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절연유 산가 측정기  한국전기안전공사 부설 전기안전연구원 계기과장 / KOLAS평가사 유병렬산가측정기는 변압기나 유입 전기기기에 사용되는 절연유의 상태를 측정하는 기기이다. 절연유는 변압기 등 유입기기의 절연과 냉각을 겸하는 것으로써 수분의 흡수, 산화작용, 금속의 접촉작용, 광선의 영향, 이종 절연유의 혼합 등으로 슬러지의 형성이나 열화작용을 유발하므로 정기적인 진단이 필요하다.산가란 절연유 1g 중에 포함된 산가성분을 중화하는데 요하는 수산화칼륨(KOH)의 1/1,000g으로 표시하는 것을 의미한다. 전기엔지니어들이 현장에서 산가를 정확히 측정하기에는 힘들고 어려움이 많으므로 자칫 소홀히 하여 사고의 원인이 되기도 한다. 그러므로 본 내용은 절연유에 대한 기본적인 내용과 측정을 신속 정확하게 할 수 있는 간이 산가 측정법에 대하여 기술 하고자 한다.절연유의 절연내력절연유의 시험은 보통 현장에서 2가지 방법을 활용하고 있다. 하나는 절연유 내압시험기로 측정하는 절연유 내압시험 방법이 있고, 두 번째는 절연유 산가측정 방법이 있다. 먼저 절연유내압을 시험하는 방법을 설명해 본다.1. 절연유 채취 ·시험용기를 아세톤, 벤젠 등으로 잘 세척하여 건조시킨 후 시험용 OT로 1∼2회 헹구어 낸다. ·채취시 먼지, 수분 등이 혼입되지 않도록 주의한다.·1회 시험용 절연유의 채취량은 500cc 정도로 한다. ·시험용 절연유를 채취함으로서 기기의 유량이 규정위치 이하로 감소 될 경우에는 규정위치까지 절연유를 보급할 수 있도록 사전에 준비를 한다.·변압기의 절연유를 채취할 경우 채취기 등으로 인하여 전선이나 타 설비에 손상이 가지 않도록 주의한다. 2. 시험·시험기는 직경 12.5㎜의 구형전극으로 전극 상호간격을 2.5㎜로 한다.·구형전극을 시험용 절연유로 씻어낸 후 절연유를 시험용기 기준선까지 채운다음 약 2∼3분간 고정시켜 기름중의 기포가 없어지도록 하며 침전물을 가라앉힌다.·시험은 동일 절연유를 2회에 걸쳐 시험할 수 있도록 나누어 각각의 절연유에 대하여 5회씩 총 10회의 시험을 하여 각각 첫 회의 측정치는 무시하고 나머지 8회분의 절연파괴전압을 평균하여 구한다.·시험시는 서서히 전압을 상승(초당 약3,000V 정도씩)시켜 시험한다.·연속성이 없는 방전은 절연파괴전압으로 보지 않는다. 절연내력의 기준치는 <표1>과 같다.3. 변압기 절연유 구외유출방지 시설기준1) 설치근거 (전기설비기술기준 제51조)사용전압이 10만V 이상의 중성점 직접접지식 전로에 접속하는 변압기를 설치하는 곳에는 절연유의 구외유출 및 지하침투를 방지하기 위하여 절연유 유출방지설비를 하여야 한다.2) 설치기준(1) 옥외 변압기설비① 유수유출 방지턱 : 변압기의 분출유와 소화용수(이하 ‘유수’라 한다)의 확산 유출을 방지하기 위하여 변압기 주위에 콘크리트 블록을 설치하고 그 내측에 자갈 깔기를 하며 유수가 지하로 스며들지 않도록 하되 유류와 물을 분리할 수 있는 기능을 보유토록 한다.② 배유수조 : 유수유출 방지턱의 용량이 충분치 아니한 경우에는 변압기 주변에 배유수조를 설치한다.③ 설계기준 : 유수유출 방지설비의 소용요량은 다음 식에서 구한 값 이상으로 한다.Q=Q1+ Q2+ Q3[m3] Q : 유수 유출 방지설비의 소요용량Q1: 변압기 사고시의 분출유량(변압기 내장유량의 50%)Q2: 초기 소화용 방수 소요량 Q3: 공공 소방차의 방수량 (40m3이상)주) 1. 자갈깔기 층의 자갈사이의 공적률(유수점유율)은 30%로 본다. 2. 자연배수 구조일 경우에는 Q2, Q3는 변압기 내장유량의 50%로 한다.(2) 옥내 변압기설비① 분출유 유출방지대책 : 변압기실의 바닥은 기울기를 주어 분출유가 집유조로 흘러 들어가도록 하여야 하며 필요하다고 인정되는 경우 유수분리 장치를 하여야 한다.② 설계기준 : 옥내 변압기를 대상으로 KS 절연유 유출 방지설비의 용량산정을 나타내면 다음과 같다. Q≥Q1 여기서, Q : 절연유 유출 방지설비의 용량 Q1 : 사고시의 변압기 분출유량(변압기 내장유형의 50%)주) 1. 기타는 옥외 변압기 경우에 준한다. 2. 발전소의 옥내 변압기에 주수식의 소화설비를 설치한 경우에는 상기의 분출 유량에 추가하여 소화방수의 수납용량을 고려하여 설치하여야 한다.(3) 2대 이상의 변압기가 있는 경우① 변압기 내유량이 동일한 경우 : 변압기 내유량 ×150%×1.1② 변압기 내유량이 상이한 경우 : 내유량 최대의 것×150% 절연유의 전산가 시험방법시료 약 50g을 0.01g의 정밀도로 중량을 재어 250㎖의 삼각 플라스크에 넣어 이것에 톨루엔 3용, 에틸알코올 2용의 혼액 100㎖를 가하여 잘 혼합 용해시킨 후 1∼3㎖의 알칼리불루 6B의 알코올 용액을 지시약으로 하여 0.1N KOH(N/10KOH) 용액으로 적정한다. 액의 빛이 보라색에서 자주색으로 변화하여 15초 동안 빛을 유지할 수 있을 때를 적정의 종점으로 한다.이 시험에서는 공시험을 한다.여기서, W : 시료(절연유)의 중량 (g) N : KOH 용액의 규정도 V : 공시험분을 빼낸 소요 KOH 용액의 양(㎖)1. 간이시험 방법1) 시약의 구성(1) 산추출액 (청색)톨루엔 3용 + 에틸알코올 2용 + 알카리 블루 6B (1~3㎖)(2) 산적정액 (무색)·N/12.5KOH = 0.08N KOH의 수산화칼륨 용액·1N이란? 증류수 11속에 56.11g의 수산화칼륨이 용해된 것을 말하며 N/12.5KOH는 증류수 1L속에 4.4888g의 수산화칼륨이 용해된 것을 말한다.(3) 세정액 (무색)·올소규산소다 + 메탄규소소다 + 계면활성제 + 가성소다 + 인산소다·일반시중 중성세제도 사용 가능 함.<그림1>은 산가측정기의 외관이다. 내부에는 여러 개의 시험관과 주사기, 스포이드 등이 들어 있다. 산가측정기는 특별한 장비가 아니고 화학적인 실험을 하기 위한 실험 장치이다. 참고로 산가측정에 사용되는 산추출액과 적정액은 몇해 전 까지만 해도 값이 비싼 일본산이 전체를 차지하였으나 지금은 국내 화공약품사에서 제품을 생산하여 현재는 국내산을 많이 사용하고 있다. 2) 취급방법(1) 시료유 채취① 시료유는 절연유 전체를 대표할 수 있는 곳에서 채취 용기로 채취한다.② 시료유가 만약 실온 이상일 경우에는 실온까지 냉각시킨 후 채취한다.③ 기름의 양에 따라 산가 지시가 변화하므로 반드시 시료유는 시험관에 정확히 5CC를 넣는다.④ 동일 시료를 2번 이상 채취하여 예비 시험과 본시험을 적어도 1회씩 실시할 수 있도록 한다.⑤ 유면의 조절은 스포이드를 사용하여 눈금의 높이에 있어서 유면의 표시선에 정확히 일치하도록 한다.(2) 산추출액 첨가(청색)① 시험관에 시료유 5CC를 넣은 후 산추출 액은 시험관의 10CC 표시선 까지 넣는다.② 시험관을 모지로 막고 수십회 심하게 흔들어서 혼합시킨다. 이것에 의하여 유중의 산성성분을 추출액 측에 추출시킨다.(3) 적정액① 산가 적정액은 사용 직전에 반드시 잘 흔들어 사용하고 사용 시에는 본 용기를 그대로 사용하지 말고 보조용기에 적당량을 나누어서 사용한 후 잔량은 버린다.② 산가 적정액을 우선 주사식 뷰렛에 의하여 기포를 포함하지 않도록 액을 눈금까지 조용히 빨아올린다. 뷰렛은 내부에 잔존하는 기포나 불순물을 제거하기 위하여 충분히 투입시켜 일단 배기시킨 후 사용하여야 한다.③ 추출액이나 적정용액은 알코올의 증발이나 공기 중의 탄소와 화합하여 성분이 변화하므로 어느 병이든 사용 후 신속히 밀폐시켜 보관한다.④ 2번 이상 채취한 동일 시료에 대하여 우선 하나를 다음과 같이 예비 시험을 한다. 상기 액을 흔들어 추출 후 산가적정액을 주사기의 눈금에 주의하여 1∼2눈금씩 정확히 첨가시킨다.⑤ 시험관을 모지로 막고 수회 흔들어 청색(산측)으로부터 적갈색(알칼리측)으로 변화를 확인한다. 만약 적갈색으로 되지 않을 경우 적갈색이 되도록 소량씩 첨가를 반복한다. 예를 들어 0.16 눈금에서 청색 0.2 눈금에서 적갈색으로 변화하였으면 산가는 0.16∼0.20 범위에 있는 것으로 본다.⑥ 남은 하나로 본 시험을 정확히 한다. 먼저 0.16 눈금까지 산가 적정액을 섞은 후 1눈금씩 가하여 청색에서 적색으로 변화할 때 15초 간 2색을 보존하는 것을 최종산가로 한다.아래 <표2>는 절연유산가측정의 판정기준 이므로 참고 바란다.(4) 산가적정액산 추출액 중에 함유된 산을 중화시키기 위한 중화 적정액이며 주사식 뷰렛에 의한 적정량의 눈금이 그대로 산가를 나타내는 농도의 용액으로 조제되어 있다.KS C에서는 N/10 KOH를 사용하고 있으나 산가적정의 CC눈금이 직접 산가를 나타내기 위해서는 N/12.5 KOH로 되어야 하며 본 측정기의 사용액은 N/12.5 KOH이므로 CC눈금을 mg 단가로 직접 읽으면 된다.① 시험결과 확인예를 들어 간이시험 방법에 의해 산가적정액 0.2CC로 적정했다면 바로 산가는 0.2mg KOH가 되므로 확인하면 다음과 같다.기름의 비중은 0.88∼0.9정도이며 보통 0.9정도이다. 그러므로 절연유 5CC의 무게는 5CC ×0.9=4.5g이 된다. 단 이 계산에서 공시험분 즉 용제(시약) 자체의 산가는 무시한다.상기 계산에서 보듯이 간이시험에 의해 전산가 시험이 가능한 것을 알 수 있다.그러므로 산가 적정액은 0.08N KOH 즉 N/12.5 KOH가 정확해야 하지만 실제는 시약 자체의 산가로 인하여 정확한 0.08N KOH로 하면 잘 맞지 않는다. 좀 더 정확히 시험하려면 절연유의 비중에 따라 보정해 주어야 한다. 시료유 채취량 5CC일 때의 보정 계수는 <표3>과 같다.② 세정액용기에 주사기를 씻을 때는 세정액과 온수(미지근한 정도)를 1:5의 비율로 혼합하여 사용한다. 세정제가 없으면 중성세제로 깨끗이 씻어 사용하고 사용 후 에도 깨끗하게 보관하여 다음 사용에 대비한다.주의사항·6개월 이상 장기간 경과된 시약은 성분의 변화로 인하여 측정치의 변화를 주게 되므로 새로운 시약과 교체 사용하여야 한다.·절연유의 여과는 기름중의 수분 제거가 주목적이므로 절연내력은 좋아지나 산가의 변화에는 별로 영향을 미치지 못한다. 즉 기름중의 수분에 포함된 산가는 어느 정도 제거할 수 있으나 기름 자체의 산가는 제거할 수 없으므로 여과유는 신유에 준할 수 없다. ·절연유 교체 시에는 권선이나 철심에 부착된 불순물을 완전히 제거시키고 산성 성분을 중화시킨 후 교체해야 하며 그렇지 않고 절연유만 교체 시에는 신유의 상태를 유지하지 못하므로 절연유 교체 전 시험치와 교체 후 시험치는 다르게 나타난다.마무리전기설비의 진단이나 분석을 위해 현장에서 전기엔지니어들이 산가측정기를 이용하는 경우는 그리 많지 않다. 또한 산가측정기 자체가 전기분야에 생소한 화학공학의 학문이기 때문에 전기엔지니어들이 이용하는 데 이질감이 없지 않으나 소홀히 할 수 있는 진단 분석 분야가 아니므로 이를 통한 절연유의 경년열화와 현장적용, 여과 및 교체시기 등의 결정에 도움이 될 수 있었으면 한다. 고도화된 산업기술의 등장으로 많은 진단기법들이 등장하고 있으며, 유입변압기 등이 몰드형 건식변압기 형태로 발전됨에 따라 사용빈도가 감소되는 추세인 것은 사실이다. 오래된 분석기술 중의 하나로 분류되는 산가측정기의 새로운 개발과 많은 진단기술이 등장하기를 기대해 본다.
< Energy News >
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