월간전기



[중전기기 설비 교체와 유지 보수 ③] 진상 콘덴서 설비 구조 및 유지 보수

2012-12-14

진상 콘덴서는 부하의 역률을 개선하는 데 많이사용한다. 진상 콘덴서 주요 설비는 콘덴서, 직렬 리액터, 방전 코일 그리고 일체형 콘덴서 장치등이다. 전력용 콘덴서 \| 원래 밀봉 구조로, 사용 중 노화 발생률이 적기에 신뢰성이 높다. 또한, 내부 발열 등이상 현상을 검출해 제거하는 보호 장치도 설치돼있어 큰 문제가 발생하지 않으며 보수도 간단하다. 그러나 사용 중 과전압, 열 스트레스, 열악한 사용환경 조건에 놓인 경우 성능 노화를 일으키므로 절연 파괴 등의 사고로 이어지기도 한다. 직렬 리액터 \| 진상 콘덴서를 전력 계통에 접속할 때,일반적으로 계통 전압의 왜곡 시정과 콘덴서 투입시 돌입 전류 억제를 목적으로 직렬 리액터를 설치한다. 직렬 리액터는 갭 부분 철심에 권선을 설치한정지 유도 기기로, 보수할 때 기본 내용은 변압기와같다. 콘덴서와 같이 계통에 병렬로 접속하고 개폐빈도가 높으며 고주파 영향을 받기 쉽기에 변압기에 비해 사용 조건이 열악하기 때문이다. 방전 코일 \| 콘덴서는 회로에 개방된 전하가 남는다. 따라서 완전성을 확보하고 재투입 시 과전압을 억제하기 위한 방전 장치가 필요하다. 방전 코일은 방전 장치가 없는 콘덴서, 자동 억제 등 짧은 시간 간격으로 고빈도 개폐를 필요로 할 때 사용한다. 보수방법은 변류기와 같다. 일체형 콘덴서 장치 \| 진상 콘덴서는 부속 기기인 직렬 리액터, 방전 장치, 개폐기 등과 함께 사용한다. 일체형 콘덴서 장치는 부속 기기들을 하나의 구조체로 구성해 수납한 것으로 주로 고압용으로 사용한다. 전기적 신뢰성이 높고 보수 점검도 쉽다. 진상 콘덴서 설비 구조 진상 콘덴서의 구조와 적용 진상 콘덴서엔 유입 콘덴서와 가스 콘덴서가 있다. 여기에선 일반적으로 많이 사용하는 유입 콘덴서에 관해 살펴본다. 유입 콘덴서는 전극 구조 측면에서 두 종류로 구분한다. 절연지 또는 절연 필름 표면에 얇은 금속화지 또는 금속 필름을 겹쳐 만든 '증착 전극 콘덴서'와 절연지 또는 절연 필름을 유전체로 전극인금속 박을 겹쳐 만든 '박 전극 콘덴서'다(<그림 1>참조). 특별 고압, 특고압 진상 콘덴서로 예전부터 박전극 콘덴서를 사용해 왔지만, 최근 범용 고압 진 상 콘덴서로 증착 전극 콘덴서를 폭넓게 사용하는추세다. 또한, 저압 진상 콘덴서로 예전부터 증착전극 콘덴서를 폭넓게 사용한다. 외관상 크게 탱크형 콘덴서와 깡통형 콘덴서로 구분한다(<그림 2>참조). 깡통형 콘덴서 \| 케이스를 비교적 얇은 강판으로 구성하며, 온도 변화에 의한 절연유 팽창과 수축을 케이스 벽면 굽힘 부분으로 흡수하는 구조다. 주로 소용량 범용 고압 진상 콘덴서, 저압 진상 콘덴서용으로 사용한다. 탱크형 콘덴서 \| 케이스를 두꺼운 강판으로 구성하며, 온도 변화에 의한 절연유 팽창과 수축을 흡수하고자 유량을 조절한다. 직렬 리액터 구조와 적용 직렬 리액터는 절연재에 따라 건식과 유입식으로,건식은 다시 니스 함침형과 몰드형으로 구분한다. 니스 함침형은 일반적으로 저압 회로용에 적용한다.고압 회로용은 리액터 용량이 수십 ㎸ar 정도까지건식 몰드형과 유입식을, 그 이상이면 유입식을 적용한다. <사진 1>은 F종 건식 몰드형 외관이다. 방전 코일 구조와 적용 방전 코일은 절연재에 따라 유입식과 건식으로 구분한다. 옥외 설치 시 또는 전압이 3.3㎸ 이상일 때유입식을, 옥내 설치 시 또는 전압이 6.6㎸ 이하일때 건식을 많이 사용한다. <사진 2>는 고압용 건식(에폭시 수지 몰드형) 방전 코일 외관이다. 진상용 콘덴서 교체 진상 콘덴서를 구성하는 주요 기기는 콘덴서, 직렬 리액터, 방전 장치, 방전 코일, 개폐 장치 등이다. 여기에선 진상 콘덴서의 수명을 좌우하는 콘덴서에관해 살펴본다. 콘덴서의 유전체 및 절연재는 충분히 탈기·탈습한 밀봉 구조로, 사용 중 절연 성능의 경년 변화 가 적고 장기에 걸쳐 안정적이며 신뢰성이 매우 높다. 그러나 장기간 사용하면 재료 노화, 사용 중 과전압 등 과도한 스트레스에 의해 절연 성능이 떨어져 결국 절연 파괴에 이른다. 절연 파괴로 말미암은 기능 정지가 곧바로 부하 설비로의 공급 장해에이르는 일은 드물다. 하지만 전압 저하에 의한 부하 설비로의 영향, 콘덴서 탱크 파괴에 의한 화재발생 → 타 기기 및 근처 시설로의 파급 사고로 이어질 수 있다. 따라서 콘덴서 설비 설치 시 기기를충실히 보호하고, 기기 노화 현상을 한층 빠르게검지해 절연 파괴를 방지하는 것이 설비 보수 측면에서 중요하다. 한편, 콘덴서 설비는 전력 유통 설비 중 말단에 속하기에 그 운용 및 보수에 비교적 주의를 덜 요구한다. 또한 밀폐 구조이기에 변압기처럼 채유, 가스분석 등 절연 노화 진단이 쉽지 않으므로 잔존 수명진단은 거의 행하지 않는다. 더욱이 구조상 부품 등을 교체해도 수명을 연장하기 어려우므로 대개 노후 기기 수명 판단은 사용 경과 연수에 의지한다. 가동 연수가 10년 이상이면 고장률이 급격히 늘어나므로 예방 보전 차원에서 이 시기에 교체하는 게좋다(참조 : 일본전기공업회는 15년을 교체 시기로권장한다). 콘덴서 노화 유입 전력용 콘덴서도 유입 전기 기기로 운전 중받는 각종 스트레스에 의한 노화를 피할 순 없다. 콘덴서의 주 노화 요인은 온도, 전압, 전류며 노화과정은 열 노화, 전압 노화, 복합 노화 등이다. 콘덴서의 절연 노화 진단은 어려운 편이지만, 사용 실적이 많은 전력용 유함침지油含浸紙콘덴서를 대상으로검토한 사례가 있다. 이에 따르면 콘덴서 유전정접誘電正接, 절연 저항, 부분 방전 개시 전압, 절연 저항,부분 방전 개시 전압, 추출유의 유중 용존 가스, 소자의 교류·직류 절연 내력 성능, 기름의 중합도 등이 노화 평가 항목이다(<그림 3> 유함침지 콘덴서의 노화 참조). 열 노화 절연지(셀룰로오스)가 열 분해되면 CO, CO₂가스가 발생해 절연유를 용해한다. 이 유중 용존 가스량이 늘면 절연유의 절연 내력이 떨어진다. 그 결과정상 운전 중 전압에서 부분 방전을 일으켜 절연유를 분해하고 H₂를 주성분으로 하는 가스를 발생시킨다. 이것이 계속 이어지면 결국 유전체의 절연 파괴에 이른다. 전압 노화 콘덴서에 과전압이 인가되면 절연유층의 일부분에 미소 방전이 반복 또는 지속됨으로써 H₂가스 농도가 증가한다. 이로 말미암아 절연유의 절연 내력이 떨어져 유층 부분에서 부분 방전이 발생하고 유전체의 절연 파괴에 이른다. 가동 연수와 누적 고장률 <그림 4>는 콘덴서의 가동 연수와 누적 고장의관계를 나타낸 것이다. 특히 10년을 기준으로 고장률이 급격히 증가함을 알 수 있다. 콘덴서의 내용연수(<표 1> 참조)는 일본 각종 단체에서 한 설문결과다. 콘덴서 보수 점검 보수 점검을 하는 목적은 성능을 유지하고, 불량부분을 초기에 발견해 사고를 방지하고, 교체 시기를 판단하기 위해서다. 콘덴서의 경년 노화로 인한교체 시기를 결정하는 전제 조건은 확실한 보수 점검과 그 이력에 관한 기록이다. <표 2>는 보수 점검실시 내용과 주기다. 보수 주기는 주위 환경, 경과 연수, 점검 결과로단축할 필요가 있다. 콘덴서의 이상 현상은 오감을 이용한 일상 '순시점검', 가동을 멈춘 후 절연 저항 측정 등을 포함한성능 유지를 목적으로 하는 '보통 점검', 용량 측정등 내부 특성을 포함한 기능 확인을 목적으로 하는 '정밀 점검'으로 찾아낸다. 또한, 노화 상태를 파악하려면 부분 방전 측정 등 측정기를 이용한 설비 진단이 필요하다. 부품 교환 유지 관리상 부품 교환은 기기 수명, 사용 경과 연수, 점검 결과를 고려해 노화 부품을 교환한다. 콘덴서 본체는 기기 전체를 밀폐한 구조이기에 기본적으로 유지 관리상 교환할 부품은 없지만, 보호 장치용 퓨즈와 제어 장치용 개폐기엔 일부 교환할 부품이 있기에 기기 제작 업체의 확인이 필요하다. 콘덴서 교환 수명이 고르지 않기에 예방 보전 차원에서 고장이발생하기 전 조기 교체해야 한다. 일본전기공업회에선 교체 시기를 비교적 고장률이 낮은 기간(누적고장률이 0.01% 이하)인 15년이 적절하다고 권장다. 특히, 깡통형 콘덴서는 구조상 채유할 수 없으므로 수명 진단이 어려워 사용 경과 연수도 교체시 중요한 판단 기준이 된다. 더욱이 콘덴서 설비의부속 기기인 직렬 리액터는 취급 시 그 방법이 변압기와 거의 비슷해 변압기와 같이 취급한다. 다시 말해 콘덴서처럼 보통 전 부하로 사용하는 점, 개폐빈도가 높은 점, 고주파 영향을 쉽게 받는 점 등 변압기보다 사용 조건이 열악하므로 교체 시기는 콘덴서와 거의 같다고 생각하는 게 바람직하다. 또한,방전 코일, 보호 장치용 전력 퓨즈, 제어용 개폐기등도 직렬 리액터처럼 콘덴서와 동시에 교체하는것이 안전성, 신뢰성 측면에서 바람직하다. 설비를 교체하는 목적은 내용 연수에 다다른 기기의 기능 및 안전성, 신뢰성을 초기 레벨로 회복시키고 에너지 절감, 설치 공간 단축 등 부가가치를 높이기 위해서다. 에너지 절감 최근 절연유, 유전체의 특성 향상으로 기존에 설치한 설비와 비교하면 콘덴서 손실은 급격히 나아졌다. 콘덴서의 유전체 재료에 필름을 사용함으로써 손실을 약 1/10로 개선할 수 있다. 그 비교 내용은 다음과 같다. 손실 비교 ㎸ar 정격당 ·종이 콘덴서 : 0.22% ·종이 필름 콘덴서 : 0.07% ·필름 콘덴서 : 0.02% 설치 공간 감소 콘덴서의 손실과 같이 최근 콘덴서는 유전체를개선함으로써 단기에 대용량화, 축소화를 진행하 기에 설비 전체 용량은 정격에 의해 달라지지만,종이 콘덴서에 비교하면 약 1/4 이하로 낮아질 수도 있다. * 장기 보전 계획의 필요성 설비 안전과 신뢰성은 장기 보전 계획에 기초한적절한 보전, 이에 기초한 적시 교체로 확보할 수 있다. 따라서 장기 보전 계획을 책정해 실천하는 것이 바람직하다. 화제의 현장 전기 안전 지킴이 한국전기안전공사, '2012 글로벌 경영 대상' 한국전기안전공사가 10월 25일서울 영등포구 여의도동 63시티3층 주니어홀에서 열린 '2012 글로벌 경영 대상'시상식에서 고객만족 경영 부문 대상을 받았다. 지난해 박철곤 사장이 최고 경영자부문 대상을 수상한 데 이어 2년연속 대상 수상의 영예를 안은 것이다. 글로벌경영위원회와 일본능률협회컨설팅(JMAC)가 주관하는 글로벌경영 대상은 2003년 처음 제정돼매년 글로벌 경영을 목표로 탁월한 업적을 수행한 기업이나 기관,제품을 발굴해 그 우수성을 인증해 주는 상이다. 한국전기안전공사는 2011년부터▲전기 안전 선도 기업 ▲행복한고객 ▲신명 나는 일터를 새로운비전으로 삼아 고객 만족 경영에앞장서왔다.대표적인예 'CS(Customer Service, 고객 서비스) 예보제'도입이다. 이는 매월 고객의 소리와 민원 내용을 분석해 시기별,상황별로 고객에게 맞춤형 서비스를 제공하는 제도다. 예보 방법은일기예보의 개념을 도입해 드맑음, 맑음, 흐림, 비 등 4단계로 상황을 구성해 공사 전 직원에게 e-SMS로 전송하고 있으며, 이는 다시 월별, 지역 본부별로 분석돼 공사 내부 통신망을 통해 공유한다. 또한, 고객이 원하는 서비스 개선요소를 미리 발굴해, 이를 교육 과정에 담아낸 맞춤형 CS교육도 안팎의 호평을 얻고 있다. 그간 천편일률적인 친절 교육에서 벗어나공사公社고유의 업무 환경을 반영한 현장 지향적 교육 프로그램을만들어 일선 사업소에서 활용도가매우 높다. 교육에 걸리는 시간도10~15분으로 줄여 교육 수용도도높였다. 이같은 노력에 힘입어 전기안전공사는 최근 공공 기관 고객 만족도(PCSI) 조사에서 3년 연속 최상위등급인 '우수'등급을 획득한 바있다. 박철곤 전기안전공사 사장은 수상과 관련해 "앞으로도 고객이 원하는 서비스를 선제적으로 제공해전기 안전만큼은 모든 국민이 행복감을 느낄 수 있는 일류 공기업을 만드는 데 최선을 다해나가겠다"고 밝혔다. < Energy News >