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개요국내 배전선로에서의 사고는 제작 불량, 설치 불량 등에 의해 발생되는 사고와 염해, 자외선, 황사, 낙뢰 등 주변 환경요인에 의해 단락 또는 지락, 누설전류에 의한 화재, 감전 등의 사고가 발생하고 있다. 또한, 계통사고의 파급으로 절연이 파괴되면서 지락 등의 사고로 이어진다.전기사고 메커니즘을 보면 고전압 설비의 경우 절연파괴되는 과정은 우선 결함요인이 발생하고 그에 따라 절연이 열악한 지점에서부터 코로나 등이 발생하게 된다. 이후 항복전압 이상에서 아크방전에 의한 사고로 이어지게 된다. 일반적으로 현장에서 주로 발생하고 있는 케이블 사고는 장시간이 흐른 뒤 서서히 불꽃방전으로 진행되는 것이 특징이다. 초기의 제작 불량에 의한 경우가 많으나 포설시 설치 불량, 유지관리의 소홀, 주변 환경 등에 밀접한 영향을 가진다. 최근 전력설비의 검사기술은 산업현장이나 인텔리젼트 빌딩의 특성상 정전에서 무정전(활선) 상태에서의 검사가 가능한 비파괴 검사가 주를 이루고 있다. 이 중 배전선로에서의 검사기법은 광범위한 지역을 일정한 조건에서 검사하고 관리할 수 있는 연구가 진행 중에 있다. 이에 배전선로 검사기법에 대한 신기술 확보에 도움이 될 수 있도록 본 원고는 구성되었다.여기서 핵심내용은 전기사고발생에 있어서 주요한 예측인자가 되는 설비의 코로나 발생을 검출하여 분석함으로써 사고를 미연에 방지할 수 있는 자료로 활용하는데 있다. 앞으로 추진되어 제안될 검사가이드(inspection guide)를 통해 배전선로의 새로운 검사기법의 하나로 정착될 수 있으며, 전기설비의 전기안전 최적화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.코로나 발생과 방전1. 전자기 원리와 방전전자기의 기본원리는 변화하는 전기장이 자기장을 생성시키고 이를 통해 다시 전기장을 생성시키는 과정을 반복한다. 따라서 전기장 또는 자기장을 변화시키므로써 전자기 파동을 형성한다. 전자기 파동은 음파와는 다른 파동으로 파동을 전달할 수 있는 매질이 필요없다. 따라서 어떠한 공간에서도 전파가 가능하다. 전자기 파동의 특징 중 하나는 전 대역에 있어서 사람의 눈으로 관찰할 수 없고 단지 일부만 감지할 수 있다는 데 있다. 현재의 기술로는 0에서 1023Hz까지 측정기기를 이용하면 감지가 가능하고 원리상 이보다 큰 진동수가 가능할 것으로 추정되고 있다. 파수의 범위는 일정범위에 따라 특정 이름이 지정되어 있으며 일정하지는 않다. <표 1>은 전자기 파동을 나타낸 것으로 사람의 눈으로 관측이 가능한 범위는 7.5×1014Hz에서 4.3×1014Hz까지 전체적으로 보면 진동수의 범위가 그리 넓지 않음을 알 수 있다.전기에너지는 운동에너지, 열에너지 등 다양한 에너지 변환이 가능하고 이동, 저장 등이 용이하다. 전기사고에 의해 열에너지로 전환되는 과정은 각 설비의 조건에 따라 달라지며, 고전압으로 갈수록 절연파괴에 의한 방전사고가 많아진다.<그림 1>은 방전과정을 나타내는 일련의 과정이다. 기중 방전이 발생하면, 타운센드 방전(townsend discharge)에서 글로우 방전(glow discharge)로 진행되다가 전류가 폭주하고 전압은 짧은 시간동안 상승하였다가 매우 낮아지면서 아크 방전으로 진행된다. 수 마이크로암페어의 전류에서는 줄열에 의한 영향보다는 자외선 영역의 코로나가 발생하게 된다. 따라서 코로나 방전은 고전압에서 미소한 누설전류가 흐를 때 발생하는 것으로 노이즈와 자외선 등을 동반한다. 따라서 열적 열화가 진행되기 전에 검출이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
 일반적인 화재의 경우 눈으로 관측이 가능하다. 그러나 전기에너지에 의한 경우 줄열에 의해 전선이나 케이블, 부싱(bushing)에서 발열이 될 수 있다. 이때 관측이 가능한 장비로서 적외선 열화상 장치가 있다. 적외선 열화상 장치의 특징은 전기설비의 과부하, 절연파괴 등에 의해 발생되는 열에너지를 효과적으로 검출하여 사고를 미연에 방지하는 계통이나 전력설비 등에 많이 이용되고 있다. 그러나 줄열이 이미 발생하고 있다면 전기재료에 손상을 주어 설비의 오염이 진행된 상태로 사고의 파급을 미연에 방지할 수는 있으나 이미 재료의 열화는 진행되었을 가능성이 높다. 미소한 누설전류가 흐를 경우 기중에서는 눈에는 보이지 않으나 초음파 또는 자외선이 방출된다. 기존 코로나 검출장치는 초음파를 집음하여 확인하는 방법으로 안테나와 증폭장치 등이 있었다. 이에 대한 단점으로는 대상물의 코로나 발생위치를 정확하게 분석할 수 없으며, 검사자의 주관에 따라 타겟이 벗어난 경우 코로나 검출을 실패할 수도 있다. 최근 배전선로에서의 검사 신기술로서 유용하게 이용될 수 있는 코로나 카메라는 초기 방전현상에서 발생되는 자외선을 검출하여 영상으로 보여주는 특징을 가진다. 따라서 기존의 검출장비에 비해 비쥬얼하고 효과적으로 대처할 수 있으며, 정확한 방전위치를 검출하는 것이 가능하게 되었다.
  <그림 2>는 코로나 카메라와 기존에 검사기법에 이용되던 초음파 코로나 검출장치를 비교하여 나타낸 것이다. 2. 자외선 검출 원리지구상에 있는 태양복사(solar radiation)를 측정한 자료를 보면 대기권에 도달하는 에너지는 대부분 가시광선 영역으로 되어 있음을 알 수 있다. <그림 3>은 태양광의 파장을 나타낸 그래프이다.
 자외선 검출장치는 전자파 대역에 있어서 240에서 320nm의 파장대역에 있는 자외선 영역을 검출하게 된다. 이는 그림에서 알 수 있듯이 태양에서 방출되는 자연적인 자외선 범위를 벗어난 것으로 노이즈를 최소화 할 수 있는 장점을 가진다. 적외선 열화상 장비와 비교하여 대역 내에 에러를 발생시킬 만한 자연적 요소가 적다는 장점을 가진다. 또한, 불꽃방전 이전의 상황을 검출함으로써 사고발생 추이를 주기적으로 점검할 수 있다는 장점이 있다.가시광선 영역과 일부 적외선 및 자외선 영역이 존재하고 있으며, 이는 지구의 기온이나 습도, 환경조건에 따라 조금씩 달라진다. 특히 적외선(infrared)과 자외선(ultraviolet)에 대한 비교를 보면 <표 2>와 같다.따라서 코로나는 방전(discharge)의 하나로 설명되어 진다. 고전압 전극 주변에 있는 가스분자와 접촉하여 전기적 파괴를 실행하는 코로나방전의 특징은 주위 가스가 전자 파괴되어 전극 주위에 형광을 발생시킨다. 이로써 대전한 음이온과 양이온이 중성화 처리를 일으키는 효과를 나타낸다. 도체가 비대전 상태인 중성화로 되어 공기 중의 대전 이온은 불필요하게 된다. 기중 방전에 있어서 양이온으로 대전한 대기 상층부와 대지의 전자 사이에 힘이 작용하여 피뢰침, 나무 등 돌출되어 있는 물체에서부터 대지의 전자가 도체를 타고 올라와 돌출부의 끝부분에 모이게 되면, 전자 상호간에 반발력으로 인하여 전자가 도체에서 이탈하여 대기 중으로 방출된다. 이 방출된 전자는 기중에 있는 산소에 의해 포획되고 산소는 전자를 얻는다. 결국 음이온으로 전환되어 양이온과의 방전되는 효과를 얻게 된다. 코로나 이 과정에서 돌출부에서의 전자가 반발력에 의해 이탈될 때 나타나는 현상으로 전자파, 노이즈 등을 수반한다. <그림 4>는 자외선 검출장비의 개략도를 나타낸 것이다.
 자외선 검출장비의 활용과 범위자외선 특정대역의 검출을 통해 가능한 활용범위에 있어서 배전선로 활선상태(비파괴)에서의 부분방전, 광범위한 지역에서의 효과적인 진단, 수명예측에 필요한 데이터 수집, 전력설비의 사고 예상지점 확인 등이 있다. 특히, 산악지역이 많은 국내의 경우 배전선로와 수목간의 절연이격거리가 불충분하여 발생할 수 있는 산불화재예방 등에서도 활용이 가능하다.1. 배전선로 비파괴 검사<그림 5>는 배전선로의 열화상 이미지를 촬영한 것이다. 이 때 화살 표시된 부분의 전력퓨즈에서 접촉 불량 등으로 인해 발열이 의심되는 지점이 나타남을 확인할 수 있다. 이는 고전압 상태에서는 고전계에 의해 이미 열적으로 진행된 다음으로 전력퓨즈의 교체가 되어야 한다. 따라서 사고가 이미 진행된 상태임을 알 수 있다.
 그러나 코로나 방전은 암류(dark current)가 발생되는 시점에서 검출이 가능하다는 장점을 가지고 있다. <그림 6>은 23kV 배전선로의 전주에 설치된 지지애자에서의 코로나 방전이 발생되는 것을 촬영한 것이다. 이는 사고가 발생하기 훨씬 이전의 상태를 나타내는 것으로 시차적인 관점에서 보면, 지속적인 모니터링을 통해 예방 또는 교체시기를 진단하고 사고를 미연에 방지할 수 있다.
  2. 철탑에서의 비파괴 검사송전선로에 있어서도 자외선 검출장비는 매우 유용하게 이용될 수 있다. <그림 7>은 철탑에 설치된 송전선로를 지지하는 애자 중 일부에서 자외선 검출을 통해 기중방전이 발생되는 초기의 이상 애자를 찾는 데 유용하게 이용된 예를 볼 수 있다.
 3. 송전선로와 수목 사이에서의 방전검출<그림 8>은 산악지역이 많은 국내의 특성에 가장 유용하게 이용될 수 있는 예를 보여준다. 자외선 검출장비에 의해서 효과적으로 코로나 발생 상태를 확인함으로써 방전사고에 의해 산불로 이어지는 상태를 막을 수 있다.
 4. 변전소내 전력설비에서의 비파괴 검사변전소내부에는 많은 전력설비가 있다. 또한 안전장치가 있어서 효과적으로 설비관리가 이루어지고 있으나 자외선 검출을 통해 주기적이고 효과적인 점검이 가능하다. <그림 9>는 변전소내에 있는 캐패시터 뱅크 중 부싱에서 발생되고 있는 자외선을 검출하여 지속적인 모니터링이 가능하다는 것을 보여주는 예이다.
 기존과 비교되는 장점상기의 내용 이외에도 자료를 수집하고 분석을 통해 전력설비의 많은 진단과 관리가 용이하다는 장점을 가지고 있다. <표 3>은 기존의 코로나 측정 장비와 장단점을 비교하여 나타낸 것이다. 표에서도 알 수 있듯이 기존에는 초음파, UHF 안테나 등이 주를 이루었으며, 대상물의 위치에서 정확한 사고 발생지점을 찾기는 매우 어려웠다. 자외선 검출장치를 이용하면, 이러한 단점을 쉽게 극복할 수 있다. 가장 큰 특징으로는 사고발생지점을 정확하게 확인할 수 있으며, 전문가가 아니더라도 쉽게 이해하고 접근할 수 있는 이미지 분석이 가능하다는 것이다. 또한, 자연계에서 방출되는 자외선 영역이 아니라 코로나 발생시에만 나타나는 자외선 영역 중 특정대역을 검출함으로써 획기적으로 노이즈를 없앨 수 있다는 장점을 가지고 있다.효과적으로 검사하기 위한 향후 계획자외선 검출장치가 새로운 검사기법에 적용되는데 매우 유용한 것은 사실이나 단점이 없는 것은 아니다. 따라서 전기안전 연구의 연속성과 관련하여 효과적인 검사기법을 마련하기 위해서는 자외선 검출장치의 분석기술이 선행되어야 할 것이다. 코로나 카메라(자외선 검출장치)를 이용하여 배전선로를 검사하는 기술로는 모니터링 기술(monitoringtechnology)과 사고재현(accident reconstruction), 설비진단(facilities diagnosis), 방지기술(prevention technology)에 적용이 가능하도록 가이드라인(guideline) 마련이 요구된다. 또한 기존의 검사 방법을 추가하여 보완할 수 있도록 연구 수행이 진행되어야 할 것이다. 최근 데이터 발표를 보면 전문가만이 이해 할 수 있는 자료가 아니라 누구나 쉽게 접근하고 공감하는 자료로 분석되는 경향이 있다. 코로나 카메라 역시 비쥬얼한 이미지를 제공함으로써 수용가가 쉽게 이해가 가능할 것으로 판단된다.연구의 특성상 모든 분야에 적용하기까지는 많은 시간이 소요되므로 22.9kV의 배전선로를 중심으로 케이블, 애자, 구분개폐기, 주상변압기 등의 순서에 의해 기법개발이 이루어져야 할 것으로 판단된다. 이에 연구의 진행은 자료 조사 및 분석, 실험실에서의 검출 가능한 코로나 영역의 확인, 재료분석, 현장 검증, 사용설명서 등을 체계화하여 검사 지침(inspection guideline)으로서의 역할을 수행하기 위한 자료로 활용될 수 있다. <그림 10>은 이와 같은 과정을 개략적으로 나타내었다. 신기술 검사기법을 마련하기 위해서는 아래의 그림과 같이 검증과 기존 장비와의 차별성을 비교하여 진단에 이용하는 것이 바람직하다고 판단된다. 실험실 조건에서의 데이터는 현장과는 많은 차이점이 있으므로 이에 대한 문제점을 발견하여 해결하는 것이 관건이다. 특히, 온도와 습도에 의한 영향을 매우 클 것으로 판단되어 이에 대한 연구가 요구된다.
 자료분석은 기존 코로나 측정기술 자료의 수집 및 분석, 국내외 논문지, 기술지에 투고된 자료의 분석, 제공된 자료의 분석, 현장 실태 분석, 기타, 인터넷 등을 통한 자료의 조사 등 다양한 자료가 분석되어야 할 것으로 판단된다.실험적 검증은 분석된 자료를 근거로 하여 검사대상 선택해야 하며, 우선 수행되어야 할 것으로 22.9kV 배전선로, 22.9kV 수변전설비 등이 대상이 될 수 있다.따라서 기존 설비의 축소모델을 제작하여 22.9kV 전기설비 모델을 선정하고 열화조건이 되는 수분, 염수, 분진, 주변 온도 등의 변화를 인위적으로 가하여 각 단계에서의 열화를 분석하고 정립해야 할 것이다.열화된 시료는 재료 분석을 통해 정립해야 할 것이며 적정한 분석기기와 방법으로는 적외선 분광분석에 의한 표면열화 분석, 열분석에 의한 열적 파괴 단계 정립 등이 있다. 이외에도 열화상(IR images) 장비와의 비교, 기존 코로나 측정 장비와의 비교, 현장 적용 등 많은 검증과정을 거친 후에 검사지침 마련이 가능할 것으로 판단된다.결론검사기술은 하루가 빠르게 변화하고 있다. 기술경쟁력을 확보하고 앞선 전기안전서비스를 제공하기 위해서는 현재의 것을 정립하고, 미래의 것을 받아들여야 할 것이다. 창조의 기술은 매우 어렵고 힘이 들지만, 시야를 넓게 하면 많은 문제의 해결방법을 찾을 수 있다. 러시아의 공학자 G. Altshuller가 고안한 ‘TRIZ(Teorya Reshenya Izobretatelskih Zadatch)’에서 각 분야의 2백만 개의 기술패턴을 분류하여 적용함으로써 기계공학에서는 당연한 기술이 전기공학에서는 풀리지 않던 문제로 있었다든지 하는 난제에 빠졌던 문제들을 해결했었다고 한다. 국내의 산업현장에서도 이를 적용하고자 하는 노력이 많아지고 있다. 현대사회에는 인터넷으로 인해 많은 기술들이 일반화되고, 알고자 하는 노력만 있으면 접근이 가능하게 되었다. 이에 사고의 전환과 넓은 시야를 통한 통찰력이 요구된다.전기안전 전문기관에서의 신기술 검사기법 마련은 매우 중요하다. 설비진단을 통해 고부가가치를 창출할 수 있으며, 대국민 전기안전에도 기여할 수 있다. 이에 제안된 코로나 카메라를 이용한 배전선로 검사기술을 마련하는 것은 중요한 현안 중의 하나가 될 것으로 판단된다.
<Energy News>
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