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[전력기기 상태감시 진단기술] 정밀안전진단 사고사례
2010-09-15



한국전기안전공사(www.kesco.or.kr)
엔지니어링사업단_이인수 차장
(02)440-2450 / 4power@kesco.or.kr

개요

우리나라는 1970년 이후로 급속한 경제성장을 이루었다. 경제성장의 근간을 이룬 전기설비는 대형화됐으며, 송ㆍ배전 전압은 상승하는 양적인 증가를 이루었다. 정보화 시대로 넘어가면서 안정적인전력공급의 중요성이 부각됐으며, 이를 위한 필수조건인 점검과 진단으로 사고를 예방해 사회적, 경제적 피해를 줄이고 있다.
한국전기안전공사에서는 다양한 진단과 점검 기법 도입을 통한 전기재해 예방으로, 국민의 생명과 재산을 보호하고 가정의 행복과 사회의 안전을 지키는 데 최선을 다하고 있다. 1995년부터는 전기설비에 대한 안전진단업무를 수행하던 중 보다 나은 서비스를 제공하기 위해 엔지니어링업무를 시작했다. 최근에는 업무 영역을 다각화해 태양광발전, 풍력발전, 조력발전, 연료전지 등 신재생에너지에 대한 진단기술을 정립했다. 또한 전기사업법의 적용을 받지 않는 해양설비뿐 아니라 해외에까지 진출해 준공시험 및 시운전, 고장 원인 분석 등의 업무를 수행하고 있다.
전기안전사고 예방을 위해 본고에서는 현장에서 경험했던 정밀안전진단 사례를 소개하고자 한다.

대지전위 상승 원인 분석

1. 개요
휴대폰 기판을 생산하는 공장에서 간헐적(월 1회)으로 기판 제조기계의 파워 서플라이(Power Suppy)가 소손되고 시간이 경과함에 따라 기판 소손 횟수(주 1회)가 증가했다.

2. 분석 방법
⑴ 전원품질 분석(중성점과 접지점 간의 전압)
⑵ 절연저항
⑶ 접지저항

3. 전원품질 분석
⑴ 중성점과 접지 간의 전압

⑵측정데이터

4. 접지저항 측정 결과

5. 접지저항 보강
최근 주변에 대규모 공장의 신축 진행으로 토양의 변화가 있었던 것으로 판단된다. 접지저항을 보강하고 전원품질 분석 결과 최대 6.8V로 측정됐으며, 파워 서플라이 소손사고는 발생하지 않았다.
⑴ 접지저항 재측정치
①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥의 접지저항 재측정치가 모두 0.5Ω으로 접지저항 보강 완료
⑵ 중성점과 접지 간의 전압

⑶측정데이터

케이블 탄화 원인 분석

1. 개요
케이블 트렌치에 포설된 다조의 케이블이 탄화되어 원인 분석을 실시했다.

2. 분석 방법
⑴ 전기설비기술기준에 의한 공사의 적정성 검토
⑵ 포설방법에 따른 케이블 허용전류 검토
⑶ 케이블 다조포설에 따른 전류 불평형 현상에 대한 검토를 실시해 대책 제시

3. 전기설비기술기준에 의한 공사의 적정성 검토
⑴ 케이블 트렌치 공사는 전기설비기술기준 제187조 금속 덕트 공사에 의거 시설되며, 이에 의거해 케이블 포설 방법 및 가닥 수, 허용전류 등을 검토했다.

⑵ 금속 덕트에 넣은 전선의 단면적(절연피복의 단면적 포함)의 합계는 덕트 내부 단면적의 20%(전광표시 장치 · 출퇴표시 등 기타 이와 유사한 장치 또는 제어회로 등의 배선만을 넣는 경우에는 50%) 이하일 것.
⑶ 트렌치 내 케이블 단면적 검토 결과

⑷ 검토 의견
변전실 및 공장 내 트렌치에서 케이블 단면적이 차지하는 비율이 각각 31.0%, 39.0%로서 부적합한 것으로 진단됐다. 케이블 트렌치(금속 덕트에 준함)에 넣은 전선의 단면적(절연피복의 단면적 포함)의 합계는 덕트 내부 단면적의 20% 이하여야 한다(전기설비기술기준 참조).

4. 포설 방법에 따른 케이블 허용전류 검토
⑴ 허용전류 계산 근거

 
계산허용전류 : ① 허용전류 × ② 보정계수(at30℃) × ③ 포설에 따른 전류 저감률


- 전류 저감률 : 변전실 트렌치(46가닥)_0.39, 공장 내 트렌치(57가닥)_0.34 적용
- 전류 저감률은 관내 포설된 상태로 해 검토

⑵ 허용전류 검토 결과

⑶ 검토 의견
일부 케이블은 부하전류가 케이블의 허용전류를 상회해 허용전류 면에서 여유가 없는 것으로 진단됐다. 이러한 이유는 현재 트렌치 내 다수 회선의 케이블이 적층 포설된 상태로, 전류저감계수가 낮아져 케이블 허용전류를 크게 감소시키기 때문이다.

5. 케이블 다조포설에 따른 전류 불평형 현상에 대한 검토
현재 포설된 케이블은 불평형 배열로 포설되어 임피던스 불평형에 의해 허용전류를 초과해 케이블과열을 초래한 것으로 판단된다.

위의 표에서 선로정수 불평형을 초래하는 기하학적 배치 및 배열로 포설한 경우 케이블 간 및 동상간 쇄교 자속의 변화로 인덕턴스(L), 회로 전체의 임피던스(XL=ωL) 불평형이 발생한다.

6. 대책
⑴ 트렌치 내 케이블 점유 단면적 20% 이하로 여유 확보
⑵ 같은 상 여러 조 포설 시 불평형이 없는 배치로 포설
⑶ 케이블 굵기 선정 시에는 전류감소계수를 고려해 선정
⑷ 트렌치와 케이블 트레이로 분리 포설 시에는 전류불평형이 생기지 않도록 배치

마무리

전기설비의 수명은 통상 20~30년 정도이다. 우리나라는 1970년 이후 급속한 경제성장을 이루었으며, 그 근간인 전기설비는 이제 교체시기가 도래했다. 전기설비의 노후 및 성능 저하 방치 시에는 대형사고로 이어져 사업장은 생산 차질 및 이미지 훼손으로, 개인은 안전사고의 위험에 항시 내재되어 있다. 노후설비에 대해서는 전력설비 안전진단을
통한 지속적인 관리 및 변화 추이를 관찰해 교체시기 연장, 적절한 투자시기를 결정해 경제적 이익을 실현할 수 있다.
최근 전기설비 진단의 필요성이 한층 더 요구됨에 따라 다양한 진단기법이 연구ㆍ개발되고 있으며, 그 신뢰성도 상당한 수준에 올라와 있다. 우리나라 산업발전을 위한 전기인의 많은 관심과 노력이 필요할 때이다.

 
절연유 가스 분석
변압기와 같은 유입기기의 내부에 연파괴 현상, 국부과열 등 이상 현상이 생기면 반드시 열 발생을 수반한다. 이 발열원에 접촉한 절연유, 절연지, 프레스 보드, 베이클라이트 등의 절연재료가 열의 영향을 받아 분해해 CO₂, CO, H₂, CH₄, C₂H₂등 탄화수소가스가 발생한다. 대부분의 가스들은 절연유에 용해되므로 유입기기에서 절연유를 채취해 가스를 추출 · 분석하면 가스의 양과 조성에 따라 내부이상 유무 및 그 정도를 추정할 수 있다.

활선 수-트리 진단
수-트리(Water-Tree)란 제작이나 시공 시의 결함 또는 사용 중의 열화로 인해 케이블 내 이물질이 작은 보이드 형태에서 점차 나뭇가지 모양으로 진행되어 나가는 것을 말한다. CV 케이블 절연체 내부에 존재하는 이런 현상을 활선상태에서 진단한다.

AC 절연 진단
진단 대상 설비의 대지전압에 상당하는 상용주파 교류전압을 인가해 절연물의 흡습, 오손 및 보이드(공극)에 의해 발생하는 유전손을 측정 · 분석함으로써 절연물의 열화상태를 종합적으로 진단한다. 유전손이란 절연체에 교류전압을 인가시킬 때 이상적인 절연물은 정전용량분의 전기적 특성을 가지며 전력을 소비하는 저항분이 전혀 없도록 하는 것이 이상적이지만 실제로는 절연물에 근소한 전력손실을 수반한 저항분이 존재하는데 이 전력손실을 유전손이라 한다.

UHF(Ultra High Frequency) 진단
GIS 설비 내부에서 부분방전이 발생하는 원인은 설치 시 진공작업 미흡에 따른 수분이 잔존해 있거나 조립 및 해체 중 내부 이물질유입, GCB 및 DS의 가동접촉자 불완전 접촉 및 SF6 가스 압력 저하에 의한 SF6 가스의 절연파괴로 볼 수 있다. 이러한 내부 초기 절연열화 단계의 부분방전현상을 UHF 센서를 부착해 측정 · 분석 및 트렌드 관리할 수 있다.

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