한국전기안전공사 부설 전기안전연구원 계기과장 / KOLAS평가사 유병렬비파괴 절연진단장비(DC insulation tester)는 전선, 변압기, 회전 기계류 등의 절연 상태를 측정하는 중요한 기기로 그 역할이 커지고 있다. 장비의 사용법과 시험 기준 등을 충분히 숙지하고 시험할 경우 균열이나 단절, 엷은 부분 또는 속이 빈 부분 등 절연체 내의 미흡한 점이나 지나친 습기 또는 이물질, 잘못된 접합이나 완전치 못한 애자 등의 이상 상태를 측정할 수 있다.DC의 사용은 AC에 비해 몇 가지 중요한 이점을 지니며, 시험 기구 자체가 훨씬 작고 무게가 가볍고 가격이 저렴하다. 적절하게 사용하고 자료를 해석하면 AC시험에서 얻는 것보다 훨씬 더 많은 정보를 제공해 준다. 또한 기계 손상의 가능성도 적고, 시험 결과를 해석하는 데 있어서의 모호성도 적다. 이는 AC시험의 경우에서 흔히 보는 지나친 정전 전류의 축적으로 인한 측정 대상의 누설전류를 정확하게 판단하지 못하는 경우를 최소화해 정확한 분석이 가능하고, 정보를 얻기 위해 행하는 피 시험기기에 손괴를 가하는 일이 없다.비록 DC시험은 AC시험만큼 운전 중의 상태와 같은 시험을 할 수는 없지만 DC를 사용하는 데서 수많은 다른 이점을 충분히 가지고 있다. 따라서 이번 호에서는 비파괴에 대한 기본 내용과 국내에서 가장 많이 보유한 장비를 임의로 선정하여 장비 사용법을 기술하고자 한다.절연저항고압기기의 절연저항은 명확하게 규정돼 있지 않으며, 절연저항의 정도로 절연 상태를 파악하기는 다소 어렵다. 그러나 일반적으로 종합적인 절연 상태 판정에 사용되는 절연저항을 아래 공식으로 구할 수 있다.최종 시험전압에서 안정 전후의 누설전류를 구하면 절연저항은R = (MΩ)의 식으로 구한다. 절연체 속의 공기층 입자들은 비교적 낮은 전압에서 절연 파괴가 되지만, 절연저항계로 측정할 경우에는 이상 없는 것으로 나타나는 경우도 많다.절연저항의 적용은·정지기인 경우·회전기인 경우직류 전류시험(성극비시험)정전 상태에서 변압기 1차 또는 2차 측에 직류전압을 인가하여 전류 변화치를 가지고 성극비를 구하여 변압기의 절연 상태를 확인한다.성극지수에 의한 절연 상태의 판정 기준은 〔표1〕과 같다.상간 절연 불평형률보통 100퍼센트 이상인 경우, 불량으로 판정을 하나 한전에서는 200퍼센트를 기준으로 하고 있다.절연 내력시험 기준(전기설비기술기준 제16조∼제20조)1. 시험 대상전로, 변압기, 전동기, 기타 기계 기구(계기용 변성기 포함) 등은 아래와 같이 교류시험 전압을 연속으로 10분간 가하여 이에 견디어야 한다.2. 전압 인가⑴ 전로 : 전로와 대지 간(케이블 : 심선 상호 간, 심선 대지 간)⑵ 변압기 : 1차-2차 권선 간, 1차ㆍ2차 권선-대지 간⑶ 기타 기계 기구 : 충전 부분-대지 간3. 교류시험 전압(1) 비접지식 전로 및 기계 기구-최대 사용 전압 7,000V 이하 : 최대 사용 전압의 1.5배(500V 미만인 경우 500V, 전로는 제외)-최대 사용 전압 7,000V 초과 60,000V 이하 : 최대 사용 전압의 1.25배(10,500V 미만의 경우 10,500V) -최대 사용 전압 60,000V 초과 : 최대 사용 전압의 1.25배(2) 중성점 접지식 전로 및 기계 기구(중성선을 갖는 것으로 그 중성선에 다중 접지하는 것)-최대 사용 전압 25,000V 이하 : 최대 사용 전압의 0.92배(최대 사용 전압이7,000V 이하인 경우 변압기 이외의 시험 대상은 1.5배)-최대 사용 전압 60,000V 초과 : 최대 사용 전압의 1.1배(최대 사용 전압이 75,000V 미만인 경우 75,000V)(3) 중성점 직접접지식 전로 및 기계기구-최대 사용 전압 60,000V 초과 170,000V 이하 : 최대 사용 전압의 0.72배-최대 사용 전압 170,000V 초과 : 최대 사용 전압의 0.64배(4) 회전기(발전기, 전동기)-최대 사용 전압 7,000V 이하 : 최대 사용 전압의 1.5배(500V 미만의 경우 500V)-최대 사용 전압 7,000V 초과 : 최대 사용 전압의 1.25배(10,500V 미만의 경우 10,500V) 참고사항1. 케이블은 교류시험 전압 2배의 직류전압으로 시험 가능하고, 회전기(회전변류기 제외)는 교류시험 전압의 1.6배의 직류전압으로 시험 가능하다.2. 전로의 사용 전압이 170kV 미만인 경우에 특별한 이유에 의하여 시·도지사의 인가를 받은 경우는 절연 내력시험의 생략이 가능하다.3. 접지형 계기용 변압기 등은 <전기설비기술기준 별표10>에서 규정한 ‘한국공업규격 KS C 1706, 1707’의 내전압 규격에 적합한 경우 절연 내력시험의 생략이 가능하다.절연 내력시험 시 유의 사항 1. 시험 전 유의 사항⑴ 시험 전에 DC 고전압 절연 내력시험 기준 및 방법 등을 충분히 숙지한다. 직류로 케이블의 절연 내력시험을 하는 경우, 전기적 스트레스 효과, 열화 메커니즘 효과, 공간 전하 효과 등에 의하여 직류시험에서 검출되지 않은 결함들이 교류 운전 중에 발생되거나, 직류시험으로 인해 결함 발생 및 열화가 가속되어 교류 운전 중 사고로 이어지는 등 여러 가지 문제점을 안고 있다. 때문에 내전압시험 값을 낮추는 등 시험에 유의해야 한다.⑵ 케이블의 경우 헤드 및 스트레스콘, 기기의 경우 부싱을 잘 닦아 습기·먼지를 제거하고 시험한다.⑶ 기기 자체만 시험하기 어려운 경우에는 모선 등과 일괄하여 시험한다.⑷ 계측장비의 공급 전원 불안정으로 이상 현상(지침 불안정)이 발생하므로 안정적인 전원을 확보한다.⑸ 기타 작업에 관한 사항은 안전 작업 수칙에 따라 실시한다.2. 시험 중 유의 사항⑴ 시험 전압 및 전압 상승 폭은 <표2>에 의해 실시한다.⑵ 접지형 계기용 변압기는 1차 접지측 단자와 외함 간에 전압을 인가한다.⑶ 시험 전압을 인가한 후 1분 경과 시의 누설전류와 10분 후의 누설전류를 측정한다.⑷ 킥(Kick) 발생 여부는 전류계의 지침 변화를 관찰하여 측정한다.⑸ 시험 전압 상승 도중에 이상 현상이 발생하는 경우는 시험을 중단하고 원인을 파악한 뒤 판정을 한다.3. 판정기준⑴ 누설전류의 크기 : 10 ㎂/㎞ 이상이면 요주의- 케이블의 길이가 1㎞ 이내의 경우는 누설전류가 10㎂ 이상이면 요주의 판정- 케이블의 길이가 1㎞ 이상인 경우는 1㎞로 환산한 값의 누설전류가 10㎂ 이상이면 요주의 판정⑵ 상간 불평형 : 10분 후 누설전류로 200퍼센트 이상인 경우 요주의⑶ 성극비 : 1미만이면 요주의⑷ 전류 변화 특성 : 전류가 시간적으로 증가하면 요주의⑸ 킥(Kick) : 시험기 전류계 지침의 변화를 관측하여 킥 현상 발생 시 요주의⑹ ‘가, 나, 다’ 항목 중 요주의 항목이 2가지 이상인 경우 부적합으로 판정을 한다.4. 시험 후의 처리 절차⑴ 케이블 절연 내력시험은 예비 케이블을 포함하여 각 상별로 측정·기록한다.⑵ 누설전류가 과대하게 나타나거나 시험 결과 이상이 있는 사항은 다른 파급 사고의 특성과 문제점을 관찰한다.⑶ 시험 완료 후에는 DS봉 등을 이용해 케이블의 잔류 전하를 충분히 방전시킨다.
시험 결과의 양부(良否)판정절연 내력시험에서는 교류 내전압 시험과 마찬가지로 <전기설비기술기준>에 의해 시험 전압을 10분간 인가하여 견디는 것으로 정해져 있다. 절연 특성시험에서는 각 시험 전압의 누전류-시간 특성시험으로부터 얻은 시험 데이터를 판정 기준에 의해 판정한다<표 3, 4>.절연 특성시험은 1회 시험만으로 전부 판단하기 어려우므로 다른 시험과 병용하여 종합적으로 판단하는 일이 필요하다.
비파괴 절연진단장비본 기기는 휴대용 DC절연 테스터로 미국 H사에서 만든 제품인데, 구조가 튼튼하고 일반적으로 사용되는 정격 요소를 가진 기기다. 각 부분은 단단한 단열재 케이스에 들어 있고 고압측은 안전을 도모하고 긴 수명을 보장하기 위해서 기름으로 충진되어 완전 밀폐된 통 안에 설치되어 있다. 제어 판넬과 모든 조정 장치는 대지전위(0)로 운전한다. 본 기기는 케이블 내압시험 및 절연 열화시험을 하도록 2가지 기능이 있으며, GAURD단자와 RETURN단자의 연결에 따라 구분된다.케이블 내압시험은 케이블 사용 전압에 따라 DC시험 규정 전압을 10분간 가하면, 케이블 열화시험은 DC시험 전압을 3분간 가하여 누설전류를 측정하는 것이다.
제어부 판넬 각부의 명칭과 기능①전압계 (Volt Meter) : 직류출력전압(KV)을 가리킨다. 기기가 ‘OFF’에 있을 때 전압계 지침은 ‘0’이어야 한다.② 적색 단자(Return) : 케이블 누설전류 측정 시 흑색 단자(Ground)에 점퍼선(Jumper Link)으로 연결 사용되는 단자다.③ 흑색 단자(Ground) : 전원을 연결하기 전에 측정기를 접지시키는 접지 단자다.④ 백색 단자(Guard) : 케이블 내압시험 시 흑색 단자(Ground)에 점퍼선(Jumper Link)으로 연결 사용되는 단자다.⑤ INTLK ＆ AUX POWER 단자 : 모든 측정 시 뒤쪽에 있는 5Pin용 짧은 플러그를 삽입하는 단자다.⑥ 고압 퓨즈(HV Fuse) : 유리관 퓨즈이며 정격 전류 5A용으로 써지 전류 및 과부하를 보호한다. 퓨즈 교체는 검정 GAP을 누르면서 시계 반대 방향으로 돌려서 GAP을 벗겨 갈아 끼운다.⑦전류계(Current Meter) : 직류 출력 전류(uA)를 가리키며, 기기가 ‘OFF’에 있을 때 전류계 지침은 ‘0’이다.⑧영점 조절 나사(전류계용) : 영점 조절은 기기가 ‘OFF’에 있을 때만 나사를 돌려야 한다.⑨전류 범위 선택 단자(Current Range) : 이 단자는 측정 시 4가지의 범위를 선택할 때 사용한다. 전류계를 읽을 때는 이 단자가 가리키는 숫자에 전류계 지침 숫자를 곱한다.⑩적색 누름 버튼(OFF) : 시험 후 고압 출력을 개방시키는 누름 버튼이다.⑪표시등(적색) : 흑색 누름 버튼을 누르면 불이 켜지고, 적색 누름 버튼을 누르면 꺼지는 고압 출력을 나타내는 표시등이다.⑫흑색 누름 버튼(ON) : 고압 출력을 연결시키는 누름 버튼이다.⑬출력 단자 조절 단자(Raise Voltage) : 이 단자를 조절하여 출력 전압을 적절하게 증가 또는 감소시킬 수 있다.⑭퓨즈(Fuse) : 저압 전원 퓨즈(5A)⑮표시등(백색) : 전원 스위치를 ‘ON’ 방향으로 올리면 불이 켜져 전원이 인가되었음을 나타내는 표시등이다.?전원 스위치(ON) : 기기에 전원을 공급 또는 차단하는 스위치다. 본 기기를 동작시키지 않을 때는 반드시 ‘OFF’ 상태에 둔다.?출력 전압 선택 단자(Voltage Range) : 출력 전압 범위를 선택하는 단자로 3가지(Low, Med, High) 범위를 갖고 있고, 전압계를 읽을 때 적용한다. 선택 단자를 ‘High’ 위치에 놓을 때는 전압계의 눈금 위쪽 숫자(0∼80㎸)를 읽으며, ‘Med’ 위치는 중간 숫자 눈금(0∼40㎸)를 ‘Low’ 위치는 맨 아래쪽 숫자 눈금(0∼20㎸)를 읽으면 된다.
설치순서1. 눈금 판의 지침을 정확하게 읽도록 기기를 평평한 곳에 놓는다.2. Raise Voltage 단자(13번)를 ‘0’위치에 놓고 AC전원 스위치(16번)가 ‘OFF’ 위치에 놓여 있는지 확인한다.3. 측정기에 준비해 둔 5Pin용 짧은 플러그를 제어판의 INTLK(Inter lock) AUX Power(Auxiliary Power 보조 입력)단자(5번)에 삽입한다. ※플러그는 외부의 Inter Lock이나 캐파시터 방전 Unit(Capacitor Discharge Unit)에 접속용으로 사용할 수도 있다.4. AC입력 제어(AC Power Controls):제어판의 AC입력 부는 제어판에서(위쪽에 ON이라고 붙여진) 고정 스위치가 ‘ON’일 때 표시등과 5A퓨즈를 포함한다. 퓨즈는 검은 캡을 시계 방향으로 돌리면서 아래로 누르면 쉽게 교환할 수 있다.5. Guard-Ground∼Return 접속:‘Guard’나 ‘Return’ 점은 항상 시험 시마다 점퍼 링크로 Ground에 연결한다.
⑴ Jumper Link가 Guard와 Ground에 연결될 경우, 위와 같이 연결하면 내압시험과 동시에 Corona 누설전류를 제외한 Cable 자체의 누설전류 측정이 가능하다. 그리고 Cable Sheath가 한 군데라도 접지되어 있으면 누설전류 측정이 불가능하다. 즉 일반적으로 설치되어 있는 Cable의 누설전류 측정은 불가능하므로 내압시험 시 누설전류를 동시에 측정 할 수 없다.⑵ Jumper Link가 Return과 Ground Post에 연결될 경우, 위와 같이 연결하는 것이 일반적인 Cable 시험법이다. Return과 Ground를 연결하면 누설 측정 시 Cable 자체의 누설전류와 Corona 누설전류, 즉 두 가지가 모두 측정되나 22㎸급에서 Corona 누설전류는 실용상 거의 문제가 없으므로 Return과 Ground를 연결하여 내압시험과 동시에 누설전류 측정이 가능하다.조작 순서1. 측정기를 매뉴얼에 따라 설치했는지 확인한다.2. Current Range 단자(9번)를 적절한 위치에 놓는다. ☞‘×1K’에서 시작하는 것이 바람직 함.3. 전압계를 판독하도록 Voltage Range 단자(17번)를 적당한 위치(Low, Med, High)에 놓는다.4. 고압 출력 리드선을 케이블에 연결한다.5. 전원 코드를 110V, 50/60Hz 콘센트에 접속한다. ☞2개의 어댑터를 사용할 때는 셋째 선을 접지시킨다.6. 전원 스위치(16번)를 On 위치로 한다. ☞이때 표시등(15번)이 점등된다.7. High Voltage 흑색 누름 버튼(12번) 단자를 누른다. ☞이때 적색 표시등(11번)이 점등된다.8. Raise Voltage(13번) 단자를 이용하여 얻고자 하는 전압으로 서서히 증가시킨다. ☞전류계 지침이 전압에 따라 올라간다. 이때 17번 단자를 Low 위치에 놓고 인가시킨 후 Med, High순서대로 증가시킨다.9. 측정 기간 동안 출력 전압을 유지시킨다. ☞안정된 전압에서 누설전류를 읽을 수 있다.10. Raise Voltage 단자(13번)를 ‘0’으로 돌리고(서서히 내림) 전압계 (1번) 지침이 ‘0’을 가리킬 때까지 기다린 후 적색 누름 버튼(11번)을 누른다.11. 전원 SW를 OFF시킨다.12. 만약 시험이 잘못되면 과부하 회로로 High Voltage를 OFF(11번)시키고, 방전 저항을 갖춘 내부 고압 단락 솔레노이드는 케이블의 잔류 전하를 방전시킬 것이다. 시험 요령1. 절연체 헤드 및 스트레스콘을 잘 닦아내어 습기 및 먼지를 제거한다.2. 3ф각 케이블의 차폐층을 접지시키고 케이블 끝단을 묶어 놓는다.3. 측정할 케이블의 끝단을 서로 이격시키고 접지점으로부터 멀리 떨어뜨린다.4. 케이블을 각각 시험할 경우 다른 2ф는 접지시킨다.5. 전압을 시험치까지 천천히 증가시킨다.맺음말국내의 산업현장에서 사용 중에 있는 비파괴 절연진단장비는 95퍼센트 이상이 유럽에서 생산된 제품들이다. 또한 유럽 쪽에서 고전압 설비의 기술이 발달되어 있어, 여러 업체에서 비파괴 절연진단장비가 생산되어 판매 중에 있다.몇 해 전까지만 해도 국내 산업현장에서는 외국산이 주종을 이루었으나, 국내의 D사에서 2종류의 비파괴 절연진단장비를 개발하여 현재 국내 시장에서 판매되고 있다. 늦은 감이 있지만 국내에서도 이에 대한 대책으로 기술 개발이 이루어져 우리 산업현장에 일부 적용되고 있는 실정이다. 아울러 많은 기업에서 계측 장비에 대한 관심과 개발이 이루어져 국가 기술 경쟁력을 갖추기를 기대한다.
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