진공 아크 챔버 점검 및 유지보수의 진공 회로 차단기 신뢰성 향상에 대한 영향 분석

진공 회로 차단기는 배전망에서 널리 사용됩니다. 전력 공급 장비의 핵심 구성 요소로서 그 성능은 진공 중단기의 성능과 회로 차단기의 기계적 특성(접점 개방 거리, 스트로크, 압력, 평균 개폐 속도, 폐쇄 반발 시간, 개폐 비동기, 작동 횟수, 접점의 누적 허용 마모)에 크게 의존합니다. 이 두 가지는 안정적인 작동을 위해 필수적입니다. 진공 중단기는 회로 차단기의 "심장"이며, 고성능이고 신뢰할 수 있는 중단기가 없으면 고신뢰성 작동은 불가능합니다. 따라서 중단기의 정기적인 검사와 유지보수, 즉 질적-양적 성능 평가는 안전하고 안정적인 회로 차단기 작동을 위한 필수 요소입니다.

1. 진공 중단기의 성능 지표

진공 중단기는 밀폐된 절연 시스템(케이싱), 도전 시스템, 그리고 차폐 시스템으로 구성됩니다. 그 성능은 절연 수준(1분 동안의 전력 주파수 내압, 1.2/50 임펄스 내압), 진공도, 주회로 직류 저항으로 특징지어집니다. 이러한 지표에 대한 정확한 검사와 평가는 종합적인 테스트와 분석을 필요로 합니다.

전력 주파수 내압 방법은 현장에서의 절연 테스트에 일반적으로 사용됩니다. 테스트 기술의 발전과 함께 진공도 테스트가 점점 더 많이 적용되고 있습니다. 그러나 일부 성의 "전기 장비 인수 및 예방 테스트 규정"에서는 진공도 검사를 충분히 강조하지 않으며, 심지어 "검사가 어려운 경우 단열 내압을 대체로 사용하라"고 제안하기도 합니다. 이는 이론적이고 실제적인 오해를 초래하여 관리 및 기술 사고의 위험을 높입니다. 저는 이와 같은 규정의 적시적인 개정을 추천하며, 중단기 성능 평가 시스템을 개선하고 배전망 장비의 안전한 운영을 보장해야 합니다.

1.2. 진공 중단기의 고장 유형

현장 검사 참여자로서 발견한 바에 따르면, 진공 중단기의 고장은 다음과 같이 두 가지 범주로 나뉩니다:

• 명백한 고장은 케이싱 파손이나 벨로우즈 손상으로 인해 발생하며, 이로 인해 공기가 유입되어 중단기의 진공 상태가 상실되고 대기와 연결됩니다.

• 암묵적인 고장은 진공도의 점진적인 감소를 의미합니다. 중단기가 대기와 연결되지 않았음에도 불구하고 제조 과정, 운송, 설치 또는 유지보수 등의 요인으로 인해 내부 공기 압력이 허용치를 초과하면, 중단기는 정상적인 단락 능력을 충족하지 못하게 됩니다. 이러한 잠재적인 고장의 위험성은 명백한 고장보다 훨씬 큽니다. 진공도의 감소는 진공 회로 차단기의 과전류 단락 능력을 심각하게 영향을 미치며, 회로 차단기의 수명을 급격히 줄이고 극단적인 경우에는 스위치 폭발을 일으킬 수도 있습니다.

1.3. 전력 주파수 내압 및 진공도 테스트의 한계 분석

현장 실무 경험의 관점에서:

• 전력 주파수 내압 테스트는 명백한 고장을 검출하는 데 매우 효과적이며, 중단기의 상태를 질적으로 판단할 수 있습니다. 그러나 암묵적인 고장에 대해서는 검출 사각지대가 있습니다: 진공도가 1×10⁻²Pa부터 1×10⁻³Pa 사이일 때, 전력 주파수 내압 테스트는 여전히 통과할 수 있습니다. 이때 진공도는 1.66×10⁻²Pa라는 안전 임계값보다 낮아져 있으며, 미세한 차이는 구별할 수 없습니다.

• 진공도 측정기는 1×10⁻¹Pa부터 1×10⁻⁵Pa 범위 내에서 정확한 측정을 가능하게 하여, 중단기의 검사를 질적 분석에서 양적 단계로 업그레이드합니다. 또한 일정 기간 동안 진공도의 변화를 통해 진공 중단기의 수명을 추론할 수 있어, 장비 신뢰성 평가에 기술적 지원을 제공합니다. 그러나 이 방법은 테스트 범위에서 한계가 있습니다: 1×10⁻¹Pa부터 1×10⁻⁵Pa를 초과할 때, 진공도 측정기가 의존하는 이온 전류와 잔여 가스 밀도(즉, 진공도) 간의 비례 관계가 변경되며, 테스트 결과의 정확성이 보장되지 않습니다. 특히 완전한 누설(대기와 연결)을 가진 명백한 고장의 경우, 테스트 값은 종종 정상 상태의 값에 가까워서 오해를 일으킬 수 있습니다. 이는 가스 충돌 이론으로 설명될 수 있습니다: 가스 압력이 증가하면 분자 밀도가 증가하여 전자의 평균 자유 경로가 짧아집니다. 충돌 횟수가 증가하더라도, 전자의 운동 에너지 축적이 부족하여 가스 분자의 이온화 확률이 감소하여, 기기는 진공도가 양호하다고 오해할 수 있습니다.

현장 검사 실무에 기반하여, 검사 중 전력 주파수 내압 테스트를 생략해서는 안 된다는 점에 유의해야 합니다. 중단기가 전력 주파수 내압 테스트를 통과해야만, 진공도가 측정기의 유효 범위 내에 있음을 확인할 수 있으며, 후속 진공도 테스트 결과가 신뢰할 수 있게 됩니다. 따라서 진공도 테스트와 전력 주파수 내압 테스트는 결합하여 적용되어야 합니다. 두 방법은 서로 보완적이며, 어느 한 방법만으로 중단기의 상태를 판단하는 것은 한계가 있습니다.

1.4. 주회로 저항 테스트

현장 검사에서 주회로 저항 테스트는 DC 전압 강하법을 사용하여 수행되며, 최소 100A의 전류를 사용하는 테스터를 사용합니다. 인수 및 대수 후 저항 값은 제조사 규정에 따라야 하며, 운영 중에는 공장 값의 1.2배를 초과해서는 안 됩니다. 진공 중단기의 접점 마모로 인해 접촉이 불량할 경우, 회로 저항 테스트를 통해 문제가 검출될 수 있습니다. 주회로 저항이 장기간 불량할 경우, 중단기가 과열되어 관련 구성 요소의 절연 성능이 저하되고 심지어 단락 폭발까지 일어날 수 있습니다.

2. 진공 중단기 신뢰성 향상을 위한 조치

• 정기적으로 진공도 테스트(42kV 전력 주파수 내압 테스트와 병행)를 수행하여 중단기 상태를 판단합니다. 진공도가 감소할 경우, 진공 버블을 교체해야 합니다(대부분의 제품은 한 상이 불량할 경우 세 상 모두를 동시에 교체해야 함) 및 스트로크, 동기화, 반발 등 특성 테스트를 완료해야 합니다.

• 전기 장비의 예방 테스트 규정과 단위의 실제 상황에 따라 검사 주기를 설정합니다. 투입 초기 2년 동안 모니터링 빈도를 높입니다; 투입 후 6개월, 1년, 1.5년, 2년에 전력 주파수 내압 및 진공도 테스트를 수행하고, 2년 이후에는 운영 상황에 따라 빈도를 조정합니다.

• 유지보수 주기를 합리적으로 계획하고, 연간 예방 테스트와 함께 중단기를 검사합니다. 2,000회의 정상 작동 또는 10회의 정격 전류 단락 후 모든 부품과 매개변수를 점검합니다; 볼트가 느슨하지 않고 기술 매개변수가 표준을 충족하면 계속 사용합니다.

• 중단기의 양쪽 끝과 주회로 단자 사이의 접촉 저항을 정기적으로 테스트하여 지정된 값보다 초과하지 않도록 합니다.

• 조건이 허용되는 경우, 관찰 구멍을 통해 도전 회로에 대한 적외선 이미지 온도 측정을 수행하여 온도 추세를 추적합니다. 주회로 저항이 불량하거나 접촉이 불량하거나 절연 결함 또는 불합리한 중단기 설계로 인한 열 소산 경사가 부족하면, 도전 및 절연 구성 요소의 온도가 상승하여 사고를 일으킬 수 있습니다.

• 운영 인원은 회로 차단기를 정기적으로 순찰하고, 진공 버블 외부에 방전이 있는지 주의해야 합니다(방전은 일반적으로 진공도 테스트가 불량함을 나타내며, 즉시 정전 후 교체해야 함). 유지보수 주요 사항:

• 외관 점검 및 먼지 제거

• 이동 및 정지 접점의 누적 마모 두께가 3mm를 초과할 경우 진공 튜브 교체

• 접점 개방 거리, 압축 스트로크, 3상 동기화 정기 점검 및 조정

3. 결론

• 진공 중단기의 전력 주파수 내압, 진공도, 주회로 직류 저항은 그 성능을 특징짓는 중요한 지표로, 누출 경향을 파악하고 수명을 추정하는 데 중요한 역할을 합니다.

• 진공도 테스트와 전력 주파수 내압 테스트는 각각 한계가 있으며, 이를 결합하여 적용하여 중단기 신뢰성을 정확히 진단해야 합니다.

• 두 테스트는 서로 대체할 수 없습니다; 실패한 테스트의 중단기는 반드시 교체되어야 하며, 관련 산업 테스트 규정의 적시적인 개정이 권장됩니다.

• 신뢰성 향상은 정기적인 진공도, 전력 주파수 내압, 주회로 저항 테스트부터 시작하여, 운영 및 유지보수 인원의 기술 교육을 강화하고, 철저한 순찰, 적외선 온도 측정, 과학적인 검사-유지보수 주기 계획을 통해 회로 차단기 작동 중이나 부하 전환 중에 발생할 수 있는 비전기적 오작동으로 인한 폭발 등 사고를 피해야 합니다.