수분에 의한 장해발생 방지대책과 연명화

이 원고는 일본 《電氣現場技術》誌에서 번역 전재한 것입니다. 수분에 의한 장해발생 방지대책과 연명화 변전기기 장해는 시간의 경과에 따른 열화로 분석되는 경우에도 수분이 관여하고 있는 경우가 많다. 본사의 수력 발전소 및 변전소의 변전설비 장해실적에 관해 분석하면, 18%의 장해는 수분이 관여하고 있다. 이로 인해, 장해가 발생할 가능성이 있는 부위부터 수분을 끊는(접촉시키지 않는다)것이 유효한 장해 방지 대책이 됨과 동시에, 기기의 연명화에 따른 비용 절감을 실현할 수 있다. 본 그룹에서는 변전기기와 수분과의 관계에 있어서 검토를 거듭해 왔다. 본고에서는, 운용 중 기기에서 수분을 없애는 방법에 대해 소개했다. 변전기기의 장해분석 본사의 변전기기에 대해 장해 분석을 시행하자, 수분이 ‘명확히 관여’ 및 ‘관여가 추정’되는 장해는 18%이다. 또 수분관여를 부정할 수 없는 장해도 포함하면 26%로 높아진다<표1>. 장해발생의 부위를 분석하면 옥외에 있어서 <그림2>에 나타낸 것처럼 수분에 의한 장해는 부속 장치와 조작 상자 안이 약점이 되고 있다. ① 변압기 : 가스 검출 계전기 등 부속품의 장해가 49%이다. ② 차단기 : 조작 상자 내의 장해가 57%이다. ③ 단로기 : 조작 상자 내의 장해가 35%이다. ‘명확히 관여·관여를 추정’이라는 장해의 원인은 ① 녹의 발생 ② 흡습 ③ 절연불량 ④ 부식 등의 순으로 많고, 발 변전부문에서는 1년간 14건 발생하고 있다. 한편 ‘관여를 부정할 수 없다’를 포함한 장해는 27%로 올라 여기에 다른 부문의 장해를 더하면 실제 상황은 더욱 많을 것으로 추정된다. 이 때문에 본 그룹에서는 기체·액체·고체로 변화하는 수분에 의한 장해를 방지하기 위해, ① 조작 상자 등 습기 침입 방지 대책 ② 기기에 정체하는 빗물 방지 대책 의 2가지에 중점을 두어 대책을 실시했다. 금속과 부식의 관계 1. 부식 속도와 임계습도 금속 표면에는 상대 습도(이후 습도)가 100%에 달하지 않더라도 수분이 흡착해 부식이 진행 된다. Vernon의 연구에 따르면 습도 60% 부근에서부터 급격히 부식이 진행된다<그림3>. 습도는 금속이 급격히 수분을 흡착하는 습도이므로 임계습도라 한다. 그 밖에 <그림4>에서 대기에 의한 부식 속도와 수막의 두께 관계를 나타냈다. 영역Ⅰ의 수막 두께는 여러 분자 층에 건조한 대기 중의 산소에 의해 산화 피막이 생성되고 있다. 영역Ⅱ는 10~100분자 층으로 된 옅은 연속된 수막이 형성돼 있어 이 영역에서의 부식 속도는 수막의 두께와 함께 급격히 증가해 부식 속도가 가장 빨라지는 것은 1(㎛)이라 불린다. 영역Ⅲ·Ⅳ는 육안으로 볼 수 있는 연속 된 수막이 존재하는 영역으로 대기 중의 산소 공급량이 감소해 부식 속도는 느려지지만 장기간 계속 됨에 의해 부식은 진행된다. 2. 해염입자와 먼지에 의한 부식 해염입자의 양은 지형이나 기상 조건에 따라 크게 다르지만, 이 입자는 흡습을 개시하는 습도가 낮은 특성을 지니고 있다. 염화나트륨 76%, 염화마그네슘 34%, 염화칼슘 29% 등이 있어 금속 표면에 부착하면 수막을 만들어 그 안에 녹아들어가 염화물 이온이 되 부식을 앞당긴다. 한편 표준입자 (AL2O3, SiO2)를 이용해 부착입자 수에 대한 부식 율과 입경존재성을 밝힌 연구가 있다. 이것에 의하면 커다란 입자일수록 부식 발생 율은 높은 것을 알 수 있지만 작은 입자일지라도 시간이 흐르면 부식이 발생한다고 추정되고 있다. 이와 같이 해염이나 먼지는 부식을 발생시키는 원인이 되므로 수증기와 같은 환경 속에 떠다니지 않도록 하는 것이 중요하다. 수분에 의한 장해 방지 대책 1. 조작 상자 등 습기 침입 방지 대책 장해 발생이 많은 조작 상자 안의 습도를 급격히 부식이 진행되는 60%이하로 낮추는 것을 목표로 <표2>의 대책을 실시했다. 종전에는 침입한 습기는 환기구 등으로부터 배출하는 것으로 됐었지만, 상자 자체의 기밀을 향상 시켜 일단 들어온 습기는 제습제에 의해 흡수되는 것으로 했다. <그림5>에 환기구를 폐쇄해 제습제를 넣은 경우에 관해 종전의 방법과 비교해 나타냈다. 75%부터 25%에 급속히 습도가 저하되고 있는 것을 알 수 있다. 제습제는 가정용 시판용으로 공간 문제가 아니라면 흡습량 450cc를 설치하고 있다. 흡습한 염화칼슘 용액은 엎지르지 않는 한 주위에 악 영향은 없다. 이에 따라 겨울철에는 보온 히터를 사용하지만 여름철 결석 방지 히터는 불필요하게 되어 폭 넓은 성 에너지가 됐다<그림5><그림6>. 2. Seal 재 변전 기기 수분 침입방지를 위해 해당 부분에 Seal을 하지만, 우선 Seal 재에 대해서 기술하겠다. Seal 재는 일반적으로 실리콘 계 혹은 변성 실리콘 계가 사용되고 있다. 변성 실리콘 계는 자외선에 약하지만 페인트를 바를 수 있으므로 마무리가 아름답다. 실리콘 계는 페인트칠을 할 수 없으나 변성 실리콘 계는 내후성이 뛰어나다. 이 때문에 실리콘 계를 기본으로 해 기설 관련 등 필요에 의해 변성 실리콘을 사용하는 것으로 했다. 실리콘 계는 그 분자 구조의 특성을 살려 기름·합성수지·고무 등 여러 방면에 걸친 제품이 있고 상온 경화·가열 경화 등 여러 종류가 있지만 1액 상습 경화타입을 사용하고 있다. 그러나 경화 시 발생하는 옥심(oxime)은 동의 표면을 부식시키거나 현재상태 Dimethylsiloxane은 저전압·소전류의 마이크로 계전기에 나쁜 영향을 끼친다. 이로 인해 밀폐한 곳에 충전한 실리콘은 ‘알코올경화·저분자 실로키산’타입을 선정하고 있다. 또한 전압이 인가되지 않은 병은 일반 건축용 실리콘, 절연 내력이 요구되는 배선용 단자에는 전기적 특성이 공표돼 있는 상품을 사용하고 있다. 일반적으로 Seal 재의 수명은 10년이라고 하지만 시공의 좋고 나쁨이나 환경에 의해 서로 차이가 크다. Seal의 점검은 정기점검 때 체크해 다음 점검 때까지 기다릴 수 없을 경우에는 그 자리에서 처리한다. 처리는 열화상황에 응해 전면이나 부분처리를 하지만, 부분처리일 경우 자체를 기존 설비 보다 크게 시공한다. 또한 현장에서 기존 설비 제품에 대한 시공은 녹이나 더러움을 세제나 용제로 떨어뜨려서 시공하는 것이 중요하다. 3. 유입·가스 기기의 수분 침입 방지 대책 유입변압기나 가스차단기 등의 틈새에 빗물이 고여 녹발생·기름누출·가스누출 장해가 생기고 있다. 경사 구조로 하는 것이 가장 유효하지만 기존 설비 기기의 개조는 곤란하므로 모든 유밀·가스밀 부분의 이음매 및 병에 Seal하는 것을 원칙으로 했다. 작업은 정전 점검에 맞춰 순서대로 처리할 계획이다. 틈에 붙일 이음매는 실리콘으로 틈을 메운다. 틈이 없으면 실리콘 도포 후, 목지작성용 주걱으로 고르게 한다. 병은 이제까지 수작업으로 실리콘 처리를 했지만 병의 틈에 실리콘을 충전해 위에서부터 씌워 미관 향상과 작업의 효율화를 꾀하고 있다. 또한 병 틈새의 재질은 실리콘이나 폴리에틸렌 등이 있어 크기도 여럿 있기 때문에 적당한 제품을 사용한다<그림7><그림8>. a. 변압기 부속품 다이얼 습도계 등 변압기에 부속하고 있는 여러 종류의 전기 장식품은 침수에 의해 절연저항이 저하해 직류 접지가 발생하고 있다. 특히 가스 검출 계전기는 장해가 많기 때문에 절연 저항 값이 50M 이상을 확인해서 Seal한다. 본 계전기는 형상이 복잡하므로 반죽 형태의 실리콘 재는 확실한 시공의 어려움이 있다. 이 때문에 고무 형태의 실리콘을 사용해 품질 향상과 작업의 효율을 도모했다<그림9>. 다이얼 습도계나 유면계는 주위 및 단자 대를 Seal하지만 배관 접속 부를 포함해 새지 않도록 시공한다. 단자 대의 힘·너트는 실리콘을 채운 틈을 덮어 배관 접속 부는 폴리올레핀 종류를 주 성분으로 한 Seal 재로 폐쇄한다. 또한 유입 차단기 제작업체에서는 연명화를 향해 Seal 장소에 관해 공표하고 있으므로 참고해 주기 바란다. b. 계기용 변성기의 수분 침입 방지 대책 홋카이도의 겨울은 빙설이 융해·동결해 틈새로 침입한 수분이 팽창할 때 주변에 물리적인 힘을 가해 기기가 파손되는 경우가 있다. 특히 계기용변성기 장애기관 아래 부분에서는 침입한 수분이 동결팽창해서 기름이 흐르는 장해가 발생하고 있다. 이로 인해 업체에서는 장애 기관 시멘트 부나 이음매 부를 Seal하는 것으로 했으나 장해는 감소하지 않았다. 이번에는 본사에서 실시하고 있는 장애 기관 하단부 이음매에 침입한 수분을 공기를 불은 후 액체 형태 실리콘을 충전한 ‘실리콘 시-란토를 사용한 이음매 접선면의 Seal’에 관해 <그림10>에서 간단히 소개하겠다. 이상으로 수분에 관한 열화 방지 대책의 일부를 소개했지만 기기의 열화 방지는 결과적으로 연명화로 이어져 가격 삭감이 된다. 다음의 과제로서는 대책을 신규 구입품에 반영시켜 기기 형상의 개선 등을 진행시켜 구입 때부터 수분에 의한 열화에 강한 변전기기의 설계 제작을 목표로 하고 싶다. 본고에서는 구체적인 재료이름이나 방법은 서술하지 않았기 때문에 상세한 설명은 아래 연락처로 연락하기 바란다. [문의] 北海道電力(株) 旭川統括電力센터 電特別保守技術그룹 TEL : 0166-98-5081 FAX : 0166-33-7256