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[전력시스템에서의 지진 대비 및 안전 대책 ④] 재해에 대비한 예방 전력시스템

2016-11-01

[전력시스템에서의 지진 대비 및 안전 대책 ④] 재해에 대비한 예방 전력시스템 지난 수년간 발생한 국가적 재난에 대응하고 사회와 국민의 안전 확보에 대한 국가적 중요성이 높아지며 사회적 요구가 커지고 있다. 특히 전력설비는 일부 설비에 지진피해가 발생할 경우 광범위한 정전피해를 유발, 사회·경제적으로 큰 영향을 미치는 복합적인 재난을 초래할 수 있다. 따라서 전력설비에 대한 재난재해 대응은 사회적 안전 확보를 위한 필수적 요소라고 할 수 있다. 한국전력 전력연구원(원장 김동섭)은 국가적 재난을 사전에 방지하기 위한 ‘전력분야 재난 및 안전사고 ZERO화’를 위한 원천기술 확보를 목표로 재난안전 분야의 체계적 연구개발을 추진하며, 재난에 효과적으로 대응하기 위한 재난재해 기술지원을 수행하고 있다. △전기안전 원천기술과 스마트그리드, 직류송배전 등 새로운 환경에서의 재난안전 기반기술 확보 △안전도 평가기준 및 검사장비 등의 개발·보급 △사고 원인분석 및 예방대책 등의 기술개발 추진 등 전력연구원의 지진 대응 관련 대표적인 기술을 소개한다. 정리 편집부 I 자료제공 한국전력공사 전력연구원 Ⅰ. 지진재해 및 안전 대책 1. 지진 영향평가 기술 지진피해 대응, 지진정보제공 웹 시스템 운영, 국가 지진조기경보시스템 구축에 활용 이 시스템은 지진계가 설치된 국내 15개 주요 변전소를 실시간 감시하고, 기상청 국가 통합지진관측망(NECIS) 155개소와의 실시간 통신연계로 국가 지진 관측망 자료를 이용하여 지진계가 없는 154kV급 이상737개소 변전소의 진동크기 추정 등 변전소의 지진피해를 분석한다. 지난 7월 울산 지진발생 후 한반도 전역의 진도를 예측할 수 있는 ‘지진 영향평가 기술’을 공유하고 개선하기 위해 기상청과 공동으로 기술개발에 착수했다. 이 기술은 기상청이 국가 지진관측망의 확충 및 지진조기경보시스템 고도화계획으로 2020년까지 추진하고 있는 국가 지진조기경보시스템 구축의 핵심기술이다. 지진영향평가기술의 개선을 공동연구 개발하여 2017년까지 한전 전력연구원에서 운영하는 전력설비 지진대응시스템에 실증과 신뢰성을 검증한 후 국가의 지진조기경보시스템에 확대·적용할 예정이다. 2.전력설비 내진설계 내진보강 및 신규설비 내진설계기준 수립, 지진 성능시험 통한 설비 내진 내구성 확보 전력연구원은 지진이 발생해도 안정적인 전력공급이 가능하도록 내진설계 기준을 수립하여 한전의 전력설비에 적용했다. 또한, 운영 중인 전력설비에 대해 내진성능평가를 수행하고, 신설 전력설비는 내진설계를 수행하여 전력설비의 안전성을 확보하기 위해 노력하고 있다. 국내에서 발생가능한 모든 지진에 대해 내진 해석 및 설계, 내진 성능평가 및 검증분야의 핵심기술을 개발하고 있으며, 소프트웨어는 물론 진동시험대 등 시험설비를 구축하여 실증시험을 통해 지진에 대한 전력설비의 안전성을 확보하고 있다. Ⅱ. 전력설비의 안전한 운용기술 1. 전력설비 안정해석 프로그램 개발 산악 지역 전력설비 특성 분석, 폭우 등 자연재해 산사태 위험도 예측 집중호우나 풍수해 등 자연재해시 산비탈면에 분포된 송전철탑 등 전력설비의 위험도를 평가하고, 예방할 수 있는 ‘급경사지 전력설비 안정해석 프로그램’을 개발했다. 국내 송전철탑 4만여기 중 약 3만여기가 산악지역에 위치하고 있고, 그 중 일부는 급경사지 또는 계곡부에 위치하여 자연재해 발생시 지반이 약화되거나 토사유출에 따른 산사태위험에 노출되어 있다. 실제 비탈면에 설치된 전력설비의 파괴사례 원인분석에 의하면, 강우로 인한 표면침투와 토석류 하중 때문인 것으로 보고되고 있다. ‘실시간 급경사지 전력설비 안정해석 프로그램’은 실제 산악지역에 있는 전력설비의 특성분석을 통해 강우발생시 표면침투 영향, 토석류 하중 등의 요소를 고려하여 비탈면의 붕괴 위험도를 판별할 수 있으며, 비탈면의 파괴시점 및 규모를 예측할 수 있는 기능을 탑재하고 있다. 2. 지하매설물 탐사기술 개발 싱크홀, 관로 등 지하 내부 이상지역 사전 예측 안전사고 방지 전력연구원은 전력설비의 지중 구조물 건설계획 수립시 사전 지반조사를 통해 주변 땅의 정보를 획득하여 설계에 반영하고, 시공 안정성을 확보하기 위해 ‘전력구 지하매설물 탐사기술 및 탐사장비’를 개발했다.전력설비의 지중화 사업이 매년 확대되고 있어 전력구 시공단계에서 지반불확실성으로 나타나는 싱크홀, 단층 등 이상영역을 사전에 조사하여 설계에 반영함으로써 건설공기 지연이나 시공 중 예기치 못한 안전사고 등을 예방할 수 있는 정밀도 높은 지반 탐사기술이다. 3. 송전철탑 수명관리 기술 개발 송전철탑의 열화상태, 잔존수명, 최적 유지보수 건물, 다리 등 철골구조물에 확대 적용 가능 우리나라 전역에 전력을 공급하는 송전철탑은 소금기·매연·눈비 등 다양한 외부환경에 노출되어 있어 장시간에 걸친 부식 등으로 인해 태풍·지진 등 자연재해에 취약해지고 있다. 현재 우리나라에서 30년 이상 사용된 철탑은 약 28%를 차지하고 있으며, 2030년까지 50%에 이를 것으로 예상된다. 이 기술은 송전철탑의 재질과 외부 환경, 유지보수 이력 등의 정보를 바탕으로 철탑의 열화상태와 잔존수명을 예측하고, 도장방법과 시기 등 최적의 유지보수 계획을 사용자에게 제시함으로써 태풍 등 자연재해에 따른 전력공급 중단과 안전사고로 인한 피해를 최소화하여 전력설비 재해를 미연에 방지할 수 있다. Ⅲ. 사용자 안전 확보 1. 누전점 탐사 기술 개발 실생활과 밀접한 설비 실증, 국민생활 안전 확보에 기여 한전 고창전력시험센터 내에 구축된 ‘저압 지중선로 누전실증 시험장’은 배전계통의 순환전류와 누설전류를 측정할 수 있다. 이 시험장은 고-저압선로간 중성선 공용에 따른 순환전류, 변압기 제조사별 1-2차 권선간 순환전류, 한전과 고객설비간 순환전류를 실증함으로서 정확한 누전판정 알고리즘을 개발하여 국민생활 안전확보에 기여할 목적으로 구축됐다. 전력연구원은 이 시험장을 활용하여 선로간·제조사별 변압기별로 한전과 고객간 발생되는 순환전류와 누설전류를 판정하는 누전판정 알고리즘을 개발하여 사업소에 보급할 계획이다. 또한, 이를 통해 누전 의심개소를 통한 비용절감 및 분산전원 계통 연계시의 계량 오차 등의 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 2. 감전 및 아크 실증시험장 구축 감전·아크화상·추락 등 안전사고 예방&가상훈련, 안정성·적합성 평가 통한 사고예방 전력량계 설치 및 교체작업시 활선상태에서 작업 중 공구 혼촉, 저압선 단락 등으로 인해 감전 및 아크화상의 재해가 발생할 수 있다. 이러한 감전 및 아크사고는 작업자의 부상, 사망 등 인명피해 뿐만 아니라 정전사고로 이어져 고객설비에 2차 피해를 일으킬 수 있다. 또한, 아크 화상은 인적피해와 밀접한 관련이 있어서 작업자 재해 및 피해저감을 위한 대책마련이 필요하다. 전력연구원은 계기작업 재해방지 및 전력량계 화재대책을 위한 기술을 개발하기 위해 전력량계 작업안전성 향상대책 연구를 수행하고 있다. 전력량계 작업자 안전방안 마련을 위해서는 인체 감전전류 및 아크 에너지에대한 분석이 필요하다. [그림 4] 고창전력시험센터 누전실증시험장 [그림 5] 저압 아크 특히 아크는 발생 공간·전류·전압·온도 등의 환경에 따라 발생 에너지가 다르기 때문에 실제 전력량계 작업환경에서 발생하는 아크에너지를 측정·분석할 필요가 있다. 이를 위해 전력연구원은 지난 6월 고창전력시험센터에 감전 및 아크 실증시험장 구축을 완료했고, 이 설비를 이용하여 아크에너지 실증 및 분석, 아크 위험등급 선정 등을 수행할 예정이다. < Energy News >