개폐장치 시험 및 측정

개폐장치 시험 및 측정

1. 단락시험(Short circuit test)
차단기에 요구되는 차단책무는 단락고장의 상황 또는 負荷의 상황에 따라서 상당히 다른데, 단락시험은 차단기의 단자에서의 단락고장을 상정하고, 배후의 계통조건이 다른 점을 고려하여 100%, 60%, 30% 및 10% 정격차단전 류로의 시험을 실시한다. 특히 100%의 경우는 전류의 직류분 함유율을 고려하고 있다. 차단시험시에 차단기의 동작책무시험도 행해지며 또한 각각의 경우에 인가하는 과도회복전압도 다르며 대단히 복잡하다.
실제의 시험에서는 시험하는 차단기의 정격이나 종류, 또는 시험소의 규모에 따라 직접단락시험과 합성단락시험 중에서 어느 한 가지를 실시한다.
합성단락시험이란 차단기의 아크발생 중에는 대전류가 필요하지만, 전원전압은 arc전압에 알맞을 정도로 적어도 되고, 소호시각 이후는 높은 전압이 필요하지만 전류치는 작아도 된다는 전류차단과정에서 출발, 전류원과 전압원을 별개로 해서 소호순간에 피시험 차단기를 대전류 회로 로부터 고전압회로로 자연스럽게 이동시킴으로써 결과적 으로 한 개의 전원으로부터 고전압 대전류를 공급하는 직접시험과 동일한 조건이 되도록 하여 단락시험을 행하는 방법을 말한다.

2. 주회로 저항측정시험
주회로 저항측정시험은 직류전압강하법으로 동상 주회로 단자간의 저항을 측정하는 것으로서 주회로 도체간의 접속상태를 점검하기 위한 것이다.
설치 또는 유지보수시 주회로 저항측정의 판정기준은 개발시험치의 20% 이내를 규정하고 있다.

3. 내전압시험(Voltage withstand test)
내전압시험은 차단기가 충분한 절연내력을 가지고 있는 가를 검증하기 위해 행해지며 상용주파내전압시험과 충격 (임펄스)내전압시험으로 나누고 임펄스내전압시험은 다시 개폐임펄스내전압시험과 뇌임펄스내전압시험으로 구분된 다. 차단기의 각 부에 가해지는 시험전압과 조립된 차단기의 가압부분은 각 규격에 규정되어 있다.

가. 상용주파내전압시험 상용주파내전압시험은 개폐장치가 상용주파 전압에 견디도록 설계, 제작되었나를 확인하기 위한 것으로 건조시 험일 경우에는 우선 시험전압의 ½이하의 전압을 가지고 이로부터 시험전압까지 전압계에 그때그때 전압을 표시할수 있는 범위 내에서 될 수 있는 한 신속하게 상승시켜 시험전압에 달한 후 1분간 연속해서 가한다. 주수시험의 경우에는 시험전압까지 가능한 한 신속하게 상승시켜 시험 전압에 달한 다음 10초간 연속 가압한다. 이때 파형은 거의 정현파로 하고 주파수는 상용주파수로 하며, 만약 파형이 정현파와 현저하게 다를 경우에는 그 시험전압에 √2 를 곱한 값 이상이어야 한다.
나. 개폐충격내전압시험 개폐충격내전압시험은 개폐장치가 개폐충격에 견디도록 설계, 제작 되었나를 확인하기 위한 것으로 362kV급 이상의 차단기에만 적용한다. 이는 기기의 개폐충격내전 압시험이 뇌충격내전압의 83% 이상이라고 생각하고, 뇌충격전압 및 상용주파의 내전압시험을 행하면 개폐충격도 검증된다고 볼 수 있기 때문이다. 개폐충격 내전압시험의 파형은 250×2500㎲를 적용한다.
다. 뇌충격내전압시험 뇌충격내전압시험은 개폐장치가 뇌충격에 견디도록 설
계, 제작되었나를 확인하기 위한 것으로 시험파형은 소정의 파형으로서(KS에서는 1.2×50㎲)시험의 횟수는 정부 극성별로 각 1회씩 하도록 되어있다.

4. 인공오손시험(Artificial pollution test)
인공오손시험은 개폐장치가 설치될 현장이 특별한 오손 지역일 경우 이에 견딜 수 있는 능력을 확인하기 위한 것으로서 사용 중에 대표되는 오손조건하에서의 외부절연능
력에 대한 정보를 제공한다. 단, 자연강우에 의한 절연체의 세정효과는 고려하지 않으며 오손시험은 염수분무법과 오손선행법 두 가지 종류로 구분된다.

5. 부분방전시험(Partial discharge test)
고전압기기에서는 섬락의 진행과정상 결함이나 열화개 소에서 부분방전이 일어나는 경우가 많다. 따라서 부분방 전을 검출하여 열화의 진행이나 섬락을 미연에 방지하는 것은 기기의 신뢰성 관점에서 중요한 기술이다.
부분방전시험은 조립(Assemblies) 또는 부분조립(SubAssemblies) 상태하에서 시행하며, 직접접지계통에 사용 되는 기기에서는 정격전압까지 상용주파전압을 상승시켜 적어도 10초간 유지한 다음 전압을 1.0pu/√3까지 감소시켜 시행한다. 최대 허용 부분방전 강도는 인정시험시 10pC 이하로 하고 있다.

6. 라디오 주파수 장해전압시험 (Radio interference voltage test)
도체의 주요절연이 자기, 절연유 또는 기체(공기포함)와 같은 자기회복 절연체인 경우, 또는 부분방전 시험을 실시 하지 않을 때는 라디오 주파수 장해전압시험을 실시해야 한다. 이 시험은 170kV 이상의 개폐장치에 적용되며 정격전압에 상당하는 대지전압의 1.1배의 전압을 인가하여 라디오 주파수 장해전압이 0.5MHz에서 2500μV이하이어야 한다.

7. 충전전류차단시험 (Capacitive current switching test)
무부하 가공 송전선이나 무부하 전력 케이블에는 진상의 소전류가 흐르게 되고 차단기는 이 전류를 계통에 유해한 전압을 발생시키지 않고 차단할 수 있어야한다.
계통에 유해한 전압을 발생시키는 원인은 극간에 재점호 현상이 발생할 수 있는데 이 재점호 현상에 의해 전압이 중첩되어 써지성 이상전압이 발생, 계통에 영향을 주는 것으로 차단기의 성능상 규정된 충전전류 차단시 재점호가 생기지 않는 특성을 가지는 것이 중요하다.

8. 개폐시험(Mechanical operation test)
개폐시험은 차단기의 기계적 능력과 조작능력을 확인하기 위한 시험으로서 무전압개폐, 투입조작 및 Trip, Trip free, 복귀, 개폐특성, 연속개폐, 수동개폐시험으로 이루어 진다. 무전압 개폐시험은 현장사용상태에 유사한 상태로 차단기에 전류를 흘리지 않고 무전압 상태에서 행하는 시험으로 투입조작시험, 트립시험, trip free 시험, 복귀시험, 개폐특성시험, 연속개폐시험, 수동개폐시험의 일부 또는 전부를 동시에 하여도 좋은 것으로 되어 있다.
이 경우 개극시간, 투입시간, 개폐속도곡선, 재투입시간 등이 oscillogram 등에 의해서 확인이 되며, 이 때 조작장 치의 압력저하 등도 측정된다. 연속개폐시험의 경우 CB, DS, ES 등 개폐기기의 시험횟수는 2,000회를 시행하여야 하며 차단기의 경우는 장기신뢰성 확보측면에서 10,000회 시험을 규격인정시험시 참고시험으로 시행하고 있다.
 

KEPCO 차단기 사용등급

공칭전압 (kV)	정격전압 (kV)	재점호	차단부 유지보수	기계적 동작
22 또는 22.9	25.8	C2	E2	M2
66	72.5	C2	E1	M2
154	170	C2	E1	M2
345	362	C2	E1	M2
765	800	C2	E1	M2

주1) C2：Very low probability of restrike 2) E1：Maintenance, E2：Maintenance free 3) M1：2,000회 연속개폐, M2：10,000회 연속개폐

개폐장치의 사용 중에 흐르는 부하전류는 주울손 또는 漂遊負荷損에 의한 발열이 문제가 되는데, 냉각작용에 의해서 온도상승은 일정한도를 넘어서지 않도록 설계되어 있다. 온도상승시험은 개폐장치의 통전성능 검증을 목적 으로 시행된다.
온도상승시험은 차단기 본체의 온도상승시험과 조작장치및 제어장치의 온도상승시험으로 되어 있으며, 통풍의 영향을 받지 않고 주위온도가 40℃ 이하인 장소에서 시행한다.
차단기 본체의 온도상승시험은, 3상 또는 단상으로 3극 직렬로 하며 시험할 차단기에 흐르는 전류 및 주파수는 그 정격치보다 적어서는 안 된다. 온도상승은 최종의 일정온도가 확인될 수 있도록 충분한 시간에서 측정하나, 통상 1시간에 1℃를 초과하는 변화가 없는 온도를 최종온도로 한다.
조작장치 및 제어장치의 온도상승시험은 그 표준치에서 하고 교류일 때의 주파수는 그 정격 주파수로 한다. 연속 적으로 전압이 인가되는 것은 최종 온도상승을 확정할 수있을 때까지 계속하여야 하며, 투입 조작장치, 트립 제어 장치 등 투입 및 트립 동작 중에만 전류가 흐르는 회로에 대해서는 다음 동작 종료후의 온도 상승치를 측정한다.

7. 모선루프전류 개폐시험 (Bus-transfer current switching test by disconnector)
2중모선으로 구성된 가스절연개폐장치에 있어서 모선용 단로기를 이용하여 공급계통을 1개 모선에서 타모선으로 절환하는 경우 그 단로기에 모선루프 전류 개폐를 수반한다. 모선루프 전류 개폐시험은 복모선의 모선절환 또는 2회선 선로의 선로절환시 루즈전류 개폐능력을 검증하기 위해 시행한다.
모선루프 전류는 정격전류로 하고 전압은 해당 루프의 임피던스를 고려하여 결정한다. 우리회사에서는 모선루프회 복전압은 루프길이 100m 미만은 100V, 루프길이 100m 이상은 300V를 적용하고 있다.

8. 단시간내전류시험 (Short-time current withstand test)
단시간내전류시험은 정격 단시간전류를 규정된 시간(1 초∼2초)동안 통전하여 과도한 온도상승, 접촉자를 비롯한 접촉통전부분의 용착, 아크발생, 전자력에 의한 변형 등의 이상이 없는가를 확인하는 시험이다. 3상시험의 경우는 3상중 최소한 1상 이상의 값이 규정된 정격단시간전류 이상이어야 하며, 제작사의 동의없이는 5% 이상 초과할 수 없다. 각 상전류는 3상 평균의 10%이상 초과하지 말아야 하며, 시험전류의 교류성분의 실효치 평균은 정격 전류보다는 커야 한다.

9. 가스기밀시험(Gas tightness test)
가스기밀시험은 대기압보다 높은 압력에서 공기이외의 가스를 사용하여 절연 및 소호 하는 기기의 밀봉부분에서의 누기여부를 확인하는 시험이다. 허용 누기율은 0.5% 이하로 하고 있다. 이는 20년 동안 가스보충없이 GIS를 사용할 수 있음을 보증하는 수치이다. 시험법은 전체기밀과 부분기밀방법이 있다.

10. ES 유도전류개폐시험 (Induced current switching test of ES)
GIS의 송전선로 인출단에 위치하는 선로용 접지개폐기는 개폐시, 해당 선로에 병행하는 선로 또는 인접 선로로 부터 유도되는 전류, 전압을 개폐하게 된다. 유도현상으로 서는 정전결합에 의한 유도와 전자유도의 2종류가 있고 이에 대한 개폐능력을 검증하는 시험이다.

11. DS 충전전류차단시험 (Bus charging current switching test of DS)
DS 충전전류 차단시험은 72.5kV급 이상의 GIS에 있어서 무부하 선로 및 차단기의 병렬콘덴서 등은 단로기로 개폐하는 경우 단로기의 충전전류 개폐능력을 검증하기 위한 시험이다.

시험/측정 장비

1. Time tester
Time tester는 차단기 및단로기의 동작시간 특성을 측정할 수 있는 시험장치 이다.

2.수분측정기(Hygrometer)
가스중의 수분함량을 측정 하는 기기이다.

3. SO 2 측정기
SO 2 측정기는 가스 중에 존재하는 분해가스를 측정하는 기기이다. SF 6 가스는 분해시 미량의 수분과 반응하여 SO 2 를 발생하므로 이를 측정하는 것이 가스의 건전성 여부 판단의 기초가 되며, SO 2 함량이 1[ppm/㎥]이상일 경우 불량으로 판정한다.

4. Gas leak detector
Gas leak detector는 가스누기 여부와 누기시 그 누기 량을 측정하는 기기이다. 누기된 SF 6 가스는 기기로 흡입된 다. 흡입된 가스는 센서부의 고전계에 의해 이온화되고 전기량으로 나타나며 감도조정을 통하여 누설량을 판정한다.

5. 가스회수장치(Gas handling equipment)
GIS의 일정구간에 直流電流를 흘림과 동시에 구간의 전압을 측정하여 저항을 측정하는 기기이다.

6. 가스회수장치(Gas handling equipment)
SF 6 가스를 회수 저장할 수 있는 장치로 가스 압축기, 진공펌프, 저장 용기 및 배관요소들로 구성된다.

7. 휴대용 GIS 부분방전 진단장비
GIS에 설치된 센서(내, 외장형)를 통해 부분방전 신호를 취득하며, 취득된 부분방전 신호를 연산, 신호처리 하여 분석, 진단하는 장비로서 휴대가 용이하도록 하나의 구조로 제작한 장비이다.