고압 단로기 접점의 원격 온라인 결함 제거 시스템 적용에 대한 연구

고압 차단기, 또는 격리 스위치나 칼 스위치로 알려진 장치는 간단한 작동 원리와 편리한 조작을 특징으로 합니다. 일반적으로 사용되는 고압 전환 장비로서 변전소의 운전 안전성에 큰 영향을 미치며, 실제 응용에서는 엄격한 신뢰성이 요구됩니다. 고압 차단기 접점의 원격 온라인 결함 제거 시스템은 조작이 쉽고 운영 비용이 낮으며 안정성이 높아 전력 산업에서 온라인 결함 제거에 적합합니다.

1. 고압 차단기 개요
고압 차단기는 주로 변전소 전기 시스템과 발전소에서 가장 자주 사용되며, 고압 스위치 기어의 핵심 구성 요소입니다. 고압 회로 차단기와 함께 사용되어야 합니다.

차단기 접점의 원격 온라인 레이저 기반 결함 제거 시스템은 청소 건, 물 냉각장치, 광섬유, 레이저 소스로 구성됩니다. 완전 고체 상태의 준연속파 (QCW) 레이저를 사용하여 고출력, 고효율, 연속적인 레이저 출력을 제공합니다. 이 시스템은 반사형 칩을 가진 고성능 반도체 측면 펌핑 모듈을 사용하여 잠재적 위험을 해결합니다. 레이저 출력 전력은 1,000 W 이상이어야 하며, 광섬유 결합 효율은 96% 이상이어야 합니다. 추가적인 특징으로는 유지보수 비용이 없고, 크기가 작아 통합에 적합합니다.

에너지 전송용 광섬유는 에너지 전송 중 자기 보호 능력을 갖추고 있으며, 길이는 일반적으로 10에서 15미터 범위입니다. 정밀 수냉 장치는 레이저와 광 경로의 정확한 온도 제어와 적시 환경 온도 조정을 가능하게 합니다.

고압 차단기의 주요 기능은 고압 설비 및 설치물의 유지보수 중 안전한 전기 절연을 제공하는 것입니다. 부하 전류, 고장 전류, 단락 전류를 차단하도록 설계되지 않았으며, 작은 용량성이나 유도성 전류만을 전환하기 위해 사용됩니다. 따라서, 아크 소멸 능력이 없습니다.

설치 위치에 따라 고압 차단기는 실내형과 실외형으로 분류됩니다. 절연 지지 기둥의 수에 따라 단일 기둥형, 이중 기둥형, 삼중 기둥형으로 구분됩니다. 전압 등급은 특정 장비 요구 사항에 따라 선택해야 합니다.

이러한 차단기는 유지보수 중 고압 소스를 안전하게 격리하기 위해 눈에 보이는 격리 간격을 제공하여 인원의 안전을 보장합니다. 작은 전류를 전환할 수 있지만, 전용 아크 소멸 장치가 없으므로 부하 또는 단락 전류를 차단할 수 없습니다.

2. 차단기 접점의 원격 온라인 레이저 기반 결함 제거 시스템
레이저는 높은 방향성과 밝기를 제공하여 에너지를 한정된 공간에 빠르게 집중시킬 수 있습니다. 레이저 청소는 근본적으로 레이저 복사와 오염물질 간의 상호 작용을 통해 화학적 및 물리적 효과를 발생시킵니다.

연구 결과 표면 오염물질은 모세관 힘, 정전기 흡인, 공유결합, 반데르발스 힘에 의해 붙어 있으며, 특히 후자 세 가지는 극복하기 어려운 것으로 나타났습니다. 레이저 청소는 이러한 결합력을 파괴하면서 기판을 손상시키지 않습니다.

세 가지 주요 레이저 청소 메커니즘이 있습니다:
(1) 파편화 및 박리: 미세한 오염 입자는 레이저 에너지를 흡수하여 빠르게 팽창하고 표면 접착력을 극복하여 표면에서 깨져 나옵니다. 초단 레이저 펄스는 폭발적인 충격파를 생성하여 입자의 분리 속도를 가속화합니다.
(2) 증발: 기판과 오염물질 간의 화학적 구성이 다르기 때문에, 레이저 흡수율이 다릅니다. 적절한 레이저 유형과 펄스 폭을 선택하면 레이저 에너지의 약 95%가 기판에서 반사되어 보호됩니다. 오염물질은 약 90%의 에너지를 흡수하여 즉시 온도가 상승하고 증발하여 기판을 손상시키지 않고 제거됩니다.
(3) 진동 방출: 짧은 펄스 레이저는 빠른 열팽창을 통해 초음파 진동을 유발합니다. 그 결과 발생하는 충격파는 입자를 분열시키고 방출합니다.

원격 온라인 결함 제거 시스템은 정확한 공간과 시간 창 내에서 높은 에너지를 집중시킵니다. 초점에서 이온화가 발생하여 미세 폭발이 일어나 오염물을 즉시 제거합니다. 높은 방향성의 레이저 빔은 조정 가능한 불규칙한 스폿 크기로 형성될 수 있습니다. 레이저 에너지 강도는 정확하게 제어되어 기판을 손상시키지 않고 즉시 오염물을 분리합니다.

3. 고압 차단기의 운전 중 발생하는 일반적인 결함
운전 중 결함이 종종 발생합니다. 예를 들어, 접촉이 좋지 않아 먼지가 쌓이거나, 접촉 표면에 화합물 막이 형성되어 접촉 저항이 증가합니다. 분석 결과, 설계가 부족하거나 부품의 품질이 낮거나, 설치나 조정이 잘못되면 결함이 발생한다는 것을 알 수 있습니다.

3.1 부품의 부식
차단기 부품은 장기간 비, 바람, 습기에 노출되어 부식됩니다. 일부 부품은 도금 코팅을 사용하지만, 운전 중 전기화학적 반응으로 심각한 녹이 생길 수 있습니다. 불량한 제조 공정은 품질과 성능을 저하시켜 부식을 가속화합니다. 심각한 부식은 기계적 전달 속도를 감소시키고, 운전 실패를 초래할 수 있습니다.

3.2 불완전한 개폐 및 과열
부적절한 개폐 작업은 종종 결함을 초래합니다. 회로가 전기화되어 있는 상태에서 접점이 완전히 맞닿지 않으면 저항 발열이 발생하여 소모되거나 안전 사고가 발생할 수 있습니다. 이는 경제적 성능과 전력 신뢰성에 영향을 미칩니다.

접점에서의 심각한 과열 (손상된 상태에서도 지속적인 전류 흐름으로 인해)은 접점 저항을 증가시켜 악순환을 유발합니다: 높은 저항 → 높은 온도 → 더 높은 저항 증가 → 접점 손상.

3.3 작동 기구의 불량한 밀봉으로 인한 접점 손상
대부분의 고압 차단기는 실외에서 운전되며, 환경적 요인에 취약합니다. 작동 기구는 동력원 역할을 하며, 부식되면 기능이 저하됩니다.

이를 완화하기 위해 설치 시 작동 메커니즘은 밀폐된 케이스에 수납됩니다. 그러나 불량한 밀봉은 특히 우기 동안 빗물 유입을 허용하여 내부 부식을 일으킵니다. 이로 인해 제어 구성 요소의 절연성이 손상되어 고장이 발생합니다. 접촉 저항 증가는 온도를 상승시키고, 더 큰 전류(예: 정격 전류의 75% 이상)는 과열과 접점 열화를 더욱 악화시킵니다.

3.4 세라믹 절연체 파손
세라믹 절연체는 중요한 구조적 구성 요소입니다. 파손은 도전 회로를 붕괴시키고 분리기를 무력화시킬 수 있습니다. 원인은 다음과 같습니다:
– 기준 미달의 제조 공정으로 인한 세라믹 품질 보증 실패;
– 숙련되지 않은 인원에 의한 처리 중 과도한 기계적 힘.

4. 원격 온라인 결함 제거 시스템 전략
대부분의 결함이 운영자의 경험이 부족하거나 설계상의 결함에서 비롯되기 때문에, 대상적인 수정 조치가 필수적입니다.

4.1 구성 요소 부식 해결
구매 및 건설 중 엄격한 품질 관리를 실시하고 정기적인 유지 관리와 검사를 수행하십시오. 습도가 높은 지역에서는 환경 조건에 따라 검사 간격을 단축하십시오. 심각하게 부식된 장치는 즉시 교체해야 합니다.

4.2 완전하지 않은 닫힘 및 과열 해결
닫힘 중 불량한 접촉은 종종 부적절한 초기 설정이나 규격에 맞지 않는 구조적 조정으로 인해 발생합니다. 현장 유지 관리를 위해 자격을 갖춘 기술자를 참여시켜 적절한 정렬과 수용 가능한 루프 저항을 보장하십시오.

접촉 재료는 전도성과 기계적 강도를 기반으로 선택하십시오. 방부 볼트를 사용하십시오. 삽입 깊이를 조정하기 전에 접촉 표면을 철저히 청소하십시오. 나이든 클램핑 스프링은 긴장을 잃었으므로 교체하고, 표면 오염물을 제거하여 저항 축적과 아크 방전을 방지하십시오.

4.3 작동 메커니즘의 밀봉 개선
메커니즘 케이스에 가스켓을 설치하여 밀봉을 개선하십시오. 케이스에 습도 센서와 제습기를 장착하십시오. 습도가 높아짐을 감지하면 즉시 제습을 활성화하여 내부 부식과 절연 실패를 방지하십시오.

4.4 세라믹 절연체 파손 예방
세라믹 구매 시 엄격한 품질 검사를 시행하십시오. 절연체는 운용 프로토콜에 따라 엄격히 취급하여 과도한 힘을 피하십시오. 정기 순찰 중에는 균열이나 파손을 점검하고 결함 있는 장치를 즉시 교체하십시오.

5. 사례 연구: 온라인 결함 제거 시스템 구현
홍수 조절, 발전, 생태 보호 및 지역 경제 발전에 중요한 도시 수력 발전소가 변전소 고압 분리기의 원격 온라인 결함 제거 시스템 적용 사례로 사용되었습니다.

주요 실행 방법은 다음과 같습니다:
– 126 kV 이상의 분리기를 선택하고, 단일 팔 접힘 설계나 검증되지 않은 스프링 접촉 구조를 피하며, 온도 상승 테스트 보고서가 검증된 모델을 선호하십시오.
– 252 kV 이상의 장치는 공장 출하 전 전체 조립, 치수 조정 및 마킹을 수행하십시오.
– 72.5 kV 이상의 장치는 접촉 핀 압력 테스트를 수행하고 준수 인증서를 제공하십시오.
– 인수 시 이동 및 고정 접점의 은 도금을 확인하십시오: 두께 >20 μm, 경도 >120 HV.
– 설치 후 도전 루프 저항을 측정하고 설계 및 공장 값과 비교하십시오; 허용 범위 내에서만 운용하십시오.
– 운용 중에는 적외선 열 영상을 사용하여 도전 접합부를 모니터링하십시오—특히 고부하 또는 고온 조건 하에서—이상이 발견되면 즉시 개입하십시오.
– 정기 점검 시 엄격한 유지 관리 주기를 준수하십시오. 스프링 성능 및 접촉 회로를 테스트하고, 불합격 부품은 교체하십시오. 유지 관리 후 접촉 압력을 재확인하십시오.
– 소모품 재고 및 레이저 청소 도구를 유지하여 신속한 온라인 결함 수정이 가능하도록 하십시오.

6. 결론
요약하자면, 원격 온라인 레이저 기반 결함 제거 시스템은 분리기 접점의 녹과 오염물을 효과적으로 제거하여 과열과 소실을 방지하고, 장비 마모를 줄이며, 전력 시스템 안정성을 향상시킵니다. 고압 분리기는 현대 전력 인프라에서 커다란 잠재력을 지니고 있으며, 소모품 사용을 최소화하면서 신뢰성 있고 안정적인 그리드 운영을 보장합니다.