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

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.