국내 23kV 개폐기의 고장유형 및 성능평가 방법한국전력 전력연구원 김동명 책임연구원현재 국내 22.9kV-y 배전계통에 설치 운영되고 있는 차단기·개폐기는 약 11만대이며 소호성능이 우수하고 소형화에 유리한 SF6가스 절연방식인 Gas Switch가 89.5%를 점유하고 있다. 23kV 개폐장치는 전력계통에 있어서 고객의 부하와 직접 연결되어 차단·투입, 통전되는 설비로 사용된다. 따라서 개폐장치의 고장은 산업설비의 제어불능, 정지를 의미하며, 수용가의 광범위한 정전을 유발함과 동시에 전기품질 저하의 원인이 되고 있다. 그러므로 고객이 만족하는 전기를 판매하기 위해서는 선로운영에 기본이 되는 개폐장치의 품질확보가 우선적으로 제고되어야 한다. 본 고(稿)에서는 국내 25.8kV 가스절연 부하개폐기의 최근 고장유형을 살펴보고 가스개폐기의 품질개선을 위한 국외의 장기신뢰성 평가방법을 조사하였다. 또한 국내 유일의 실증시험장이 있는 전북 고창에 건설된 배전급 개폐기의 성능을 실증 평가할 수 있는 시험시스템을 소개하기로 한다.국내 배전급 개폐장치의 현황1. 개폐장치의 분류 개폐장치는 전기회로를 구성 및 분리, 변경을 목적으로 사용되는 기구 또는 장치를 총칭한다. 차단기, 단로기, 퓨즈와 같은 기기뿐만 아니라 모선, 차단기, 단로기, 접지장치, 변성기 등을 금속제함에 내장시킨 가스절연장치(Gas Insulated Switch-gear) 및 MCSG(Metal Clad Switch-gear)를 포함한 넓은 의미로도 사용된다. 개폐장치는 전류 개폐능력에 따라 분류하면 <표1>과 같으며, 이 기구는 사용목적에 따라 몇 개를 조합하여 사용되는 경우도 많다.2. 운전실태우리나라는 1960년대부터 무제한 송전이 가능하게 됨에 따라 공급능력이 부족한 3.3kV, 6.6kV 배전선로를 3상 4선식 22.9kV-y 선로로 승압함에 따라 장긍장, 대용량 배전계통에 대한 선로용 보호기기의 필요성이 대두됐다. 이에 부응하여 1966년부터 전류 감지식 과전류 보호기기로서 유압식 자동재폐로 차단기(Recloser)를 도입시켜 사용했으며, 그 후 전자식 제품의 도입과 함께 1980년 초 국산화에 성공했다. 1970년에는 보호협조를 위해 분기선에 자동구간 개폐기(Sectionalizer)를 설치 운전했으며 1974년에 자동 루프스위치(Loop Switch), 1982년 SF6 가스절연개폐기, 1995년에는 고장구간 자동검출개폐기(FAS Switch)를 국산화하여 선로에 설치·운영함으로써 고장구간 축소가 가능케 되었으며 아울러 배전선로 자동화 운전을 추진하였다. 구간개폐기로는 기중방식인 인터럽터(Interrupter)와 밀폐구조인 SF6 가스절연개폐기를 설치하여 사용하고 있다. 3. 운전현황2004년 12월 현재 국내 22.9kV-y 배전계통에 설치 운영되고 있는 차단기·개폐기는 가공선로용 개폐기 및 보호기기 약 8만 여대, 지중선로용 개폐기 약 3만대이며 총 113,366대이다.SF6 가스절연방식인 Gas Switch와 지중개폐기(Pad. SW)가 전체 개폐장치의 89.5%를 점유하고 있으며 <표2>는 국내의 배전선로 보호장치 및 개폐기 설치현황을 나타내고 있다.4. 가스절연부하개폐기(Gas Insulated Load Break Switch) 규격배전용 개폐기의 약 87%를 점유하고 있는 SF6 가스절연부하개폐기의 규격 일례를 <표3>에 표기하며 다음의 특성이 있다.① 삼상 일괄의 단일 탱크형으로 본체, 취부금구, 제어함으로 구성② 절연 및 소호매체로 SF6 가스가 봉입되어 있음③ 소형, 경량화된 것으로 편출 가공장주에 취부 용이한 구조(행거형)④ 지중용으로 보도에 설치되는 지상설치형고장유형최근 2년간(2003∼2004) 국내에서 발생한 25.8kV SF6 가스절연부하개폐기의 고장에 대해 전력연구원에서 분석한 결과, 주요 고장유형은 다음과 같다. ① 조작부 : 오·부동작 (부식, Grease 고착, 장치 파손 등)② 차단부 : 전극 접촉불량, 정격을 초과하는 이상전압(TRV)③ 절연물 : 폴리머 절연물의 트래킹 ④ 부싱 : 수분침투, 부싱내부의 전압 Screen 결함, 전계집중, 보호캡 불량⑤ 엘보우 : 표면손상, Connector의 접속불량 ⑥ 기타 : 흡습, 제어회로의 절연 불량 <그림1>은 분석 지원한 고장개폐기의 부위별 현황을 보여주고 있다. 고장은 절연물의 절연 불량, 기계적 손상, 외부 손상 등이 주요 원인으로 작용하고 있다.