축전지의 고장진단 요령 (1)

축전지의 고장진단 요령 (1) 1. 머리말   전기 기기의 조작, 제어나 통신용, 비상조명용 등의 바상전원으로 사용되는 것을 고정설치 축전지라고 하며 연 축전지와 알칼리 축전지가 사용되고 있다.   축전지는 화학반응을 응용하여 직류전력의 축적, 재사용을 반복할 수 있는 전기 화학 기기이며 일반 전기기 기와 같이 상태의 변화가 소리나 냄새, 움직임의 변화가 나타나지 않는다. 무리한 취급을 해도 즉시 사용불능 이 되는 일은 드물고 장기적인 경과를 거쳐 치명적인 현상으로 표면화되는 일이 많다.   축전지 설비는 여러개의 단전지(셀)을 직렬로 접속하여 구성되며 모두가 동시에 불량해지는 고장은 드물다. 여기서는 고장만 아니라 고장의 전조가 되는 불량현상도 포함하여 해설하기로 한다. 2. 축전지의 종류, 구조 및 고장의 개요   축전지의 종류, 성능 등에 대해서는 KS규격에 규정되어 있다. 다음에 개략적인 구 조를 들었다. ①단자(폴) ②뚜껑 ③배기전(栓) ④액구전(液口栓) ⑤액면선(상한) ⑥액면선(하한) ⑦전조(電槽) ⑧극판 ⑨격리판(세퍼레이터) ⑩전해액 주. 배기전과 액구전을 겸한 구조의 것도 있다.            연 축전지의 종류                                     +-----------+-----------+----------------+----------------+    | 종    류  | 형     식 | 양    극    판 | 음    극    판 |    +-----------+-----------+----------------+----------------+    | 클래드식  |   cs      |  클 래 드 식   |  파 스 타 식   |     +-----------+-----------+----------------+----------------+    | 파스타식  | hs  ps    |  파 스 타 식   |  파 스 타 식   |     +-----------+-----------+----------------+----------------+       (1) 연 축전지의 종류와 구조   사용되는 양극판의 종류에 따라 클래드식과 파스타식으로 분료된다. <표 1>에 그 종류와 형식을 들었다.   전해액은 희류산(希硫酸), 격리판은 미공고무제가 사용된다. HS형의 경우 양극활물질의 탈락방지를 위해 글 라스매트가 이격판과 병용된다. 전조로서 일반적으로 사용되고 있는 것은 보통 투명한 합성수지이다. 1셀당 기 정력은 약 2V이다. (2) 알칼리 축전지의 종류와 구조   현재 주로 고정설치용으로 사용되고 있는 것은 니켈, 카드뮴 축전지라고 하는 것으로, 극판의 구조에 따라 포켓식과 소결식(燒結式)으로 분류된다. <표 2>에 종류와 형식을 들었다.   전해액은 하성(荷性) 칼리(수산화 칼륨)수용액이 사용된다. 격리판은 포켓식에는 합성수지제, 소결식에는 합 성섬유나 부직포가 사용된다. 전조는 일부를 제외하고는 투명합성수지제가 사용된다. 1셀당의 기전력은 약 1.3V이다. (3) 형 태   축전지는 충전 종말에는 양극에서 산소가스, 음극에서 수소가스를 방생하여 전해액면이 저하하기 때문에 정 기적으로 보수(補水)해야 된다. 장기간 보수를 필요로 하지 않는 구조로 된 것을 실(Seal)형이라고 한다.   실형식에는 촉매전식과 음극흡수식이 일반적으로 사용되고 있다. 실형에 대하여 종래의 타입을 도시락형이라 고 한다.     알칼리 축전지의 종류     +-----------------+---------------------+------------+     |         전지형식|   포 켓 식          | 소 결 식   |     |극판형식         |                     |            |     +-----------------+---------------------+------------+     |    sba 형식     |al, am, amh, ah-p    |ah-s, ahh   |     +-----------------+---------------------+------------+            주. A는 알칼리, L, M, H는 고율방전특성의 랭크를 표시하는 기호, L:저, M:중,        H:고, P는 포켓, S는 소결을 표시한다. (4) 축전지 고장의 개요   연, 알칼리 축전지에서 예상할 수 있는 고장, 불량형상과 추정원인을 들었다. 다음에 표에 예시된 현상 또 는 원인별로 집약하여 설명하기로 한다.    (A) 연 축전지의 고장, 불량현상과 추정원인        a) 초기고장 현상           1) 전조 뚜껑의 파손, 절연 이상 저하             원인: 수송 설치시 충격으로 인한 파손           2) 접촉부의 온도상승, 변색             원인: 접속부의 접촉 불완전           3) 전체 셀의 전압 불균형이 크고 비중이 낮다             원인: 사용개시시의 충전보충 부족           4) 단전지 전압의 비중 저하, 전압계 역전             원인: 역접속        b) 우발고장 현상           1) 전체 셀의 전압 불균일이 크고 비중이 낮다             원인: ⑴부동 충전전압이 낮다                   ⑵균등 충전의 부족                   ⑶방전후의 회복충전 부족           2) 어떤 셀만이 전압, 비중이 극단적으로 낮다             원인: 국부 단락           3) 전체 셀의 비중이 높다(전압은 정상)             원인: ⑴액면이 낮다                   ⑵보수(補水)시에 희류산 주입           4) 충전중 비중이 낮고 전압은 높다 방전중 전압은 낮고 용량이 감퇴             원인: (설페이션)⑴방전 상태에서 장기간 방치                            ⑵충전부족의 상태에서 장기간 사용                            ⑶보수를 잊어 극수가 노출                            ⑷불순물의 혼입           5) 전해액 변색, 충전하지 않고 정치(靜置)중에도 다량으로 가스 발생             원인: 불순물의 혼입           6) 전해액의 감소가 빠르다             원인: ⑴활동 충전전압이 높다                   ⑵실온이 높다           7) 접속부의 과열 또는 녹발생             원인: ⑴접속부의 압착 이완                   ⑵접속부의 부식           8) 축전지의 현저한 온도상승, 또는 소손             원인: ⑴충전장치의 고장 ⑵과충전                   ⑶액면저하로 인한 극판의 노출                   ⑷교류분전류의 유입이 크다           9) 전조 뚜껑의 파손             원인: ⑴외부에서의 충격                   ⑵나화(裸火)등의 접근으로 폭발           10) 액구전, 배기전 등에서의 누액              원인: ⑴과보수 ⑵마개의 죔상태 불량 ⑶패킹의 열화           11) 양극 스트랩이 박리됐다              원인: ⑴충전과부족의 상태에서 장기간 사용                    ⑵고온에서 장기간 사용                    ⑶충전전류에 충류분을 많이 포함하고 있다                    ⑷충전하지 않고 장기간 방치           12) 파스타식 극판의 활물질의 탈락, 격자의 절손, 클래드식 극판의                 튜브 펑크              원인: ⑴과충전, 과방전의 반복 사용                    ⑵충전부족상태에서 장기간 사용                    ⑶고온에서 장기간 사용                    ⑷보수를 잊어 극판 노출                    ⑸불순물의 혼입        c) 열화           1) 양극주, 부근의 뚜껑 균열              원인: (극주 부식) 극주 관통부의 기밀불량으로 인한 농담전지등의                      원인에 의한 부식         d) 마모           1) 파스타식극판의 활물질의 탈락, 격자의 절손, 클래드식 극판의 튜               브의 펑크             원인: 경년 열화에 의한 수명           2) 전압, 비중의 불균일이 크다. 충전하면 회복되는데 단기간에 불균               일이 커진다             원인: 경년 열화에 의한 수명       (B) 알칼리 축전지의 고장, 불량현상과 추정원인        a) 초기고장           1)전조, 뚜껑 파손, 절연 이상 저하             원인: 수송, 설치시의 충격으로 인한 파손           2)접속부의 온도상승, 변색             원인: 접속부의 좀상태 불완전           3)전체 셀의 전압 불균일, 과대             원인: 사용개시시의 충전보충 부족           4)단전지 전압 강하, 전압계 역전             원인: 역접속        b) 우발고장           1) 전체 셀의 전압 불균일 과대             원인: ⑴부동충전 전압이 낮다                   ⑵균등충전의 부족                   ⑶방전후의 회복충전의 부족           2) 어떤 셀만의 전압이 극단적으로 낮다             원인: 국부단락           3) 전압 저하, 용량 감퇴             원인: 불순물의 혼입           4) 전해액의 감소가 빠르다             원인: ⑴부동충전 전압이 높다 ⑵실온이 높다           5) 접속부의 과열 또는 녹발생             원인: ⑴접속부의 이완 ⑵접속부의 부식           6) 축전지의 현저한 온도상승 또는 소손             원인: ⑴충전장치의 고장 ⑵과충전                   ⑶액면저하로 인한 극판 노출                   ⑷교류분 전류의 유입과다           7) 전조, 뚜껑의 파손             원인: ⑴외부로부터의 충격 ⑵나화 등의 접근으로 폭발           8) 액구전에서 누액             원인: ⑴과보수 ⑵마개의 죔상태 불량 ⑶패킹의 열화           9) 방전용량의 감퇴             원인: ⑴부동충전 전압이 낮다 ⑵회복, 균등충전의 부족                   ⑶극판의 노출 ⑷불순물의 혼입        c) 열화           1) 극주부에서의 액 누설             원인: 극주 관통부 기밀 불량           2) 비중의 현저한 증가, 방전용량이 감퇴             원인: 잔해액 중의 탄산칼리량 증가        d) 마모           1) 전체 셀의 전압 불균일이 크고 용량의 현저한 감퇴             원인: 경년 열화           2) 전압 저하 셀의 증가             원인: 경년 열화 3. 연,알칼리 축전지에 공통되는 고장의 진단과 요령 (1) 전조, 뚜껑 등의 파손, 절연저하    (A) 충격에 의한 파손   강한 충격을 받는 등의 원인에 기인하는 경우가 많다. 외관 체크 또는 누액, 전해액의 감소가 빠른등의 현상 에 의해 발견된다. 그 대부분은 설치시 또는 그 직후에 발견된다.   누액 또는 절연 이상저하의 체크는 육안점검 외에 직류 전압계를 사용하여 대지전위를 측정하는 방법이 있 다. 전압계를 축전지단자와 철가대 사이에 삽입한다. 조전지의 중간에서 절연저하가 있으면 일정한 전압을 지 시한다. 측정점을 서서히 이동하여 지시가 영이 되는 점이 절연불량 장소이다. 전조의 오손으로 표면누설에 의 한 절연저하의 경우도 있으므로 청소, 보수를 한후에 다시 체크한다.   전조의 파손으로 인한 누액을 발견했을 때는 즉시 그 셀을 회로에서 분리시킨다. 전해액이 쏟아졌을 때는 다 량의 물로 닦는다. 누액량이 많을 때 에는 중화제를 사용한다.    (B) 인화폭발에 의한 파손   전해액면에서 상부의 전조, 뚜껑부에 파손이 집중되어 있는 경으는 이 원인으로 인한 것이다.   축전지는 충전중 산소 가스, 수소 가스를 발생하여 배기전으로부터 배출되고 있는데 축전지 내의 상부 공간 에는 가스가 체류되어 있다. 축전지 부근에 나화를 접근시키거나 전기불꽃이 발생하는 등의 원인이 있으면 내 부 가스에 인화하여 폭발되는 일이 있다. 전기불꽃의 원인으로서는 접속부의 접촉불량, 회로단락 등의 원인도 생각할 수 있다. 파손 셀은 (A)항과 같은 조치를 한다.    (C) 용제에 의한 클래크   가솔린, 벤젠, 신나, 알코올 등의 유기용제를 사용하면 합성수지 전조에 클래크가 발생하는 일이 있다. (2) 액구전, 배기전에서의 누액   액구전, 배기전 등 주변 뚜껑 위에 전액이 넘치는 일이 있다. 원인으로는 과보수(過補水)로 인하여 균등 충 전시에 액면이 상승하여 넘치거나 마개의 죔생태 불량, 패킹의 불량으로 누액되는 등의 원인을 생각할 수 있 다. 각각 육안점검, 촉수에 의하여 체크한다. 패킹의 불량이 부착되면 절연저하의 원인이 되므로 정기적으로 보수하여 깨끗하게 유지해야 한다.     (주)대광전기 기술부