한국전기안전공사(www.kesco.or.kr)
기술지원처_손명목 검사팀장
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개요

전기설비가 첨단화 및 대형화 되어 가고 전기가 산업의 핵심 에너지원으로 사용됨에 따라 설비 상태 진단을 위한 정전조차 허용되지 않는 경우가 있다. 특히 전기사업법에 의해 전기설비의 고장 및 사고를 예방하고 안전하고 안정된 전원 확보 및 현재의 이상상태와 잠재적 고장에 대한 분석을 위해 정기적으로 검사를 실시하는 데 있어서도 정전을 하기 곤란한 경우가 있다. 정전을 하지 않고도 설비 상태를 확인할 수 있도록 현재 개발된 다양한 진단법을 이용한 검사 및 진단으로 전력설비의 안전성을 향상시키고 신뢰성 있는 유지 보수 정책을 수립하기 위해 활선상태에서 전로의 절연내력 확인 방법에 대한 기술기준을 제정하고자 한다.

배경

활선진단과 관련해 국내외에서는 다양한 연구가 진행돼 왔으며, 장비 또한 개발되어 현장에 적용되고 있다. 고객은 정전의 어려움을 이유로 활선상태로 검사 · 진단을 요구하고 있다. 활선상태에서의 안전 확보에 필요한 기술적 근거를 마련하게 된다면 사용 중인 설비의 안전성을 확인해 검사 · 진단 그리고 보수를 위한 정전시간을 단축함으로써 기업의 생산성 향상을 가져올 수 있을 것이다. 대용량 고객의 검사 시에 정전의 어려움으로 절연내력 시험의 곤란과, 고객들의 활선진단 장비를 이용해 전기설비의 트렌드를 관리하는 경향, 그리고 자체 기준 등으로 진단을 하고 있는 정밀진단업계의 활동 등을 비추어 볼 때 지금이 절연내력 시험을 대신할 방법에 대한 기준 정립이 필요한 시점이다. 그래서 한국전기안전공사는 그동안의 연구와 시범시행의 결과 그리고 고객의 요구를 담기 위한 설문조사를 토대로 무정전검사 제도를 도입하고자 하며 그 근거를 위한 기술기준 및 판단기준을 정립하고자 하는 것이다.

1. 설문조사
무정전검사 제도 도입의 정책 자료로 활용하기 위해 2010년 1월 자가용 전기설비 정기검사 대상 고객 1,011호에 대해 현장을 직접 방문해 설문조사를 실시했다. 무정전검사의 필요성 등을 설문한 결과 약 80.2%의 고객이 첨단장비를 활용한 무정전검사를 희망하는 것으로 나타났다(<표 1, 2> 참조).

2. 정전비용
국가 주요 산업시설 378호 중에서 검사대상 고객의 1시간 정전비용을 산출한 결과 연간 5,340억 원에 달하는 것으로 나타났다.

3. 무정전검사 도입 추진 현황
2004년 한국전기안전공사 전기안전연구원에서는 '무정전 정기검사 기법 및 판정기준 연구'를 했으며, 2004년부터 2009년까지 고객 274호에 대해 무정전검사를 시범 실시해 판정기준을 정립하는 등 제도 도입을 위한 준비를 철저히 해 왔다. 2009년 12월에는 검사기준심의위원회를 개최해 무정전검사 판정기준(안)을 논의했다. 올해 1월에는 정부 관계자와 고객이 참관하는 가운데 시연회를 성공적으로 마쳤으며, 향후 무정전검사 장비를 확충할 계획이다(<표 5> 참조).

[표1]「 정기검사 시 첨단장비를 활용해 무정전상태에서 검사하는 것에 대한 귀하의 생각은 어떠하십니까?」라는 질문에는 810호(80.2%)의 고객이 필요하다고 응답

[표 2]「무정전검사의 주기에 대한 고객의 생각은 어떠하십니까?」라는 질문에는 매회 무정전검사 25.8%, 무정전검사 1회 후 2회차 검사 시는 정전검사 54.4%로 응답


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무정전검사는 부분방전 측정, 적외선 열화상 측정, 전원품질 분석 등 19개 세부종목을 정전검사 종목에 추가, 더욱 정밀한 검사로 그 품질을 향상시키고 고객에게 만족스러운 검사 서비스를 제공하게 될 것이다.


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활선상태에서의 절연내력 확인 방법

전기설비기술기준 및 판단기준 부록의 한국전기기술기준위원회 표준에는 전로의 절연내력 확인 방법(KECS 1201-2006)이 규정되어 있다. 이 규정의 적용범위는 기술기준의 제13조「전로의 절연저항 및 절연내력」, 제16조「변압기의 전로의 절연내력」, 제17조「기구 등의 전로의 절연내력」에 해당한다.
이 표준의 기술적 규정에서는 특고압 전로, 변압기전로, 기구 등의 전로에서 시험장비의 이동 또는 설치 공간 부족 등 현실적 제약이 있는 경우에는 공장시험성적서를 확인해 절연내력 시험을 대신하고 계통의 사용전압으로 운전할 수 있게 했다.
특히 기술기준 및 판단기준 제13조 ①에서는 '사용전압이 저압인 전로에서 정전이 어려운 경우 등 절연저항 측정이 곤란한 경우에는 누설전류를 1㎃이하로 유지하여야 한다'라고 규정, 정전하지 않고 절연저항 측정을 대신할 점검을 할 수 있도록 규정하고 있다. 그런데 고압 및 특고압의 경우 활선상태전로에서 정전이 어려운 경우 등 절연내력 시험을 하기 곤란한 경우에 전기설비의 절연성능 확인 방법에 대한 규정이 없어 이에 대한 기술적 근거를 마련하고자 한다.
활선상태 전로에서는 적외선 열화상 장비로 열화정도와 이상 발열 유무를 확인할 수 있으며, 전원품질 분석기를 통해 전원의 상태, 전력의 사용상태 분석, 고조파 발생상태 분석 등을 할 수 있다. 그리고 부분방전 측정, SF6 가스 분석, 절연유 가스 분석, 절연유 절연내력 시험, 절연유 산가 시험, 피뢰기 누설전류 측정, 자외선 코로나 측정 등을 통해 사용 중인 특고압 전로, 변압기, 기구 등 전로의 절연내력시험을 대신할 수 있다. 이러한 시험 및 분석을 위한 판단기준을 제시하고자 한다.

1. 부분방전 측정
전기설비의 절연열화는 부분방전이 그 원인으로 되는 경우가 많으며, 특히 절연물이 내부에 보이드(결함)가 있어 그 보이드의 전계분포가 높아져 국부적으로 방전을 하게 된다. 부분방전 측정은 절연물의 외상이나 결함 등 국부적인 결함을 검출하는 데 적합하다. 교류전압을 이용한 부분방전 측정 시에는 교류전압의 한 주기에서 변화하는 전압에 따라 부분방전이 발생하는 위상 영역이 나타난다. 위상영역에 따른 부분방전의 발생은 부분방전을 일으키는 재료의 종류, 보이드의 종류 및 형상, 코로나 등 경우에 따라 달라진다. 이것을 부분방전 패턴인식(Partial Discharge Pattern Recognition)이라 하며 일반적으로 통용되는 분석 방법이다. 부분방전 측정에서는 교류전압 정현파의 한 주기를 통해 분석하는 <표 7>과 같은 이상 패턴이 발생한 경우 요주의 판단한다.

2. SF6 가스 분석
SF6 가스는 무색 · 무취 · 불연성의 기체로서 화학적으로 안정되어 있으며, 절연파괴의 강도는 공기의 3배에 가까워 압력을 높여 사용하면 절연유 이상의 절연내력을 얻을 수 있다. SF6 가스 수분, 순도, SO₂는 GIS 시험밸브에 가스 분석장비를 연결해 분석하고, 밸브 접속부에서 가스의 누기 유무를 누기측정기로 확인해 <표 8>과 같은 적합 상태를 유지한다.

3. 절연유 가스 분석
유입변압기 등에서의 절연유는 절연과 냉각이라는 중요한 역할을 수행한다. 절연유는 장시간 사용하면 산화 생성물, 수분, 진애 등이 혼입되어 절연내력의 저하 및 냉각효과에 영향을 미쳐 기기의 수명을 저하시키게 된다.


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절연유의 상태를 분석하기 위해서는 가스 분석, 절연내력 시험, 산가 시험을 한다. 가스 분석은 절연유 중에 용해되어 있는 가스를 검출 분석해 가스별 농도 및 가스 조성비로 변압기 등의 내부 이상을 점검하는 것으로, 시료 가스의 특성이 변하지 않는 용기 선택 및 가스 성분이 날아가지 않도록 밀폐형 용기를 사용한다. 채유된 시료는 현장 또는 시험실에서 가스 분석장비로 시험해 <표 9>에서 정한 적합 상태여야 한다.

4. 절연유 절연내력 시험
절연유 절연내력 시험은 시료를 채취해 12.5㎜의 구형전극 및 전극 상호간격 2.5㎜의 시험장비로 시험, <표 10>에서 정한 적합 상태여야 한다.

5. 절연유 산가 시험
절연유는 변압기의 호흡작용에 의해 공기 중의 산소나 수분이 흡입되어 산화할 수 있다. 절연유의 열화가 진행되면 여러 가지의 산화물이 생성되어 산가도가 증가하게 되어 절연성능이나 냉각효과에 영향을 미친다. 절연유의 산가도란 절연유 1(g) 중에 포함되는 전 산성성분을 중화하는 데 필요한 수산화칼륨(KOH)을 ㎎ 단위로 나타낸다. 절연유 산가시험을 위한 시료는 절연유 전체를 대표할 수 있는 곳에서 채취해 절연유 산가 시험기 또는 전자피펫장비를 활용해 시험, <표 11>에서 정한 적합 상태여야 한다.

6. 피뢰기 누설전류 측정
피뢰기는 제조상의 결함이나 설치환경에 따른 흡습, 반복적인 이상전압의 방류과정 등에 의해 고장이 진행된다. 설비 특성상 고장 양상이 지락이라는 극단적인 형태로 진전되므로 이에 대한 대책이 필요하다. 피뢰기 누설전류 측정기로 피뢰기(LA, SA 등) 2차측 접지선에 흐르는 누설전류를 측정해 <표 12>에서 정한 적합 상태여야 한다.

7. 자외선 코로나 측정
고전압 설비의 부분방전에서는 전자파 신호에서 부터 초음파, 진동, 광 가스분해 등 다양한 형태의 신호가 발생한다. 자외선 검출 카메라는 고전압 설비의 연면 또는 기중에서 발생하는 코로나방전 중 280㎚ 이하의 원자외선만을 효과적으로 검출해 외부 노이즈를 줄이는 장점이 있다. 이 자외선 검출 카메라를 이용해 모선, 애자, 케이블, 기기 등의 노출 충전부에서 발생할 수 있는 방전에서 자외선의 이미지를 형상화해 그 형태에 따라 이상 패턴을 기준화 했다. 발생하는 코로나를 자외선 코로나 측정장비(카메라)를 이용 측정해 <표 13>과 같은 이상 패턴이 발생한 경우 요주의 판단한다.

마무리

위와 같은 활선상태에서의 절연내력 확인에서 요주의 판단이 되면 추적관리 또는 정밀점검과 정전점검을 통한 이상 유무 확인을 권장하고자 한다. 이러한 기술기준을 제정하면 제철소, 화학공장, 반도체공장 등 정전이 어려운 고객에게 설비의 유지 관리 방법 및 기준을 제공하게 될 것이다. 또한 활선진단기술의 발달과 함께 첨단장비의 활용으로 전기설비의 안전도를 향상시켜 신뢰성도 확보할 수 있다.

향후 이와 관련된 신기술이 개발되면 기준을 추가하고 적용시켜 나가면 될 것이다. 활선상태에서의 절연내력 확인 방법의 기술기준 도입과 발전을 기대한다.

 

절연내력(絶緣耐力, Insulation Strength) 절연물이 어느 정도의 전압까지 절연성을 유지하는가를 표시하는 수치를 말한다. 일반적으로 절연물에 전압을 가하고 점차 전압을 상승시켰을 경우 전압이 낮을 때는 전류가 거의 흐르지 않으나 전압이 높아지면 절연성이 상실되고 불꽃방전이 일어나는 현상을 절연파괴라 하고, 파괴가 일어나는 전압을 절연파괴전압이라고 한다. 또한 절연물이 어느 만큼의 전압까지는 절연파괴 되지 않는다는 것을 보증하는 수치를 내전압(Withstand Voltage)이라 하며, 이 내전압과 절연파괴전압을 총칭한 것을 절연내력이라 한다. 부분방전(Partial Discharge) 고체를 중심으로 한 복합 절연구성에서 절연파괴전압이 낮은 기체 혹은 액체에 인가되는 국부전계가 일정한 계(코로나 개시전계)에 도달하면 이 부분이 먼저 파괴돼 부분적인 방전을 형성하고, 주 절연 특히 고체절연을 열화시켜 전로파괴에 이른다. 이와 같이 전극사이의 절연물을 완전하게는 교락(橋絡)되지 않은 상태에서 발생하는 부분적인 방전을 부분방전이라 한다.

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