보호계전기는 전력설비에 발생한 고장을 신속하게 제거하고 설비의 안전운전과 고장설비의 손상을 경감하는 것을 목적으로 설치하는 중요한 기기이다. 그러나 보호계전기를 장기간 사용하게 되면 구성부품의 열화고장에 의한 기능저하, 오동작·오부동작 등이 발생해 전력설비 및 공장 가동에 중대한 지장을 초래할 수 있다. 예방보전의 관점에서 이 지장을 사전에 방지하기 위해 일상점검 및 정기점검 실시 등 보수점검의 유지관리 대응은 매우 중요하다. 이하에 보호계전기의 유지관리 시 주의사항에 대해 정리한다. 또한 보호계전기의 취급설명서에는 아래의 항목 외에도 주의사항이 기재되어 있는 경우가 있으므로 반드시 취급설명서를 확인한 후에 사용할 것을 권장한다.
일상점검 및 정기점검은 이하의 목적으로 실시한다.
(1) 일상점검
운전상태의 이상유무 확인을 목적으로 실시하며, 순시(巡視)에 의한 일상점검 시 보수담당자의 시각, 청각, 후각, 촉각 등을 사용해 상태를 확인함으로써 이상을 조기에 발견할 수 있다.
(2) 정기점검
일상점검 시 점검이 불가능한 특성시험 및 상세 내부점검을 실시하고, 장기간 사용 시 경년열화의 정도를 조사한다. 유지보수는 점검 및 교체를 언제 실시할 것인가, 그 시기를 어떻게 알 수 있는가, 또 그 시기를 어떻게 정할 것인가 하는 문제가 중요한 과제가 된다. 다음에 구체적인 일상점검·보수관리의 중점사항 및 점검주기, 보호계전기의 수명과 갱신권장시기에 대해 설명한다.
일상점검·보수관리의 중점사항(1) 전기기계형
전기기계형 보호계전기는 [그림 1]과 같은 구조를 취하고 있다. ①~⑧의 중점사항에 유의하며 일상의 보수·점검을 실시할 것을 권장한다.
(2) 트랜지스터형
트랜지스터형 보호계전기는 [그림 2]와 같은 구조를 취하고 있다. ①~⑤의 중점사항에 유의하며 일상의 보수·점검을 실시할 것을 권장한다.
(3) 디지털형
디지털형 보호계전기에서는 그 구성 내용에 따라 차이가 있지만, 자기진단기능(自己診斷機能, Self-diagnosis Function)을 탑재하고 있어 사람에 의한 일상점검 및 보수의 경감을 도모하고 있다. 디지털 회로에서는 과대한 노이즈 등으로 인해 일과성 고장이 발생하는 경우가 드물게 있다. 감시 항목에 따라서는 일단 전원을 끄고 다시 전원을 투입하면 복구할 수 있는 것도 있다. 복구된 경우에는 일과성 고장인 것으로 판단되기 때문에 보호계전기는 그대로 사용 가능하다고 말할 수 있다. 복구되지 않은 경우 또는 빈번하게 이상이 재발하는 경우에는 ‘보호계전기 불량’으로 판단되기 때문에 취급설명서에 따라 조치를 취할 것을 권장한다.
(4) 정기점검 시 기타 주의사항
정기점검 시 감전·부상·고장·오동작·오부동작을 방지하기 위해서는 다음의 사항을 준수하여 실시해야 한다.
● 정기점검은 해당 분야의 전문 기술을 보유한자가 행한다.
● 취급 및 점검 내용은 취급설명서를 잘 숙지한 후에 실시한다.
● 정기점검은 외부 시험용 단자 삽입 등에 의해 무인력(無人力) 및 제어전원이 무전압임을 확인한 후에 실시한다.
● 정기점검은 외부에서 트립락(TRIP-LOCK)이되어 있음을 확인한 후에 실시한다.
● 점검시험에서 보호계전기의 입력파형 왜곡은동작치에 영향을 주기 때문에 소용량의 전원등에서 파형이 부담에 의해 현저하게 달라지는 것은 시험전원으로서 바람직하지 않다. 측정결과가 정확하게 나오지 않을 우려가 있다.
● 입력전류 또는 제어전원전압의 연속 허용치를 초과하는 입력을 장시간 인가하면, 회로부품의 과열 및 소손의 원인이 되기 때문에 주의가 필요하다.
● 특성시험을 실시할 시에는 취급설명서에 기재되어 있는 시험환경 조건을 확인하고, 적절한 환경하에서 시험을 실시함과 동시에 측정기류는 적절하게 교정된 기기를 사용한다.
● 상기의 시험환경 조건을 확인하여 특성시험을 실시했으나 관리치에 들지 않거나 이전 점검 시와 측정치가 크게 달라지는 경우는 장치 고장 또는 장기사용에 의한 특성변화를 생각해볼 수 있다. 조정방법을 포함한 대책과 관련해서는 제조업체에 문의한다.
점검주기에 대해
(1) 일상점검의 점검주기
주기로는 최소한 1개월에 1회 이상, 무정전으로 점검할 것을 권장한다.
(2) 정기점검의 점검주기
점검주기의 기준을 아래에 설명한다.
디지털형 보호계전기는 자기진단기능 및 자동점검, 강제출력기능을 갖추고 있기 때문에 일상의 보수점검 업무를 경감할 수 있다.
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정지형 보호계전기와 전기기계형 계전기의 점검주기최초점검은 준공 후 1년째(특성시험, 종합동작시험)에 실시한다. 그 후의 정기점검은 1~4년 주기로 실시한다.
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디지털형 보호계전기의 점검주기자동감시기능을 구비한 디지털형 보호계전기에서는 최초점검을 생략할 수 있으며 정기점검의 주기를 연기할 수 있다. 또 점검내용의 간략화가 가능한 경우도 있으므로 정기점검의 주기 및 점검내용에 대해 검토할 시에는 제품의 취급설명서를 참고한다.
보호계전기의 수명 및 갱신권장시기에 대해(1) 수명의 개념
보호계전기의 수명은 일반적으로 「전기적·기계적 성능이 저하되어 사용상 안전성·신뢰성을 유지할 수 없다」고 판단한 시점을 말하며, 다음 [그림 3]의 욕조곡선(Bathtub Curve)으로 나타난다. 또 전자부품의 개폐(改廢)가 많은 경우 「부품 입수의 곤란으로 유지보수를 할 수 없을 때」를 수명으로 보기도 한다.
(2) 보호계전기에 사용되고 있는 각종 부품의 수명
보호계전기에 사용되고 있는 각종 부품의 수명은 다음과 같다.
이러한 수명은 적용환경에 따라 크게 달라지며, 위의 열화요인에 해당되는 환경에 노출될 경우 보다 짧아진다.
(3) 열화요인
보호계전기는 동작 대기 상태에 있기 때문에 기계적 마모에 의한 열화는 적지만, 온도, 습도, 화학반응, 진동, 충격, 과부하 전류 및 서지 전류 등의 설치환경에 따라서는 부품의 열화가 촉진되는 경우가 있다.
특히 온도에 의한 영향은
① 보호계전기의 사용온도(절대온도)가 높아지면 내구시간이 감소하고 일반적으로 사용온도가6~10℃ 올라갈 때마다 내구성이 반감하는 것으로 알려져 있다.
② LSI는 급속한 발전을 통해 금속 배선의 미세화·박막화가 진행되고 있으며, 그에 따른 고전류 밀도에 의해 알루미늄 배선이 단선(斷線)에 이르는 현상(일렉트로마이그레이션)이 발생하는 경우가 있다.
③ 일렉트로마이그레이션과 같이 전류 인가가 없어도 열적 또는 기계적 응력(스트레스)으로만 배선의 금속원자가 이동해 배선의 반단(半斷) 및 단선에 이르는 현상(스트레스마이그레이션, Stress-migration)이 발생하는 경우가 있다.
(4) 보호계전기의 노후화에 의한 영향
계전기의 노후화에 의해 다음과 같은 현상이 발생한다.
① 보호계전기의 오동작
사고가 아닌데도 계전기가 동작하면 정전과 함께 생산라인의 정지 및 계산기 시스템의 다운 등 큰 손실이 발생한다.
② 보호계전기의 오부동작
사고가 발생했는데도 동작하지 못해 상위의 배전변전소에서 트립되면 파급사고가 발생하게되고 다른 공장 및 상업시설, 병원, 일반가정 등 광범위에 걸쳐서 악영향이 미친다. 또 사고를 제거하지 못한 경우 전기설비가 손상을 입어 그 복구에 막대한 시간과 비용이 든다.
③ 보호계전기의 특성변화
아래의 요인에 의해 상기 ①, ②와 마찬가지로 영향을 받는다.
● 동작치가 변하여 사고를 검출하지 못하고 오부동작 발생
● 동작치가 변하여 사고가 아닌데도 잘못 검출하여 오동작 발생
● 동작시간이 변하여 보호협조가 이루어지지 않아 오동작/오부동작 발생
수명연수를 초과해 계속 사용을 하면 언제 고장이 발생할 지 알 수가 없는 리스크가 높은 상태에서 운영을 하는 것이기 때문에 오동작, 오부동작이라는 장해가 생기기 전에 갱신할 것을 권장한다.
(5) 디지털형 갱신의 장점
① 정기점검의 연장화 및 점검항목의 간소화 가능자기진단기능 및 자동점검, 강제출력기능을 갖추고 있기 때문에 일상의 보수점검 업무를 경감할 수 있다. 또 소프트웨어에서 입력을 필터 처리, 릴레이 연산처리하기 때문에 동작시간 등의 특성에 경년열화가 거의 없다.
② 신뢰성 높은 보호협조 도모
복수의 반한시 특성 및 정정치의 상세화 등에 의해 신뢰성 높은 보호협조를 도모할 수 있다.
③ 부가기능에 의한 보수성 향상
계측 기능으로 계통의 전압·전류 등을 확인할수 있는 기종 및 데이터 저장 기능에 의해 계통사고 및 고장 전후의 정보를 자동으로 기록하여 사고 해석을 지원하는 기종도 있다.
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보호계전기는 계통사고가 발생했을 때에 비로소 「동작」, 「부동작」을 알 수 있는 장치이기 때문에 경년열화에 따른 갑작스러운 오동작 및 오부동작의 발생을 방지하기 위해 적절한 주기에서의 유지보수가 요망된다.
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