Re:Re:ON-LINE 점검법에 대해서 알고 싶습니다.

[새벽하늘]

전기설비 예방보전기술 현황 및 발전방향

1. 머리말

국가산업발전의 가속화는 전력수요의 급증을 유발하며, 이에 따라 전력기기는 대용량화, 다기능화 및 인텔리젼트화되고 있다. 또한 전력수용가는 양질의 전력공급라인 확보와 합리적인 설비운용을 요구하면서, 전력설비기기의 운전 신뢰성과 안정성을 더욱 요구하게 되었다. 따라서 설비기기의 유지관리측면에서 전기설비 예방보전기술의 발전과 국내기술수준의 향상이 더욱 필요한 시기이다.

설비예방보전측면에서 종합적인 전력수급체계는 계속 개선되어야 하며, 설비기기의 유지관리 기술인 예방보전기술 또는 예지보전기술의 개발에 주력하는 것이 요구된다. 예방보전(Preventive Maintenance)기술은 설비의 정상상태와 이상상태를 비교분석하여 설비기기의 이상유무를 진단하는 기술이며, 예지보전(Predictive Maintenance)기술은 설비기기의 노후정도 및 잔여수명 등을 진단하는 기술이다.

최근의 설비예방보전기술은 이상 징후를 외부에서 탐지하고 예지하여 사고가 치명적으로 확산되지 않도록 대처하는 예지보전(예측보전) 방식과 점검업무의 자동화를 통해 업무의 효율성을 향상시키고 있다. 이러한 예방보전기술은 설비의 실시간상태감시와 관리의 전산화를 통한 체계화가 필요한데, 국내의 경우 이러한 분야의 연구는 전기공급설비를 대상으로 이루어지는 것이 대부분이고, 전기수용설비를 대상으로 한 연구는 아직까지 미흡한 실정이다. 본고에서는 설비예방보전기술의 국내외 동향과 유지관리체계 및 발전전략기술 그리고 향후 기술수요의 예측에 대해서 검토하였다.

2. 설비예방보전기술의 동향

기존의 설비유지관리기술은 설비부품 또는 설비시스템이 고장˙파손되면 수리하거나 교환하는 등의 사후보수(Breakdown Maintenance)개념이 일반적이었다. 그러나 설비의 규모가 대형화 및 고기능화되면서 고장사고의 예방보전개념이 요구되기 시작하였다. 예방보전개념은 1925년 미국에서 시작하여 생산보수(Productive Maintenance), 개량보수(Corrective Maintenance)등의 상황별 유지관리기술로 발전하였으며, 근래들어 진단기술은 예지보전과 상태기준보전(Condition based Maintenance)기술로 발전하고 있다.

최근들어 설비유지관리기술은 설비의 보수시점 및 합리적인 보수방법을 결정하기 위해 적용되는 설비진단기술에 관심을 갖고 있다. 설비의 열화정도 및 고장유무를 관측하여 그 결과에 따라서 설비의 유지관리가 실시되는 방식이 바람직하며 미국, 유럽 및 일본 등에서는 1970년대 초부터 이 분야 대해서 많은 투자와 연구가 진행중이다.

표1.설비감시진단시스템(일본, 도시바)

기 능 별	세 부 기 능	특 성
상태감시 지원	상태표시	설비기기의 운전상태를 원격으로 확인할 수 있도록 설비기기 상태를 표시. (운전상태:가스압력, 유면레벨, 온도, 압력 등의 데이터가 실시간으로 전달)
	경향그래프	축적된 감시데이터의 시간적 변화를 그래프로 표시하고 정밀점검 및 보수 계획을 작성
	이상판정	상시적으로 기기를 감시하여 고장징후를 예지하여 이상검출결과를 출력. (상시데이터:가스압력저하, 코로나, 유중가스농도, 기기동작 감시)
고장대응방법지원	고장진단	누적된 데이터로부터 이상원인을 추정하여 운전여부에 대한 의사결정을 지원.(변압기, 차단기, 개폐기, 부하시 탭절환기, 피뢰기 고장진단시스템)
	고장점표시	내부고장발생시의 고장위치를 표시.
보수업무 지원	보수기록작성	점검 및 개보수이력의 작성
	조작순서지원	충전계통도, 가스계밸브 조작수순, 기기개폐조작수순 지원

일본의 예방보전기술개발에 대한 일례로, 도시바의 감시진단시스템에 대해서 정리한다. 도시바의 감시진단시스템은 크게 상태감시기능, 이상시 대응방법의 지원기능 그리고 보수 업무지원 기능을 갖고 있으며, 표1은 감시시스템의 세부기능을 요약한 것이다.

이처럼 개발된 단위설비별 감시진단시스템은 상호 유기적이어야 하며, 향후 기술개발의 전개 방향은 종합적인 설비보전관리시스템으로 발전하여야 할 것이다. 외국의 통합형 설비보전관리시스템의 개발기술은 기술력에 있어서 성숙단계에 있으나, 국내의 설비보전관리시스템 기술은 선진기술에 비해 경쟁력이 열악한 수준이다.

현재 국내에 보급되어 있는 시스템은 대부분 외국의 기술이 그대로 수입된 경우가 대부분이며, 최근 연구소와 학계 및 기업에서 관심을 가지고 요소기술별로 연구가 진행중에 있다. 한국건설기술연구원에서는 이분야에 대한 관심을 가지고 전기분야의 설비유지관리 및 진단시스템에 대해서 연구가 진행중에 있다. 시스템구축을 위해서는 설비예방보전체계의 확립이 필요하며, 다음절에서는 전기설비 예방보전을 위한 유지관리체계에 대해서 검토하였다.

3. 전기설비의 예방보전을 위한 유지관리

3.1 전기설비의 유지관리 개요

전기설비는 전기사업용, 일반용, 자가용으로 구분하며, 여기서 전기사업용 전기설비는 전기사업자가 전기사업을 하기위해 설치한 전기설비 및 부대설비를 의미하고, 일반용 전기설비는 600V이하의 전압과 75kW미만의 전력을 수전하는 설비이고 그리고 자가용전기설비는 일반용과 사업용 이외의 전기설비로써 시설용량 75kW이상과 전압 600V이상의 고압 및 특고압설비이다.

전기수용설비는 수요자의 욕구를 충족시키기 위해 더욱 고기능화˙대규모화되고 있으며, 이에 따라 설비계통의 이상징후 및 고장이 발생하는 경우 신속한 복구가 점점 어려워지고 있다. 또한 설비관리측면에서 보수요원의 부족, 보수업무의 전문성 결여 및 열악한 근무환경 그리고 소흘한 안전점검관리 등은 보수업무의 어려움을 더욱 가중시키고 있는 실정이다. 그러므로 건물의 전기설비로 인한 사고를 미연에 예방하고자 할 경우 전기수용설비의 철저한 유지관리가 요구된다.

전기수용설비의 유지관리는 설비기기별 운전상황을 감시˙기록하고 설비기기의 이상징후를 조기에 발견하여 적절한 조치를 취함과 동시에 이상사태발생시 긴급조치하는 과정이다. 유지관리의 궁극적인 목적은 설비기기의 고장사고가 발생하기 이전에 이상징후를 식별하여 더 큰사고로 확산되는 것을 미연에 방지하는 것이다. 이를 위해서는 설비기기에 대한 관리자의 충분한 경험과 세심한 주의력을 필요로 한다. 이러한 업무를 수행하려면 관리자는 전기수용설비의 구성, 결선, 주요설비의 사양, 설비기기의 조작회로, 계통도 등 설비기기 및 주변환경에 대한 정보를 사전에 파악하여야 한다. 그래서 설비계통의 정확한 파악과 더불어 설비기기의 감시, 비정상 상태의 조기발견, 설비의 합리적인 운전 등의 유지관리를 수행한다.

3.2 전기설비의 유지관리체계

수용가 전기설비의 유지관리는 일상점검(외관점검), 분기 및 반기점검, 연차점검, 공사중 점검, 고충처리, 기타점검업무를 수행한다. 일상점검은 운전중인 전기설비에 대하여 사람의 오감에 의한 외관점검 및 전기설비 기술기준에 의한 적합여부를 매월 1회이상 실시하는 점검이며, 안전관리담당자가 필요하다고 판단될 경우 누설전류와 절연저항 및 접지저항 측정 등의 전기안전관리에 필요한 측정 및 시험을 실시한다. 일상점검은 수용가인 건축물의 전기설비에 대해서 외관을 점검하는 업무로서 대부분 현장에서 일반적으로 활용하는 점검형태이다.

분기 및 반기점검은 매 분기 1회 이상 부하설비의 운전을 정지하거나 운전상태에서 절연저항의 측정 또는 누설전류 등을 측정하며, 매 반기 1회 이상 접지저항 측정을 병행하여 기술기준의 적합여부를 확인하는 점검이다. 연차점검은 매년 1회 이상 전기설비의 운전을 정지하고 수전설비 및 부하설비에 대하여 기술기준의 적합여부와 기타 전기안전관리에 필요한 사항을 세부적으로 정밀하게 점검한다.

공사중 점검은 전기설비 설치˙개조 등의 공사중인 경우에 매주 1회 이상 전기설비기술기준에 적합하고 전기안전관리에 지장이 없도록 점검한다. 고충처리는 전기설비사고 및 정전 등의 고충사항을 점검하고, 기타 점검으로는 소방관서의 점검협조 및 관계 관청의 입회요청 등이 있다.

이와같은 점검업무는 전기사업법에 의거 전기설비의 사용전 검사, 용접검사 및 정기검사 업무 수행하며, 규정에 따라 검사기준의 적합여부를 확인한다. 전기수용설비는 수변전설비, 동력설비, 배전설비 등으로 구성되어 있으며, 각각의 설비에는 여러종류의 전력기기가 운용되고 있다. 표2는 일상점검의 용량별 점검주기이다.

표2. 일상점검의 용량별 점검횟수 및 점검주기

설비용량별	점검횟수	점검주기	비 고
300kW미만	월1회	20일이상	월 1회
500kW미만	월2회	10일이상	15일 이전:2회, 16일 이후:1회
750kW미만	월3회	7일이상	10일이전:3회, 11일~20일:2회,21일이후:1회
1000kW미만	월4회	5일이상	7일이전:4회, 8~15일:3회,16~22일:2회, 23일이후:1회

일상점검은 수변전설비 및 배전설비, 고압 및 저압부하설비, 예비발전설비, 기타설비 등의 외관점검을 실시하며, 표3는 설비 유지관리시의 점검사항을 정리한 것이다.

표3. 설비기기의 점검사항

설 비 군	점 검 사 항
수변전설비	① 변압기 점검, 개폐기류의 외관점검,전력용 콘덴서 점검 ② 자가전선로 및 구내전선로(인입선,가공전선,지중케이블,가공케이블)점검 ③ 수전반 및 배전반의 외함 및 내부 전기설비의 점검 ④ 피뢰기 점검, 변성기 점검(CT, PT, MOF, ZCT 등), 전력용 퓨즈 점검 ⑤ 계전기류(OCR,OVR,GR 등)점검, 수 배전용 차단기류(OCB, MCB 등)
고˙저압부하설비	① 외함, 부싱의 파손, 부식 및 누유여부, 배˙분전반 점검, 배선기구 점검 ② 배선용차단기(ELB, MCCB 등), 접지시설 상태 및 확인, 전동기 점검 ③ 개폐기 및 퓨즈점검, 인입선 및 인출선의 용량, 손상과열 변색여부 ④ 각종 부속설비의 과부하 및 용량 적정 여부, 구내전선로 확인 ⑤ 인입구 배선, 콘덴서 점검, 조명기기 및 기타 기기 점검 ⑥ 배선점검(애자사용 및 전선관 배선, 케이블 배선, 비닐코드 배선 등)
예비발전설비	① 발전기실(큐비클 포함), 내연기관 및 부속장치, 축전지 및 충전장치 점검 ② 발전기 점검
기타	① 주변환경에 따른 전기설비의 영향을 고려한 점검 ② 건축물, 토지 그리고 작업환경조건의 설비영향을 고려한 점검

위와 같은 점검내용에서 보듯이 전기설비의 일상점검은 점검시기 및 점검업무에 대해서 구분되어 있으나, 점검기기별 점검항목의 내용이 상호 중복되거나 유사한 경우가 있다. 따라서, 관리자는 중복적인 업무를 수행하게 되어 관리업무의 효율성이 떨어지게 된다. 또한 검검해야 할 사항이 많으므로 관리자가 위의 점검사항 및 기기의 점검결과를 누락할 소지가 있으므로 유지관리업무의 체계화가 필요한 것이다.

전기설비의 유지관리는 일상점검을 주로 하며, 점검대상은 변압기, 단로기, 차단기, 변류기, 피뢰기, 부싱, 전력용콘덴서, 예비발전기, 전동기, 충전설비 등 매우 많다. 전기수용설비 기기가 복잡하고 다양하게 설치되어 운영되고 있는 시설물일수록 더욱더 이력관리의 체계화가 절실하다. 따라서 프로그램은 관리자에게 설비기기의 이력을 편리하게 파악할 수 있도록 도움을 주어 설비기기의 관리효율화를 도모할 수 있다.

건축물내에서 설치운용되는 전기설비는 기기마다 고유한 특성치가 있고 따라서 설비가 정상적으로 운전되는 기간이 다르다. 관리자는 위에서 언급한 설비기기별 세부사항을 파악하여 설비의 수명을 판단하여야 한다. 즉, 설비의 수명이 한계에 다다르면 그 설비는 고장을 유발하고 또한 다른 기기에 악영향을 미칠 수 있으므로 적정한 시기에 보수 및 교체가 이루어져야 한다. 지금까지는 설비유지관리업무의 체계에 대해서 검토하였으며, 다음절에서는 유지관리 업무의 발전방안으로서, 방대한 설비유지관리업무를 보다 효율적이고, 적극적으로 수행할 수 있는 관리시스템에 대해서 검토한다.

4. 설비예방보전기술의 발전방안

설비시스템의 고기능화와 설비규모가 확대되면서, 설비고장으로 인한 피해규모를 예측하기가 매우 어려우므로 설비고장의 예방보전기술은 더욱 필요한 상황이다. 또한, 설비의 운전과 유지관리 측면에서 작업환경과 근무형태(야간, 휴일근무)에 따라 기술자의 확보가 어려워지고 있으며, 고도의 기술력을 갖춘 기술자의 고령화로 전문인력의 감소가 현실적으로 문제시되고 있다.

이와같은 상황하에서 설비예방관리시스템은 크게 업무생산성 향상과 에너지절약측면 그리고 경제성 등에서 검토되고 있으며, 설비예방보전기술의 전략기술로 발전하고 있다.

4.1 통합형 설비보전 관리시스템 기술

통합 설비보전 관리시스템은 신뢰성과 안정성이 중요시되는 산업설비˙기기는 사전에 고장을 예방하고, 사고발생시 피해정도를 최소화하는 것이 과제이다. 따라서, 통합보전관리시스템은 컴퓨터, 분산제어시스템, 원격감지기, 원격제어기, 범용컴퓨터, 무정전 전원장치(UPS) 등의 정보기기를 적극채용하여 종합적으로 시스템을 구축한다. 통합보전관리시스템의 구축방안은 다음과 같다.

● 일상의 보수점검업무에서부터 고장시의 긴급대응보수, 시스템의 유지˙운전관리까지 사용자의 요구에 따른 보전시스템을 구축
● 설비보전에 관한 컨설팅을 실시하고 사용자를 고려한 보전계획을 제안
● 설비보전업무와 보전에 필요한 부품˙재료기술의 일원화 관리에 의해 보수체제확립
● 설비의 Life cycle에 있어서 최소비용으로 최대의 장점을 얻도록 보전계획

통합 설비보전관리시스템의 구성 및 기능은 국부적으로 설비를 원격으로 유지관리하면서 중앙시스템과 연동되어 고장장해의 해석, 보수정보 관리, 실시간 보수지원을 수행한다. 통합형 설비보전관리시스템의 기능에는 보수정보관리, 실시간 보수지원, 전문가시스템에 의한 장해 해석지원 등을 보유하도록 한다. 여기서, 보수정보관리기능은 설비내의 관련 부분이 필요로하는 필수정보를 예방보전관리시스템의 데이터뱅크에 일원적으로 관리하여 고장이력, 고장상황, 원인, 대처방법 등을 포함한다. 실시간 보수지원기능은 통신회선을 연결하여 현장과 동등한 고장정보의 수집이 가능하게 하며, 그 정보에 의해 관련기술자가 고장에 대한 복수의 지원을 실시하도록 한다. 전문가시스템에 의한 장해해석 지원기능은 고장진단 전문가시스템에 의한 고장원인분석을 수행한다.

이와같은 설비의 유지관리계획을 체계적이고 종합적으로 관리하는 통합설비 보전관리시스템의 운영알고리즘은 그림1과 같다.

그림1. 통합형 설비보전관리시스템

4.2 지능형 설비유지관리시스템

최근 도시건축물의 변화추세는 초고층화, 다기능화 그리고 복잡화되고 있다. 이는 업무효율의 극대화 및 쾌적성 그리고 안정성을 추구하고 있다. 이와같은 다양한 수요에 부응하여 도입되기 시작한 것이 지능제어기술이고, 이것은 컴퓨터를 이용한 자동화기술에 의해서 계속 발전되고 있다. 지능제어기술과 기존설비의 유기적인 복합화에 의해서 전반적인 설비시스템의 생산성향상, 에너지절약 그리고 경제성 등의 목표를 수행하고 있다. 설비규모 및 기능면에서 복합화 및 다양화되면서 설비기능을 안정적이고 합리적으로 운영하기위한 보다 지능적인 설비유지관리기술이 요구된다. 설비사고발생률은 유지관리체계의 정립과 관리시스템의 도입으로 상당히 낮출 수 있으며, 지능형 설비유지관리시스템은 설비유지관리 및 진단관련 전문가의 지식과 경험을 데이터베이스 및 지식베이스하여 효율적인 설비유지관리업무를 수행한다.

지능형 설비유지관리시스템은 설비마다 별도의 유지관리시스템을 구현하여 유지관리시 발생한 데이터를 상위의 컴퓨터에 전달하는 기능을 갖고 있어서 최소한의 인력으로 설비를 유지관리할 수 있다. 또한, 설비고장상태를 파악하여 각종 고장정보와 조치시항을 관리자에게 제공하므로서, 설비운전의 최적조건을 제시하고 있다. 그림2는 지능형 설비유지관리시스템의 개념도이다.

그림2. 지능형 설비유지관리시스템

4.3 설비예방보전기술의 개발전략

앞절에서 시스템의 기술발전방안에 대한 설비관리시스템의 개발동향을 언급하였고 본 절에서는 이와같은 시스템의 향후 보유되어야 하는 기능을 정리하였다. 설비유지관리시스템의 발전방안 기술은 무보수화, 원격진단, 예방 및 예지보전, 센서기술향상, 환경보전, 보전계획의 시스템화 기술 등을 들 수 있다.

무보수화기술은 우선 설비구성부품과 시스템의 가동상태를 감시하여 진단하는 기능이 요구되며, 원격진단기술은 설비가동률의 향상을 위해 운전중에도 보수 및 진단이 가능하도록 한다. 예방 및 예지보전기술은 대상설비에 대해서 일상, 정기점검 등의 보수점검체계와 기기의 내부를 외부에서 진단하여 이상징후의 정도를 파악하는 상태감시진단기술이 요구된다. 또한 상태감시 및 진단을 하기 위해서는 고장정보를 감지하는 기술이 요구되며, 이를 위해서는 소형경량의 환경적응형 센서의 개발이 요구된다. 그리고, 설비수명은 주변환경에 크게 좌우되므로, 환경진단기술이 중요시되며 환경에 대응한 유지관리의 시기설정과 설비기기의 수명기간의 예측이 중요한 기술이다.

설비시스템을 종합적으로 개선하기 위해서 설비고장, 트러블대책, 유지관리비용절감, 설비 수명연장화를 위한 수명한계관리, 합리적 보수시기 결정 등의 보전계획시스템기술의 구축이 요구된다.

5. 설비예방보전관리시스템 도입효과

설비예방보전관리시스템은 전체 설비시스템의 합리적인 운영을 위하여 설계단계에서 시스템이나 기기의 이상 진단시스템을 계획하고, 보수작업의 용이화 또는 무보수화, 로봇 도입 등을 추진하고 있다. 이와같은 시스템의 도입으로부터 생산성 향상 및 에너지절감을 적극적으로 수행할 수 있고, 이에 따른 에너지절약효과는 기존건물에 비해 약 15% 이상의 절감효과를 기대할 수 있을 것으로 예상된다.

또한 설비유지관리시스템기술은 건축물 및 사회간접자본시설의 설비운영 서비스에 있어서 고부가가치화할 수 있는 전략적인 기술로 판단된다. 그러나, 현재 대부분의 경우 초기투자비와 에너지소비를 절약하는 차원에서 설비유지관리시스템의 도입을 보류하고 있다는 점을 감안하여, 저가이면서 확실한 에너지 절감 및 유지관리비용의 절약효과를 보장하는 시스템이면 유지관리시장에 있어서 막대한 수요가 있을 것으로 예상되며, 아울러 세계시장으로의 진출기회도 있을 것이다.

설비 유지관리에 소요되는 비용은 연간 전체 설비규모의 약 10% 정도인 점을 감안하면 국내 전체 설비규모에 있어서 유지관리분야의 시장규모를 예상할 수 있을 것이다. 따라서, 설비관리시스템은 전력소비형 부하에 대해서 합리적이고 고신뢰의 운전계획을 제공하므로서 에너지 절약 및 유지관리비의 절감효과를 실현할 수 있다.

6. 맺음말

예방보전기술은 에너지의 효율적 이용으로 에너지절약을 촉진할 뿐만아니라, 설비유지관리 비용의 절감과 최소인력으로 설비관리의 업무수행을 가능하게 한다. 아울러, 설비예방보전기술의 핵심기술개발은 관련산업의 기술력을 향상시켜, 첨단정보화사회의 기반조성에 이바지할 것으로 기대된다.

또한, 세계적으로 설비예방보전기술로서의 유지관리분야는 고부가가치산업으로 부각되면서 선진외국의 경우, 이 분야의 연구개발이 다방면으로 수행되고 있다는 점을 감안할때, 국내의 연구개발에 대한 투자가 체계적이고 지속적으로 지원되어야 할 것이다.♧

참고문헌

1.한국건설기술연구원, 전기설비 고장사고 예방 및 진단기법에 관한 연구, 1996.
2.류승기 외 2, "전기수용설비 예방보전을 위한 보수지원용 프로그램 개발", '96하계학술대회, 대한전기학회, 1996. 7.
3.류승기 외 2, "건축 전기설비의 보수유지 업무지원용 점검프로그램 개발", '96추계학술대회, 한국조명˙전기설비학회, 1996. 11.
4.대한전기협회, 전기설비의 진단기술, 1994.
5. - , 設備診斷, 1990.
6.久保田 勉 外 1, "豫防保全技術 現狀 展望", 富社時報 Vol. 69, pp.95-98, 1996.
7.松葉 義行 外 2, "受變電所 監視˙支援 ", 富社時報 Vol. 69, pp.105-109, 1996.
8.S. Ryu, "A study on the Multi hierarchical Maintenance System of Eletrical Facilities in Building Intelligent", '97Proc. of 36th SICE Annual Conf., 1997. 7.