전로 절연내력 시험

왜 배우는가: 전로 절연내력 시험은 설비를 준공하거나 증설·변경한 뒤 전로의 절연 성능을 확인하는 기본 시험이다. 감전과 누전화재를 막는 핵심 안전 절차이므로 설계기준과 사용전검사에서 반복해 출제된다. 시험전압과 시험 방법을 정확히 알아야 답안에서 감점이 없다.

출제 이력: 제130회 2교시 1번, 제102회 4교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

전로 절연내력 시험은 전로(충전부)와 대지 사이, 또는 충전부 상호 사이에 규정된 시험전압을 일정 시간 가해 절연이 파괴되지 않는지 확인하는 시험이다.

전로의 충전부와 대지 사이, 충전부 상호 사이에 규정 시험전압을 10분간 가하여 절연파괴 없이 견디는지 확인하는 시험

핵심 키워드

• 절연내력 시험
• 시험전압
• 대지전압
• 충전부와 대지 사이
• 상호 간 절연
• 누설전류
• 운전 중 절연 확인

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 전선과 기기에 평소보다 높은 전압을 한동안 걸어 보아 절연이 버티는지 시험하는 것이다. 절연저항 측정은 낮은 직류전압으로 저항값을 읽는 방식이고, 절연내력 시험은 상용주파수 교류 시험전압을 가해 절연 강도를 직접 확인한다는 점이 다르다.

정식 정의는 다음과 같다. 전로의 전선 상호 간 및 전로와 대지 사이에 시험전압을 가하여 그 절연 강도를 확인하는 시험을 말한다. 시험전압은 사용전압의 종류와 크기에 따라 정해지며, 시험 중 절연파괴가 없어야 적합으로 판정한다.

절연내력은 절연체가 파괴되지 않고 견디는 전압의 크기를 뜻한다. 시험전압은 절연내력 시험에서 가하는 전압으로, 사용전압의 배수 또는 최저값으로 규정된다.

누설전류는 시험 중 절연체를 통해 흐르는 미세한 전류다. 누설전류가 과도하게 증가하면 절연이 열화된 것으로 본다.

상용주파수는 전력계통의 교류 주파수(국내 60Hz)를 말한다. 절연내력 시험에서는 이 주파수의 교류전압을 가한다.

충전부는 평소 전압이 걸려 있는 도체 부분이다. 대지는 접지된 기준 전위 면이다.

3. 등장 배경과 필요성

전기설비는 시공 과정에서 전선 피복 손상, 접속 불량, 습기 침입 등으로 절연이 약해질 수 있다. 이런 결함을 사용 전에 찾지 못하면 누전, 감전, 화재로 이어진다. 절연내력 시험은 준공 전에 이 결함을 확인하는 최종 관문 역할을 한다.

절연저항 측정만으로는 고전압에서 나타나는 절연 결함을 찾기 어렵다. 그래서 절연저항 측정과 절연내력 시험을 함께 쓰는 것이 원칙이다. 두 시험은 확인하는 대상과 판정 방법이 다르므로 답안에서 구분해 적어야 한다.

전로 단위로 시험하는 이유는 여러 기기가 연결된 상태에서 한꺼번에 절연을 확인하기 위함이다. 기기 단위 시험은 제조 단계의 인증 절차에서 주로 쓰인다.

운전 중인 설비에서 절연을 확인해야 하는 상황도 생긴다. 정전이 어려운 설비는 전원을 끊지 않고 누설전류로 절연 상태를 판단하는 방법을 쓴다. 이 내용은 4교시 문제와 직접 연결된다.

전기설비의 절연 기준은 시대에 따라 바뀌어 왔다. 현행 기준은 한국전기설비규정(KEC)이 적용되며, 시험 방법과 판정 기준은 KEC 기준으로 정리해 두어야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

절연내력 시험은 전로나 기기의 충전부와 대지, 또는 충전부 상호 간에 규정된 시험전압을 가하여 절연이 절연파괴 없이 견디는지 확인하는 시험이다. 절연저항 시험이 직류 전압으로 절연의 저항값을 재는 것과 달리, 절연내력 시험은 사용 전압보다 높은 전압으로 절연의 강도를 직접 확인한다.

시험 장치는 시험전압을 만드는 전원, 전압계, 누설전류를 재는 계측부, 이상 시 전원을 끊는 보호장치로 구성된다.

표의 장치는 각각 역할이 분명하다. 누설전류계와 자동 차단 장치가 있어야 절연파괴 순간 기기를 보호하고 원인을 기록할 수 있다.

절연물에 전압을 가하면 정상 상태에서는 극히 작은 누설전류만 흐른다. 절연이 약해지면 누설전류가 급격히 늘고 결국 파괴된다. 그래서 시험은 전압을 규정값까지 올린 뒤 일정 시간 유지하며 누설전류의 증가와 파괴 여부를 보는 방식으로 이루어진다.

시험전압 V_t는 최대사용전압 V_m에 배율 k를 곱해 정한다.

$V_t = k \cdot V_m$

여기서 V_t는 시험전압(V), V_m은 최대사용전압(V), k는 전로 또는 기기별 배율이다. 예를 들어 최대사용전압 220V 저압 전로에 관련 기준이 정한 배율 k를 적용하여 계산한다. 저압 전로에는 최저 전압 하한이 따로 있으므로 그 하한과 비교해 큰 값을 시험전압으로 정한다.

절차는 다음과 같다.

• 시험 대상 전로를 전원에서 분리하고 무전압을 확인한다.
• 시험 대상 외 기기와 접지 연결을 분리하고 시험 구간을 구획한다.
• 시험 회로를 구성하고 전압계와 누설전류계의 지시를 점검한다.
• 전압을 서서히 올려 규정 시험전압까지 인가한다.
• 규정 시간 동안 전압을 유지하며 누설전류와 이상 유무를 확인한다.
• 전압을 낮추고 충전된 전하를 방전한 뒤 회로를 원상 복구한다.
• 시험 결과를 기록하고 판정한다.

시험 중 누설전류가 설정 한도를 넘거나 절연이 파괴되면 불합격으로 판정한다.

시험전압을 급격히 인가하면 과도 전압으로 정상 절연까지 손상될 수 있다. 따라서 승압은 단계적으로 하고, 시험 구간에는 작업자 접근을 막는다.

5. 관련 법령·기준·표준

절연내력 시험의 기준은 한국전기설비규정(KEC, 2021-01-01 시행)이 기본이다. 구 '전기설비기술기준의 판단기준'은 KEC로 대체됐다. 전로와 회전기의 시험전압은 최대사용전압에 배율을 곱해 정하고, 저압에는 최저 전압 하한이 따로 있다. 어선·소방 등 개별 기준에도 전열설비나 전선의 시험값이 있으므로 적용 대상에 맞춰 고른다.

저압 전로와 회전기는 KEC의 일반 기준을 따른다. 두 대상 모두 최대사용전압의 배율과 최저 전압을 함께 본다는 점이 핵심이다.

어선설비기준 제324조는 전열설비 절연내력 시험전압을 1,500V로 정한다. 다만 한국산업표준(KS) 또는 국가통합인증마크(KC)를 얻은 경우에는 그러하지 아니하다. 어선설비기준 제324조에는 2021년 1월 28일 개정 표시가 있다.

소방용전선 기술기준 제6조는 시험전압을 60Hz 정현파에 가깝게 인가하고 5분간 견디도록 정한다. 누설전류 설정은 50 mA다. 소방 분야 전선 시험은 전로 시험과 시험 시간이 다르므로 혼용하지 않는다.

6. 유형과 비교

전로의 절연내력 시험은 시험 대상과 시험 조건에 따라 나뉜다. 가장 기본이 되는 분류는 전로 전체 시험과 기기 단독 시험이다. 전로 전체 시험은 설비를 완성한 뒤 현장에서 수행하고, 기기 단독 시험은 제작 또는 설치 전 개별 기기에 대해 수행한다.