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[수변전 설비의 유지보수①] 수전설비의 오손과 청소
2015년 6월 1일 (월) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2015년 6월호 - 전체 보기 )

[수변전 설비의 유지보수①]
수전설비의 오손과 청소


2010년도말 일본 전국의 자가용 전기공작물의 설치건수는 약 824,000건이며, 그 중 고압으로 수전하고 있는 건수는 93.7%를 차지하는 약 772,000건에 달한다. 수전설비의 형식은 큐비클식 수전설비이며, 대부분 옥외에 설치되어 있다. 자가용 전기공작물의 보안을 확보하기 위해 보안관리 표준으로서 제시된 ‘자가용 전기공작물 보안관리 규정(JEAC 8021- 2006)’에서는 전기주임기술자 등이 보안규정에 따라 정기적으로 점검을 실시하게 되어 있고, 그 주기는 월차점검은 1개월에 1회, 연차점검은 1년에 1회로 규정되어 있다. 이 중 연차점검은 주로 설비를 정지 상태로 하여 실시되고 있으며 여기서는 연차점검 시 수전설비기기의 오손과 청소, 습도에 의한 영향 및 트래킹 열화 등에 대해 기술한다.

번역·정리 김대근 기자

연차점검의 목적
자가용 전기공작물 보안관리 규정에서 연차점검은 보안규정에서 정하는 기준에 따라 자가용 전기공작물의 현황파악을 실시하고, 전기공작물의 경년열화에 따른 기술기준의 부적합 및 부적합의 우려가 있는 사항, 기타 개수를 필요로 하는 사항의 유무를 확인하여 사고·고장 등을 미연에 방지하기 위한 것이라고 기재되어 있다.

연차점검은 주로 수전설비를 정전시켜 이하의 시험· 측정을 실시한다.

① 각종 보호계전기의 차단기와 연동한 동작특성 시험
② 고/저압 절연저항 측정
③ 접지저항 측정
④ 기기류의 외관점검(단자부·접속부의 이상·부식·균열 등)
⑤ 수전설비 기기류의 청소

월차점검과 일상 순시 점검에서는 불가능한 측정· 시험을 실시하는 것으로, 운전 상태에서는 하기 어려운 기기류의 점검 및 청소를 실시한다.

고압 기기류의 오손
자가용 전기공작물의 대부분이 큐비클식 수전설비로 옥외에 설치되며, 강판(2.3mm)을 사이에 두고 외기(외부공기)에 직접 접하고 있다. 큐비클 내의 환기를 위해 급기구 및 환기팬이 설치되어 있기 때문에 외부의 먼지와 배기가스 등이 침입하여 차단기와 고압부하개폐기 등의 고압 기기류 표면에 퇴적된다. 이 상태는 큐비클의 구조, 설치장소, 주위환경에 따라 달라지지만, 큐비클 내에 퇴적된 먼지 등의 오손물은 우수(雨水)에 의한 세정효과가 없기 때문에 시간과 함께 누적되어 간다. 일본전기공업회 기술자료(JEM-TR194)에 따른 폐쇄 배전반의 형식별 운전경과 월수와 누적 오손량을 [그림 1]에 나타냈다. [그림 1]에서와 같이 강제 환기형 큐비클식의 경우 12개월이 경과하면 오손량이 등가 염분 부착량(ESDD: equivalent salt deposit density)으로 0.07mg/cm²가 되며, 고압 차단기(옥내용)의 표준사용상태인 등가 염분 부착량 0.01mg/cm²미만의 7배나 되는 오손물이 퇴적된다. 트래킹에 의해 소손사고가 발생한 옥외형 큐비클의 수전용 차단기(VCB) 표면에 퇴적된 오손물의 분석 결과를 [표 1]에 나타냈다. [표 1]에서 VCB 표면에 퇴적된 오손물은 염화물·질산·황산이온을 포함하고 있는 전해질이라는 것을 알 수 있다.


습도에 의한 영향과 트래킹 열화

습도와 절연저항
6kV VCB의 절연 프레임·전선 지지애자 등은 폴리에스테르 수지 및 에폭시 수지 등의 유기 절연물이다. 그 표면에 퇴적된 오손물은 [표 1]에서와 같은 염화물 이온 및 질산염화물 이온 등을 함유한 전해질이며, 공기 중의 수분 및 우수의 침입 등으로 습윤해지면 절연물 표면의 절연저항치는 저하된다. [그림 2]에 상대습도와 절연저항치와의 관계를 나타냈다. [그림 2]에서 오손도(汚損度) 0.030(mg/cm²) 공시료(供試料)의 연면절연저항은 상대습도가 70(%) 정도를 넘으면 급격하게 감소한다. 상대습도가 73(%)에서 85(%) 정도로 증가하면 절연저항치는 1/2000로 감소한다. 이에 따라 절연저항이 저하되고 표면누설전류가 흐르기 쉬워진다.


트래킹 열화와 발생 과정

수지제 절연물의 열화요인 중 하나인 트래킹 열화는 수지제 절연물 표면에 부착한 오손물질, 즉 염분, 황화물 등 화학물질의 기타 무기질 및 섬유질 먼지 등이 대기 중의 수분을 흡습하거나 우수의 침입 등으로 습윤해진 경우 절연물 표면을 따라 누설전류가 흘러 발생하는 것이다. 이 누설전류로 발생한 줄열에 의해 표면이 국부적으로 건조해져 전기저항이 높은 부분(건조대)이 생성된다. 그 결과로 생긴 전계의 불균형으로 미소발광을 수반하는 국부적인 미소방전(신틸레이션, Scintillation)이 발생되고, 이 방전열에 의해 절연재료의 일부가 분해되어 탄화물이 생성된다. 또한 방전에 따른 공기 중의 산소와 질소에 의해 질산 및 오존(O₃)이 발생함에 따라 유기 절연물의 표면을 더욱 침식시켜 열화를 촉진한다. 아래에 질산의 발생과정을 나타냈다.

탄화물의 도전율은 크기 때문에 그 근방에 전계가 보다 집중되고 신틸레이션이 발생하여 탄화가 촉진된다. 그리고 서서히 탄화 도전로(炭化導電路, 트랙)가 형성되어 최종적으로 전극 간을 단락해 절연파괴에 이른다. 이러한 절연파괴를 트래킹 파괴라고 하며, 트래킹 열화 및 파괴는 많은 인자들이 복합된 복잡한 현상이라고 할 수 있다. 트래킹의 발생 과정을 [그림 3]에 나타냈다.


트래킹 및 오손 사례
트래킹 열화 및 먼지 등의 오손에 의한 사례를 [사진 1~5]에 나타냈다.



트래킹 열화 등의 방지법
VCB·LBS의 절연저항과 그 대책
고압 차단기류는 오손 및 경년열화에 의해 그 절연저항치가 저하된다. 그 판정기준치 및 조치방법의 예를 [표 2]에 나타냈다.


청소
[그림 3]의 트래킹 발생 과정에서 탄화 도전로(炭化導電路)를 형성하는 원인은 신틸레이션에 의한 방전열이지만, 그것을 유발하는 것은 절연물 표면에 부착·퇴적하는 오손물질과 결로 및 우수의 침입에 의한 습윤 현상이다. 트래킹 열화를 방지하기 위해 가장 중요한 것은 오손물질을 제거하기 위한 청소이다. [그림 1]의 누적 오손량의 그래프로부터 강제 환기의 큐비클에서는 1년을 경과하면 VCB의 표준사용상태인 등가 염분 부착량(0.01mg/cm²미만)의 7배나 되는 오손물이 퇴적된다. 이 오손물을 제거하기 위해 수전설비를 정지시켜 연 1회 실시하는 고압 기기류의 청소는 매우 중요한 작업이며, 기기류의 연명화 대책으로도 이어진다. 청소방법으로는 아래와 같은 사항을 고려하여 실시한다.

 1) 깨끗한 천을 일반적으로는 알코올 수용액(알코올 50%)에, 염분 부착이 많을 시에는 순수(純水, Pure water)에 적셔서 닦고, 오손물 제거 후에는 마른 천으로 닦아서 건조시킨다.
 2) 오손물은 시간이 경과하면 공기 중의 유분 및 화학물질을 흡수해 제거하기가 어려워지므로 가급적 청소를 용이하게 하고, 달라붙은 오손물이 청소 후에 남지 않도록 하기 위해서는 절연저항이 저하된 후에 청소를 하는 것이 아니라 사용개시 당초부터 청소를 하는 것이 보다 유효하다. 청소 상황을 [사진 8]에 나타냈다.


습도대책
오손도 0.03mg/cm²의 경우 상대습도와 절연저항치(공시체)의 관계를 나타낸 [그림 2]를 보면, 기기가 오손된 경우 상대습도가 70%를 초과하면 절연저항치가 급격하게 감소하게 된다. 이것은 표면에 부착된 오손물질이 수분을 흡수하고 그 수분에 오손물이 녹아버리는 조해현상이 시작되어 표면누설전류가 증가하기 때문이다. 이 상태가 계속되면 트래킹 열화가 시작된다. 습도대책으로는 아래와 같은 사항을 고려하여 실시한다.

 1) 악천후 시에 우수의 침입이 예상되는 급기구(給氣口)를 환기량을 검토하여 막는다. 특히, VCB 하부의 펀칭 메탈을 사용한 바닥 부분은 아크릴판 등으로 막는다.
 2) 큐비클 내에 스페이스 히터(Space heater: 주로 대류에 의해 실내 공기 전체를 따뜻하게 하는 국소 난방 기구)를 설치한다. 반내 온도를 외기온보다 높게 하면 상대습도를 낮출 수 있다. 예를 들어 5℃를 올리면 상대습도를 약 20% 낮출 수 있다.
 3) 제습기를 설치한다.

 

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