현재 전력산업은 기반시설의 노후화, 정전 및 제한송전 위험의 증가, 계획에 없는 정비 비용, 오지 시설의 보안문제, 그리고 지속적으로 상승하고 있는 각종 원가 등에 의해 심각한 상황에 처해 있다.

전력업계에서는 정부와 협력해 이러한 문제에 대처하고, 원가를 절감하면서 안정된 전력의 공급을 보장할 수 있도록 최선의 노력을 기울이고 있다.

FLIR 시스템은 이러한 전력산업의 노력을 지원하기 위해 변전시설을 모니터링 할 수 있는 적외선 카메라를 개발 공급하고 있다.

고장의 원인과 영향

미국의 전력 송전망은 노후된 인프라와, 변전소 등 핵심시설의 상태를 모니터하는 자동 시설의 부족으로 정전과 제한송전의 위험이 크게 높아지고 있다. 예를 들면, 변압기의 누출이나 내부 절연의 파괴는 변압기의 과열과 그에 따른 고장을 초래한다. 그러나 대부분의 변전시설에는 이러한 문제를 사전에 발견할 수 있는 자동온도 감지 시스템이 설치돼 있지 않는 실정이다. 뿐만 아니라 대부분의 변전시설이 오지에 설치돼 있으므로 무단 침입자에 의한 보안문제도 중요하게 대두되고 있다. 적외선 카메라 모니터링 설비는 무단 침입자를 발견하고 감시할 수 있다.

그 원인이 무엇이든, 변전시설의 장애는 광범위한 시설에 매우 큰 영향을 초래하게 되는 것이다. 실제로 미국 전력 역사상 최악의 사고였던 2003년 미 동북지방의 대규모 정전사태 당시, 노후된 변전시설이 사태를 악화시킨 커다란 원인이었다. 그 정전사고로 인해 광범위한 지역의 은행, 보안 시스템, 생산 공장, 식품 저장, 통신망, 교통관제 시스템 등이 완전히 마비됐다. 전력회사는 막대한 손실과 피해를 입었으며 시설 복구를 위해 막대한 비용을 지출했다. 당시 총 경제적인 손실은 60억달러 이상으로 집계됐다.

스마트 그리드 사업

미국 에너지성(US Department of Energy)에서는 노후된 송전 그리드를 현대화하기 위해 새로운 기술과 운전 방법의 필요성을 이해하고 있는 공공 및 민간 부문의 여러 조직과 협력하고 있다. 이러한 기구와 조직에는 GridWise Alliance, 국립 표준기술연구소(NIST : National Institute of Standards and Techno logy), 미 상무성, 미국 표준협회(ANSI : American National Standards Institu te), 미국 전기전자학회(IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engi neers) 등이 포함돼 있다.

이 외에도 송전망의 신뢰성을 높이고 비용을 절감하려는 공동 목적을 가진 많은 조직들이 참여하고 있다. 그 기본 목적은 광범위한 응용과 사업분야를 망라한 혁신적인 기술과 장비를 사용해 보다 스마트하고 안전한 파워 그리드를 구축하려는 것이다.

FLIR도 여러 협력업체들과 함께 전력산업에 적외선 열화상 기술을 도입 적용해 변전시설의 신뢰성과 보안을 향상시키는데 기여하고 있다. 전력 산업에서는 이미 오래 전부터 변전설비를 모니터하기 위해 휴대용 적외선 카메라를 사용해오고 있었지만, 이제는 고정설치형의 적외선 카메라 시스템으로 개선해 나가고 있다. 자동화된 적외선 카메라와 혁신적인 소프트웨어를 바탕으로 FLIR는 변전소의 고장이 임박한 장비와 시설보안을 위협하는 침입자를 조기에 발견하고 경보해주는 모니터링 시스템을 개발했다.

이 시스템은 첨단 센서기술과 측정기술, 제어 방법, 그리고 디지털 통신 등을 스마트 그리드 시스템에 제공해주는 것이다. FLIR의 시스템은 문제를 미리 예측하고, 감지하며 또한 신속하게 대응할 수 있으므로 정비비용을 절감하고 고장을 방지하며, 정전과 생산성의 손실을 막을 수 있다.

예를 들어, 미국의 한 전력회사에서는 적외선 카메라 모니터링 시스템을 사용해 변전소에 설치된 변압기에서 과열된 부싱 로드를 발견하고 16만달러의 비용으로 수리할 수 있었다. 이 회사에서 적외선 카메라를 설치하기 전에 그 이전에 발생했던 동일한 고장은 300만달러 이상의 피해를 초래했다.

변전시설에서 온도 상승을 모니터해 고장발생 가능성을 미리 발견할 수 있는 주요 장비는 아래와 같다.

• 변압기(오일 레벨과 펌프 작동).

• 부하 탭 전환기(오일 레벨, 기타 내부 문제).

• 절연 부싱(오일 레벨과 접속 불량).

• 격리 절연기(Standoff in sulator)(습기, 오염, 열화).

• 피뢰장치(산화금속 디스크의 열화).

• 회로차단기(오일 또는 SF의 누출).

• 기계적 단로(접속 불량, 오염).

• 제어반(팬, 펌프 기타 장치의 마모와 손상).

• 배터리.

적외선 카메라는 이러한 장치의 온도상승을 조기에 감지해 예방정비 작업을 실시할 수 있도록 함으로써 불의의 정전 사태와 장비의 고장을 방지할 수 있게 한다.

적외선(IR) 센서 원리

적외선 감지기술의 첫째 원리는 대부분의 구성품이 고장 나기 전에 온도가 높아진다는 것이다. 그 두 번째 원리는 모든 물체는 육안으로는 볼 수 없는 적외선을 방사한다는 것이다. 그리고 세 번째 원리는 적외선 카메라가 물체가 방사하는 적외선을 실화상으로 변환해 온도를 측정할 수 있다는 것이다. 이 비접촉식 온도 데이터는 실시간 기반으로 모니터 화면으로 볼 수 있으며, 디지털 저장장치로 전송해 이후에 자세하게 분석할 수도 있다. 온도의 측정 정확도는 보통 ±2°C 정도다.

적외선 비디오 카메라는 조명이 필요 없으며, 온도가 높은 부분을 발견해 과열되거나 절연이 파괴돼 고장이 발생하기 전에 조치를 위할 수 있도록 해준다. 적외선 카메라는 대기 중의 습기를 뚫고 선명한 이미지를 얻을 수 있으며, 대상 물체 또는 면적의 상대적인 온도 분포도 측정할 수 있다. 적외선 카메라는 전천후 하우징 내에 수납돼 있으며, 팬/틸트 구동장치를 사용해 변전시설에서 넓은 범위를 커버할 수 있다. 또한 넓은 범위의 초점길이를 가진 다양한 렌즈를 지원하므로 어느 곳이든 설치가 가능하다. 적외선 카메라야 말로 날씨와 장소에 관계없이, 하루 24시간 1년 365일 변전시설 전체를 모니터링 할 수 있는 이상적인 시스템이다.

FLIR 적외선 카메라는 전기장비와 주변 배경(하늘, 구름 등) 사이의 열적 시그니처의 차이를 식별할 수 있으며, 서로 근접한 구성품이나 부품 사이의 온도를 서로 비교할 수 있다. 논리회로, 메모리, 데이터 통신 기능을 내장해 사용자가 입력하는 설정에 따라 이미지 내의 온도를 비교하고 그 데이터를 중앙 제어국으로 전송해 추세 분석, 경보 발신, 예외 보고서 작성 등에 활용할 수 있다. 뿐만 아니라 멀리 떨어진 사무실에 있는 시설관리인에게 이메일 메시지를 통해 이상 상태를 통지할 수도 있다. 따라서 무인 변전시설 운영을 위한 설비 모니터링과 침입자 감시에 이상적인 장비다.

대표적인 시스템 구성

FLIR의 자동화 시스템 사업 파트너들은 고객 맞춤화된 열화상 장비와 비 접촉식 온도측정 시스템을 각종 변전시설에 공급하고 있다. 예를 들어, FLIR는 피보털 비전(Pivotal Vision), LLC(미네소타) 등의 전력업체에 변전시설 모니터링 및 각종 다양한 용도의 적외선 카메라를 공급하고 있다. 피보털 비전은 FLIR의 적외선 카메라와 팬/틸트 하우징, 자동화 소프트웨어를 사용해 자체적으로 ScadaCam Intelligent Surveillance(지능형 감시) 시스템을 개발, 사용하고 있다. 이 시스템은 현장 순찰, 정치의 온도 관찰, 그리고 침입자 감시 등의 임무를 무인으로 수행하고 있다. 비디오 이미지와 그 온도 데이터는 이더넷, 무선통신 또는 광섬유 케이블과 인터페이스를 통해 중앙 통제실로 전송된다.

[피보털 비전에 구성된 모니터링 시스템]

또한 사람이 변전소에 가지 않고서도 설비의 가동 데이터를 수집할 수 있도록 해준다. 따라서 최소의 비용으로 효율적인 자산관리가 가능하게 된다.

그림 1은 FLIR A-320 카메라와 실화상 카메라를 함께 사용해 침입자를 감시하는 전형적인 변전소 모니터링 시스템을 보여준다. 이 시스템은 미네소타에 있는 엑셀 에너지(Xcel Energy)사의 ‘미래의 변전소’에 설치돼 있다. 이 시스템 중에서 가장 최신 버전은 핵심 장비와 지역에 대해 시간 소인이 찍힌 3D 열화상 모델링을 제공하며, 아울러 동작감지 기능을 갖추고 침입자를 감시할 수 있다. 이 외에도 적외선 카메라는 스마트 그리드 시스템에 다양한 시스템 구성방식으로 사용할 수 있다.

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FLIR시스템 www.flir.com / 02-565-2714~7

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