현장에서의 SF6 가스 밀도 계전기 시험: 관련 사항

소개

SF6 가스는 뛰어난 절연성, 소멸 성질 및 화학적 안정성을 가지고 있어 고압 및 초고압 전기 장비에서 절연체 및 아크 소멸 매체로 널리 사용됩니다. 전기 장비의 절연 강도와 아크 소멸 능력은 SF6 가스의 밀도에 따라 달라집니다. SF6 가스의 밀도 감소는 다음과 같은 두 가지 주요 위험을 초래할 수 있습니다:

• 장비의 유전 강도 감소;

• 회로 차단기의 중단 용량 감소.

또한, 가스 누출은 종종 습기가 침입하여 SF6 가스의 습도를 증가시키고 절연 성능을 더욱 저하시킵니다. 따라서 SF6 가스의 밀도를 모니터링하는 것은 안전한 장비 작동을 보장하는 데 필수적입니다.

SF6 가스 밀도 계전기(밀도 모니터, 컨트롤러 또는 밀도 게이지라고도 함)는 SF6 전기 장비에 설치되어 내부 가스 밀도의 변화를 반영합니다. 압력 변동을 감지하여 밀도 변화를 나타내며, 밀도가 미리 설정된 알람 수준으로 떨어지면 알람 신호를 발생시키고, 더 낮아져 잠금 수준에 도달하면 스위칭 작업을 잠급니다. 그 성능이 장비의 안전에 직접적으로 영향을 미치므로, 정기적인 신뢰성과 정확성 테스트가 중요합니다.

1. SF6 가스 밀도 계전기의 유형과 작동 원리

1.1 기계식 가스 밀도 계전기

기계식 계전기는 구조에 따라 벨로우즈형과 보르돈 튜브형으로 분류되며, 기능에 따라 압력 표시가 있는 것과 없는 것으로 나뉩니다. 두 유형 모두 온도 보상 기능을 통해 가스 밀도를 모니터링합니다.

전형적인 벨로우즈형을 예로 들어 설명하겠습니다(도 1 참조):

• 예압 챔버는 모니터링 대상 챔버와 동일한 압력의 SF6 가스로 충전됩니다;

• 금속 벨로우즈는 모니터링 대상 챔버에 연결됩니다;

• 누출이 발생하면 벨로우즈 내부의 압력이 감소하여 압력 차가 생깁니다. 이 압력 차는 벨로우즈를 압축하며, 이 움직임은 기계적 링크를 통해 마이크로스위치를 작동시켜 알람이나 잠금 신호를 트리거합니다.

예압 챔버가 동일한 환경에 있으므로 온도 변화는 양쪽에 동일하게 영향을 미쳐 자동 온도 보상을 가능하게 합니다.

도 1. 기계식 가스 밀도 계전기 원리
(참고: 4—마이크로스위치; 3—바이메탈 스트립; 2—금속 벨로우즈; 1—예압 챔버)

1.2 디지털 가스 밀도 계전기

이 계전기는 SF6 분자의 강한 전기 부극성을 활용합니다. 이온화 챔버 내의 알파 입자원이 가스를 이온화하고, 직류 전기장을 가하면 이온 전류가 형성됩니다. 이 전류는 가스 밀도와 비례합니다. 밀도가 감소하면 출력 전류가 감소하여 실시간 모니터링이 가능합니다.

디지털 밀도 계전기의 장점은 다음과 같습니다:

• 압력, 20°C에서의 상대 압력 및 장비 온도의 직접적인 디지털 표시;

• 컴퓨터 시스템과의 호환성으로 인해 온라인 모니터링이 가능;

• 누출 추세 곡선 작성, 상태 기반 유지 관리 지원;

• 범위 전환 없이 전체 범위 측정, 현장 조정 가능한 파라미터;

• 가스 충전 알람 및 저압 잠금 접점 신호 출력.

도 2. 디지털 가스 밀도 계전기 원리
(참고: 이온화 챔버 내의 알파 입자가 SF6 가스를 이온화합니다; 전자는 양극으로, 양이온은 방사체로 돌아가 전류를 생성하며, 이를 증폭하여 출력합니다)

2. 밀도 계전기의 현장 테스트 필요성

밀도 계전기는 현장에서 또는 실험실에서 테스트할 수 있습니다. 실험실 테스트는 더 높은 정밀도를 제공하지만 몇 가지 단점이 있습니다:

• 분해는 원래의 밀봉을 깨뜨려 재조립과 재밀봉을 보장하기 어렵게 만듭니다;

• 정밀 기기는 운송 충격으로 인해 교정이 틀어질 수 있습니다;

• 긴 유지 관리 일정으로 인해 분해와 재조립이 시간이 많이 걸립니다.

따라서 가능한 경우 현장 테스트가 더 효율적이고 안전하다고 권장됩니다.

3. 현장 테스트에 사용되는 기기

SF6 전기 장비는 오일이나 다른 가스로 오염되지 않아야 하므로, 테스트 매체로는 SF6 가스만 사용할 수 있습니다. 이상적인 교정 장치는 다음과 같은 특징을 가져야 합니다:

• 통합된 SF6 가스 실린더;

• 조정 가능한 압력;

• 자동 온도 보상 및 변환.

이 문서에서는 JMD-1A SF6 가스 밀도 계전기 교정 장치를 소개합니다. 이 장치는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

• 내장된 SF6 실린더와 압력 조절 시스템;

• 테스트 중 장비의 가스 회로를 격리하고 자체 가스 공급을 사용;

• 측정 값을 20°C에서의 표준 압력으로 자동 변환;

• 정확성을 확보하기 위해 연간 공장 교정이 필요;

• 정확도 클래스 0.5, "표준 기기 오차는 테스트 기기의 오차의 1/3을 초과해서는 안 됨"(테스트되는 계전기는 일반적으로 1.5 클래스 미만)의 요구 사항을 완전히 충족하여 현장 요구 사항을 충족합니다.

4. 가스 밀도 계전기의 테스트 내용

4.1 테스트 표준 및 빈도

GB50150-1991 및 DL/T596-1996에 따르면:

• 신규 장비는 운용 전에 밀도 계전기 테스트를 받아야 합니다;

• 운용 중인 장비는 1~3년마다 또는 주요 유지 관리 후 또는 필요한 경우 테스트해야 합니다;

• 작동 값은 제조사의 기술 사양을 준수해야 합니다;

• 압력 게이지 표시 오차 및 지연은 지정된 정확도 클래스의 허용 범위 내에 있어야 합니다.

4.2 테스트 항목

주요 테스트 항목은 다음과 같습니다:

• 알람(가스 충전) 활성화 압력;

• 잠금 활성화 압력;

• 잠금 복귀 압력;

• 알람 복귀 압력;

• 압력 게이지가 장착된 경우 그 표시도 테스트해야 합니다.

압력 게이지 테스트 요구 사항:

• 범위 전체에 걸쳐 균등하게 최소 5개의 테스트 포인트;

• 두 번의 완전한 가압 및 감압 사이클;

• 천천히 그리고 안정적으로 압력을 가하며 각 포인트에서 읽기를 취합니다;

• 두 사이클에서의 최대 표시 오차를 최종 결과로 삼습니다.

작동 값 요구 사항:

• 제조사의 사양을 준수해야 합니다;

• 활성화 압력과 복귀 압력의 차이는 0.02 MPa 미만이어야 합니다;

• 모든 압력 값은 20°C에서의 표준 값으로 변환해야 합니다;

• 주변 온도, 측정된 압력 및 변환된 20°C 압력을 기록합니다.

5. 밀도 계전기와 장비 간의 연결 방법

네 가지 일반적인 연결 유형이 있습니다:

• 격리 밸브 포함
       계전기와 장비 사이에 밸브(FA)가 설치됩니다. 테스트 중에는 FA를 닫고 테스트 헤드를 연결한 후 FB를 열어 테스트를 시작합니다.

• 방지 밸브 포함
       계전기를 제거하면 방지 밸브가 자동으로 장비 측을 밀봉하여 테스트 장치를 외부 포트에 직접 연결할 수 있습니다.

• 방지 밸브 + 플런저 볼트 포함 (도 3 참조)
       분해가 필요 없습니다. W2에서 플런저 볼트를 풀면 방지 밸브 F1이 자동으로 가스 경로를 격리하여 테스트 헤드를 직접 연결할 수 있습니다.

도 3. 방지 밸브와 플런저 볼트를 갖춘 밀도 계전기 구성도
(레이블: B1—밀도 계전기; W1—가스 충전 포트; W2—테스트 포트; MA—압력 게이지; F1—방지 밸브)

• 격리 없이 직접 연결
       이것은 불합리한 설계입니다. 계전기가 고장나면 대체하거나 온라인으로 테스트할 수 없으며, 주요 개조까지 기다려야 합니다. 개조 시 격리 밸브를 설치하여 향후 유지 관리를 권장합니다.

결론: 첫 세 가지 연결 유형은 현장 테스트가 가능하지만, 네 번째 유형은 불가능합니다.

6. 현장 교정 시 주의사항

• 전원 차단 작동: 장비가 전원이 차단된 상태에서 테스트를 수행해야 합니다. 제어 전원을 차단하고 단자 대에서 알람/잠금 접점을 격리하여 의도하지 않은 2차 회로 작동을 방지합니다.

• 연결 유형 확인: 장비마다 연결 구조가 다릅니다. 분해 전에 연결 유형을 확인하여 잘못된 작동 및 가스 누출을 방지합니다.

• 격리 밸브 복구: 테스트 후 모든 격리 밸브가 올바른 위치로 복구되고 검증되었는지 확인합니다.

• 커넥터 청소: 테스트 전후에 모든 파이프 커넥터를 청소합니다. 필요시 소량의 SF6 가스로 플러싱하여 오염이나 습기 유입을 방지합니다.

• 밀봉 보호: 밀봉 표면을 보호하고 새로운 가스켓으로 교체한 후 재조립 후 누출 검사를 수행합니다.

• 압력 단위 변환: JMD-1A 테스터는 계기 압력을 표시합니다. 계전기가 절대 압력(예: ABB LTB145D 회로 차단기)을 사용하는 경우 비교 전에 단위를 변환해야 합니다.

7. 결론

SF6 가스 밀도 계전기는 SF6 전기 장비의 안전한 작동을 보장하는 중요한 구성 요소입니다. 그 작동 성능은 시스템의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 관련 규정에 따라 정기적인 현장 테스트를 수행하여 정확성과 신뢰성을 확보해야 합니다. 테스트 중에는 지정된 테스트 사이클, 절차 및 주의 사항을 엄격히 준수하여 안전 위험을 제거하고 잘못된 결론을 방지해야 합니다.