개폐 장치의 고장 분석 및 대책

스위치기어란 무엇인가요?

개폐 장치는 하나 이상의 저전압 개폐기와 관련 제어, 측정, 신호, 보호, 조정 등의 장비로 구성되며, 제조업체는 모든 내부 전기 및 기계적 연결과 구조 구성 요소의 완전한 조립을 담당합니다. 개폐함의 주요 기능은 발전, 송전, 배전 및 전기 에너지 변환 과정에서 전기 장비를 개폐, 제어 및 보호하는 것입니다. 개폐함 내부 구성 요소에는 주로 회로 차단기, 단로 스위치, 부하 스위치, 작동 메커니즘, 상호 인덕터 및 다양한 보호 장치가 포함됩니다.

개폐 장치의 고장 분석 및 대책
12~40.5kV 개폐기기는 전력망 시스템에서 가장 많은 수를 차지하는 변전소 설비입니다. 최근 개폐기기 사고가 빈번하게 발생하여 경제적 손실, 인명 피해 등 사회적으로 심각한 악영향을 미치고 있습니다.
사고의 숨겨진 위험과 내재적 결함은 주로 배선 방식, 내부 아크 방출 능력, 내부 절연, 발열 및 오작동 방지 등에 집중되어 있습니다. 이러한 요소들을 고려한 맞춤형 대책을 마련함으로써 개폐기 및 환형 배전반 사고 발생 건수를 크게 줄이고 전력망 운영의 신뢰성을 꾸준히 향상시킬 수 있습니다.

1. 배선 모드의 숨겨진 문제점
1.1. 숨겨진 위험 유형
1.1.1 TV 캐비닛의 피뢰기는 버스에 직접 연결되어 있습니다.
일반적인 설계 사양 요구 사항에 따르면, TV 피뢰기는 간격 핸드카트 연결 버스, TV 랙 위치 배치, 연결 방식 등 다양한 요소에 따라 승인을 받아야 합니다. 일부 TV 피뢰기는 절연 핸드카트를 통해 버스에 연결되는데, TV 수리 시 절연 핸드카트를 제거하면 피뢰기에 여전히 전기가 충전된 상태로 창고 작업자가 들어가 감전될 위험이 있습니다. TV 캐비닛의 피뢰기는 주로 그림 2와 같은 배선 방식을 사용합니다.

개폐 장치 연결 모드가 숨겨져 있습니다.

1. 배선 방식 1: TV 캐비닛 피뢰기와 TV는 후면 창고에 설치하고, 퓨즈는 차량에 설치하며, 피뢰기는 버스에 직접 연결하고, TV는 절연선을 통해 버스에 연결합니다.
2. 두 번째 배선 방식: TV 캐비닛 피뢰기는 버스룸에 설치하고 버스에 직접 연결하며, TV와 퓨즈는 차량에 설치합니다.
3. 세 번째 배선 방식: TV 캐비닛 피뢰기를 후면 창고 또는 전면 창고에 별도로 설치하고 버스에 직접 연결하며, TV와 퓨즈는 차량에 설치합니다.
4. 배선 방식 4: TV와 퓨즈는 XGN 시리즈 고정 캐비닛 칸에 설치하고, 피뢰기는 별도의 칸에 설치하여 버스에 직접 연결합니다.
5. 배선 방식 5: 피뢰기, TV 및 퓨즈는 후면 창고에 설치되며, 피뢰기는 버스에 직접 연결되고, TV는 절연 핸드카를 통해 버스에 연결됩니다.
6. 배선 방식 6: 피뢰기, 퓨즈 및 TV가 동일한 핸드카에 설치되며, 피뢰기는 퓨즈 후단에 연결됩니다.
이러한 배선은 잘못된 배선으로 인한 것이며, 작동 중에 퓨즈가 끊어지면 장비는 피뢰기의 보호 기능을 잃게 됩니다.

1.1.2 스위치 캐비닛의 하부 캐비닛은 후면 캐비닛과 완전히 절연되어 있지 않습니다.
KYN 시리즈 개폐기함, 암결합 개폐기함, 급전 개폐기함 등 일부 제품의 하부 및 후면 캐비닛은 절연이 완벽하지 않습니다. 작업자가 하부 캐비닛에 들어갈 경우, 실수로 버스바 또는 케이블 헤드의 활선 부분을 접촉하여 감전될 위험이 있습니다.
그림 3에서 볼 수 있듯이, 숨겨진 위험은 스위치 캐비닛의 하부 캐비닛과 후면 캐비닛 사이에만 국한되어 있지 않습니다.

그림 3. 스위치 캐비닛의 하단 캐비닛과 후면 캐비닛 사이에는 숨겨진 위험이 격리되어 있지 않습니다.

1.2. 대응책
매립 배선 방식의 배전반은 한 번 개조해야 합니다.
스위치 캐비닛 배선 모드 변환의 개략도는 그림 5에 나와 있습니다.

그림 5. 개폐 장치 배선 모드 변환 개략도

1.2.1 TV 캐비닛 내 피뢰기 배선 방식 기술 개혁 방안
1. 첫 번째 배선 방식의 경우, 칸막이 안의 피뢰기를 제거합니다. TV 배선 방식은 변경되지 않으며, 기존 버스룸의 벽 구멍을 막고, 피뢰기를 수동식 퓨즈 박스에 장착하여 피뢰기를 퓨즈 및 TV 회로와 병렬로 연결합니다.
2. 두 번째 배선 모드의 경우, 버스 칸의 피뢰기를 제거하고, 피뢰기를 이동식 차량으로 옮겨 퓨즈 및 피뢰기에 다시 장착하고, 하부 접점 박스의 설치판, 접점 박스의 칸막이 및 밸브 메커니즘을 추가하고, TV를 후면 수납함에 설치한 다음, 리드를 통해 절연 핸드카의 하부 접점에 연결합니다.
이 방안은 기존 수동식 차량에 적용할 수도 있지만, 새 수동식 차량으로 교체하는 것도 고려할 수 있습니다.
3. 세 번째 배선 방식의 경우, 기존 칸의 피뢰기를 제거하고 이동 차량으로 옮겨 퓨즈 및 피뢰기에 다시 장착합니다. 기존 버스실의 벽 구멍을 막고, 수동 차량 하부 접점 박스의 설치판, 접점 박스의 칸막이 및 밸브 메커니즘을 추가합니다. TV를 뒷칸에 설치하고 리드선을 통해 하부 접점에 연결합니다.
이 방안은 기존 수동식 차량에 적용할 수도 있지만, 새 수동식 차량으로 교체하는 것도 고려할 수 있습니다.

4. 배선 모드 4의 경우, 다른 구획에 있는 피뢰기를 제거하고, 피뢰기를 퓨즈 및 TV 구획으로 옮겨 차단 스위치에 연결한 다음, 퓨즈 및 TV 회로와 병렬로 연결하십시오.
5. 배선 모드 5의 경우, 피뢰기와 TV 설치 위치는 변경되지 않으며, 기존 피뢰기 리드는 절연 핸드카 접점에 직접 연결되고, 기존 버스실은 벽 구멍을 통해 연결됩니다.
6. 연결 모드 6의 경우, 레이아웃 모드가 잘못된 연결에 해당합니다. 작동 중에 퓨즈가 끊어지면 장비는 피뢰기의 보호 기능을 상실하게 됩니다.
기존 수동 차량에서 피뢰기와 퓨즈를 제거하고 배선 위치를 변경하여 피뢰기를 퓨즈 상단에 연결하고 퓨즈 및 TV 회로와 병렬로 연결하십시오.

1.2.2 스위치 캐비닛의 하부 캐비닛과 후면 캐비닛 사이의 불완전한 절연에 대한 주의 사항
이러한 종류의 배전반 제품은 구조가 고정되어 있어, 개조 시 칸막이판을 설치하면 내부 구조 형태와 공간 배치가 변경되어 제품의 내부 보호 성능을 보장할 수 없습니다. 따라서 작업 전에 주변압기 10kV 측 유지보수 및 주변압기 스위치 유지보수 상태를 반드시 확인해야 합니다.

2. 내부 아크 방출 용량 부족
2.1 숨겨진 위험의 유형
실제 운전 중에는 금속 밀폐형 개폐함 자체의 결함과 절연 성능 저하 또는 오작동 등의 원인으로 인한 열악한 운전 조건이 결합되어 내부 아크 고장이 발생할 수 있습니다.
단락으로 발생하는 아크는 고온에 큰 에너지를 가지고 있습니다. 아크 자체는 매우 가벼운 플라즈마 가스입니다. 전기 에너지와 고온 가스의 작용으로 아크는 캐비닛 내부에서 고속으로 이동하며 고장 범위를 급격히 확장시킵니다.
이 경우 가스 발생으로 인해 절연재가 녹고 금속이 용융되며, 개폐함 내부의 온도와 압력이 급격히 상승합니다. 만약 적절한 압력 방출 채널이 설계 또는 설치되지 않았다면, 높은 압력으로 인해 개폐함이 다른 쪽 판, 문짝, 경첩, 창문 등에 심각한 변형이나 파손을 일으킬 수 있습니다. 또한 고온의 공기가 개폐함에 녹아 아크가 발생하여 주변 장비의 작동 및 유지보수 담당자에게 심각한 화상을 입힐 수 있습니다.
생명을 위협할 수도 있습니다.
현재 압력 방출 채널이 설치되지 않았거나, 부적절한 압력 방출 채널이 설치되었거나, 내부 아크 방출 능력이 테스트 및 검증되지 않았거나, 테스트 중 평가가 엄격하지 않은 등의 문제가 있습니다.

2.2. 대응책
[선택 사항] 개폐함 내부 고장 아크 성능은 IAC 레벨이어야 하며, 내부 아크 허용 지속 시간은 0.5초 이상이어야 하고, 시험 전류는 정격 단기 내전류여야 합니다.
정격 단락 차단 전류가 31.5kA를 초과하는 제품의 경우, 31.5kA에 따라 내부 고장 아크 테스트를 수행할 수 있습니다.
[수정 사항] 압력 방출 채널을 추가 또는 변경하고, 형식 시험 표준 요구 사항에 따라 내부 아크 시험 및 검증을 엄격히 실시합니다.
[보호] 주 변압기 보호 레벨 차이를 적절히 압축하여 고장 아크의 연속 고장 시간을 줄입니다.

3. 내부 절연 문제
3.1 숨겨진 위험 유형
최근 몇 년 동안 개폐함 제품의 생산량은 감소한 반면, 개폐함의 절연 성능 결함 및 고장 발생률은 증가했습니다.
주요 성능 문제: 특히 수동 캐비닛의 경우, 상승 거리 및 공기 여유 공간이 부족합니다. 현재 많은 제조업체들이 캐비닛 크기를 줄이기 위해 캐비닛에 설치되는 회로 차단기, 절연 플러그 및 접지 사이의 거리를 크게 줄였지만, 절연 강도를 확보하기 위한 효과적인 조치를 취하지 않고 있습니다.
조립 공정 불량으로 인해 조립 품질이 떨어져 스위치 캐비닛 내부의 특정 부품은 압력 테스트를 통과할 수 있지만, 전체 스위치 캐비닛은 조립 후 테스트에 통과하지 못할 수 있습니다.
접촉 용량이 부족하거나 접촉 불량인 경우, 국부적인 온도 상승, 절연 성능 저하, 접지 또는 상 소성 변형이 발생할 수 있습니다.
결로 현상으로 인해 내장 히터가 손상되기 쉽고 정상적으로 작동하지 않을 수 있으며, 배전반 내부의 결로 현상은 절연 성능을 저하시킵니다.
보조 부속품의 절연 성능이 불량합니다.
비용 절감을 위해 일부 제조업체는 보조 부품의 절연 수준을 낮추어 배전반 전체의 절연 성능을 저하시킵니다.

3.2. 대응책
개폐 장치의 소형화를 맹목적으로 추구해서는 안 됩니다. 프로젝트 상황, 변전소 배치, 운영 및 유지 보수, 장비 정비 등 여러 요소를 고려하여 적절한 개폐 장치를 구매해야 합니다.
절연 매체로 공기 또는 공기/절연재를 사용하는 장비의 경우 절연재의 두께, 설계 전계 강도 및 노화를 고려해야 하며, 제조업체는 표준 요구 사항에 따라 결로 시험을 실시해야 합니다.
개폐함 및 환형 네트워크함의 벽면 슬리브, 기계식 밸브, 버스바의 굽힘 부분과 같은 부품의 경우, 순 공기 절연 거리가 12kV에서는 125mm 미만, 40.5kV에서는 300mm 미만이면 도체에 절연 피복을 장착해야 합니다.
입구 및 출구 부싱, 기계식 밸브, 버스 모서리 등 전자기장 강도가 집중되는 부분에서는 모따기 및 연마와 같은 조치를 취하여 전자기장 왜곡을 방지해야 합니다.
캐비닛 내부의 버스바는 도자기 병과 같이 절연 크롤 거리가 오염 방지 조건을 충족하지 못하는 일부 장비를 지지합니다. RTV 절연 코팅을 분사하여 기존 장비의 작동 기술 조건을 개선합니다.

4. 발열 결함
4.1 숨겨진 위험의 유형
루프 연결 지점의 접촉 불량, 접촉 저항 증가, 발열 문제 발생 빈도 증가(예: 접촉 절연 불량)
금속 외장 캐비닛의 환기구 설계가 비합리적이고, 공기 대류가 제대로 이루어지지 않아 열 방출 능력이 떨어지고, 캐비닛 내부의 발열 문제가 더 많이 발생합니다.
벽체 케이스, 변류기 및 기타 설치 구조물은 전자기 폐쇄 루프를 형성하여 와전류를 발생시키고, 이로 인해 일부 절연 칸막이 재료의 발열 현상이 심각해집니다.
부분 밀폐형 개폐함 건식 설비(주조형 전류변압기, 주조형 전압변압기, 건식 변압기)의 권선 와이어 직경이 부족하거나 주조 공정 관리가 엄격하지 않아 과열로 인한 손상이 발생하기 쉽습니다.
4.2. 대응책
배전반의 방열 기능을 강화하고 송풍기 및 유도 통풍 팬을 설치하십시오.
정전 발생 시 동적 접점과 정적 접점의 접촉 압력을 점검하고 필요한 경우 교체해야 합니다. 동시에 피로 파손 방지용 접촉 스프링도 교체해야 합니다.
캐비닛 내부 온도 측정 기술 연구를 강화하고, 무선 온도 측정과 같은 신기술을 적용하여 온도 측정의 난제를 해결해야 합니다.

5. 오류 방지 잠금 기능은 완벽하지 않습니다.
5.1 잠재적 위험
대부분의 배전반에는 오류 방지 잠금 장치가 장착되어 있지만, 포괄적이고 의무적인 오류 방지 잠금 기능은 요구 사항을 충족하지 못합니다.
방호 스위치 캐비닛 뒷문의 일부가 열려 있는데, 오작동 방지 잠금 장치나 이중 절연 칸막이가 없어 문을 열면 활선 부분을 직접 만질 수 있고, 나사도 일반 육각 나사라서 문을 열다가 활선 캐비닛 내부로 들어가 감전 사고가 발생하기 쉽습니다.
메인 변압기, 암컷 단자, TV, 변압기 및 기타 스위치 중 접지 스위치가 없는 일부 장치의 경우, 캐비닛 도어와 접지 스위치 사이에 기계적 잠금 장치가 없어 나사를 직접 제거하면 도어가 열리고, 도어가 닫히지 않은 상태에서도 전원이 차단되어 유지 보수 담당자가 실수로 도어를 열어 감전 사고를 일으킬 수 있습니다.
일부 배전반의 뒷문은 위쪽과 아래쪽 부분이 독립적으로 잠기지 않고, 아래쪽 문에 의해 위쪽 문이 잠깁니다.
콘센트 접지 스위치를 닫으면 하단 수납장 문 잠금장치가 해제되어 뒷면 수납장 문도 열 수 있으므로 감전 사고가 발생하기 쉽습니다.
예를 들어 KYN28 개폐 장치와 같은 것들 말입니다.
개폐기 수동차를 끌어낸 후 절연 차단 블록을 쉽게 위로 밀어 올릴 수 있습니다. 이 경우 우발적인 잠금을 방지하지 않으면 대전된 부분이 노출되어 작업자가 실수로 개폐기의 정전기 접촉 밸브 덮개를 열어 감전 사고가 발생할 수 있습니다.

5.2. 대응책
배전반의 오류 방지 기능이 완벽하지 않아, 배전반 뒷면 도어를 열 수 있고, 열린 상태에서 활선 부분을 직접 만질 수 있으므로 고전압 배전반에 기계식 자물쇠를 설치하고 컴퓨터 오류 방지 프로그램으로 잠금 기능을 구성해야 합니다.
GG1A 및 XGN과 같은 배전반의 접지 스위치와 후면 캐비닛 도어 사이에 인터록을 설치하고, 접지 스위치 작동을 잠그기 위해 활선 표시 장치를 설치하십시오.
오류 방지 장치의 신뢰성을 정기적으로 점검하고, 정전 시를 이용하여 핸드카와 접지 스위치 사이의 기계식 래칭 장치, 차단 스위치와 접지 스위치 사이의 래칭 장치를 점검하십시오.

6, 결론
개폐함은 전력망에서 중요한 주요 변전소 설비입니다. 안정적인 운영을 보장하기 위해서는 설계, 자재, 공정, 시험, 유형 선정, 운영 및 유지보수 등 모든 측면에서 관리를 강화해야 합니다.
일반적인 설계 요구사항을 엄격히 준수하고 국가 및 산업 표준을 결합하여 설계 기술 요구사항을 제시함으로써 배선상의 숨겨진 위험을 근본적으로 제거합니다.
국가 및 산업 표준과 사고 방지 대책에 따라 장비 입찰 서류에 대한 엄격한 요구 사항을 수립하여 부적합 제품의 네트워크 운영을 방지합니다.
현장 생산 감독을 강화하고, 생산 및 공장 테스트의 핵심 사항을 엄격히 참관하며, 불량 제품의 출고를 단호히 금지합니다.
배전반 결함 관리에 적극적으로 나서고, 사고 방지 대책 시행을 강화한다.
배전반의 오류 방지 기능을 개선하고, 오류 방지 잠금 장치 관리를 강화하며, 작동 상태 표시 장치를 설치하고, "5대 예방" 시스템과 연동하여 포괄적이고 의무적인 오류 방지 잠금을 보장합니다.