변전설비-열화 상황 조사 결과와 앞으로의 계획

이 원고는 일본 《電氣現場技術》誌에서 번역 전재한 것입니다. 변전설비-열화 상황 조사 결과와 앞으로의 계획- 변전기기 설비 갱신은 지금까지 표준적인 대체 연수를 넘긴 기계에 대해서 점검 결과와 이상 이력, 부품 교체 경과 등을 근거로 삼아 기계 상태를 잘 판단한 후에 실시해 왔다. 앞으로 설비 신뢰도를 유지하면서 갱신 비용을 줄이려면 열화 부위를 적확하게 파악해 적절한 보수를 실시한 후 종래보다 더 오래 사용할 수 있도록 해야 한다. 이를 위해 이번에 철거 변전 기기를 본보기로 해체해 열화 진전 상황을 조사해 보았다. 그 결과를 통해 기기 수명에 영향을 미치는 요인과 연명화를 목표로 한 보수 요점에 대해서 정리해 지금부터 소개하고자 한다. 해체 조사 결과와 보수 요점 해체 조사 대상으로 선정한 변전 기기는 SC(진상 콘덴서), PD(콘덴서 형 계기용 변압기), OCB(기름 차단기) 및 Cub(배전상자) 이렇게 네 종류이다. 1. SC(진상 콘덴서) 대상 기기 경년 : 25년 콘덴서 수명에 큰 영향을 미치는 열화 요인은 손실률이 큰 왁스 축적에 의한 콘덴서 소자의 열 폭주 파괴 및 부분 방전을 동반한 절연 파괴라고 알려져 있다. 절연유 중에서는 파라핀이 고전계부에서 탈수소 반응을 일으켜 왁스 및 수소를 발생한다. 이번에 해체 조사한 유침지 콘덴서는 절연유에서 탈수소 반응 및 부분 방전 특유의 수소가스가 검출됐다. 또 소자 내부 알루미늄박 전극에는 소량의 왁스 생성 및 방전 흔적이 인지되어 열화가 진전되고 있는 상황이었다<그림1>. 절연유에서 수소가스 검출량이 많은 유닛만큼 많은 방전 흔적이 확인되어 부분 방전의 관측 및 수소가스의 검출 양으로 열화도합을 측정할 수 있다. 한편 콘덴서 본체에는 기름이 샌다든지 하는 등의 심한 열화는 없었기 때문에 연명화를 위해서는 콘덴서 소자의 열화 상황을 외부 진단을 통해 파악해 가는 것이 중요하다. 그 진단 방법으로 기름에 들어 있는 수소가스량 분석과 AE 센서에 의한 부분 방전 측정을 조합해 열화도합을 진단하는 방법이 제시되고 있다. 앞으로는 해체 조사를 통해 과전 시간과 열화 사상과의 상관관계, 외부 진단 결과의 지표화에 대해서 검토를 진행하려 하고 있다<그림2>. 2. PD(콘덴서형 계기용 변압기) 대상 기기 경년 : 35∼41년 PD는 변압기부와 콘덴서부로 구성되어 있다. 변압기 부는 일반 변압기에 비해 온도 상승이 크지 않고 열화가 느리게 진행되기 때문에 기기 수명을 좌우하는 데는 콘덴서부의 열화가 지배적이라고 생각된다. 해체한 기기에서는 콘덴서 부 유밀 실의 개스킷에서 균열이 인지되었는데 SC에 비해 분담 전압이 작아 왁스의 생성과 방전 흔적 등은 인지되지 않았다. 따라서 확인된 주요 열화 사상은 개스킷의 경년 열화로 인해 절연유가 스미는 것이다. 개스킷 열화로 인해 기름이 더 많이 샌다든지 내부에 수분이 침입해 절연성이 저하된다든지 해 결과적으로 유밀부의 실 불량이 기기 수명에 영향을 주게 된다<그림3>. 그리고 개스킷의 실 성능 저하로 인해 기름이 급격하게 더 많이 새어 나가거나 하지는 않기 때문에 개스킷부에서 기름이 새는지 수시로 확인한다. 만약 기름 유출이 발견된다면 그 시점에서 바로 수선을 하면 사용할 수 있는지 판단하는 것이 좋다. 또 현지에서 개스킷을 교환하면 부위에 따라서 비용이 많이 들 수가 있기 때문에 경제성을 고려해 판단해야 한다<그림4>. 3. OCB(기름 차단기) 대상 기기 경년 : 22∼31년 동작 회수(조상용) 3400∼3900회 동작 회수(송전선용) 120∼1400회 해체 조사 결과, 주 접촉자, 조작 기구부 등에서는 약간의 마찰과 그리이스 고갈이 인지되지만 부품 교환 등의 보수로 기능 유지가 가능한 레벨였다. 한편 유입 부싱의 절연유에서 내부 부분 방전 특유의 C2H4가 검출되고 산가, 수분 함유량도 증가하고 있다는 것이 인지됐다<그림5>. 따라서 유입 부싱의 열화가 기기의 수명에 영향을 미친다<그림6>. 그러나 유입 부싱의 열화 판정에는 아직 확립된 지도가 없기 때문에 앞으로 보전 방책을 포함해 신중한 판단이 요구된다. 3. Cub(배전상자) 경년 26년, 옥외 설치 해체 조사 결과, 코킹을 설치하지 않은 상자 매달아 올리는 부분과 바닥 뒷면, 베이스부에 녹이 슨 것이 인지됐다. 그 상태로 계속 사용하면 빗물이 샌다거나 상자 본체 강도가 저하될 것이 우려되는 상황이었다<그림7>. 또 내부의 모선지지 애자에는 상정 이상의 염분 부착이 인지됐다. 따라서 볼트부의 코킹과 적절한 보수도장을 통해 녹이 스는 것을 방지하고 일반적인 보수에 애자를 중점적으로 청소해(예를 들어 18년째 오버홀) 지락 사고로 진행되는 것을 방지해야 한다. 또 바닥 뒷면과 베이스 부는 보수할 수 없기 때문에 기초 덕트 구조를 최적화하고 케이블 관통부에 습기가 발생하지 않도록 하는 것이 필수적이다. 앞으로는 녹의 발생 진행 정도와 상자 본체 강도에 미치는 영향에 대해서 조사·파악해 갈 필요가 있다<그림8>. 고경년 변전기기 해체 조사에서 기기 수명에 영향을 미치는 요인과 연명화를 위한 보수 요점을 확인할 수 있었다. 이로 인해 연명 사용을 위한 적정한 수명 평가와 보수 현자에서의 적절한 보수·점검 실시가 기대된다. 앞으로의 조사 과제도 포함해 총괄한 결과를 <표1>에 나타낸다.