전력 시스템은 발전, 송전, 변전, 배전, 소비로 구성됩니다. 변전소는 이 시스템의 핵심 허브로서, 지역 전압 변환과 전력 공급을 담당합니다. 따라서 변전소의 안전한 운전은 매우 중요합니다. 전력 시스템이 대용량·고전압화됨에 따라, 설비의 안정적인 운전은 유지보수(O&M) 관리의 핵심 요소가 되었습니다.

전기 설비는 여러 형태로 고장이 발생하지만, 대부분 고장 시 과열 현상을 동반합니다. 따라서 실시간 온도 모니터링은 전력 공급의 신뢰성을 확보하는 효과적인 수단입니다. 적외선 열화상 기술은 비접촉 온라인 모니터링이라는 첨단 검출 방법으로, 이상 과열 지점을 즉시 감지할 수 있습니다.

Raythink Technology는 전력 산업에 특화된 다양한 적외선 검출 제품을 제공하고 있습니다. 이들 제품은 변압기, 케이블, 발전기 등 다양한 시나리오에서 널리 사용되며, 설비 상태 평가, 결함 조사, 예방 정비 업무에서 뛰어난 성능을 발휘하여, 전력망의 안전하고 안정적인 운전을 지원합니다.

전력 시설에서의 열화상 응용:

1. 변압기 본체의 결함 감지

변압기는 전력 시스템에서 가장 핵심적인 장비 중 하나로, 발전소에서 전력을 송전망으로 전달하고 전압을 변환하는 역할을 수행합니다. 변압기는 본체, 냉각 시스템, 전압 조정 장치, 가스 릴레이·저유탱크·온도 측정 장치 등의 보호 장치, 리드아웃 부싱 등으로 구성됩니다.

현재 적외선 온도 측정은 비접촉 실시간 검측 방법으로 변압기 운전 상태를 평가하는 데 널리 활용되고 있습니다. 이 기술을 통해 변압기 본체, 저유탱크, 부싱, 냉각기 및 제어 회로 등에서 발생하는 다양한 비정상적인 온도 상승과 이상 현상을 효과적으로 식별할 수 있습니다.

변압기 본체는 코어, 권선, 유탱크, 절연유 등으로 이루어져 있으며, 구조가 크고 내부 유로가 복잡하여 내부 결함을 직접 파악하기는 어렵습니다. 그러나 적외선 열화상 기술은 누설 자속에 의해 발생하는 국부적인 과열과 같은 외부 이상 현상을 효과적으로 감지할 수 있습니다. 일반적인 과열 결함은 열화상 이미지상 명확하게 시각화되어 나타나며, 이를 통해 결함 분석 및 경보 판단이 가능합니다.

2. 변압기 부싱 결함 감지

변압기 부싱은 고전압 및 저압 리드선을 변압기 내부에서 유탱크 외부로 연결하는 절연 부품입니다. 이 부싱은 리드 선과 접지 간의 절연을 제공할 뿐 아니라, 도체를 고정하고 연속적인 부하 전류를 전달하는 역할을 합니다.

부싱은 구조에 따라 정전용량형(capacitive), 유충전형(oil‑filled), **자기질형(porcelain)**으로 구분됩니다. 그중 정전용량형 부싱은 도전성 도체봉, 전류 균등화용 전극(캡시티브 스크린), 절연유, 외부 자기질 슬리브로 구성되며, 35 kV 이상의 변압기에 주로 사용됩니다. 고전압 장비이기 때문에 결함 가능성도 상대적으로 높습니다 .

적외선 열화상 기술은 다음과 같은 부싱 결함을 효과적으로 탐지할 수 있습니다:

●부싱 내부의 유체(절연유) 부족: 유충전형 부싱에서 내부 유면이 낮은 경우, 외벽에서 온도 차가 뚜렷하게 나타납니다. 공기와 기름의 열용량 차이 때문에 표면 온도 패턴에 경계가 나타나며, 이를 통해 유면 위치 이상을 식별할 수 있습니다 .

●절연체의 이상 유전 손실: 주절연 내부 결함이나 절연 열화로 인해 전류 손실이 많아진 경우, 표면 온도가 비정상적으로 상승합니다.

●접촉 불량 또는 고저항 접합: 도체봉 또는 접속부의 느슨하거나 산화된 접점은 국소적인 과열을 유발하며, 열화상에서는 다른 부분보다 현저히 높은 온점으로 나타납니다 .

일반적으로 부싱 결함은 열화상 이미지상에서 뚜렷한 온도 이상으로 시각적으로 표현되며, 이는 실시간 감시와 조기 알람경보에 유용합니다.

3. 전류 변압기 결함 감지

전류 변압기는 1차 계통과 2차 계통을 연결하는 핵심 장치로, 고전압 및 대전류 신호를 측정 및 보호를 위해 저전압·저전류로 변환합니다. 전력 시스템에는 수많은 전류 변압기가 설치되어 있으며, 이들의 성능은 전력 공급 시스템의 신뢰성에 직접 영향을 미칩니다.

절연 매체 유형에 따라 전류 변압기는 오일충전형 정전용량 방식(oil‑filled capacitive), SF₆ 가스 절연형, 그리고 고체 절연형으로 구분되며, 보통 35 kV 이하의 전압 적용에 적합합니다. 그중에서도 오일충전형 정전용량 방식이 가장 널리 사용되며, 구조는 1차 도전 회로, 정전용량형, 절연유, 2차 권선, 외부 자기질 셸 등으로 구성됩니다.

열화상 검출 기술은 다음과 같은 전류 또는 전압 관련 열 결함을 효과적으로 파악할 수 있습니다:

●1차 단자 과열: 고전류 흐름이나 접촉 불량 등으로 인해 단자 부위에 과도한 열이 발생합니다.

●절연 손실로 인한 온도 이상: 내부 절연체의 열화나 유전 손실이 발생할 경우, 변압기 외부 표면에서 비정상적인 온도 상승을 감지할 수 있습니다.

또한, 과거 온도 데이터를 기반으로 기술이 온도 변화 추세 분석을 지원하므로, 설비의 이상 상태를 직관적으로 평가하고 신뢰도 높은 운영 상태 판단이 가능합니다.

이와 같은 방식은 전력 설비 전반에서 열화상 기반 자동화 감시 및 결함 진단에 널리 활용되고 있으며, 이는 전력 시설의 지속 가능한 유지보수에 중요한 기술임이 입증되었습니다.

4. 전압 변압기(VT) 결함 감지

전압 변압기는 전력망의 1차 계통과 2차 계통을 연결하는 핵심 장치로, 고전압 신호를 표준 저전압으로 비례 변환하여 측정, 보호, 제어를 수행하는 역할을 합니다.

구조에 따라 전자기형(electromagnetic)과 정전용량형(capacitive)으로 나뉘며, 그중 정전용량형 전압 변압기(CVT)는 우수한 성능 덕분에 110 kV 이상, 중성점 접지 방식의 전력망에서 널리 사용됩니다. 해당 장비는 전압 분배용 커패시터 유닛과 전자기 유닛으로 구성되어 있어, 측정 및 보호 기능을 동시에 수행합니다.

정전용량형 전압 변압기의 과열 결함과 열화상 감지

정전용량형 VT는 고전압 환경에서 작동하기 때문에 내부 오일 손실, 절연 재료 열화, 구조적 결함 등으로 인해 비정상적인 내부 발열이 발생할 수 있습니다. 이러한 결함은 외부 열화상 검사를 통해 다음과 같이 감지할 수 있습니다:

●오일 손실로 인한 내부 과열: 커패시터 단에서 절연체가 열화되면 온도가 상승하며, 정격 대비 2~6도 이상의 온도 차이가 생기면 결함 가능성이 높습니다.

●외부 열화상으로 감지 가능한 내부 이상 열 영역: 예를 들어 220 kV급 VT에서 외벽 온도 차가 4.4 도에서 6.4 도까지 상승한 사례가 있으며, 이는 오일 손실의 원인으로 인한 직접적인 단서가 됩니다 .

●비교를 통한 이상 탐지: 동일 상간 또는 동일 설비간의 온도 분포 비교로 비정상 패턴(emerging hotspots)을 식별할 수 있습니다.

5. SF₆ 가스 누설 감지

육불화황(SF₆) 가스는 현재 파워 유틸리티 전기 장치에서 가장 널리 사용되는 절연 및 아크 소호 매체로, 변압기, 부싱, 차단기, 계전기, 개폐기 등 주요 장치에 광범위하게 적용되고 있습니다. 이러한 장치들은 변전소에서 중요한 역할을 하며, 누설이나 결함이 발생할 경우 전력망의 안정적인 운영에 큰 지장을 초래할 수 있고, 심할 경우 장비 손상으로 이어질 수 있습니다.

기존의 SF₆ 가스 누설 감지 방법(예: 스니퍼나 비눗방울 테스트)은 가스 누설의 존재 여부는 확인할 수 있으나, 정확한 누설 지점을 찾는 데 어려움이 있습니다. 더욱이 이러한 방법은 번거롭고 효율성이 낮으며, 복잡한 환경에서는 신뢰성이 떨어집니다.

이에 비해, 휴대용 열영상 가스 리크 검출 카메라(OGI)는 고감도 및 고공간 해상도를 특징으로 하는 비냉각 적외선 감지 기술을 기반으로 SF₆ 가스 누설을 시각적으로 관찰할 수 있게 해줍니다. 이 기술은 비접촉식, 원거리, 실시간으로 누설 지점을 정확히 파악하고 누설량을 평가할 수 있으며, 직관적인 열화상 영상을 제공합니다. 이를 통해 감지 효율과 정확도를 크게 향상시키고, 작업 과정을 단순화하며, 가스 누설로 인한 안전 및 경제적 위험을 최소화할 수 있습니다.이 외에도 열화상 기법은 Capacitive VT와 함께 PTZ 기반 RGB‑T 캡처 및 AI 분석 기술을 통해 자동화된 결함 탐지를 지원하며, 정밀한 열 이상 패턴 분류를 가능케 합니다.

6. 차단기 고장 감지

차단기는 전력 시스템에서 가장 중요한 개폐 장치 중 하나로, 정상적인 운전 조건에서는 회로를 개폐하고, 고장 발생 시에는 단락 전류를 차단하는 역할을 합니다. 따라서 차단기의 성능은 전력망의 안전성과 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다.

차단기는 사용되는 아크 소호 매체에 따라 SF₆(육불화황), 유입식(기름), 진공 차단기로 분류됩니다. 이 중 SF₆ 차단기는 우수한 절연성과 아크 소호 특성으로 인해 가장 널리 사용되고 있습니다. SF₆ 차단기는 일반적으로 본체, 전압 균등용 콘덴서, 조작 기구, 제어 회로 등으로 구성됩니다. 고전압 차단기의 정기 점검에는 적외선 감지 기술이 주로 활용되어, 전류로 인한 과열 결함을 식별하는 데 사용됩니다.

예를 들어, 도자기 기둥형 차단기를 보면, 이 차단기의 본체는 아크 소호실, 지지용 도자기 절연병, 전달 기구로 구성됩니다. 적외선 열화상 기술을 활용하면 다음과 같은 일반적인 과열 결함들을 효과적으로 감지할 수 있습니다:

●외부 단자 과열: 열화상 이미지에서 전원 단자 주변을 중심으로 국부적인 고온 영역이 나타나며, 이는 단자 볼트의 풀림이나 접촉면 산화로 인한 접촉 불량이 주된 원인입니다.

●아크 소호실 말단의 이상 온도: 열화상에서는 상단 캡이나 하단 플랜지 주변에 과열이 나타나며, 이는 주접점, 부접점, 중간 접점 등의 접촉 불량에서 기인합니다.

●애자 슬리브 표면의 국부적 이상 온도: 특정 영역의 온도가 약간 상승하며, 유사 장비와 비교해 온도 차가 크지 않습니다. 이는 오염물 축적이나 미세한 균열 등이 원인일 수 있습니다.

●계전기의 이상 온도: 보통 2차 회로의 접촉 불량 또는 단선으로 인해 발생하며, 적외선 감지를 통해 이러한 온도 이상 현상을 신속하게 포착하고, 고장 진단에 도움을 줄 수 있습니다.

 GIS(Gas Insulated Switchgear, 가스 절연 개폐 장치)는 고전압 전기 부품(변압기 제외)을 주회로 연결 방식에 따라 금속 외함 내에 집약하고, 절연 매체로 육불화황(SF₆) 가스를 사용하는 기술입니다. 이 장치는 구조가 compact하며, 신뢰성이 높고 유지보수가 적어, 중·고압 변전소에서 널리 사용됩니다.

가동 운전 중인 GIS 장치의 이상 온도 상승은 적외선 열화상 감지 기술을 통해 효과적으로 식별할 수 있습니다. 일반적인 결함으로는 전도 회로 단자 과열 및 금속 부속품 과열이 있으며, 이는 전류에 의한 열 손실로 인해 발생하는 전형적인 문제입니다. GIS 탱크는 일반적으로 금속 전도 회로, 볼 형태의 절연체, SF₆ 가스, 금속 외함 등으로 구성되어 있으며, 이러한 부품에 이상이 생길 경우 열화상 이미지를 통해 정확한 발열 위치를 파악할 수 있습니다.

기타 흔한 열 이상 결함으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

●GIS 리드아웃 부싱의 표면 오염으로 인한 과열

●단자 접속부 접촉 불량으로 인한 과열

●벽 부싱의 구조나 차폐에 의해 발생하는 와류 손실에 따른 과열

이러한 다양한 열 결함은 3상 간의 횡단 온도 비교를 통해 초기 평가가 가능하며, 현장 진단에 도움을 줍니다. 적외선 감지 기술은 GIS 장치의 상태 평가와 잠재 위험 요소 식별에 중요한 역할을 합니다.

8. 격리 스위치 고장 감지

차단 스위치는 고전압 개폐 장치 중 가장 널리 사용되는 종류 중 하나로, 장비 유지보수나 시스템 운전 모드 전환 시 관련 전기 장치를 안전하게 전원으로부터 격리하는 역할을 합니다. 차단 스위치는 일반적으로 전도 회로, 기둥 절연체, 조작 기구로 구성됩니다. 차단 스위치는 잦은 동작과 여러 개의 전도 단자를 가지고 있기 때문에 과열 발생 확률이 비교적 높아, 열화상 감지가 작동 상태 모니터링에 특히 중요합니다.

전도 회로는 일반적으로 기둥 절연체에 의해 베이스에 고정되어 있으며, 주요 부품으로는 조작용 도자기 절연병에 의해 움직이는 가동 접점과 전도봉, 고정된 부동 접점, 버스바 또는 기타 장치와 연결되는 단자가 있습니다. 구조가 복잡하고 단자가 많기 때문에 전도 회로에서는 다음과 같은 결함이 자주 발생합니다:

●220kV 격리 스위치의 부동 접점 부드러운 단자에서 온도가 130°C를 초과하는 경우가 많으며, 이는 접촉 불량이 주 원인입니다.

●110kV 격리 스위치의 전원 스트립 상(phase) 간 온도 차이가 15K 이상일 때가 있는데, 이는 주로 단자 볼트의 느슨함이나 산화 때문입니다.

●격리 스위치의 여러 전도 단자 간에 불안정한 저항이 발생하여 전류에 의한 과열을 유발할 수 있습니다.

기둥 절연체와 관련해서는, 적외선 감지가 표면 오염과 균열 같은 절연 결함으로 인한 국부적 온도 상승을 효과적으로 인식할 수 있습니다. 이는 구조적 응력이나 노화 때문일 수 있습니다. 적외선 열화상 기술은 비접촉 실시간 감지 수단으로서 격리 스위치의 고장 경고 및 정밀 유지보수에 중요한 역할을 합니다.

9. 피뢰기 고장 감지

피뢰기는 전력 시스템에서 운전 중 발생하는 과전압이나 낙뢰로 인한 과전압을 제한하여 전기 장치를 보호하는 역할을 합니다. 현재 금속 산화물 피뢰기가 빠른 응답 속도, 낮은 잔류 전압, 높은 전류 용량 덕분에 다양한 전압 등급의 전력망에서 널리 사용되고 있습니다.

실제 운전 시 피뢰기는 내부에 습기가 침투하면서 고장이 발생하는 경우가 많습니다. 특히 제조 공정 불량이나 밀봉 상태 불량으로 인해 빗물이나 습기가 쉽게 피뢰기 내부로 들어가면 절연 성능이 저하되어 부분 방전 또는 절연 파괴가 발생할 수 있습니다. 적외선 열화상 기술은 비접촉식 실시간 감지가 가능하여, 습기 침투 초기 단계에서 온도 이상을 인식할 수 있어 조기 위험 감지가 가능합니다.

피뢰기에 습기가 침투하면 내부 누설 전류가 증가하여 국부적인 과열이 발생하며, 이는 열화상에서 전압으로 인한 발열 특성을 가진 국소적 온도 상승으로 나타납니다. 이러한 경우 적외선 감지는 피뢰기의 운전 상태 평가와 고장 경고에 중요한 역할을 하여, 유지보수 담당자가 잠재적 결함을 신속하게 식별할 수 있도록 돕습니다.

10. 송전 장비 결함 진단

송전선로는 주로 기초 지주대, 철탑, 도체, 낙뢰선, 절연체, 부속품, 접지 장치 등으로 구성됩니다. 절연체의 표면 오염이나 균열과 같은 열화는 절연 성능 저하를 심각하게 초래할 수 있습니다. 제로 값 또는 저값 절연체가 존재하면 절연체 파손으로 인한 송전선로 차단 사고 위험이 증가합니다. 압착 튜브가 도체와 접촉 불량일 경우 도체가 과열되거나 튜브에서 빠져나와 와이어 단선 사고가 쉽게 발생할 수 있습니다.

부실한 시공이나 유지보수 품질은 부적절하게 고정된 압착 부속의 빠짐, 단자 부위의 가닥 파손, 느슨한 볼트, 직류선로에 사용되는 병렬 홈 클램프의 과열 등을 초래하여 송전선로의 운전 안전을 위협하거나 강제 정전을 유발할 수 있습니다.

열화상 카메라는 열화된 절연체, 접지선, 클램프 및 기타 연결 부속품에서 발생하는 열 위험을 식별할 수 있습니다. 특히 듀얼 스펙트럼 PTZ PC2는 360도 AI 검사 순회를 수행할 수 있으며, 휴대용 열화상 점검 장비와 함께 사용하여 클램프, 접합부, 절연체 등 주요 부품을 실시간 모니터링할 수 있습니다. 온라인 절연체 탐지, 클램프 탐지, 케이블 단자 탐지 등 주요 부품의 핵심 모니터링은 점, 선, 박스 등의 도구를 통해 온라인으로 구성되어 실시간 고온 경고 및 정확한 고장 위치 파악이 가능하게 합니다. 이를 통해 송전선로의 안전한 운전을 보장할 수 있습니다.

11. 전력 케이블 온도 모니터링

전력 케이블은 전력 시스템에서 전기 송전에 사용되는 중요한 부품입니다. 일반적으로 도체(또는 전도성 심선), 절연층, 차폐층, 충진층, 내부 보호층, 그리고 아머층으로 구성됩니다. 열화상 감지 기술은 케이블 운전 중 발생하는 다양한 결함을 효과적으로 인식할 수 있으며, 여기에는 단자 부위 과열과 같은 전류 유도 열 결함뿐만 아니라 습기 침투 및 절연 열화와 같은 전압 유도 열 결함도 포함됩니다.

최근에는 듀얼 스펙트럼 열화상 카메라(일명 듀얼 스펙트럼 큐브 카메라)가 케이블 운전 모니터링에 널리 사용되고 있습니다. 이러한 장치는 소형으로 케이블 트렌치나 덕트와 같은 협소한 공간에 설치하기 용이합니다. 다수 지점에 배치되어 전력 케이블의 온도 변화를 실시간으로 모니터링하며, 다단계 고온 경보 기능을 제공합니다. 온도 추세 분석과 실시간 경보를 통해 잠재적인 결함을 사전에 감지하여 사고 발생 확률을 크게 줄이고 전력 공급 시스템의 운영 및 유지보수 효율성과 안전성을 향상시키는 데 기여합니다.

송전선로 구역 내 산불은 예측 불가능하고 무작위로 발생하여 짧은 시간 내에 큰 피해를 초래합니다. 따라서 해당 감시 구역에서 산불을 신속하게 감지하고 진압하는 것이 최우선 과제 입니다. 송전선로 구역 내 산불을 완전히 예방하는 것은 불가능하다고 판단되므로, 이상적인 해결책은 화재 감지 시간을 단축하고 화재 확산 및 악화를 방지하는 것입니다.

열화상 듀얼 스펙트럼 산불 감시는 가장 직접적이고 효과적인 방법입니다. 초기에는 인력에 의한 산불 감시가 활용되었고, 이후 카메라 모니터링으로 발전하여 시각적인 방법으로 상황을 직접 관찰하는 데 중점을 두었습니다. 그러나 인간의 눈 피로, 시각 정보 과다 등의 문제로 인해 영상 모니터링은 종종 본래의 목적을 달성하지 못하고, 사후 기록 조회에 그치는 경우가 많습니다. 일부 문제 해결에는 도움이 되지만, 우리의 주된 목표는 이상 상황 발생을 사전에 차단하는 것입니다. 이를 위해서는 시각 모니터링의 한계를 극복해야 하며, 열화상 듀얼 스펙트럼 산불 감시 및 경보 기술을 도입하여 머신 비전과 인공지능을 활용한 예방 시스템을 구축함으로써 24시간 효과적인 감시를 보장할 것입니다.

13. 변전소 주변 보호

열화상 기술은 변전소 주변 보안 감시에 적용되어 안전 보호 능력과 감시 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 열화상 카메라는 낮과 밤, 모든 기상 조건에서 주변 침입 대상을 선명하게 탐지 및 식별하여 24시간 실시간 감시를 가능하게 합니다.

열화상 기술은 변전소 주변 보호에 전례 없는 신뢰성과 지능성을 부여합니다. 이는 모든 날씨 조건에서 고정밀 모니터링을 수행하며, 지능형 인식 및 조기 경보 메커니즘과 결합되어 변전소의 보안 관리를 보다 효율적이고 정밀하며 능동적으로 만듭니다. 이를 통해 인건비 절감과 안전 위험 감소는 물론 전력 설비의 운전 안전성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

14. 전력 배전실 내 전기 캐비닛 모니터링

데이터 센터 내 전력 배전실에서는 열화상 모니터링 장치를 핵심 전기 캐비닛에 설치하여 전기 접점, 스위치, 접속부 등 주요 부품을 24시간 실시간으로 감시할 수 있습니다. 과부하 운전이나 접촉 불량으로 인한 비정상적인 과열이 발생할 경우, 시스템이 온도 이상을 신속히 감지하고 즉시 운영·유지보수 담당자에게 경보를 전송합니다. 이를 통해 빠른 대응과 신속한 고장 처리가 가능해져 전기 시스템의 안전성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

전력망 열화상 카메라의 장점

●비접촉·안전 진단: 적외선 열화상 기술은 접촉 없이 먼 거리에서도 장비 상태를 빠르고 정확하게 진단합니다. 실시간 온라인 모니터링이 가능해 장비 운전에 영향을 주지 않습니다.

●2직관적 영상 및 정확한 고장 위치 확인: 전자기 간섭에 강하며, 고온 부위를 자동으로 탐지해 고장 지점을 명확히 표시합니다. 결함의 종류, 위치, 심각도를 정성·정량적으로 평가할 수 있습니다.

●운전 상태 추세 분석과 조기 경고: 온도 변화를 주기적으로 기록해 추세를 분석합니다. 비정상 고온 위험을 조기에 발견하고, 유지보수와 고장 예방에 필요한 경고를 제공합니다.