송배전기술·전력산업발전 ‘초석’마련

지난달 30일 대한전기학회 전력기술부문회 송배전설비연구회(위원장 황병준 한전 배전처장)는 청주의 LG산전 전력연구소에서 2003년도 춘계학술대회를 열었다.
비가 오락가락하는 궂은 날씨에도 불구하고, 130명의 산·학·연 관계 회원들이 참석해 열띤 분위기 속에서 기술개발 사례 및 학술발표가 이뤄졌다.
이날 발표된 논문 중 일부를 요약했다.


<765㎸ 송전선로 활선작업의 국내 적용방안 연구>
전기연구원 : 이형권, 손홍관, 전기공사협회 기술경영연구원 : 김효진, 김대식

-국내 실정 맞는 공법 적용해야-

초고압 송전선로의 활선작업은 매우 위험한 작업이며, 초고압 선로에서의 활선작업을 위해서는 여러 가지의 기술개발이 추진돼야 한다.

활선작업과 관련한 일반적인 기술들이 이미 선진 외국에 의해 많이 개발됐고 발표된 문헌들도 많이 있으나, 선로구성이 우리와 다르고 우리나라 선로구성과 전압에 적합한 기술사항들에 대한 검토가 없었기 때문에 그대롤 외국의 기술을 도입하는 것은 문제가 있다. 또한 장비나 공구에 있어서도 우리 선로의 구성 및 철탑형태에 적합한 것인지에 대한 연구가 추진될 필요가 있다. 작업에 있어서도 안정적인 작업규정이나 작업관련 기술사항 등에 대한 연구가 없었기 때문에 이러한 부분에서 기술개발이 필요하다.

초고압 송전선로에서의 활선작업 기술은 이미 선진외국에서 보편화돼 활용되고 있는 기술이지만, 국내의 경우에는 그간 필요성 부재로 인해 활용되지 못하다가, 765㎸ 초고압선로의 운영으로 인해 연구개발의 필요성이 대두됐다.

국내 송전선로에 활선공법을 적용하는데 있어, 외국의 활선공법을 그대로 도입해 적용하는 것은 어려움이 있다. 즉, 외국과는 달리 송전선로의 구조적인 차이, 송전선로의 주변환경 차이 등에 큰 차이가 있기 때문이다. 이외에도 국내 유지보수 자체기술 확보의 필요성, 국내 전기공사업계 발전 필요성 등을 고려해 볼 수 있다.

초고압 송전선로의 활선공법은 기본적으로 △직접활선공법 △절연봉공법 △중간절연봉공법 으로 분류되는데 국가별, 작업위치별, 전력설비별 특성에 따라 선택적으로 적용되고 있다. 직접활선공법은 선로전압과 작업자를 등전위로 만든 후 작업자가 선로에 직접 접촉해 작업하는 공법으로 초고압선로에 일반적으로 적용되고 있다. 절연봉공법은 가장 오래된 방식으로서 절연봉의 길이가 길면 조작이 어려우므로 주로 낮은 전압의 간단한 작업에 많이 사용된다.

중간절연봉공법은 전압이 높아지면서 절연봉의 길이가 길게 돼 절연봉공법의 적용이 어렵게 되는 문제를 해결하기 위해 작업자를 선로전압과 접지전압의 중간 위치에 고정시켜 작업하는 공법으로서, 절연봉의 길이를 줄이기 위해 채택된 공법이며 북미지역에서 일부 사용되고 있다.

765㎸ 송전선로에 활선공법을 적용하기 위해서는 다양한 각도에서 검토될 필요가 있다. 본 연구에서는 현재까지 조사된 자료분석 내용을 토대로 크게 철탑주변과 경간내의 작업으로 구분해 활선작업 국내 적용방안을 다음과 같이 제시한다.

□ 철탑주변 활선작업 적용(안)
▲ 현수애자련 교체방안
활선작업방법은 직접활선공법을 적용하고, 활선접근방식은 절연로프(+절연애자)에 의한 Pendulum공법이나 절연사다리에 의한 활선작업자 직접접근방식 또는 슬라이드 시스템(또는 트롤리 폴)에 의한 접근방식을 제안하고, 교체할 애자련을 지지하는 장치로는 765㎸ 송전선로의 현수애자련이 6도체용 2련이므로 Strain Carrier나 임시지지용 절연애자를 사용할 필요가 있다. 또한 애자련 등의 중량물 이동은 탑상교체를 원칙으로 해 애자받침대에 의한 카고 붐 또는 Swivel 붐을 이용하거나 애자교체기에 의한 불량애자만을 교체하는 공법을 제안해 볼 수 있다.

▲ V형애자련 교체방안
활선작업방법은 직접활선공법을, 활선접근방식은 간이형 붐에 절연로프(+절연애자)를 연결해 접근하거나 절연사다리에 의한 활선작업자 직접접근방식을 제안하고, 교체할 애자련을 지지하는 장치로는 현수애자련과 같이 Strain Carrier나 임시지지용 절연애자를 사용한다. 또한 애자련 등의 중량물 이동은 탑상교체를 원칙으로 해 애자받침대에 의한 Hoist System을 이용해 교체하는 공법(안)을 제안한다.

▲ 내장애자련 교체방안
활선작업은 직접활선공법, 접근방식은 절연사다리에 의한 활선작업자 직접접근방식 또는 애자탑승기에 의한 직접접근방법, 애자교체기에 의한 불량애자 교체방식을 제안하고, 교체할 애자련을 지지하는 장치로는 임시지지용 절연봉이나 절연애자를 사용할 필요가 있다. 또한 중량물 이동방식은 애자받침대에 의한 카고 붐 또는 Swivel 붐을 이용하거나 애자교체기에 의한 불량애자만을 교체하는 공법(안)을 제안한다.

위와 같이 검토한 바와 같이 국내 초고압 송전선로 경간에서의 활선공법(안)은 헬기에 의한 공법과 스페이서카에 의한 공법이 적정할 것으로 보인다.


<미래형 중전압 스위치 기어의 개발추이 및 적용 해석기술>
LG산전 : 김영근, 이석원, 탁성준, 이한신, 유한상, 서정민, 권혁선, 최종웅

-소형·안정화된 제품 개발 요구-

배전계통에는 전력회사에서 운용하는 배전설비와 수용가의 재산인 수전설비로 크게 나눌 수 있으며, 이러한 수배전설비의 핵심으로 사용되는 것이 스위치 기어이다. 스위치 기어는 전기계통의 중추로서 전기계통의 감시, 제어 및 보호를 위해 사용되는 장치로써 전력수요량 증가에 직접적으로 영향을 받는다.

이러한 설비들에 있어서 가장 우선시 되는 사항은 확실한 안정성이며, 아울러 설치공간의 제약을 받는 경우에는 소형화된 설비가 필수적이다.

지금까지 안전을 최우선적으로 고려해 전기사고 및 폭발사고를 차폐하기 위해 대형 제품들이 주류를 이뤄왔다. 국내의 경우, 유럽보다는 미국과 같이 넓은 국토를 가지고 있는 미주지역 업체들의 영향을 받았으나 설비증설시 도심의 빌딩이나 증설공간이 없는 경우에는 설치의 어려움을 겪는 것이 사실이다. 따라서 설치의 용이함뿐만 아니라 향후의 증설을 고려해 소형 안정화된 제품의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

스위치기어의 핵심 구성요소는 판넬구조부, DS/ES/LBS/CB와 같은 차단개폐부, 계전기 및 변성기로 구성되는 보호계측기기부와 기타 악세사리류로 구분된다.

특히, 판넬의 크기와 안전성에는 차단 개폐장치를 구성하는 DS/ES/LBS/CB의 절연 및 아크 소호부의 구성에 따라 좌우된다. CB의 경우 일반적으로 Ⅵ를 이용해 아크를 소호하며 일부 GCB의 형태로도 사용된다. 또한, LBS의 경우 아크소호 방식에 따라 제품의 크기가 영향을 받으며 일반적으로 공기, 절연가스 또는 Ⅵ를 이용해 아크소호를 수행하며 스위치 기어의 크기와 안전성에 밀접한 관련을 갖는다.

스위치 기어는 도심의 전력증가에 따른 설비증설 과정에서의 설치공간, 친환경성, 비용 및 조작 안전성의 문제점 등 다양한 요구사항을 해결해 가는 방향으로 발전하고 있다. 현재 국내의 경우 2 Position Ⅵ 기술을 포함해 다양한 아크소호 기술을 보유하고 있으나 모든 요구사항을 만족시키지 못하고 있는 실정이다.

미래형 스위치 기어는 기존 수배전 선로용 스위치 기어의 개념을 뛰어넘어 도심 고부하 밀집지역에 설치 가능한 친환경적 제품으로 초소형 다기능화 스위치 기어 개념을 적용해 CB, DS 및 ES를 일체화시킨 집적형 차단개폐부, 개폐제어가 용이한 조작기구부, 근본적으로 내아크를 방지할 수 있는 고체 절연구조부 및 가전제품과 같은 친숙한 외관 등의 요구사항과 친환경성을 적용해 콤팩트화, 안전성 및 코스트 다운을 실현해야 한다.

초소형 집적형 스위치 기어의 개념은 CB, DS 및 ES를 일체화시킨 주회로부 및 삼상 일체형 모선부를 에폭시로 몰딩해 내아크를 방지할 수 있는 구조로 구성했고, 개폐제어가 용이한 조작기구부 및 기존의 방식을 개선한 ICU-S를 적용해 디지털 protection 및 Metering을 실현한 제어부 등을 적용한 초소형 집적형 스위치 기어다.

한편, 초소형 집적형 진공인터럽터를 개발하기 위해서는 전자반발력의 해석, 아크계측 및 벨로우즈 개발이 요구되며, 제품개발에 필요한 에폭시 주형기술, 예방·보전 시스템의 개발이 필요하다. 이러한 미래형 스위치 기어의 국내 적용을 위해서는 제조회사만의 노력만으로는 많은 어려움이 예상된다. 전력회사, 연구기관 및 주요 제조업체가 공동으로 노력해야만 가능하며 국내에서 우선적으로 사용이 가능하도록 적극 장려해야 할 것이다.



한빛EDS : 정재기, 최윤종, 류혁, 태광이엔시 : 최광범, 이동준, 어수영

-효율적 예방정비시스템 ‘장점’-

최근 전력설비를 대상으로 한 고장을 사전에 감지하기 위한 예방진단시스템의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 관점에서 본 논문에서는 배전주상변압기를 대상으로 한 열화진단시스템의 구성과 그 방법에 관해 설명하고 있다. 본 논문의 열화진단시스템의 경우 변압기 전류, 절연유 열화센서, 초음파 센서, PD센서 등이 이용되고 있으나, 이러한 센서의 성능과 판단 등도 매우 중요한 역할을 담당하지만 현장에 적용하는 문제에 있어 가장 기술적으로 극복해야 할 문제점은 운용자에서 변압기의 열화상태를 전달하는 통신방식이다.

배전선로는 넓은 지역에 분포돼 있어 집중적인 통신방식을 적용하기 어렵고, 전용통신선로를 구성할 수는 있지만 비용이 상당히 소요된다. 이러한 점을 감안해 CDMA 문자전송방식을 착안했다. 그러므로 주기적인 데이터 전송 및 변압기 감시 중에 발생되는 허용범위를 초과하는 항목에 대해서는 즉각적인 전송으로 운용자가 손쉽게 변압기의 운전상태를 파악할 수 있게 된다. 이에 따라서 운용자는 별도의 통신선로를 구축할 필요 없이 각각의 변압기에 감시시스템을 설치하고 코드를 부여함으로써 일괄 집중적인 설비관리가 이뤄질 뿐만 아니라 적은 비용으로 설비의 운전상태를 파악할 수 있게 된다.

CDMA를 이용한 배전 변압기 진단시스템은 △변압기 운전상태 감시시스템 △배전선의 온도 및 전류량 측정 센서 △낙뢰 및 써지 측정 센서 △부분 방전 초음파 센서 △절연유 열화 센서 △CDMA에 의한 데이터 전송 및 이동통신 모듈 등으로 이뤄진다.

수용가에게 직접 전력을 공급하기 위한 부분이라는 점에서 전력소비자가 가장 민감하게 느끼는 부분이고, 이에 대한 전력 선진국의 도약을 위해 폭넓게 분포하고 있는 배전선로의 효율적인 관리를 위해 요즘 각광받고 있는 통신기술을 접목시켜 보다 효율적이고 저렴한 예방정비 시스템이라는 장점이 있으나 각 센서의 특성을 외부의 영향을 받지 않고, 보다 정밀하게 출력하는 노력과 정확한 열화진단 알고리즘을 개발하는 노력은 지속돼야 할 것이다.

2003.06.07


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