전력설비 진단기술
1. 열화의 요인
변압기나 전력 콘덴서 등
정지 변전기기의 수명을 좌우하는 것은 절연물의 열화가 원인이 된다.
2. 열화의 정의
일반적으로
절연물이 운전 중 온도, 수분, 산소의 영향을 받아 열화되어 오랜 기간동안 운전
중에 진행되어 외부단락이나 서지 등의 이상전압에 의한 기계 또는 전기적 스트레스를
받았을 경우 파괴될 시점이
대단히 높아진 시점을 말한다.
<표>전력기기의 열화원인과
열화의 형태
열화의
요인 |
유입변압기 |
몰드기기 |
콘덴서 |
전압 |
이상전압 침입으로 절연파괴 |
이상전압 |
트리 발생에 의한 절연체의 급속한 침식 |
물에 의한 것 |
수 트리 발생에 의한 절연체의
급속한 침식 |
- |
수(水) 트리 발생에 의한 절연체의 급속한
침식 |
기계력에 의한
것 |
진동에 의한 권선 절연의 탈락 |
진동 열 응력에 의한 균열발생
및 절연파괴 |
- |
광 |
- |
옥외 사용의 경우
내구성 저하에 의한 크랙 발생. |
- |
열적인
것 |
과도한 온도상승에
의한 절연체 및 절연유의 절연내력 저하 |
- |
과도한 온도상승에
의한 절연체 및 절연유의 절연내력 저하 |
화학적인 것 |
- |
산, 알칼리, 오일, 유기용 등에
의한 침식 |
- |
3. 고체 유전체의 방전열화
[표] 전압인가에
따른 열화현상 4가지
구분 |
특징 |
부분방전열화 |
|
Treeing
열화 |
- 잠복기와 트리 진전기로 구성.
- 절연구성이 비교적 두꺼운 경우에서
발생
- 부분 방전에 의해 전면 침식이 일어난
다음 방전이 집중적으로 일어나며, 파괴되는 형상은 수목의
형상과 같이 되면서 국부적으로 진전되어 방전열화하는 것.
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Tracking
열화 |
- 절연물 표면상에 연면방향으로 전계가
존재할 때 탄화도 전로(track)가 형성되는 현상
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Arc열화 |
- 건조한 고체 표면에서 발생하는 아크방전으로
인해 탄화도 전로가 형성함에 따라 열화하는 현상
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<표>변압기의 시험항목
시험의
종류 |
목적 |
방법 |
구조검사 |
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권선저항
측정 |
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- 휘스톤브리지
- 직류전압강하법
- 캘빈더블브리지
- 저항측정기
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권선비
(변압비)
측정 |
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- 전압계법
1차측권선에 적당한 교류전압을
인가하고 타권선의 개방단자 전압측정
- 비교법
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극성, 상회전,
각변위시험 |
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- 직류,교류전압계에 의한 방법
- 표준변압기 사용
- 비교법,유도법, 가감법.
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절연특성측정
(tanδ시험) |
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무부하시험
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- 변압기 여자전류로 3상의 측정치를
평균치로 취한다.
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단락시험 |
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온도상승
시험 |
- 변압기 수명판정 (규격의 온도상승한계
초과금지)
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절연내력시험
(교류내전압
시험) |
- 대지 절연강도검증
(전압별 전기기술기준)
- 상 간 절연강도검증
- 턴간,코일간,탭간 및 단자간의 절연강도측정
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충격전압
시험 |
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부하시 탭절환
장치의시험 |
- 내 전압특성
- 시퀀스,구동토크 측정
- 적응운전(상당회수)
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부분방전
시험 |
- 절연물 중의 코로나 레벨을 측정하여
이상의 유무를 확인한다.
- 교류전압에 대한 기기의 세기를 정량적으로
측정
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★ 상기 시험은 전기연구소의
검사항목에 포함되어 있다. |
2. 기타 시험
2-1. 유중 가스분석
절연물 중의 가스를 분석하여 절연물의 과열, 부분방전,
유중의 아크 등의 이상유무를 판정한다.
변압기 등의
유압기기 내부에서의 이상현상은 반드시 발열을 수반해서 발생한다. 이들의
발열원에 접촉된 절연류, 절연지, 프레스보드 또는 빼크라이트 등의 절연재료는
그 열의 영향을 받아 분해 반응하여 탄화수소계 가스(co, co2 등)를 발생하며,
그 대부분은 절연유 속에 용해 되므로 절연유 속의 가스를 추출 분석하면 변압기의
내부 이상유무를 확인할 수 있다.
2-2. 절연저항 시험
절연물의 흡습펄화, 오손 등의 경향을 절연저항 값에
의해 대충 확인하는 방법.
2-3. 절연유 성능시험
절연유의 내전압 성능 산화 tanδ등을 측정하여 절연유의
절연성능을 확인한다.
(전기설비 검사업무 처리지침기술적사항 4 절연유 시험기준)
- 전력용 콘덴서는 절연지나 폴리프로필렌 필름을 소자로
하여 철 케이스에 수납하고 절연유를 함침하여 완전 밀봉형으로 한 것으로 사용
중의 경년열화가 거의 없어 20~30년동안 안전하게 사용할 수 있다.(사고시 계통에서
분리하면 전력공급에 지장이 없다)
- 절연진단의 필요성이 크지 않으므로 절연저항시험, 내
전압시험, 정전용량시험, tanδ시험 등이 정기적으로 실시되고 있다.
- 신 기술로는 내부에서
발생되는 부분방전을 음향센서로 검출하는 방법이 시도되고 있다.
1. 열화요인과 형태
<표> 고 전압 CV케이블의 절연열화요인과 형태
열화요인 |
원인 |
열화형태 |
전기적 요인 |
- 상시 운전전압
- 사고시의 과전압
- 개폐서지
- 뇌서지
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열적 요인 |
- 통상 운전 중의 열팽창 수축, 지락,
단락에 수반되는 온도상승.
- 과도한 고온에서의 사용
|
|
환경적 요인 |
- 물, 유화물, 화학약품, 자외선, 오존,
염분
|
- 물트리열화(전압과의 복합열화)
- 화학트리열화
- 화학적 열화
- 트래킹 열화
|
기계적 요인 |
- 굴곡, 측압, 충격하중, 외상, 진동
- 팽창, 수축의 반복
|
|
기타 요인 |
|
|
★ 물트리 열화
물과 전압의
양방이 존재하는 조건하에서 발생되는 현상으로 폴리에틸렌 속에 작은
Void가 모여 구름과 같이 보이면서 전계 방향으로 뻗어가는 트리가 발생하는
현상.(트리현상
참고)
최근 지중배전선용 케이블의 주요 사고원인(약 35% 정도차지)이 되고
있으며, 이의 대책으로 22.9KV 계통에 채용되는 특고압 케이블은 수밀형의 CN-CV
채용이 의무화(CV-CN 사용시 사용전 검사 불합격 사유가 된다)-신규 공사계획
신고 건은 의무 대상임- 전기안전공사 발표.
2. 절연진단 및 감시기술
최근의 진단기술은 전자기술과 센서 기술의 발전, 응용으로써
동시측정, 자동측정 데이터의 자동해석, 활선하에서의 측정 등의 기능을 갖춘
장치나 시스템이 출연하고 있다. (남은 수명의 진단은 불가)
2-1. 직류 내 전압 시험
2-2. 절연저항시험
- 자동식 절연 진단장치
- 활선화 절연 감시장치
- 물트리 활선 진단장치
2-4. 광섬유 부분방전 감시장치
2-5. 절연체 중 전하의 해석법
- 잔류 전압법
- 전위 감쇠법
- 역 흡수 전류법
- 직류 피크 전류법
2-5. 초 저주파 tanδ 측정
3. 고 전압 케이블의 시스템 진단방법
케이블과 액세서리의 사고예방, 잔여수명의 예측에 목적이
있다.
3-1. 열화이론
3-1-1. 절연지 절연 케이블(OF 케이블)
- 운전온도가 낮아 절연열화 속도가 늦다.
- 절연지 열에 의한 열화모드 - 갈라짐 현상
- Mass 함침 절연 - 부분방전, Tracking, 계면에서의
전기 화학적 변화, 절연층 내의 물, 공기, 가스, 거품에 의한 열화.
3-1-2. 사출 케이블
- 에이징에 의한 구분
- 내적원인 : 물리, 화학적
변화, 트립된 전하에 의한 것
- 외적원인 : 열적,기계적, 전기적,환경적
결함
- 외부 에이징에 의한 원인
-
강한 전계 : 부분방전으로 인한 절연파괴
- 계면에 있는 불순물
- 제조과정 중의 원인(돌기, 거칠음으로 인한 전기적 트리로의 진전)
- 기타
- 첨가제, 충진제의 불 균일한 분산 :
전기트리, 수 트리로의 진전.
3-1-3. 금속시즈의 부식
제어장치 등의 전자기기는 고장을 고장율이라는 개념으로
접근하여야 한다.
|
- 고장율은 Bathtub 곡선으로 되고 안정기에도
우발고장이 발생한다. 따라서 고장을 미연에 방지할 수 있는
진단기술은 불가능하며, 고장 확율을 극력 적게 하거나 고장
확율의 증가 경향에서 장치의 갱신을 결정할 수 있는 진단기술이
필요하다.
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1. 제어장치의 열화요인
<표> 제어자치의 열화요인(가변속장치 "예")
열화요인 |
원인 |
열적요인 |
|
전기적요인 |
|
환경적요인 |
|
기계적요인 |
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<표>가변속 장치의 구성요소별 열화의 형태
분 류 |
열화의 형태 |
반도체 |
사이리스터, 다이오드,
트랜지스터, |
|
배선기구 |
플러그, 터미널,
퓨즈, 커엑터, 플러그 |
|
회로기구 |
콘덴서, 가변저항기 |
|
스위치류 |
누름단추, MCB,
Micro스위치,보호계전기 |
|
기타 |
프린트 기판,
IC기판 |
|
전원장치 |
|
표시기구 |
|
팬 |
|
2. 고장발생 통계 분석법
2-1. log-log곡선
대수눈금으로 가로축에 경년시간(년), 누적건수로 하여
곡선의 경사가 45°이상이 되면 대책을 세운다.
2-2. 해저드 확율지
대수눈금으로 가로축에 누적고장건수, 세로축에 경과시간으로
하여 형상매개변수η의 개념을 도입하여 η=1에서 똑같은 비율로 고장발생, η<1에서
고장 감소현상, η>1에서 고장 증가경향이라 판단한다.
2-3. 와이블 챠트
대수 눈금으로 가로축에 경과시간 세로축에 누적고장율로
하여 η의 사고는 헤저드 확율지와 같다.
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