전력 품질 저하 원인과 열화상카메라 진단 방법

전기·설비

2023.12.12

과부하, 3상 불균형, 고조파는 전력 품질을 떨어뜨리고 심하면 설비 파손이나 전력 계통 사고를 일으킵니다.

열화상카메라는 전력 계통의 과부하, 3상 불균형, 고조파로 생기는 설비 발열을 비정전 상태에서 원거리로 확인하는 측정기입니다. 전력 품질은 생산성과 생활에 직접 영향을 주며, 열화상카메라는 비정전, 원거리, 견고한 안정성, 정확성, 고효율처럼 기존 측정기에 없는 장점이 있습니다.

전력 설비 열화상 점검

원인

전력 품질을 떨어뜨리는 세 가지 원인

전력 계통 설비

과부하: 부하가 설비 본체의 규정 부하를 넘는 상태입니다. 과도 전류와 전기 설비 발열이 생기고, 선로의 과부하가 오래 이어지면 절연 수준이 낮아져 설비나 선로가 타버립니다.
3상 불균형: 전력 시스템의 3상 전류(또는 전압)의 진폭이 일치하지 않고 규정 범위를 넘는 상태입니다. 변압기 내부에 와류(및 과열)가 생기고 모터 전동기의 효율이 떨어집니다.
고조파: 전원은 60Hz의 전기를 공급하는데, 비선형(시간 변화 또는 시간 불변) 부하에 상용 주파수 또는 전류가 작용하면 다른 주파수의 전압이나 전류가 생깁니다. 이를 푸리에 급수로 전개한 것이 전력 고조파입니다.

고조파는 전력의 생산, 전송, 이용 효율을 떨어뜨리고 전기 설비를 과열시켜 진동과 소음을 만듭니다. 절연을 약화시켜 설비 수명을 줄이고 고장이나 화재까지 부릅니다. 전력 시스템 국부의 병렬 공명 또는 직렬 공명으로 고조파 함량을 키워 콘덴서 등을 고장 낼 수 있고, 계전기와 자동 장치의 오작동으로 전력 계량을 방해하기도 합니다. 전력 시스템 밖에서는 통신 설비와 전자 설비에 심각한 영향을 줍니다.

발열

과부하·3상 불균형·고조파가 발열을 일으키는 이유

고압 전기 설비의 발열

고압 전기 설비가 운행 중일 때 일부 전력이 서로 다른 소모 형식으로 열 에너지로 바뀌고 설비 온도가 오릅니다. 전력 소모는 다음 세 가지로 구분합니다.

저항 소모: P=I2R이며 발열은 전류의 제곱 값에 정비례합니다. 전류 효과로 인한 발열이라고 합니다.
유전체 소모: P=U2ω Ctanδ이며 발열이 전압으로 결정됩니다. 전압 효과로 인한 발열이라고 합니다.
철손: 철심의 자기 이력과 와류 전류로 인한 소모이며 전자 효과로 인한 발열이라고 합니다.

과부하, 3상 불균형, 고조파는 과전류나 과전압을 일으킬 수 있고, 과부하와 고조파는 변압기 철심의 와류 전류를 일으켜 설비 국부의 과열을 부를 수 있습니다. 열화상카메라는 설비의 과열 부위를 식별하고 표시합니다.

응용

열화상카메라로 점검하는 전력 설비

열화상카메라 응용

열화상 촬영 기술로 다음 전력 설비의 상태를 측정하고 고장을 진단할 수 있습니다: 퓨즈 상자, 케이블 연결, 계전기/스위치, 절연기, 콘덴서, 차단기, 변압기, 전동기, 배터리, 3상 전력설비.

열화상 이미지와 실화상

IR-Fusion: Fluke는 열화상 이미지 촬영 외에 촬영 결과를 실화상과 결합해 문제와 고장 위치를 쉽게 식별하고 신속하고 정확하게 수리하게 하는 IR-Fusion 기술의 특허 신청을 완료했습니다.
보고서 소프트웨어: Fluke Ti 시리즈 열화상카메라에는 열화상 이미지를 저장, 분석하고 전문적인 보고서를 만드는 소프트웨어가 포함됩니다. 방사율, 반사온도 보상, 팔레트 같은 주요 변수를 조정할 수 있고, 이 작업을 현장이 아닌 사무실에서 할 수 있어 검사의 안전성과 편리성이 높습니다.

주의

현장 측정 시 주의할 점

부하 조건: 부하가 낮으면 설비 고장으로 인한 발열이 뚜렷하지 않아 심각한 고장에도 특징적인 발열 이상을 찾기 어렵습니다. 설비가 규정 전압으로 운행하고 부하가 클수록 발열과 온도 상승이 커지고 고장 위치의 발열 이상이 분명해집니다. 신뢰할 만한 결과를 얻으려면 규정 전압과 충분한 부하에서 운행해야 하며, 부하량을 보장할 수 없다면 측정 전과 측정 중 일정 시간(4 ~ 6 시간 정도) 동안 부하를 충분히 보장해야 합니다.
설비 내부 고장: 전기 설비 내부에서 생기는 고장은 설비 표면 온도가 보통 1 ℃ 이상 오르지 않습니다. 이런 고장을 측정하려면 정밀도가 높은 열화상카메라가 필요합니다.