[겨울철 기획 연재 ② 눈] 수변전 설비의 눈 피해 대책

2010년 1월 4일, 서울을 비롯한 수도권 일대 출근길은 예상치 못한 복병으로 평소보다 훨씬 더딘 움직임을 보였다. 문자 그대로 '눈 폭탄'이 수도권을 강타한 것이다. 당시 서울의 적설량은 25.8㎝로, 1937년 관측을 시작한 이래 최대를 기록했다. 최근 쉴 새 없이 몰아치는 한파는 겨울철 기후 특성인 '삼한사온'을 무색하게 한다. 전문가들은 한파의 원인 중 하나로 북극권 온난화를 지목한다. 북극 지방의 기온 상승으로 한기를 가둬두는 제트 기류가 무너지면서 찬 공기가 중위도로 내려왔다는 이야기다. 이상기후로 날씨는 점점 인간의 예측 범위를 벗어나고 있다. 설렘으로 기다리던 눈이 언제 어떻게 경악과 공포의 대상이 될지 아무도 알 수 없다. 일본 북단에 위치한 홋카이도의 눈 피해 사례와 대책을 통해 겨울철 기획 연재 두 번째 타자인 '눈'을 만나본다.

일본 홋카이도의 겨울은 대개 눈이 많이 쌓이는 12월부터 3월까지다. 전기 난방은 10월부터, 로드히팅Road Heating은 12월부터 준비를 시작하고, 지역과 분야에 맞춘 월동 채비에 들어 간다. 한겨울이면 강설량이 5m를 넘는 곳이나 영하 30도를 기록하는 내륙 지역도 있다. 동해 쪽에서 눈보라가 휘몰아치는 등 양상도 다양하다.
겨울철 수변전 설비는 이러한 눈으로 막대한 피해를 입을 수 있으며, 광범위한 지역에 긴 시간 정전으로 이어지는 파급 사고는 곧 생활을 영위하는데 필요한 사회 시스템의 위기다. 따라서 전기 보안을 통해 수용가의 수변전 설비를 지키는 일은 상당히 중요하다.
본고는 홋카이도의 눈 피해 사례를 중심으로 눈 피해 현상과 방지 대책을 소개한다.

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눈 피해 사고 실태
일본 홋카이도전기보안협회에서 수탁 계약을 맺은 수용가(자가용 전기 공작물) 중 고압 사고는 2002년부터 2006년까지 연평균 143건 발생했으며, 그중 빙설氷雪이 원인인 경우가 6.6건이다. 빙설로 말미암은 파급 사고는 2003년 2건이 있었다(<표 1> 참조).
이 시기에 빙설로 발생한 고압 수변전 설비 사고를 부품별로 집계하고 비율로 나타낸 것이 <표 2>와 <그림 2>다. 고압 가공선, 케이블 단말, 주상 기중 개폐기(PAS) 등 옥외 기기의 사고 발생 건수는 16건(49%)이며, LBS 등 옥내 기기의 사고발생 건수는 17건(51%)으로 옥외와 옥내 사고비율은 거의 비슷하다.
사고 내용을 살펴보면 쌓인 눈 무게로 말미암은 단선, 애자 등 절연물의 절연 저하로 말미암은 지락, 상간 단락이 대부분을 차지한다.

눈 피해 발생 구조
몰아치는 눈｜오늘날 수변전 설비는 배전반 형태가 주류를 이루며, 옥외는 설치 환경에 따라 눈의 영향을 받기 쉽다. 옥외에 설치하는 배전반의 경우, 바깥 공기가 고속으로 흐르면 베르누이의 정리(Bernoulli's theorem)에 의해 내부는 대기압보다 낮은 부압負壓이 된다. 자동차를 운전할 때 창문을 조금 열어두면 담배 연기가 바깥으로 나가는 것과 같은 이치다. 이러한 논리는 <그림 3>과 같은 옥외 배전반에도 적용된다. 바람이 거센 날 옥외 배전반에 바람이 닿는 면은 바람이 가로막혀 기압이 올라가고(정압), 그늘이 진 반대편은 공기를 내보내기에 부압이 된다. 이 상승 효과로 부압부분은 공기를 내보내고 정압 부분은 공기가 유입됨으로써 이때 눈이 함께 안으로 몰아치는 현상이 발생한다. 완전히 밀폐된 구조라면 부압, 정압과는 무관하게 공기 흡출이 없어 눈이 들이닥치는 상황도 생기지 않는다. 그러나 배전반에는 환기를 위한 환기구를 열 대책으로 반드시 설치한다. 여기에 문이 비뚤거나 판면板面을 연결하는 과정에서 아주 좁은 틈새가 생길 수 있으며, 이 틈새로 바람이 부는 원리를 따라 눈도 안으로 들어오게 된다.
한편, 설치 환경도 꼭 고려해야 한다. 같은 기상 조건에서도 눈이 몰아쳐 눈 피해를 입는 설치 조건이 있으며, 배전반 구조에 관계없이 영향을 받지않는 설치 장소가 존재한다. 특히 빌딩 옥상에 설치하는 배전반은 빌딩풍(Building Wind)의 영향으로 설치 장소에 따라 풍속, 풍향 등이 바뀐다. 지형 등 모든 조건에서 마찬가지다. 예를 들어 블리자드Blizzard가 자주 발생하는 지역이나 장소가 있기 마련이며, 그에 따른 개별 대응이 필요하다.

염분을 포함한 눈｜눈과 얼음은 일반적으로 절연물로 취급되나, 불순물이 섞여 들어가 녹으면 도체로 바뀐다. 이는 깨끗한 물도 마찬가지다.
바닷가 연안은 바닷바람에 포함된 염분으로 애자류도 오손汚損된다. 강풍으로 생긴 해수 비말飛沫이 원인인 오손은 홋카이도의 경우 동해 쪽에서 많이 발생한다. 해수를 포함한 눈이 쌓여 얼면 절연 저하를 초래한다. 내륙이라 할지라도 2004년 9월, 강한 바람을 동반한 태풍 18호는 바람을 통해 염분을 홋카이도 내륙에까지 옮겼다. 지금까지 염해와 인연이 없었던 지역에 진눈깨비가 착빙着氷해 절연 저하와 트래킹Tracking을 일으켰다.

<그림 4>는 쌓인 눈이 그대로 얼어버린 주상 기중 개폐기(PAS)다. 이 상태에서 기온이 영하로 떨어지면 사고로 이어지지는 않는다. 그러나 기온이 상승해 눈이 녹거나 아니면 처음부터 진눈깨비상태로 착빙한 경우라면 눈과 함께 애자에 붙은 염분이 녹아 도체가 되면서 지락 · 단락 사고로 연결된다.
오손 내전압 특성은 염분 부착 밀도(㎎/㎠)와 상관있으며, 이 값이 커지면 1㎸당 누설 거리가 커진다. 따라서 염분 부착 밀도의 증가는 트래킹이 발생하고 절연 열화를 일으키는 요인이 된다.
염분 외에도 석고 등 도전성을 지닌 가용성 물질이 오손 물질에 속한다. 염분을 포함한 도전성 물질은 소금으로 말미암은 오손으로 간주하고, 오손정도를 진단하는 기준으로 등가 염분 부착 밀도(㎎/㎠)를 활용한다. 진단 기준은 일반적으로 0.03(㎎/㎠)이며, 경염해輕鹽害지구는 0.06(㎎/㎠)이다.
이는 곧 단순히 배전반에 눈이 몰아치거나 설비 위쪽에 눈이 쌓여 언 것으로는 지락 · 단락 사고로 이어지지 않음을 뜻한다. 도전성 물질이 녹아들어가 오손된 후에 사고로 이어지는 것이다(<그림 5> 참조). 간단히 말해 더럽냐 아니냐가 핵심인 셈이다.

방지 대책
절연물에 대한 대책｜배전반에 사용하는 고압 기기는 옥내, 옥외 설치에 관계없이 모두 옥내 사양이다. 따라서 눈이 몰아쳐 전선 지지물이나 LBS에 붙으면 수지 연면沿面에 트래킹이 발생하기 쉽다. 눈이 들어오는 것을 막을 수 없는 경우 옥외 사양의 기기를 선택하면 되겠지만, 설치 공간과 비용을 따진다면 현실적인 대책이 아닐 수도 있다.
대책으로
① 전선 지지물 중 3선 일괄 방식 지지물에 사고가 많기에 단독 방식 지지물로 바꾼다.
② 전선 접속부는 절연 처리(테이핑)를 충분히 하고, 전선 지지물과 전선 접속부는 130㎜ 이상 떨어뜨려 설치한다. 또한, 고압 절연 전선의 피복에 흠이 생기지 않도록 주의한다.
등이 있다.

몰아치는 눈에 대한 대책｜배전반에서 가장 많은 눈 피해 사고는 적설과 융해로 말미암은 LBS의 절연 저하다(<그림 6> 참조). 즉, 배전반 상부 환기구를 통해 눈이 많이 들어온다는 뜻이다. 배전반 상부 구조는 <그림 7>처럼 간단하며, 구멍(Slit)을 내 펀칭 메탈을 붙이는 것이 있는데 이 구조가 눈이 안으로 들어오기 가장 쉽다. 또한, 가루눈 등은
측면 쪽과 문 틈새로 들어와 바람에 날려 LBS 등 고압 기기에 쌓인다.

대책으로 다음과 같은 것이 있다.
① 진입 경로의 미로화 : <그림 8>과 같이 환기구를 통해 직접 공기가 유입되지 않는 구조로 한다. 눈이 직접 들어오지 않는 동시에 눈이 지닌 운동 에너지를 철판에 닿게 함으로써 감쇠시킨다.
눈이 바람에 날려 올라가지 않으므로 쌓이는 것을 예방하는 한편, 이음매에도 맞는 판을 설치해 같은 효과를 얻을 수 있다. 미로화해도 열 환기에 문제가 없다.

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② 틈새 없애기 : 앞서 이야기한대로 몰아치는 눈 탓에 정압과 부압이 생겨 바람이 지나는 길(통로)이 필요하다. 환기구가 있어도 틈새가 없으면 눈이 날아오르는 일은 적어진다. 가장 문제가 되는 틈새는 문이다. 덜거덕거리는 문은 판금으로 보수하고, 문 패킹에 열화가 있으면 교체한다. 패킹이 없는 경우 설치하도록 한다. 판면에 틈이 있으면 틈새를 메우고 환풍기 구멍은 판으로 막는다. 겨울철은 어지간한 과부하가 아니면 환풍기가 필요 없다. 접착 테이프를 붙여 막는 경우도 있는 데, 이는 철마다 뗐다 붙였다 해야 하기에 응급 처치 외에는 권하지 않는다.

한편, 겨울철 결로 대책도 중요한 문제다. 특히 빌딩 옥상에 설치한 배전반의 경우, 전선관을 통해 빌딩 내 따뜻한 공기가 흘러 들어와 옥외와 옥내 온도 차로 아주 쉽게 결로된다. 겨울철은 온도차가 최대가 되므로 상당히 위험하다. 전선관 틈을 메우는 방법 등으로 옥내 공기 유입을 막는 것이 중요하다. 결로 방지 대책으로 흔히 하는 스페이스 히터Space Heater 설치는 홋카이도의 경우, 배전반에 기대 이상의 효과가 없을 뿐 아니라 에너지 절약 측면에서도 결점이 많다.
③ 방설 비닐, 옥내화 : 대책을 아무리 강구해도 설치 장소에 따라 눈이 들어오는 것을 막을 방도가 없는 경우도 많다. 이러한 장소는 옥내 설치 외에 방법이 없으나, 이미 옥외에 설치한 경우 <그림 9>와 같이 방설 비닐을 씌운다. 변압기 방열이 문제가 되긴 하나, 홋카이도의 겨울처럼 추위가 계속되는 한겨울이라면 변압기가 과부하 운전을 하지 않는 한 큰 문제없다. 단, 기온이 올라가는 3월에 철거해야 한다.

염분을 포함한 눈에 대한 대책｜눈을 절연물로 생각하면, 설령 눈이 들어왔다 하더라도 도전성 물질이 녹아들어 도체로 변하지 않는 한 절연 저하도 트래킹도 발생하지 않는다. 따라서 도전성 물질의 제거 즉, 애자 등 절연 기기의 청소가 중요하다. 청소를 제대로 한 배전반은 그렇지 않은 배전반과 비교해 눈이 몰아쳐도 사고에 이를 확률이 낮다. 옥외 기기도 마찬가지로 애자류 청소에 주의를 기울여야 한다.

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일상 순시 점검을 통해서도 눈 피해를 막을 수 있다. 일례로 눈이 들어온 흔적은 애자나 기기에 남은 하얀 가루를 통해 알 수 있으며, 심한 경우엔 트래킹 흔적을 발견할 수도 있다. 또한, 배전반 내부는 바깥쪽보다 안쪽 도료가 옅은 경향이 있어 녹 발생으로(<그림 10> 참조) 눈이 들어온 흔적을 알 수 있다. 그리고 배전반 내 천장에 동그란 녹의 흔적이 많으면 결로 흔적 등 일상 순시 점검으로 사고를 미연에 방지할 수 있다. 자연 현상이라 어쩔 수 없다고 여기지 말고 적극적으로 방지 대책을 세우는 자세가 필요하다.

정리 전화영 기자