차단기의 성능 향상을 위한 레트로피트Retrofit 제품도 제작하고 있다.
자기 차단기(MBB) | 고압 절연유를 사용해 화재 등의 위험이 있는 유입 차단기 대신 자기 차단기를 개발해 사용했다. 자기 차단기는 차단 시 통전하는 전류를 구동 코일에 통전시켜 전자력을 이용해 소호실 내로 아크를 넣고 그곳에서 아크를 키워 냉각 소호한다. 이 때문에 자기 차단기는 소전류 차단이 약점으로 알려져 있다. 특히 발전기 탈조 차단 시 절연 회복이 어렵고 차단 불능의 가능성도 있다.
자기 차단기는 이미 생산을 중지해 보용補用부품 공급도 끝났다. 유입 차단기와 달리 차단부 분해가 어렵지 않으며 유지 보수성은 높으나 ▲소호실 청소 ▲주 접점부와 아킹 접점부 정비가 필요하다. 유입 차단기와 마찬가지로 현재 진공 차단기로 갱신 중이다.
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진공 차단기(VCB) | 진공 차단기는 현재 고압 차단기의 주류를 이룬다. 고진공 중 진공 인터럽터(진공밸브, 이하 VI(Vacuum Interrupter)) 내부에서 아크를 확산시켜 소호한다. 차단 시 VI 내부에서 아크가 발생하기에 화재 위험이 없고 깨끗하다. 또한, 차단부 분해 정비가 필요 없어 유지 보수성도 우수하다. VI는 유리제와 세라믹제 절연통이 있으며 7.2㎸급의 경우 세라믹제를 많이 쓴다. 점검 시 외관 관찰, 절연물 청소(마른걸레질, 알코올 침투지 등)를 한다. 진공도의 좋고 나쁨에 대한 판단은 차단 거리에 따른 고압을 인가했을 때의 누설 전류 값으로 한다. 이는 <그림 9>와 같은 파셴 곡선(Paschen Curve)에 의거한 방법으로, 각 제조사에서 진공 체크기로 판매한다. 7.2㎸급 VCB의 차단 거리는 보통 8~10㎜ 정도다. 파셴 곡선을 통해 극 사이에 AC 22㎸를 인가함으로써 진공도의 좋고 나쁨을 판정할 수 있다. 최근 진공 누설에 관한 보고도 극히 줄어 안정된 차단기로 사용 중이다. 접촉부는 평면 콘택트로 돼 있으며, 접촉압接觸壓을 얻으려면 압접 스프링이 필요한 데다 압접 수치관리가 중요하다. 정밀 점검 시 진공 체크와 압접 수치를 확인해야 한다. 진공 이상 시 발생하는 내부 방전을 이용해 활선 상태에서 진공의 좋고 나쁨을 확인할 수 있는 장치도 현재 개발했다. 주로 가스 절연 개폐 장치(C-GIS), 고체 절연 개폐 장치(SIS) 등에 이용한다. 또한, 일부 특별 고압 수용가의 경우 이 진공 감시 장치를 설치해 항상 감시한다.
고압 차단기 조작 장치의 종류와 특징 차단기는 분리를 우선하는 조작 기구가 있다. 사절四節링크를 사용한 것이 보통이며, 고장률을 줄이기 위해 부품 개수를 줄여 간략하게 만든 조작 기구를 채용한다. <그림 10>은 일반적인 사절 링크 기구를 대략 나타낸 것이다. 사절 링크 기구는 네 점 중 세 점을 고정해 위치를 고정한다. 그중 하나의 고정을 풀면 링크가 무너지고 다음 동작으로 바뀐다.
각 링크 부분에 베어링(롤러 종동절(Roller Follower))을 사용했으며, 그리스Grease를 도포, 주입했다. 이 그리스가 경년 열화(윤활유 성분 분리, 발열)를 일으켜 그리스 경화가 생기고 차단기에서 동작 불량이 발생한다. 차단기의 고장 통계를 봐도 투입 불량, 차단 불량 등 기구부에 관한 것이 대부분이다. 이를 방지하려면 정기적인 주입과 그리스 향상이 중요하다. 조작기구를 간략하게 만든 것도 많이 보이나 그리스를 사용하기에 정기적인 주입과 그리스 향상은 꼭 필요한 사항이다(제조사 추천 : 매년 주입, 6년마다 그리스 향상).
투입용 조작 장치 | 투입 전자석을 사용해 전자력을 이용한 전자 투입 방식(영구자석 보유 포함), 스프링 힘을 이용한 스프링 투입 방식(수동, 전동 축세蓄勢), 압축 공기 힘을 이용한 공기 조작 방식 등이 있다. 전자 투입 방식은 투입 코일에 대전류를 통전시켜 전자력을 얻는다. 대전류를 'ON', 'OFF'하기 위한 제어 릴레이, 펌핑 방지용 제어 릴레이로 구성된 투입 제어 계전기를 사용한다. 이러한 제어 릴레이의 수명은 동작 횟수와 주위 환경에 크게 좌우된다. 외관 점검과 동작 확인을 꾸준히 실시해 제때 교환한다. 스프링 투입 방식은 링크 기구 외에 투입 스프링 축세 기구를 추가해 기구가 복잡하다. 특히 전동 스프링 투입 방식은 전동기, 감속 기구 등이 있어 더욱 복잡하다. 수동 축세 동작 확인을 비롯해 전동 축세의 경우 축세 시간을 관리해야 한다. 공기 조작 방식은 이미 보용 부품 공급이 끝나 보수가 어렵다.
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고압 차단기의 상태 불량 사례 조작 기구부의 느린 동작에 기인한 동작 불량이 차단기 상태를 나쁘게 하는 경우가 많다. 필요 개소에 주유, 그리스 향상, 개폐 특성 시험(개폐 시간 측정, 최저 동작 전압 측정, 주 회로 접촉 저항 등)을 실시해 차단기 건전성을 확인한다. 주 회로 단로부의 접촉부 정비를 게을리하면 과열 위험성도 있다. 옥외 배전반 등에선 결로로 말미암은 절연 저하가 상태를 나쁘게 하기도 한다. 최근 절연물은 에폭시계 수지에서 형성된 것과 폴리에스테르 프리믹스계가 있다. 전자는 유리계라서 상당히 안정적이다. 열응력 등으로 말미암은 균열, 보이드 등으로 말미암은 내부 방전을 생각할 수 있으나 현재 큰 문제는 발생하지 않았다. 후자는 최근 많이 사용하는 절연물로, 결로로 말미암은 연면 방전, 경년 열화로 말미암은 유기 화합물 분해를 생각할 수 있다. 정기 점검에서 절연물표면 청소, 결로 방지를 실시하면 미연에 사고를 방지할 수 있다. 열화 진행은 주위 환경에 크게 좌우되며 절연물의 경년 열화는 피할 수 없기에 진단 실시, 임시 갱신 계획을 세워야 한다(제조사 설계 기대 수명 : 20년).
고압 차단기의 점검 내용 예 고압 차단기의 점검 내용은 각 제조사 기준에 맞춰 실시하는 것이 바람직하다. <표>은 VCB의 점검기준 사례를 나타낸 것이다. 제조사의 점검 기준과 함께 참고하길 바란다.
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설비 안전과 신뢰성은 적절한 보전과 그에 바탕을 둔 적시 갱신으로 보호되며, 이는 곧 전력 안정 공급으로 이어진다. 점검 장기 계획을 책정하고 실천하는 것이 중요하다.
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