본 글은 신들의 정원 – 강화풀밭농원 (최진만 기술사)에게서 가져왔음을 알린다.
[문제10] 전기설비의 불연화,난연화를 위한 기본원리 및 기기별 현황에 관하여 설명하시오
1. 개 요
국민생활수준의 향상과 국가경제 발전은 에너지 사용량 증가와 더불어 전기설비의 대규모화,복잡화를 불가피하게 하고 있다. 또한 전기설비에 관련된 각종 재해의 규모는 점점 대규모화 하고 있으며 피해범위가 급속히 넓어지고 있는 추세이다. 따라서 점차 생활범주에서의 전기설비라기 보다 인적,물적자원의 보안이라는 차원에서 불연화,난연화 기술의 중요성이 점차 증가되고 있다.
2. 연소사이클 및 難燃化
연소사이클은 열에너지에 의하여 가연물질이 열분해되고 열분해한 잔유물에 산소가 결합하여 산화하는 반응을 말한다.
이러한 연소사이클에 관여하는 필수요소를 들면 ①가연물 ②산소 ③온도를 들수 있는데 이를 연소의 3요소라 한다.
[ 그 림 ] 연소사이클
그림과 같이 이들 3요소가 서로 반응하여 연소사이클을 이루는데 전기설비에 적용되는 불연화, 난연화의 기본원리는 연소사이클 3요소중 하나를 저지시키는 방법이 사용되고 있다.
2-1. 가연물질을 억제하는 방법
가연물을 사용하지 않고 비가연성 가스,무기충진제 혹은 기중절연을 실시하는 방법으로 MI CABLE,가스 차단기,진공 차단기,건식변압기,몰드변압기등을 예로 들수 있다.
2-2. 발열반응을 억제하는 방법
- 유리기 반응을 정지시키는 물질의 첨가(할로켄계 첨가제등)
- 흡열반응을 일으키는 물질의 첨가(무기함수화합물,3산화안티몬)
2-3. 산소의 공급을 차단하는 물질의 첨가
할로겐계,질소계,인계첨가제를 사용하여 발열시 산소를 차단하므로서 산화반응을 억제하는 방법이다.
☞ 일반적으로 2-3 항목은 케이블의 절연재료 및 피복재료에 사용하는 방법이다.
3. 전기설비를 불연화,난연화하기 위한 기본요건
- 저발연성
- 난연화에 따른 전기적,기계적특성,기타성질의 저하억제
- 저유해가스화,비할로겐화
- 가공사용시 독성이 적을 것
- 가공사용시 안정성 및 경제성이 있을 것
- 시험법의 확립(특히 발연성,유독가스성)
4. 불연화,난연화 기기현황
4-1. 차단기
차단기의 진보를 소호매체별로 살펴보면 기름→기중→압축공기→가스→진공의 단계로 발전하고 있다. 현재는 불연화 소호매체로 SF6가스가 가장 우수한 것으로 알려지고 있으며 기기절연재료는 페놀수지,에폭시수지로 전환되었다.
또한 진공차단기의 경우에도 전류차단시 아크발생이 고진공상태에서 이루어 지고 차단부분에 유기절연부분이 없어 화재의 우려가 없다.
4-2. H종변압기
불연성 변압기로 가장 역사가 긴것은 H종건식변압기다. 이는 풍부한 운전실적과 신뢰도가 매우높고 절연물은 난연성이 우수한 폴리아미드지,유리섬유,자기등과 H종와니스를 사용하기 때문에 폭팔이나 화재의 위험이 전혀 없다.
4-3. 몰드변압기
코일을 에폭시수지로 피복함으로써 H종변압기보다 내습성이 우수하고 진동 충격에도 강하다.절연유를 전혀 사용하지 않으므로 우수한 난연성을 가진다.
4-4. 실리콘유 변압기
절연유를 광유로 사용하지 않고 실리콘유를 사용한 변압기이다. 실리콘유의 특징은 광유와 동등한 절연성과 열전도성,인화점이 높고,독성이 없으며 내열성이 우수하다.
그러나 실리콘유는 고가이기 때문에 사용량을 절감하는 구조로 설계되어야 하며 아크가 발생할 경우 실리카를 주체로한 고형물이 발생하여 내전압을 낮추기 때문에 110kV이상의 고전압에서는 채택하지 않고있다.
4-5. 가스절연변압기
가스절연 변압기는 절연 냉각매체로서 SF6가스를 이용하고 있으며 가스를 이용하는 방법에 따라 자냉식과 가스를 순환시키는 강제식이 있다. 불연변압기 분야에서 가장 대용량화 할 수 있는 특징을 가지고 있다.
그 특징으로는 작은용적과 중량으로 고전압 대용량화가 가능하고,가스의 비중이 절연유보다 낮아 냉각부의 설계가 자유로우며 강제순환식의 경우 배열을 회수,이용할 수 있다.
5. 향후전망
기기의 불연화,난연화는 기술적 측면의 진보라기 보다 사회적 요구에 의하여 그 필요성이 점차 증대되고 있다. 또한 불연성,난연성 기기의 채용은 상당한 수준의 경제적 부담을 감수하여야 하므로 사용용도,사용장소등에 따른 세심한 검토가 요구된다. 때문에 기기자체의 소형화,경량화,신뢰성 및 경제성 향상을 함께 도모하여 그 적용범위를 확대해 나가야 할 것이다.
[참고] 불연성, 난연성의 판단
KSC 3004-1987(고무,프라스틱 절연전선의 시험방법)
- 불연성 : 자연히 즉시 불이 꺼져야 한다.
- 난연성 : 60초 이내로 자연히 불이 꺼져야 한다.
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