1. 서 론

전기설비의 사고 예방을 위해서는 전기설비의 안전성을 일정수준 이상으로 유지하기 위한 안전관리가 필요하다. 국내 전력계통을 구성하는 대규모 전기설비들의 대부분은 1980년대 중화학공업 육성정책이 시행되면서 급속도로 보급되었다⁽¹⁾. 이러한 장기간 설비사용에 따른 노후화는 전기설비의 경년열화로 인한 정전, 설비사고 등 사회적·경제적으로 파급효과가 큰 사고의 발생 가능성을 증가시킨다⁽²⁾. 이에 따라, 법정검사기관은 전기설비의 운전 신뢰성과 안전성 확보를 위한 다양한 기준들을 적용하여 검사를 수행하고 있다⁽³⁾. 더욱이, 최근 전기사업법에서 안전 관련 규정을 별도로 분리한 전기안전관리법이 제정(‘21년 4월)됨으로써 전기설비의 안전관리를 위한 법·제도가 강화되는 추세에 있다⁽⁴⁾.

정기검사는 전기안전관리법 제11조에 따라 전기설비의 운용/유지상태가 전기설비기술기준에 적합한지를 일정 주기로 수행된다. 이러한 정기검사는 정전 또는 무정전검사 방법을 바탕으로 합격/불합격으로 평가하는 2단계 관리체계를 적용하고 있으며, 각각의 검사방법을 적용하기 위한 검사업무처리방법 등이 존재한다⁽⁵⁾. 하지만, 기존의 합격/불합격의 평가방법은 설비 상태가 우수할 때의 합격과 노후된 상태일때의 합격의 구분이 어려움에 따라, 사용자의 자발적인 설비개선이 어렵다는 단점을 갖고 있었다.

이러한 문제점을 개선하고, 사용자의 자발적인 설비개선을 권고하기 위해 전기안전관리법 제17조에 따라 정기검사 시 전기설비의 등급을 지정하는 안전등급제가 시행되었으며⁽⁶⁾, 전기설비 상태를 등급화하기 위한 연구들도 지속적으로 제안되고 있다^(7-9). 기존 방법은 세분화된 평가지표를 적용하여 전기기기별 상태의 정량화를 통해 전기설비와 이를 구성하는 전기기기의 상태를 등급의 형태로 도출한다. 이러한 등급을 산출하기 위한 평가항목은 대항목과 소항목 등으로 구성되며, 각각의 가중치와 곱으로 최종 산출된다. 대항목과 소항목 단계에서 적용되는 가중치는 전기화재 원인 분석과 전문가 자문 등의 결과를 토대로 다기준 의사결정 분석(Multi-Criterial Decision Analysis, MCDA)의 일종인 계층화 분석(Analytic Hierarchy Process, AHP)을 활용하여 계량화된 수치로 도출되었다⁽⁸⁾,⁽¹⁰⁾. 하지만, 기존방법의 경우에는 정전검사 시에만 적용 가능하기 때문에 무정전검사 시에는 안전등급 도출이 제한적이었다. 한편 법정검사기관에서는 정전에 따른 사회적 기회비용을 감소시키기 위해, 전기설비의 무정전검사를 확대하기 위한 장비개발과 최적운용 방안 등의 투자와 연구를 진행중에 있다^(11-12). 따라서, 전기설비 무정전검사 시에도 설비의 상태를 바탕으로 안전등급을 도출하기 위한 연구가 필요하다.

본 논문에서는 무정전검사 시 안전등급을 도출하기 위한 평가항목 구성하고, 각각의 평가항목 가중치를 재산정하는 방안을 제안한다. 제안한 방법은 기존의 정전상태의 안전등급 평가항목 분석과 무정전검사 관련 규정을 바탕으로 무정전검사 결과 적용이 가능한 안전등급 평가항목을 구성하고, 기존의 정전상태 안전등급제 항목들의 가중치를 기준으로 가중치 계수를 재산정한다. 또한, 제안한 방법은 PC 및 태블릿 등 사용자가 쉽게 접근 가능한 웹 기반 소프트웨어로 개발되었으며, 실제 전기설비 현장 검사 데이터를 기반으로 무정전상태의 안전등급 적용사례를 제시하고자 한다.

2. 정전상태의 전기설비 안전등급제

그림 1은 정전검사 결과 데이터를 바탕으로 전기설비 안전등급을 도출하기 위한 평가 체계를 나타낸다. 전기설비의 안전등급을 도출하기 위한 평가 단계는 대항목, 소항목, 세부항목으로 구성된다. 대항목은 전기설비를 구성하는 전기기기들로 나타내며, 전선로, 개폐기, 변압기 등으로 구성할 수 있다. 또한 이러한 각각의 전기기기들의 평가항목은 기기 상태에 영향을 줄 수 있는 내·외부 요소를 구분하여 평가하기 위해 전기적요인과 환경적요인으로 분류할 수 있으며, 각 요인별로 외관검사, 동작시험 등으로 구성된 소항목으로 분류할 수 있다. 이때, 각 소항목별 별도의 세부항목들을 구성하여 세분화된 평가지표를 기반으로 전기설비의 안전등급을 평가하게 된다. 전기적요인은 외관검사, 접지저항측정, 절연내력 시험 등 기술기준 기반의 평가지표 항목을 마련하였으며, 환경적요인은 사용기간, 부하율, 전기안전관리자의 안전관리 상태, 점검기록·보존 등 설비 상태에 영향을 미치는 외부 요소들을 기반으로 평가지표 항목을 구성하였다.

그림 1 전기설비 안전등급제 평가 구조

Fig. 1 Assessment structure of electrical facilities safety class system

그림 2는 전기설비의 안전등급 평가 방법 예시를 나타낸다. 설비의 안전등급 평가하기 위해서는 먼저 기기별 안전등급(Sk)을 산출한다. 이를 위해, 세부항목들의 평균으로 계산되는 전기적요인의 소항목들 점수(EL)와 환경적요인의 소항목들 점수(EN)를 각각 계산한다. 이후, 전기적요인과 환경적요인을 구성하고 있는 소항목의 점수와 소항목별 가중치(WEL/WEnv)를 가중평균하면 전기적요인 점수(Elec)와 환경적요인 점수(Env)가 각각 산출되며, 산출된 전기적요인 점수(Elec)와 환경적요인 점수(Env)에 다시 요인별 가중치를 반영하여 기기별 상태를 정량적으로 나타낼 수 있는 안전등급 점수(Sk)를 산정하게 된다. 이때, 최종적으로 구성기기들의 안전등급 점수와 기기별 가중치를 가중평균하여 수전설비의 상태를 종합적으로 평가한 종합 안전등급을 도출한다.

그림 2 전기설비 안전등급 평가 방법 예시

Fig. 2 Example of the assessment method for electrical facilities safety class

표 1은 종합 안전등급 평가결과에 대한 점수별 분류기준을 나타낸다. 전기설비의 안전등급은 평가점수에 따라 A등급부터 E등급까지 총 5개의 등급으로 분류가 가능하다. 평가결과가 90점 이상으로 산출되는 경우 A등급으로 해당 설비의 안전관리가 철저하다고 판단하여 기존 3년인 점검주기를 1년 연장하는 인센티브를 부여하고 있으며, 80점 이상인 경우와 70점 이상인 경우 각각 B등급과 C등급을 부여하여 별도의 인센티브 없이 기존의 검사주기를 유지하여 3년마다 안전등급 평가를 수행하게 된다. 또한, 70점 미만인 경우 요주의 대상 설비로 D등급을 부여하며, 설비 관리 강화를 위해 검사주기를 1년 단축하는 강화된 안전관리 방식을 적용한다. 마지막으로 기기별 검사항목 중 하나라도 부적합 판정을 받는 경우에는 즉시 개보수가 필요한 상태임에 따라, 다른 전기기기의 평가결과와 관계없이 E등급으로 최종 산정되며, 사용자의 경우에는 법정 기한 내에 개보수 후 재검사를 수검 해야 한다. 이러한 전기설비의 상태에 따른 등급화는 사용자의 안전관리에 있어 상태별 맞춤관리를 위한 지표로 활용될 수 있으며, 전기화재 예방 및 안정적인 운영을 위한 안전관리의 효율성을 향상에 기여할 수 있다. 하지만, 안전등급을 도출하기 위한 기존연구는 평가항목이 정전검사 기법을 기반으로 구성되었다. 따라서, 기존연구는 무정전검사를 위한 검사기법을 적용하여 안전등급을 산출하는데 제한적이다.

3. 무정전상태의 안전등급 적용방안

제안한 방법의 목적은 무정전검사 시 안전등급을 도출하기 위한 평가항목 구성과 가중치 산정 방안을 제시함으로써 전기설비의 안전성 확보에 기여하는 것이다. 기존 정전기반 안전등급제는 AHP를 기반으로 전문가를 통해 평가항목과 가중치가 도출되었다. 제안한 방법의 평가항목은 정전상태의 안전등급제 구조를 준용하였으며, 무정전검사기법을 반영하여 재구성하였다. 상세한 무정전 상태에서의 제안한 안전등급 적용방안은 다음 절에서 설명한다.

3.1 정전상태 안전등급 평가항목 기반 무정전 안전등급 평가 대체항목 도출

기존 정전상태 기반의 안전등급 평가항목은 무정전상태의 검사결과로 평가가 가능한 항목과 불가능한 항목으로 구분할 수 있다. 전자의 경우 기존의 정전기반 안전등급 평가항목을 무정전 안전등급 평가항목으로 준용할 수 있지만, 후자의 경우에는 무정전검사 기법을 적용한 신규 평가항목 도출이 필요하다. 서론에서 언급하였듯이 법정검사기관은 정전/무정전검사업무 처리방법을 운영중에 있으며, 각각의 정전검사 기법을 무정전검사 기법으로 대체할 수 있다. 이에 따라, 제안한 방법은 무정전검사 업무처리방법과 무정전검사 장비 매뉴얼을 복합적으로 반영하여 평가항목을 재구성하였다^(13-14). 무정전검사 업무처리방법과 무정전검사 장비 매뉴얼에서는 무정전검사 방법과 판단 기준, 측정 대상설비 등에 대해 규정하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 기존의 정전기반 안전등급 평가항목 준용하여, 정전상태의 평가항목들을 무정전상태의 평가항목으로 대체하였다.

그림 3은 정전검사 평가항목 중 무정전검사로 대체 가능한 평가항목을 나타낸다. 무정전검사로 대체 가능한 정전검사 항목을 도출한 결과 총 7개의 항목이며, 외관검사, 절연저항 측정검사, 절연유 시험·측정, 절연내력 시험, 계측장치 설치상태, 전선로 검사, 접지저항 측정이 해당된다. 이때, 각각의 정전검사 항목은 8개의 무정전 검사 항목(적외선 열화상 검사, 자외선 코로나 검사, 부분방전 검사, 피뢰기 누설전류측정, 절연유 가스분석, 전원품질 측정, 활선 접지저항 검사, 과도 접지저항 측정)으로 대체하였다. 정전상태의 안전등급 평가항목 중 그림 3에 정의된 정전검사 항목에 대해서만 무정전상태의 안전등급 평가항목으로 대체 가능하며, 이는 안전등급 평가가 가능한 모든 전기설비에 공통적으로 적용되어 정전상태의 안전등급 평가항목을 재구성하게 된다. 단, 정전상태 기반의 평가항목 중 외관검사의 경우 정전/무정전상태 상관없이 동일한 조건으로 평가가 가능하기 때문에 기존 정전 기반 안전등급제에서 도출된 평가항목은 유지하고 외관검사를 대체할 수 있는 적외선 열화상 검사와 자외선 코로나 측정 항목을 별도로 추가하는 방안을 적용하여 무정전검사 기반의 안전등급제 검사항목을 구성하였다.

그림 3 무정전검사 대체 가능 항목

Fig. 3 Replaceable items of uninterruptible inspection

3.2 평가항목의 가중치 산정

3.1절과 같이 안전등급 평가항목을 대체하는 경우 1개의 정전검사 항목이 1개 이상의 무정전검사 항목으로 대체된다. 이때, 무정전검사 항목은 그림 3에 나타난 8개의 무정전검사 항목을 기반으로 대체되기 때문에 동일한 평가항목이 여러 개 존재하게 된다. 더욱이, 이와 같이 평가항목이 변화됨에 따라 항목별 중요도가 변화하기 때문에 가중치에 대한 재산정 과정이 필수적으로 수반되어야 한다.

무정전상태의 안전등급제 평가항목 구성을 위해, 본 논문에서는 검사항목 대체 시 평가항목 중복 방지와 적정 가중치 재산정 방안을 도출하였다. 이를 위해 무정전검사로 대체되는 항목들은 별개의 소항목으로 분류하고, 중복되는 평가항목들의 가중치를 결합하는 방법을 적용하였다. 그림 4는 제안한 방법에 적용한 가중치 재산정 방법의 일부를 나타낸다. 그림 4와 같이, 설비 A의 평가항목을 정전상태에서 무정전상태의 안전등급제 평가항목으로 대체할 경우, 정전상태의 안전등급제 평가항목이 절연저항 측정, 외관검사, 절연이격거리 등으로 구성되어있을 때, 무정전검사로 대체 가능한 항목은 절연저항 측정, 외관검사 등 2개 항목이다. 우선, 절연이격거리 항목의 경우 무정전상태에서도 동일하게 확인 가능하여 유지되는 항목으로 정전상태와 무정전상태 모두 0.26의 가중치를 적용받으며, 절연저항 측정의 경우 무정전검사로 대체 후 항목 수가 1개에서 3개로 증가하여 기존 0.6의 가중치가 0.2씩 분배된다. 또한, 외관검사의 경우 무정전검사로 대체 후 항목 수가 5개에서 7개로 증가하여 기존 0.14의 가중치가 0.02씩 분배되며, 기존 외관검사 5개 항목들은 총 0.1의 가중치를 적용받는다. 이를 기반으로 최종 도출된 무정전검사 항목 구성 시에는 부분방전, 적외선 열화상, 자외선 코로나 검사 등 중복되는 평가항목의 가중치는 결합하여 별개의 소항목으로 분류하며, 기존 검사항목을 유지하는 외관검사와 절연이격거리 항목은 각각 0.1과 0.26의 가중치를 적용함으로써 무정전검사 기반의 안전등급제 검사항목의 가중치를 재산정하였다.

그림 4 무정전상태의 안전등급 평가항목의 가중치 재산정 방안

Fig. 4 Weight recalculation of uninterruptible safety class evaluation items

3.3 무정전상태의 안전등급 평가 체계

그림 5는 무정전상태의 안전등급 평가를 위한 체계를 나타낸다. 무정전상태의 안전등급을 도출하기 위한 평가 체계는 대항목, 소항목, 세부항목으로 구성하였다. 대항목의 경우 무정전검사를 위한 검사기법의 변화가 검사대상 설비의 변동을 초래하지 않고, 기존 정전검사 기반 안전등급제에서 도출된 설비의 중요도에 영향을 미치지 않기 때문에 기존 방법과 동일하게 구성하였다. 이때, 각각의 대항목들에 대해 전기적요인과 환경적요인으로 구분하여 전기설비에 영향을 주는 내·외부 요소들을 구분하였으며, 전기적요인을 구성하는 소항목과 세부항목의 경우 정전/무정전검사의 검사기법이 상이함에 따라 무정전검사기법이 적용된 평가항목으로 재구성 하여 세부적인 평가지표를 제시하였다. 또한, 환경적요인의 경우에도 검사기법의 변화가 검사항목의 변동을 초래하지 않기 때문에 기존과 동일하게 구성하였다.

그림 5 무정전상태의 안전등급제 구성

Fig. 5 Organization of uninterruptible safety class system

표 2와 표 3은 본 논문에서 제안한 방법을 통해 정의한 무정전상태의 안전등급제 평가를 위한 전기적요인과 환경적요인의 소항목구성을 나타낸다.

표 2 전기적요인의 소항목 구성 - 무정전상태의 안전등급제

Table 2 Sub category organization of electrical element - uninterruptible safety class

Classification		Inspection item
Line	Over head	Visual inspection, Partial Discharge(PD) test, Line protector test, Infrared Ray(IR) test, Ultra Violet(UV) corona test
	Under ground	Visual inspection, Hot-line grounding resistance test, PD test, IR test, UV corona test, Metal Partial Grounding of Extra-high voltage protection device, Compliance with technical standards
Switch		Visual inspection, IR test, UV corona test, Hot-line grounding resistance test
Power fuse		Visual inspection, UV corona test
Circuit breaker		Visual inspection, IR test, UV corona test, Hot-line grounding resistance test, Air compressor device test
Metering of fit		Visual inspection, PD test, IR test, UV corona test
Lightning arrester		Visual inspection, PD test, UV corona test, Leakage current measurement, Transient grounding resistance measurement
Protective relay		Visual inspection, UV corona test, Power quality measurement
Trans former	Oil	Visual inspection, Insulating oil test, IR test, UV corona test, Hot-line grounding construction condition, Power quality measurement
	Dry	Visual inspection, PD test, Power quality measurement, IR test, UV corona test, Hot-line grounding construction condition
Switchboard		Visual inspection, IR test, UV corona test, Hot-line grounding construction condition, Insulation distance
Power condenser		Visual inspection, UV corona test, Hot-line grounding construction condition

표 3 환경적요인의 소항목 구성 - 무정전상태의 안전등급제

Table 3 Sub category organization of environment element - uninterruptible safety class

Classification	Inspection item
Common	Operating period, Load factor, Operating environment/place, Safety management

이때, 전기적요인은 본 논문에서 제안한 무정전상태의 안전등급제 적용방안을 반영하여 자외선 코로나 검사, 부분방전 검사 등 각각의 전기기기에 대해 무정전 상태에서 전기적요인을 평가할 수 있도록 소항목을 구성하였으며, 환경적요인은 사용기간, 부하율, 사용환경·장소, 안전관리 등 기기의 종류와 상관없이 공통 적으로 적용되는 4개의 공통항목으로 구성하였다.

4. 웹 기반 안전등급제 수행을 통한 유효성 검증

본 사례연구에서는 웹에서 사용 가능한 소프트웨어를 개발하여 논문에서 제안한 무정전상태의 안전등급 적용방안의 유효성을 검증하였다. 이를 위해 특정 고객설비의 정전상태/무정전상태의 검사 이력데이터를 각각 적용하여 안전등급을 평가하고 그 결과를 비교하였다.

그림 6은 안전등급제 적용 결과를 관리하는 안전등급제 플랫폼의 웹 화면이다. 플랫폼에서는 ①고객설비의 종합 안전등급 정보 제공이 가능하며, ②고객의 기본정보 및 ③전기설비구성 제공이 가능하다. 또한, ④구성기기별 안전등급 및 기본정보 등을 플랫폼으로 제공함으로써 정전상태의 안전등급제 결과와 무정전상태의 안전등급제 적용 결과 조회가 가능하며, 이러한 기능들을 기반으로 전기설비 안전등급의 효율적인 관리와 사용자의 접근성 및 활용성을 높일 수 있을 것으로 사료된다.

그림 6 안전등급제 플랫폼 웹 화면

Fig. 6 Web screen of safety class platform

웹 기반 안전등급제 평가를 위해 2000년에 최초 설치되고, 4,514kW의 수전 용량을 갖는 A 고객의 설비를 선정하였다. A 고객의 수전설비는 지중전선로, 퓨즈, 차단기, 변성기, 계전기, 변압기 등으로 구성되어 있으며, 각각의 전기기기에 대한 안전등급과 이를 구성하는 전기설비의 종합 안전등급 결과를 도출하기 위해 실제 데이터를 적용하였다. 이때, 모든 입력항목을 나타낼 수 없으므로 본 논문에서는 수전설비 중 주요 설비인 변압기를 예시로 나타내었다. 표 4와 표 5는 A 고객 설비의 구성기기 중 변압기에 대해 정전상태의 안전등급제와 무정전상태의 안전등급제 산출을 위한 평가항목과 입력데이터 일부를 나타내었다.

A 고객 변압기에 대해 정전상태의 안전등급을 평가하기 위해 전기적요인 평가항목은 외관검사, 절연저항 측정, 절연내력 시험 등의 항목을 평가하며, 환경적요인으로 운영기간, 부하량, 운영환경 등을 평가한다. 이때, A 고객의 입력데이터는 최근 수행된 검사, 진단 이력데이터를 기반으로 작성하였다.

표 5의 입력데이터는 최근 수행된 검사, 진단 이력데이터를 기반으로 작성하였으며, 이때, 무정전상태의 안전등급제 평가를 위해 외관검사, 절연저항 측정, 절연내력 시험 등의 정전검사 항목들이 적외선 열화상 검사, 자외선 코로나 검사 등과 같은 무정전검사 항목으로 대체되어 안전등급 평가를 수행하게 된다.

이와 같은 방법을 A 고객의 모든 수전설비에 적용하였으며, 이를 기반으로 기기별/종합 정전상태 안전등급과 무정전상태의 안전등급 결과를 산출하고 비교하였다. 표 6는 A 고객의 모든 구성기기에 대한 안전등급 결과를 비교하여 나타내었다.

A 고객의 기기별 안전등급은 정전검사 시 대부분의 구성기기들에서 B등급으로 나타났으며, 비교적 최근 교체가 이루어진 보호계전기의 경우 A등급으로 다른 구성기기보다 높은 등급이 산출되었다. 이때, 무정전검사의 결과도 보호계전기를 제외한 구성기기들이 B등급으로 나타나며, 정전/무정전상태 관계없이 동일한 결과를 확인할 수 있었다.

해당 고객의 구성기기 대부분은 사용연한이 약 21년으로 오래된 설비이고, 운영환경이 좋지 않은 설비이지만 주기적인 검사와 진단을 통해 유지보수 및 안전관리가 철저하여 사용연수 대비 높은 등급을 유지하고 있는 것으로 사료된다. 또한, 검사환경을 변화하여 안전등급을 수행한 결과를 비교하는 경우 무정전상태의 안전등급제 결과가 기존 정전상태의 안전등급제 결과 대비 2.7% 이내의 적은 변화율로 유사한 결과가 도출됨을 통해 본 논문에서 제안한 무정전상태의 안전등급제 산출방안이 유효함을 확인하였다.

5. 결 론

본 논문에서는 전기설비 상태의 정량화를 위한 무정전상태의 안전등급 평가 방안을 제안하였다. 이를 위해 무정전검사 결과적용이 가능한 평가항목을 구성하고, 구성항목 변화에 따른 적정 가중치를 재산정 하였다. 이때, 평가항목 구성은 무정전검사로 대체 가능한 항목에 대해서는 무정전검사 업무처리방법과 무정전검사 장비 매뉴얼을 복합적으로 반영하였으며, 평가항목별 가중치 재산정을 위해 무정전검사로 대체되는 항목 중 중복되는 평가항목의 가중치를 결합하고 별개의 소항목으로 분류하는 방법을 적용하였다.

이를 기반으로 웹으로 구현한 안전등급 평가 플랫폼을 활용하여 무정전 안전등급제를 수행한 결과 대부분에 설비가 B등급으로 나타났다. 고객설비의 사용연한이 약 21년이고, 사용 환경이 좋지 않지만 주기적인 검사와 철저한 진단을 통해 유지보수 및 안전관리가 철저하였기 때문에 비교적 상태가 우수한 결과로 도출된 것으로 사료된다. 이때, 동일한 설비에 대해 정전상태의 안전등급제 적용 시 도출되는 결과와 비교하였을 때, 모든 기기들의 평가점수가 3% 이내의 적은 오차로 나타남을 통해 논문에서 제안한 무정전상태의 안전등급 적용방안의 실효성을 확인하였다.

본 논문에서 제안한 무정전상태의 안전등급제 산출 방안을 기반으로 안전관리를 수행함으로써 현행 검사체계의 개선방향을 제시하고, 판정 결과에 따른 고객 맞춤형 전기안전정보 제공이 가능하다. 이를 통해 전력계통에서는 고객의 자발적인 시설개선을 유도함으로써 전기재해 예방과 안전성 확보, 신뢰성 제고 등이 기대된다. 다만, 제안한 방법은 안전등급제가 적용되고 있는 일부 전기설비에 국한되는 만큼 향후 연구를 통해 전력계통을 구성하는 다양한 설비에 적용 가능한 안전등급제 고도화 연구가 필요할 것으로 사료된다.