질소 절연 링 메인 유닛의 고장 이해 및 관리

1. 가스 시스템 결함

환경 친화적인 가스 절연 링 메인 유닛에서 가장 중요한 종류의 결함은 가스 시스템과 관련되며, 주로 가스 누출 및 압력 이상을 포함합니다. 질소 절연 링 메인 유닛에서의 가스 누출은 주로 밀봉 재료의 노화와 용접 공정의 결함으로 인해 발생합니다. 통계에 따르면 가스 누출 결함의 약 65%는 O링의 노화와 관련되어 있으며, 30%는 부족한 용접으로 인해 발생합니다. 가스 누출은 단순히 절연 성능에 영향을 미치는 데 그치지 않고, 극단적인 조건에서는 안전 문제를 초래할 수 있습니다. 질소 농도가 증가하여 환경의 산소 농도가 19.5% 미만으로 떨어질 경우 질식이 발생할 수 있어 직원의 안전에 위협이 될 수 있습니다.

압력 이상은 또 다른 일반적인 결함이며, 주로 솔레노이드 밸브 조절 실패나 밀봉 실패로 인해 발생합니다. 질소 절연 링 메인 유닛의 작동 압력은 일반적으로 0.12 MPa와 0.13 MPa 사이를 유지하며, 정격 절대 압력은 0.2 MPa를 초과하지 않습니다. 압력이 정격 값의 90% 미만 (약 0.11 MPa)으로 떨어질 경우 시스템의 절연 성능이 크게 감소하므로 즉시 충전이나 유지보수가 필요합니다. 고전압 충격 조건에서 질소의 절연 강도는 "고무 현상"을 나타내며, 압력과 절연 강도 간의 관계는 균일하거나 약간 비균일한 전기장에서만 선형적입니다. 이를 통해 압력 제어가 더 복잡해집니다.

가스 시스템 결함을 해결하기 위해 현대의 환경 친화적인 링 메인 유닛은 일반적으로 고급 가스 모니터링 시스템을 장착하고 있으며, 이에는 압력 센서, 가스 누출 탐지기, 습도 모니터링 모듈 등이 포함됩니다. 예를 들어, 무선 센싱 기술을 통해 가스 챔버 내의 온도, 압력, 누출, 습도를 다차원 실시간으로 모니터링할 수 있어 결함 경보 능력을 크게 향상시킵니다. 실제 적용 결과, 이러한 모니터링 시스템을 설치하면 가스 누출 결함률을 75% 이상 줄이고 설비 유지보수 주기를 3~5년으로 연장할 수 있었습니다.

2. 전기장 관련 결함

불균일한 전기장 분포로 인한 부분 방전 및 절연 파괴는 환경 친화적인 가스 절연 링 메인 유닛에서 두 번째로 큰 범주의 결함입니다. 이는 질소의 절연 강도가 SF₆ 가스의 약 1/3 수준이라는 사실 때문입니다. 불균일한 전기장에서 질소의 절연 성능은 크게 저하되어 방전 현상이 쉽게 발생합니다.

전기장 관련 결함의 구체적인 표현으로는 부싱 연결 나사에서의 방전, 플랜지 주변의 전기장 왜곡, 절연체 표면의 플래시오버 등이 있습니다. 연구에 따르면 이러한 결함 지점에서의 최대 전기장 강도는 5.4 kV/mm에 달하며, 이는 안전 임계치를 크게 초과합니다. 예를 들어, 볼트 머리에 차폐 커버를 설치하면 전기장 강도를 2.3 kV/mm로 낮추어 방전 위험을 크게 줄일 수 있습니다.

전기장 결함의 주요 원인은 세 가지로, 첫째, 질소의 낮은 절연 강도 (SF₆의 약 1/3 수준)로 인해 더욱 정밀한 전기장 설계가 필요하다는 점, 둘째, 가스 챔버의 복잡한 내부 구조로 인해 쉽게 전기장 집중 지점이 형성된다는 점, 셋째, 환경 친화적인 링 메인 유닛의 컴팩트한 설계로 인해 전통적인 설비보다 위상 간 거리가 더 작아 전기장의 불균일성이 심화된다는 점입니다. 환경 친화적인 링 메인 유닛에서 도체와 위상 또는 지면 사이의 공기 거리는 일반적으로 125 mm를 넘지 않으며, 이는 SF₆ 절연 유닛의 350 mm 이상보다 훨씬 작습니다. 따라서 전기장 제어가 특히 중요합니다.

전기장 문제를 해결하기 위해서는 설계 최적화가 필요합니다. 동등 전위 절연 소켓을 채택하고 부싱 형태 및 플랜지 설계를 전기장 시뮬레이션을 통해 최적화하면 부분 방전 위험을 줄일 수 있습니다. 또한, 전극의 R 각을 늘리고 둥근 버스바를 사용하여 전기장의 불균일성 계수를 낮추는 것도 효과적인 방법입니다. 제조 과정에서는 생체 부품과 절연체의 표면 전기장 강도가 표준 요구 사항을 충족하도록 해야 하며, 특히 에폭시 수지 부품의 부분 방전 제어가 중요합니다.

3. 열 방출 문제로 인한 결함

환경 친화적인 가스 절연 링 메인 유닛에서 직면하는 세 번째 주요 결함은 열 방출 부족으로 인한 과열입니다. 질소의 열 방출 성능은 SF₆ 가스보다 상당히 떨어지며, 이 특성은 고부하 운전 조건에서 특히 두드러집니다. 전류가 2100 A를 초과할 때 질소 절연 링 메인 유닛의 열 방출 능력은 부족해져 절연 재료의 노화와 연결 실패를 쉽게 초래합니다.

열 방출 부족의 구체적인 표현으로는 케이블 접합부의 과열, 버스바 연결부의 온도 상승, 절연재의 탄화 등이 있습니다. 예를 들어, 케이블 접합부의 화재 사고를 분석한 결과, 잘못된 설치 방법과 열 방출 부족이 결합되어 발생한 것으로 확인되었습니다. 장기 운전 과정에서 과열은 절연 재료의 성능 저하를 초래하며, 이는 결국 단락 회로나 폭발로 이어지는 악순환을 생성합니다.

열 방출 문제의 주요 원인은 세 가지로, 첫째, 질소의 열 전도율은 SF₆의 1/4 수준으로 열 전도율이 낮다는 점, 둘째, 환경 친화적인 링 메인 유닛의 컴팩트한 설계로 인해 가스 챔버 공간이 제한되어 자연 대류 냉각이 제한되는 점, 셋째, 고부하 운전 중 발생하는 열이 효과적으로 방출되지 않아 국소적인 온도 상승이 발생한다는 점입니다.

최근 몇 년 동안 열 방출 문제를 해결하기 위한 다양한 혁신적인 솔루션이 등장했습니다. 방사 냉각 코팅은 낮 동안 링 메인 유닛의 표면 온도를 30.9°C까지 낮추며, 우수한 기계적 특성, 노화 저항성, 부식 저항성을 제공합니다. 개발된 지능형 냉각 및 제습 장치는 팬과 제습기의 조화로운 작동을 통해 링 메인 유닛의 온도를 40% 낮추고 습도를 58% 낮추어 열 방출 부족 문제를 효과적으로 해결합니다. 또한, 가스 챔버의 통풍 설계를 최적화하고 고열전도성 절연 재료를 사용하는 것이 일반적인 개선 방법입니다.

4. 기계 부품 결함

환경 친화적인 가스 절연 링 메인 유닛에서 네 번째로 일반적인 결함은 기계 부품의 고장으로, 주로 작동 기구의 고착, 전송 부품의 마모, 밀봉 부품의 노화를 포함합니다. 가스 챔버의 밀봉 설계는 습기 있는 환경이 기계 부품에 미치는 영향을 줄이지만, 장기적인 밀봉은 내부 습기 축적을 초래하여 작동 기구의 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다.

기계 결함의 구체적인 표현으로는 개폐 불능, 스프링 고착, 전송축 핀의 마모 등이 있습니다. 예를 들어, 기계 부품의 노화로 인한 작동 기구의 고착 사례가 여러 건 기록되어 있으며, 이는 주로 장기간의 비활성 상태나 부족한 유지보수와 관련이 있습니다. 환경 친화적인 설비에서는 기계 결함이 가스 챔버의 컴팩트한 내부 공간과 복잡한 부품 배치와도 관련될 수 있습니다.

기계 결함의 주요 원인은 다음과 같습니다: 첫째, 장기적인 밀봉이 작동 기구의 윤활 상태에 영향을 미칠 수 있다는 점, 둘째, 컴팩트한 설계로 인해 기계 부품의 설치 난이도와 유지보수 복잡성이 증가한다는 점, 셋째, 환경 친화적인 설비는 가스 챔버 변형 위험을 견딜 수 있도록 기계적 강도에 대한 요구사항이 높다는 점입니다.

기계 부품 결함을 해결하기 위한 핵심은 윤활 전략의 최적화입니다. 우수한 고온 및 저온 적응성 (-40°C에서 +120°C), 아크 저항성, 긴 서비스 수명 (10년 이상)을 제공하는 폴리우레아 기반 그리스 (예: Kl 그리스)를 사용하는 것이 좋습니다. 또한, 정기적인 유지보수 (예: 3년마다 그리스 교체)와 불호환 윤활제 (칼슘 기반 또는 나트륨 기반 그리스)를 피하는 것도 기계 결함을 예방하는 중요한 조치입니다.