2.1 통계적 접근을 활용한 자산관리 전략

고장이란, 제품에 요구되는 기능을 수행할 수 없는 상태를 의미한다^[10]. 전력설비의 고장은 크게 주요 고장인 MaF (Major Failure)와 경미한 고장인 MiF (Minor Failure)로 구분된다. MaF는 ‘한 가지 이상의 기본적인 기능을 수행할 수 없으며, 30분 이내에 계획되지 않은 유지보수가 필요한 완전한 고장’을 의미한다. MiF는 ‘MaF를 일으키지 않는 구성요소 또는 하위 조립체의 고장’을 의미한다. 일반적으로 제품의 고장 확률은 IEC 62506과 같은 신뢰성 시험 절차를 통해 도출된다^[11]. 그러나 전력설비의 경우, 제품의 크기와 구조가 매우 크고 복잡하며, 생애주기 동안 유지보수를 통해 부품의 상태를 복원하거나 교체한다. 따라서, 전력설비의 신뢰성 시험 측면에서는 고장에 이르기 전에 시험을 중단하는 경우가 많아 일반적인 제품과는 다르게 신뢰성 시험을 적용하기 어렵다. 이러한 이유를 바탕으로 RCM 기법에서는 전력설비의 운전 및 고장 데이터를 통계적으로 분석하고, 경영진의 전략에 따라 백분위 수명 (Percentile Life)과 순간 고장 확률 (Hazard Rate)의 관리값을 설정함으로써 자산관리 전략을 수립한다. 즉, 전력설비는 현장에 설치되는 순간부터 장기간에 걸쳐 열화되어 고장이 발생하므로, 자산의 설치연도 정보가 포함된 운전 데이터와 MaF로 인해 고장이 발생한 고장 데이터로부터 설비의 고장 확률을 도출하고 Percentile Life와 Hazard Rate의 관리값을 설정하게 된다.

전력설비의 고장 확률은 여러 요소에 의해 영향을 받을 수 있다^[12]. 예를 들어, 전압 등급, 설치 위치, 제작 연도, 주변 환경 등 다양한 요소는 고장 확률에 유의미한 영향을 미친다. Table 1은 열대성 기후를 지니는 인도네시아 JABA 지역의 GIS 전압 등급과 설치 위치에 따른 Failure Rate를 나타낸다^[13]. Failure Rate는 100대의 CB-bay 중 고장에 이르는 연간 고장 대수를 의미한다. Table 1에서 보는 바와 같이 전압 등급이 높고 옥외에 설치된 GIS의 Failure Rate가 더 높다는 것을 확인할 수 있다. 이는 전압 등급이 높을수록 옥외에 설치되는 경우가 많고, 차단기의 동작 메커니즘에 요구되는 조작력이 크기 때문에 기계적 스트레스가 증가하여 고장 확률이 높아지기 때문인 것으로 판단된다.

또한 옥내용 GIS에 비해 옥외용 GIS의 Failure Rate가 높은 원인은 옥외용 GIS의 경우에는 장시간 태양에 직접적으로 노출되어 외함의 온도가 상승함에 따라 고무 재질의 기밀재인 O-ring에 가해지는 열적 스트레스 수준이 옥내용 GIS에 비해 강하므로 누설 위험도가 상대적으로 높아지기 때문이다. 또한, 오손도가 높은 지역에 설치되는 GIS는 부식성 물질이 퇴적되어 외함의 발청이 진전되는 정도가 옥내용 GIS에 비해 빠르며, 기밀면에 주입되는 Caulking과 액체 Packing이 미흡한 경우, Fig. 2와 같은 경로를 따라 빗물이 침투하여 기밀면의 열화에 따라 SF6 가스 누설 경로를 형성할 수 있기 때문이다.

Table 2는 인도네시아 JABA 지역 GIS의 제작연도에 따른 Failure Rate를 나타낸다^[13]. 150kV급 GIS의 경우, 1980년대에서 2000년대까지의 Failure Rate는 약 10배 가량 감소한 것을 확인할 수 있다. 제작연도에 따른 Failure Rate의 감소는 GIS 제작 및 설치 기술과 현장 시험 및 모니터링 기술의 발전에 기인한 결과일 수 있으며, 구체적으로는 다음과 같이 정리할 수 있다. 첫째, GIS에서 SF6 가스의 기밀성 유지를 위해 기밀면에 O-ring을 부착하고 있는데, 지속적으로 누설이 발생하는 기밀면의 O-ring 직경을 증대 설계하여 SF6 가스 누설을 개선한 사례가 있으며, 2000년대에 들어서면서 Fig. 3의 (a)와 같이 구획 간 기밀면에 부착되는 O-ring을 이중화함으로써 SF6 가스 누설에 따른 절연파괴 위험도를 완화하고 있다^{[14, 15]}. 둘째, GIS 내부의 잔존 수분에 의한 절연파괴 위험도를 완화하기 위해 설치 또는 개방 점검 후에 진공 작업을 실시하고 있는데, 1990년대에는 1Torr 조건에서 약 5시간의 진공 작업을 수행하였으나, 최근에는 제조사에 따라 mTorr 조건에서 약 1-2일간의 진공 작업을 수행하고 있어 보다 높은 강도로 내부의 잔존 수분을 제거하고 있다^[14].

결론적으로, 통계적 접근을 활용한 RCM 기반의 자산관리 전략은 전력설비의 운전 데이터와 고장 데이터를 바탕으로 고장 확률을 도출하고 관리치를 설정함으로써 효율적인 자산관리를 가능하게 한다. 그러나, Failure Rate가 다양한 요소 (설치 위치와 제작연도 등)에 따라 10배 이상 달라질 수 있음을 고려할 때, 설비의 상태를 종합적으로 평가하는 것이 중요하다. 이를 통해 통계적 접근의 한계를 보완하고, 자산관리의 효율성과 신뢰성을 높일 수 있다.

Fig. 2. Example of water ingress on a GIS flange.

Fig. 3. Example of (a) design change from single groove to double groove and (b) vacuum pump system

2.2 설비의 건전도에 기반한 자산관리 전략

영국은 전력설비 자산관리의 선두주자로 자리매김하고 있으며, 1990년대 전력산업의 민영화에 따라 효율적이고 효과적인 자산관리 전략을 수립해야 할 필요성이 증가하였다. 2000년대에는 전력산업의 민영화에 따른 에너지 시장의 투명성, 공정성 및 소비자 보호에 대한 요구가 높아지면서 Ofgem (Office of Gas and Electricity Markets)이 출범하였다. 2013년, Ofgem은 RIIO (Revenue = Incentives + Innovation + Outputs) 라고 하는 프레임워크를 통해 송전 및 배전 사업자의 지속 가능한 에너지 공급을 위한 혁신과 개입 (Intervention) 성과를 측정하여 인센티브를 부여함으로써 효율적인 자산관리 전략 수립을 촉진하고 이를 규제화하였다. 이와 같은 프레임워크에 기반하여 송전 사업자인 ETOs (Electricity Transmission Owners)는 NARM (Network Asset Risk Metric)을, 배전 사업자인 DNOs (Distribution Network Operators)는 CNAIM (Common Network Asset Indices Methodology)을 개발하였다. 이를 통해 노후 설비의 위험도 완화를 위한 Intervention 의사결정과 그 성과를 정량적으로 측정하고, 지속 가능한 에너지 공급을 위한 혁신을 Ofgem에 지속적으로 보고하는 데 활용하고 있다.

Fig. 4는 CBRM에 기반한 자산관리 전략 수립에 활용되는 DNOs의 PoF (Probability of Failure) 도출 방법론을 나타낸다^[4]. 표준 기대수명 (Normal Expected Life)로부터 자산이 운전되는 환경적 조건과 부하 조건을 고려하여 기대수명 (Expected Life)을 결정한다. 이후 점검, 모니터링, 건전도 평가 결과를 바탕으로 현재의 건전도를 도출하고, 열화 데이터를 통해 기 설정된 미래 열화계수를 활용하여 미래의 건전도와 PoF를 도출한다. 자산이 지니는 미래의 PoF를 예측함으로써 Intervention을 계획하고, 효율적인 수명연장 계획을 수립하고 있다. 즉, DNOs는 CBRM에 기반한 PoF 도출 방법론을 사용하여 예측한 미래의 PoF를 바탕으로 미래의 위험도를 정량화하고, 위험도 완화 전략을 수립하여 그 성과를 Ofgem에 보고하고 있다.

영국의 DNOs는 Fig. 5와 같이 자산의 생애주기를 정의하고 있으며, 자산을 폐기하기 전 Intervention을 통해 자산의 상태를 정확히 파악하고 이를 수명연장 의사결정에 활용함으로써 효율적이고 효과적인 자산관리 전략을 수립하고 있다^[16]. 대표적으로, 영국의 ETOs 중 하나인 NGET (National Grid Electricity Transmission)는 41개의 전력용 변압기에 대해 5년의 수명연장을 결정하고, Intervention 적용 범위를 확대하였으며, GIS bay의 적절한 Intervention 기법을 개발하여 약 3억 파운드 이상을 절감하였다. 결과적으로, 수명연장을 통한 자산 상태 관리 전략의 혁신과 Intervention 기법의 개발을 통해 NGET는 2013-2023년간 시행된 RIIO-T1 동안 약 15억 파운드를 절감한 사례가 보고된 바 있다^[17]. 영국의 DNOs 중 하나인 UKPN (UK Power Networks)은 ARP (Asset Risk and Prioritisation)와 SARM (Statistical Asset Replacement Model) 및 Markov 모델 등의 Intervention 의사결정 지원 도구를 독자적으로 개발하고, CNAIM을 활용하여 자산의 상태를 정확히 파악함으로써 자산관리 전략을 수립하고 있다. 특히, Intervention 의사결정 시 자산의 수명 의존도가 매우 낮은 점은 국내의 RBR 전략과 가장 큰 차이점이다. UKPN에서는 Intervention 결정에 있어서 자산의 수명이 차지하는 비중이 매우 낮으며, 실제로 열화의 징후가 뚜렷하게 나타나는 자산에 집중하여 TOTEX (Total Expenditure)의 최적화를 이루고 있다^[18]. UKPN의 자산관리 전략에서 수명 의존도가 낮은 결과는 UKPN이 보유한 자산의 평균 수명이 DNOs 평균에 비해 12% 이상 높은 것으로 나타났으며, 이를 Fig. 6에 나타내었다.

DNOs는 전력 공급 신뢰성 측정을 위한 지표로 CML (Customer Minutes Lost, 고객 100명 당 정전이 발생한 고객 수)과 CI (Customer Interruptions, 3분 이상 정전이 지속되어 고객이 전력을 공급받지 못하는 평균 시간 [분])를 사용하고 있다. Fig. 7의 (a)와 같이 2011-2022년간 측정한 UKPN의 CML과 CI는 각각 60%, 51%씩 개선되었다^{[19, 20]}. 또한, Fig. 7의 (b)와 같이 2021/2022년에서 6개의 DNOs 중 CML은 가장 우수한 결과를, CI는 2번째로 우수한 결과를 보였다. Fig. 6과 Fig. 7에서 주목해야 할 점은 자산의 수명을 길게 관리하더라도 공급 신뢰도가 저하되지 않으며, 자산의 상태에 대한 높은 이해도를 바탕으로 한 자산관리 전략이 전력 공급 신뢰성 증진으로 이어질 수 있음을 간접적으로 나타낸다.

Fig. 4. Methodology used by DNOs to derive current and future PoF

Fig. 5. Flow chart of the asset life cycle for a DNOs

Fig. 6. Age distribution of UKPN’s assets

Fig. 7. CML and CI of (a) UKPN from 2011 to 2021 and (b) DNOs, including UKPN in 21/22

Fig. 8. (a) Standard specification for life extension in America and (b) life extension procedure for power equipment in Japan

또한, 자산의 상태에 대한 높은 이해도를 바탕으로 한 자산관리 전략은 공급 신뢰성 증진뿐만 아니라, 탄소중립에도 매우 중요한 영향을 미칠 수 있다. 탄소중립은 지구 온난화에 대응하기 위해 탄소 배출량을 줄이는 것을 목표로 하며, 교토의정서, RE100, 파리협정 등의 기후 변화 협약으로 이어졌다. 이에 따라, Ofgem은 NARM과 CNAIM을 통해 SF6 가스 누설량을 ETOs와 DNOs로부터 보고받고 그에 상응하는 인센티브를 제공함으로써 SF6 가스 누설량 절감을 촉진하고 있다^[21].

영국의 사례를 바탕으로 미국과 일본 또한 설비의 건전도에 기반한 수명연장 중심의 자산관리 전략 수립하고 있다. 이는 수명연장과 관련된 표준 절차서를 제정하고 해당 절차를 구체화함으로써 간접적으로 드러난다. Fig. 8(a)에는 미국의 RIC (Remanufacturing Industries Council)에서 제정한 수명연장 표준 절차서를, Fig. 8(b)에는 일본의 전력설비 수명연장 절차를 나타내었다^{[14, 22]}. 전력설비의 수명연장 가능 여부는 다음과 같이 평가된다. 첫째, 기술적 평가를 통해 설비의 건전도를 평가하고 점수화한다. 둘째, 건전도 평가 결과를 바탕으로 불건전한 부품의 상태 복원 가능 여부, 교체 부품 수급 가능 여부, 대체 부품 호환 가능 여부를 파악한다. 셋째, 두 번째 절차를 비용화하고, 설비의 용량 등을 고려하여 사용 가능 연수를 예측하는 등의 경제성 평가를 실시한다.

이번 절에서는 Intervention에 기반한 해외의 자산관리 기술 동향을 살펴보았다. NGET는 Intervention과 수명연장을 통해 RIIO-T1 기간 동안 약 15억 파운드를 절감한 사례를 확인하였다. UKPN은 자산관리 전략 수립에 있어 자산 수명에 대한 의존도를 낮추고, 설비의 상태를 정확히 파악하여 Intervention 의사결정에 활용한 사례를 확인하였다. 이를 통해 자산의 수명을 길게 관리하는 전략이 반드시 신뢰성 손실로 이어지지 않으며, 설비의 정확한 상태를 파악하고 적절한 시기에 Intervention 의사를 결정함으로써 비용 절감과 신뢰성 증진, 탄소중립 목표 달성에 기여할 수 있음을 확인하였다. 영국뿐만 아니라 미국과 일본도 수명연장 관련 표준을 제정하는 동향을 확인하였으며, 이를 통해 CBRM에 기반한 자산관리 전략으로의 움직임을 확인할 수 있었다. 특히, 일본은 2020년에 쿠웨이트 변전소 GIS의 수명연장을 목표로 유지보수 및 교체 계획 최적화를 진행하였으며, 이를 통해 수명연장 시 교체 대비 약 14%의 비용 절감 효과를 보고하였다^[23].

이러한 사실을 바탕으로 본 논문에서는 국내의 GIS 관리 기준에 따라 약 27년간 운전된 후 철거된 25.8kV 옥내용 노후 GIS용 차단기의 기능적 상태 즉, 건전도를 평가하고, 이를 통해 자산의 수명이 자산관리 전략의 중심이 되는 기존의 방식에서 벗어나 CBRM 기반의 효율적인 자산관리 전략 수립을 위한 기초를 마련하고자 한다.

3.1 차단기의 고장 원인

Fig. 9는 CIGRE에서 조사한 GIS의 MaF를 나타내며, 차단기의 동작 실패, 절연파괴, 전기적 접속 불량, 기계적 불량 및 기타로 구성되어 있다. 그 중에서 차단기의 동작 실패는 전체 MaF의 약 63%를 차지하며, 이는 차단기의 복잡한 구조로 인해 발생하는 다양한 원인, 즉 기계적 마모, 윤활 불량, 트립/투입 코일 소손, 동작 메커니즘의 고장 등으로 인해 발생한다.

Fig. 9. Major failures in GIS investigated by CIGRE

미국의 캘리포니아 남부 전력사인 SCE (Southern California Edison)의 사례에 따르면, 차단기 고장의 상당 부분은 베어링과 마찰부의 부적절한 윤활에 의해 발생하는 것으로 보고되었다. 또한, STLE (Society of Tribologists and Lubrication Engineers)에서 여러 산업의 기계설비 고장 원인을 조사한 결과 약 82%가 윤활 불량으로 인해 고장이 발생한 것으로 나타났다^{[24, 25]}.

윤활이란, 접촉하거나 움직이는 표면 사이에 윤활제를 도포하여 얇은 윤활막을 통해 마찰과 마모를 효과적으로 제어하는 행위를 의미한다. 윤활제는 윤활 성능을 담당하는 기유 (Base oil), 기유를 유지하는 증주제 (Thickener), 점도 조절과 항산화 또는 부식 방지 등 윤활제의 특성을 조절하는 첨가제 (Additive)로 구성된다. 기유의 종류에는 광유와 합성유가 있으며, 증주제는 그 구조에 따라 비누기 증주제와 비 비누기 증주제로 구분된다. 윤활제는 적용 부위와 그 목적에 따라 조성 비율을 달리하여 고체, 액체 및 반고체의 형태로 생산한다. 반고체 형태의 윤활제는 약 80-90%의 기유와 10-20%의 증주제, 그리고 약 3-5%의 첨가제로 구성되는데, 이를 Grease라고 한다. 차단기는 메커니즘에 가해지는 하중이 크고 사용 조건상 빈번하게 윤활할 수 없으므로, 마모 지연 및 부식 방지 등을 위해 접점과 메커니즘에 Grease를 도포하여 윤활하는 것이 일반적이다.

이와 같은 사례들을 통해 차단기에 도포되는 윤활제 즉, Grease의 열화가 차단기의 성능에 매우 중요한 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. 따라서 Grease의 열화 특성을 이해하고 그 상태를 정확히 파악함으로써 적절한 유지보수 방법을 수립하는 것이 GIS의 신뢰성을 증진시킬 수 있는 중요한 요소가 될 수 있음을 시사한다.

3.2 Grease의 열화 특성과 분석 방법

Fig. 10은 Grease의 열화 메커니즘을 나타낸다. 차단기에 도포되는 Grease는 통전부 Grease와 비통전부 Grease로 구분할 수 있다. 두 종류 모두 열화 기간과 동작 횟수에 따라 열적, 물리적, 기계적 열화가 발생할 수 있으며, 이는 Grease의 경화 또는 연화 현상으로 이어진다. 특히, 통전부에 도포되는 Grease의 경우, 전류 통전에 따라 줄 열이 발생하여 추가적인 열적 열화가 발생할 수 있다.

Fig. 10. Degradation mechanism of grease

유분율이란, Grease가 내포하고 있는 기유의 함량을 의미한다. Grease에서 열적, 기계적 열화의 결과는 유분율의 감소로 이어지며, 일반적으로 Grease의 유분율이 50% 미만일 때 Grease의 기능 상실 즉, 윤활 한계에 도달하는 것으로 판단하고 있다^[26-28]. 유분율 감소의 결과로 Grease의 고착, 접촉저항 증가, 마찰부의 마찰력 증가, 금속 파티클 형성 등의 문제가 발생할 수 있으며, 궁극적으로 차단기의 동작 실패와 부분방전 발생 및 절연파괴를 초래할 수 있다.

Grease의 열화 특성을 분석하는 방법은 정량적 방법과 정성적 방법으로 구분할 수 있다. 정량적 분석 방법으로는 유분율 분석이 있으며, 이는 TGA (Thermogravimetric Analysis)를 통해 확인할 수 있다. TGA는 적절한 환경에서 제어된 속도로 물질을 가열하여 물질의 질량 변화를 온도의 함수로 기록하는 분석 방법이며, 결과는 특정 온도 범위에서의 질량 손실로 나타난다^[14]. 정성적 분석 방법으로는 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 분석이 있다. FT-IR 분석을 통해 Grease의 산화도를 확인할 수 있으며, Grease의 산화는 점성 증가로 이어져 윤활 실패를 초래할 수 있다^[25]. FT-IR 분석은 Grease에 적외선을 투과시켜 Grease가 포함하고 있는 카보닐 작용기의 분포 정도를 확인함으로써 열화 정도를 분석할 수 있다. 특정 영역에서 투과도가 낮을수록 해당 영역의 파수를 가진 성분이 많이 포함되어 있음을 의미하며, 카보닐 작용기는 1850-650cm-1 영역에서의 투과도를 통해 그 분포 정도를 확인할 수 있다^[29].

3.3 차단기의 건전도 평가

앞선 사례들로부터 설비의 상태를 정확하게 파악하고 이를 바탕으로 CBRM 기반의 자산관리 전략을 수립하는 것이 신뢰성 증진에 중요하다는 사실을 확인하였다. 이번 절에서는 차단기의 건전도를 평가할 수 있는 항목을 선정하고 이를 통해 실제 운전된 차단기의 건전도를 도출하여 CBRM 관점에서 GIS의 수명연장을 위한 기술적 검토를 수행하였다. Fig. 11과 Table 3은 본 연구에 사용된 GIS의 모습과 사양을 나타낸다. 해당 GIS는 군자변전소 (옥내)에서 약 27년간 운전된 후 국내 GIS 관리 기준에 따라 철거되었다^[7].

Table 4는 본 논문에서 선정한 차단기의 건전도 평가 항목을 나타낸다. 이를 통해 Grease의 열화 정도를 포함한 여러 항목을 활용하여 차단기의 건전도를 평가하고자 한다. 각 평가 항목은 일본의 건전도 평가 항목에 기반하고 있으며, 국내의 유지보수 기준과 제작 사양서의 판단기준을 적용하였다[5,30,31]. ‘운전기간’을 통해 운전기간에 따른 열화 정도를 추정하고 ‘동작횟수’로부터 접점의 기계적 마모 정도를 평가할 수 있다. ‘동작시간’을 이용하여 차단기의 동작 성능을 평가할 수 있으며, ‘트립/투입 코일 저항’을 통하여 차단기의 동작 실패로 이어질 수 있는 열화 징후를 판단할 수 있다. ‘주회로 저항’으로부터 통전부의 이상유무를 판단하고, ‘절연저항’으로부터 차단기의 절연물이 지니는 절연성능의 건전성을 판단할 수 있다. 마지막으로, ‘유분율’과 ‘산화도’를 통하여 은도금 마모에 따른 주회로 저항의 증가 및 금속 파티클 발생과 Grease 고착으로 인한 차단기의 동작 실패 가능성을 확인할 수 있다.

Fig. 12는 건전도 평가에 사용한 장비를 나타낸다. 차단기의 동작시간은 ES-6110-0002를 준용하여 MEGGER사의 TM-1800 모델을 사용하여 측정하였다. 트립/투입 코일 저항은 FLUKE사의 M189 모델을 사용하여 측정하였다. 주회로 저항은 ES-6110-0002를 준용하여 PROG RAMMA사의 MOM 600 모델을 사용하여 측정하였으며, 절연저항은 SANWA사의 DM-1006S 모델을 사용하여 측정하였다. 유분율은 ASTM E1131을 준용하여 TA Instruments 사의 Discovery TGA 55 모델을 사용해 측정하였다. 산화도 분석은 ASTM E2412를 준용하여 Agilent Technologies사의 Cary 610/660 모델을 사용하여 분석하였으며, 유분율과 산화도 분석을 위한 Grease 수거 개소는 Fig. 13과 같다.

Fig. 14는 접점부 및 메커니즘부 Grease의 유분율 분석 결과를 나타낸다. 접점부 Grease는 NISSIN사의 IMI로 상세한 조성은 제공되지 않았으나, 신품의 TGA 결과로 미루어 보았을 때, 약 80%의 기유와 약 18%의 증주제, 그리고 약 2%의 첨가제로 구성된 것으로 확인하였다. 차단부의 Grease에는 분해가스와 접점의 상호작용으로 인해 형성되는 불화 텅스텐 (WF6)과 불화 알루미늄 (AlF3) 및 불화 구리 (CuF2)가 부착될 수 있으며, 이는 고체 상태로 존재하므로 접점부 은도금의 마모와 개폐동작에 따른 추가적인 금속 파티클을 형성할 수 있는 위험성을 가지고 있다^[32]. 메커니즘부에 도포되는 Grease는 Sumico사의 Molytone No.2로 벤토나이트계 증주제로 구성되어 있으며, 벤토나이트는 열분해가 되지 않으므로 (b)에서 연소된 부분은 모두 기유임을 추정할 수 있다^[33]. 접점부 Grease의 경우, 메커니즘부 Grease에 비해 유분율이 낮은 결과를 보이는 원인은 접점부 Grease가 전류 통전에 따른 줄 열과 아크가 소호되는 부분에 도포되어 메커니즘부 Grease에 비해 열적 열화가 추가적으로 발생했기 때문인 것으로 판단된다. Fig. 15는 메커니즘부 Grease의 산화도 측정 결과를 나타낸다. 산화도 측정 시 접점부 Grease는 샘플이 부족하여 메커니즘부 Grease만을 분석하였다. 메커니즘부 Grease는 1850-1650cm-1 영역에서 신품에 비해 약 7%의 Peak를 보이는 결과를 바탕으로, 신품 대비 약 7%의 산화가 발생하였음을 알 수 있다.

Fig. 11. Aged GIS used in the condition assessment

Fig. 12. Equipments for measurement of (a) operating time, (b) coil resistance, (c) contact resistance, (d) insulation resistance, (e) base oil content and (f) Oxidation

Fig. 13. Collection points for (a) contact grease (moving contact in interrupting unit of circuit breaker) and (b) mechanism grease (spring unit in mechanism of circuit breaker)

Fig. 14. Analysis results of base oil content on (a) contact grease and (b) mechanism grease

Fig. 15. Oxidation analysis results for mechanism grease

Table 5에는 차단기의 건전도 평가 결과를 정리하여 나타내었다. 운전기간은 기준값에 비해 길었으나, 다른 평가 항목은 모두 규정된 기준에 부합하는 결과를 보였다. 동작횟수의 경우, 기계적 동작 한계의 약 3%만을 소모하였으며, 동작시간 또한 모두 기준값 이내에 해당하였다. 트립/투입 코일의 저항값과 주회로 저항 역시 기준값 이내에 해당하였고 절연저항 또한 기준값 이상의 결과를 보였다. 마지막으로, 접점부 및 메커니즘부 유분율 또한 기준값 이내에 해당하는 결과를 보였다. 이와 같은 결과를 통해 25.8kV 옥내용 노후 GIS 차단기의 건전도를 파악할 수 있었으며, 이를 바탕으로 CBRM 관점에서 수명연장을 위한 구체적인 전략을 수립할 수 있을 것이다.

3.4 고찰

25.8kV 옥내용 노후 GIS 차단기의 건전도 평가 결과, ‘운전기간’과 ‘트립 코일 저항’, ‘접점부 유분율’을 제외하고는 매우 건전한 상태를 유지하고 있음을 확인하였다. 운전기간의 기준값은 국내의 노후 교체 기준연수를 적용하였으나, 일본에서는 운전기간에 대한 판단 기준을 40-50년, 영국에서는 50-60년으로 책정하고 있는 실정을 고려하면 매우 건전한 상태에 있는 것으로 판단된다. 이는 국내의 기준값이 지나치게 보수적일 수 있음을 시사하며, 해외 사례를 참고하여 기준을 재검토할 필요가 있음을 보여준다.

차단기의 트립 코일 저항은 기준값을 초과했지만, 이는 트립 코일 교체와 같은 간단한 유지보수를 통해 해결할 수 있을 것이다. 또한, 접점부 Grease의 유분율이 낮아진 것은 열적 열화의 결과로 판단되며, Grease 재도포를 통해 접점부의 성능을 신품과 유사한 수준으로 회복시킬 수 있을 것이다. 이러한 간단한 유지보수를 통해 차단기의 수명을 연장할 수 있을 것으로 판단된다.

산화도 분석의 경우, Grease의 산화에 따른 윤활 특성 변화에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 이를 통해 Grease의 열화 상태를 정확히 평가하고, 건전도 판단 기준을 마련하는 것이 필요하다. 예를 들어, 산화도가 일정 수준 이상인 경우, 윤활 특성이 현저히 저하됨을 확인할 수 있다면, 이를 기준으로 Grease의 교체 주기를 설정할 수 있을 것이다.

결론적으로, 25.8kV 옥내용 노후 GIS 차단기의 건전도를 평가한 결과, 대부분의 평가 항목에서 매우 양호한 상태를 확인할 수 있었다. 트립 코일 저항과 접점부 Grease의 유분율을 개선하는 간단한 유지보수를 통해 차단기의 성능을 신품 수준으로 회복할 수 있으며, 이를 통해 노후화된 GIS의 수명연장에 기여할 수 있을 것이다. 따라서, 국내의 노후 GIS 교체 기준을 재검토하고, CBRM 기반의 자산관리 전략을 도입함으로써 전력설비의 효율적이고 경제적인 운영을 도모할 수 있을 것으로 기대된다.