친환경 고체절연 개폐장치의 보호등급 및 가속수명 평가를 위한 규격 제정·개정에 관한 논의가 수면위로 떠오르고 있다. 한국전기연구원 전기기기평가본부는 6일 안산분원에서 고체절연 개폐장치 관련 기술 교육을 개최해 업계의 의견을 수렴하는 자리를 마련했다.
이번 세미나에서는 전기적 충격을 대비한 절연케이스의 보호등급, 고체절연 보호등급 구성기법 및 요구조건, 고체절연물 등급기준, 습도 및 열적안정평가기법 및 보호등급별 평가방법에 대해 IEC 62271-201 규격에 대한 설명과 질의응답이 이어졌다. 아울러 고체절연 개폐장치의 가속열화 평가기술과 관련해 IEC 62271-304 규격 해설 등도 진행됐다.
현재 한전은 폴리머절연개폐기, 에폭시절연개폐기 등에 IEC 62271-200 규격을 적용하고 있으나, 이는 폐쇄배전반 관련 규격으로 금속도체 규격에 해당된다. 이에 전기연구원은 친환경 고체절연 개폐장치의 경우 IEC 62271-201 규격을 적용하는 것이 바람직하다고 판단, 이번 세미나를 개최하게 됐다. 아울러 현재 폴리머피뢰기 규격으로 적용되고 있는 가속열화 평가에 대한 고체절연 개폐장치 규격에 관한 발표도 함께 진행됐다. 한편 한전은 3월중 복합절연개폐기에 대한 구매규격(안)를 제정할 에정이며, 이번에 발표된 IEC 규격 적용 여부에 대한 검토가 진행 중인 것으로 알려졌다.

□ 고체 절연외함 보호등급 분류

특히 외함의 터치 또는 절연외함의 스위치를 운전할 때 전기충격으로부터 사람을 보호하기 위해 IEC 보호등급 규격을 만족해야 하다. 이 보호등급은 사람이 사고로 또는 부주의로 외함을 터치했을 때 충분한 PA등급과 운전, 가변파트의 대체, 또는 정상적인 유지보수 작업 시 터치하기 쉬운 파트에 적합한 PB등급으로 구분된다.

보호등급 PA를 만족하기 위해서는 주회로와 절연외함의 접근가능한 표면사이의 절연과 두께는 상과 접지사이의 절연시험을 통과할 수 있어야 한다.

아울러 주회로의 활선파트와 절연파트의 내부 표면사이의 절연은 최소한 기기 정격전압의 150%에서 견딜 수 있어야 하며, 정전용량 및 누설전류는 지정된 시험방법에서 0.5mA 보다 크지 않아야 한다.

보호등급 PB는 보호등급 PA 절연이 파괴됐을 경우를 대비해 특별히 절연한 PB1 등급과, 접지된 도전성 커버 및 층을 포함한 PB2 등급으로 구분된다.

보호등급 PB1을 만족하기 위해서는 보호등급 PA 요구조건 외에 절연외함의 경우 최소한 2개의 절연물질 층으로 구성돼야 하며, 그 중 하나는 상과 접지사이의 절연시험을 만족해야 한다. 다른 층은 정격전압의 150%에서 1분 상용주파시험전압에 견디어야 한다. 아울러 보조적인 기구 없이는 추가적인 절연물질을 제거할 수 없어야 한다.

특히 절연외함은 액체 절연체 또는 주위공기를 포함하고 있는데, 이러한 경우 절연외함의 내부표면과 관련해 주회로의 절연은 설령 가스 또는 절연액체를 정상 대기 압력에서 주위공기로 대체해도, 정격전압의 150%에서 1분 상용주파시험전압에 견딜 수 있어야 한다.

보호등급 PB2의 경우에는 보호등급 PA 요구조건 외에 접지된 도전성 커버 또는 층의 저항이 제공된 접지포인트에 대해 직류 30A에서 최대 100mΩ이면 된다.

이와 함께 모든 고체절연 개폐장치는 열 안전성 테스트를 통과해야 한다. 도체파트의 주요 절연이 고체절연으로 구성된 경우 제조자는 사용한 절연재료의 안전성이 전기적 스트레스 또는 열적영향으로 기능이 떨어지지 않는다는 것을 입증해야 한다. 열적 안전성 실험은 주위온도 40℃에서 이뤄지며, 온도상승 시험동안 상용주파 전격전압의 180%에서 100시간 동안 실시하게 된다.

이 외에도 절연 외함 스위치는 응결 및 습도조건도 고려해야 한다. 이는 건조한 상태는 물론, 절연 표면에 응축이 있는 상태에서도 사람이 터치했을 때 안전해야 하기 때문이다.

□ 수명 평가 조건 및 시험방법 설정

IEC 62271-1에 규격은 정상조건보다 더 심한 수분응축과 오손 조건에 사용되는 옥내용 폐쇄 개폐장치에 적용된다. 빌딩과 실내에 설치된 옥내장치와 옥외 기후조건에 정상적으로 보호되는 기기는 급격한 온도의 변화로 응축되고 빌딩 내 환경의 원인으로 오손을 받을 수 있다.

이에 수분의 응축 정도(3단계로 구분) 및 오염상태(2단계로 구분)에 따라 사용조건의 가혹성을 0등급, 1등급, 2등급 등 3단계로 구분했다.

0등급의 경우 정상사용단계로 별도의 시험이 필요하지 않지만 1등급과 2등급의 경우 각각 레벨 1과 2의 노화시험 및 진단시험을 만족해야 한다.

레벨 1의 노화시험은 7일로 구성된 주기시험을 총 3회 실시해야 하면 △습도 80% 유지한 상태로 30℃에서 20분 유지 △모든 구간에 95% 이상의 습도를 유지하면서 30℃에서 50℃까지 40분 이내 도달 △50℃에서 20분 유지 △50℃에서 30℃까지 40분 이내에 도달 등의 조건을 만족해야 한다.

또한 레벨 2의 노화시험은 7일로 구성된 주기시험을 총 7회 실시하면 되고, 만약 레벨 1의 노화시험을 통과하고 레벨 2 시험과정에서 탈락했다면, 이 기기는 레벨 1 수준의 시험만 통과한 것으로 인정받게 된다.