1. 서 론

배전반은 전력시스템의 중요한 설비로, 전력공급의 안정성과 효율성을 확보하는 데 필수적인 역할을 한다. 국내에서는 배전반의 수명을 일반적으로 20~30년 사이로 추정하고 있으며, 이 기간이 경과하면 위험도를 고려하여 무조건 교체하는 식의 자산관리를 진행하고 있다. 이러한 TBM (Time-Based Management) 방식은 정해진 시간을 기반으로 예방적으로 설비를 교체하는 것을 의미하며, 초기 배전반을 비롯한 전력설비를 최초 도입할 당시의 기술적 여건이 반영되었던 것으로 이러한 접근 방식이 현재까지 이어지고 있는 실정이다.

최근에는 CBM (Condition-Based Management)을 적용하여 배전반의 상태를 Monitoring하는 노력이 이루어지고 있다. 배전반의 고장을 유발할 수 있는 주요 위치에 부분방전과 온도 센서 등을 설치하여 실시간으로 신호를 Monitoring함으로써 전력설비의 상태를 감시하고 있다^[1]. 그러나 여전히 이러한 Monitoring 신호를 Inspection 및 Test 결과와 종합적으로 분석하지 않고, 미리 정해 놓은 임계값에 도달했을 때 경고를 알리는 수준에 머물러 있다. 이와 같은 관리방법은 전력설비의 실제 상태를 제대로 반영하지 못함으로써 자원낭비와 운영비용의 증가를 초래할 수 있다.

본 연구의 목적은 해외 배전반 자산관리의 사례를 조사하고, 이를 바탕으로 배전반의 위험도를 완화함과 동시에 수명을 연장할 수 있는 자산관리 방안을 제시하는 것이다. 해외의 선진 사례를 분석하여 배전반 자산관리에 적용 가능한 효율적인 전략과 기술을 탐구함으로써, 향후 국내 배전반 자산관리의 발전 방향을 제시하고자 한다. 이를 통해 배전반 자산관리의 효율성을 높이고, 전력시스템의 안정성과 신뢰성을 강화할 수 있는 전략을 제시하고자 하였다.

2. 배전반의 Component와 Major Failure

2.2 Major Failure

Major Failure는 배전반 시스템의 주요 기능에 중대한 영향을 미치는 고장으로, 신속한 대응이 이루어지지 않으면 광범위한 정전이나 전력설비의 손상을 초래할 수 있다^[3]. 본 절에서는 Major Failure를 유발할 수 있는 주요 Component인 차단기와 버스바, 그리고 케이블의 고장에 대해 다루고자 한다.

차단기는 배전반 내에서 보호 계전기로부터 신호를 받아 회로를 차단하거나 투입하는 기능을 가진 전력설비로써, 전력계통을 보호하는 역할을 한다. 차단기의 고장은 주로 기계적 결함, 전기적 과부하, 또는 노화로 인해 발생할 수 있으며, 이는 시스템 전체에 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서 차단기의 상태를 지속적으로 Monitoring하고 Inspection하며 적절한 Test를 실시하는 것이 매우 중요하다. 버스바는 전력을 여러 회로로 분배하는 데 사용되는 중요한 도체이다. 버스바의 고장은 주로 과열, 물리적 손상, 또는 부적절한 설치로 인해 발생할 수 있으며, 이는 전력 분배의 중단과 심각한 전기적 문제를 일으킬 수 있으므로 지속적인 Monitoring과 Inspection이 필요하다. 특히, 접속부와 같은 취약 부위를 정기적으로 Inspection하는 것이 중요하다. 케이블은 전력의 전달 경로를 형성하며, 배전반과 기타 전력시스템의 설비 간 전기적 연결을 담당한다. 케이블의 고장은 주로 절연 손상, 물리적 마모 또는 외부 환경요인에 의해 발생할 수 있다. 케이블의 고장은 전력 전달의 효율성을 저해하고, 심각한 경우 전기화재를 초래할 수 있어 중요한 관리 대상이다. 따라서 케이블의 상태를 주기적으로 Inspection하고, 손상이 발견되면 즉시 교체하는 것이 필수적이다.

배전반의 Major Failure를 유발할 수 있는 주요 Component인 차단기와 버스바, 그리고 케이블에서 발생할 수 있는 고장의 유형과 특성을 이해하는 것은 배전반의 신뢰성을 높이고 수명을 연장하는 데 필수적이다.

2.3 Major Failure의 유형

본 절에서는 배전반의 주요 Component인 차단기, 버스바, 그리고 케이블에서 발생할 수 있는 Major Failure의 유형을 세부적으로 구분하여 설명하였다. 차단기에서 발생할 수 있는 Major Failure를 여섯 가지로 구분하였다^[4]. 첫째, 차단기가 명령에 따라 개방되지 않는 경우이다. 이는 전기적 혹은 기계적 문제로 인해 발생할 수 있으며, 차단기가 제때 개방되지 않으면 시스템의 과부하를 방지하지 못해 심각한 손상을 초래할 수 있다. 둘째, 차단기가 명령에 따라 투입되지 않는 경우이다. 이 역시 전기적 또는 기계적 결함으로 인해 발생할 수 있으며, 차단기가 투입되지 않으면 정상적인 전력 흐름이 유지되지 않아 전력공급에 지장을 줄 수 있다. 셋째, 차단기가 이미 투입된 상태에서 연속적이거나 순간적인 전류를 통과시키지 못하는 경우이다. 이는 접촉 부위의 마모나 손상으로 인해 발생할 수 있으며, 결과적으로 전력공급의 불안정성을 초래할 수 있다. 넷째, 차단기가 절연 매질을 유지하지 못하는 경우이다. 이는 Housing의 열화나 손상으로 인해 발생하며, 절연 매질이 제대로 유지되지 않으면 아크 방전 등의 위험이 증가할 수 있다. 다섯째, 차단기의 상태나 위치를 정확하게 표시하지 못하는 경우이다. 이는 Monitoring 시스템의 오류나 보조접점의 결함으로 인해 발생할 수 있으며, 차단기의 상태를 정확히 파악하지 못하면 적절한 대응이 어려워질 수 있다. 여섯째, 차단기가 안전한 작동을 보장하지 못하는 경우이다. 이는 설계상의 문제나 유지보수의 부족으로 인해 발생할 수 있으며, 작업자의 안전과 전력설비의 신뢰성을 위협할 수 있다. 이처럼 차단기의 Major Failure는 다양한 원인으로 발생할 수 있으며, 각 고장 유형은 시스템의 안정성과 신뢰성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 차단기의 Major Failure 유형을 이해하고 적절히 대응하는 것은 배전반의 신뢰성을 유지하는 데 필수적이다. 그림 1에는 아크로 인한 차단기의 고장 사례를 나타내었다^[5].

그림 1. 아크로 인한 VCB 고장

Fig. 1. Failure of VCB due to arcing

버스바에서 발생할 수 있는 Major Failure는 주로 절연재의 손상, 과열, 절연 열화, 부식, 잘못된 설계, 부적절한 물질 사용, 부적절한 유지보수 등으로 인해 발생할 수 있다^[6]. 먼저, 절연재 손상으로 인한 고장은 수분이나 먼지 등의 축적에 의해 버스바 절연재에 균열이 생기면서 발생한다. 높은 외기 온도와 버스바 접속부의 오염도 절연재의 균열을 유발할 수 있다. 절연재의 손상은 손상된 절연재를 교체함으로써 해결할 수 있다. 또한, 주기적인 Inspection과 세척을 강화하는 것이 중요하다. 과열은 주로 접속부의 높은 저항으로 인해 발생한다. 과열은 절연물의 열화를 초래하며, 결과적으로 PVC 부츠 절연체에서 연기가 발생하고, 과열로 인해 상간 아크가 발생할 수 있다. 따라서 과열 문제를 방지하기 위해 지속적인 Monitoring과 주기적인 Inspection 및 그에 따른 유지보수 작업이 필요하다. 절연 열화는 오염 (먼지, 이물질, 벌레, 작은 동물 등)이나 환경적 요인 (높은 습도와 염분)으로 인해 발생할 수 있으며, 이는 잦은 유지보수와 부식을 야기할 수 있다. 또한 절연 열화는 코로나 발생을 초래할 수 있으며, 이는 버스바의 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해 그리스, 코팅, 내부식성 물질을 사용하는 것이 필요하다. 부적절한 설계와 부적절한 물질 사용, 그리고 부적절한 유지보수는 버스바 고장의 원인이 될 수 있다. 특히, 접속 불량은 주변 공기의 이온화로 인한 고장을 유발할 수 있다. 버스바의 Major Failure는 다양한 원인으로 발생할 수 있으며, 그림 2에는 아크로 인한 버스바의 고장 사례를 나타내었다^[5].

그림 2. 아크로 인한 버스바 고장

Fig. 2. Failure of busbars due to arcing

케이블의 Major Failure는 주로 절연 손상, 과열, 물리적 손상, 환경적 요인, 부적절한 설치 및 유지보수 등으로 인해 발생할 수 있다^[7]. 절연 손상은 케이블 고장의 가장 일반적인 원인 중 하나이다. 주로 노화, 과도한 전기적 스트레스, 물리적 손상, 그리고 환경적 요인 (습도, 염분 등)으로 인해 발생할 수 있다. 절연이 손상되면 아크나 단락이 발생할 수 있으며, 이는 시스템 전체의 전력공급에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 지속적인 Monitoring과 Inspection을 통해 이러한 문제를 예방할 수 있다. 과열은 케이블 고장의 또 다른 주요 원인이다. 케이블이 과도한 전류를 통전하거나, 접속부의 저항이 높아지면 케이블이 과열될 수 있다. 과열은 케이블의 절연을 열화시켜 절연 성능을 저하시킬 수 있으며, 심각한 경우에는 케이블의 화재를 초래할 수 있다. 적절한 케이블 용량 선정과 접속부의 지속적인 Monitoring과 정기적인 Inspection을 통해 과열 문제를 예방할 수 있다. 물리적 손상은 케이블의 외부 충격, 압력, 또는 부적절한 취급으로 인해 발생할 수 있다. 이러한 손상은 케이블의 전기적 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 절연 특성을 손상시켜 전기적 고장을 유발할 수 있다. 따라서 설치 시 케이블 보호 장치를 사용하고, 설치 후에는 외부 충격을 피하는 것이 중요하다. 환경적 요인은 케이블 고장의 또 다른 중요한 원인이다. 습기, 염분, 화학 물질 등의 환경적 요인은 케이블의 절연과 도체를 부식시킬 수 있다. 이는 케이블의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 전기적 고장을 유발할 수 있다. 케이블 Tray와 Duct의 적절한 설계와 유지보수를 통해 환경적 요인으로 인한 손상을 최소화할 수 있다. 부적절한 설치 및 유지보수는 케이블 고장의 주요 원인 중 하나이다. 케이블이 부적절하게 설치되거나, 접속부가 제대로 조여지지 않으면 접속 불량으로 인한 과열이 발생할 수 있다. 케이블의 설치 절차를 준수하고, 지속적인 Monitoring과 정기적인 Inspection 및 적절한 유지보수를 통해 케이블의 신뢰성을 유지할 수 있다. 케이블의 Major Failure는 다양한 원인으로 발생할 수 있으며, 각 고장은 시스템의 안정성과 신뢰성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 그림 3에는 아크로 인한 고장의 사례를 나타내었다^[5].

그림 3. 아크로 인한 케이블 고장

Fig. 3. Failure of cable due to arcing

3. 배전반 자산관리의 해외 사례

본 장에서는 해외 선진 제조사들이 개발하고 있는 배전반의 자산관리 현황에 대해 다루었다. 주요 제조사들이 개발한 자산관리 플랫폼의 종류와 각 플랫폼의 특징을 중심으로 기술하였다. 이러한 플랫폼들은 배전반의 상태를 고려한 탄력적인 유지보수를 통해 배전반의 신뢰성을 높이고, 효율적인 자산관리를 가능하게 하며, 시스템의 가동시간을 극대화하는 데 목적이 있다. 또한, 주요 Monitoring 항목과 평가 방법을 통해 자산의 건전도 상태를 평가하고 잔여수명을 시각화하여 Inspection의 주기를 최적화하고 있다.

국내에서는 전력설비의 건전도 상태를 평가하기 위해 Inspection을 고정적인 주기로 실시하고 있는데, 이러한 고정적 주기는 대체로 1970~1980년대의 환경 상황에서 결정된 것이어서 현실적이지 않은 경우가 많다. 반면, 외국에서는 Monitoring과 Inspection 및 Test의 결과를 바탕으로 자산의 건전도 상태를 정량적으로 평가함으로써 Inspection의 주기를 탄력적으로 조절하고 있다^[8]. 따라서 국내에서도 해외에서 수행하는 방식처럼 탄력적인 유지보수 주기를 도출할 수 있는 자산관리 기법을 도입할 필요가 있다. 이러한 접근을 통해 자산의 신뢰성을 높이고, 효율적인 자산관리를 가능하게 하며, 운영비용 절감과 시스템의 가동시간을 극대화할 수 있을 것이다. 다음으로는 ABB, Schneider Electric, GE, Siemens, 그리고 Hitachi 등 5개의 해외 선진 배전반 제조사의 배전반 자산관리 플랫폼 개발 현황을 조사하여 요약하였다.

3.1 ABB - SWICOM

ABB는 SWICOM (Switchgear Condition Monitoring) 플랫폼을 통해 배전반의 자산관리를 지원하고 있다^[9]. SWICOM은 배전반의 상태를 실시간으로 Monitoring하고, 종합적 데이터 분석을 통해 예측 유지보수를 가능하게 하는 디지털 솔루션이다. SWICOM은 온도, 습도, 전류, 전압, 부분방전 등의 데이터를 실시간으로 Monitoring하며, 이와 같은 데이터 분석 결과를 바탕으로 배전반의 건전도 상태를 예측하고, 필요한 유지보수를 사전에 계획하여 고장을 예방할 수 있도록 지원한다. 또한, 원격 진단을 통해 전문가들이 신속하게 문제를 해결할 수 있으며, 사용자 친화적인 인터페이스를 통해 실시간 데이터와 분석 결과를 쉽게 확인할 수 있다. SWICOM은 현재의 건전도 상태뿐만 아니라, 미래의 건전도 상태를 평가하여 잔여수명 등을 시각화할 수 있다. 이를 통해 예기치 않은 고장을 방지하고, 배전반의 수명을 연장하여 자산의 TCO (Total Cost of Ownership)를 절감할 수 있도록 지원한다. 또한 건전도 상태 평가를 통해 Inspection의 주기를 탄력적으로 조절할 수 있도록 함으로써 자산관리의 효율성을 극대화할 수 있다. CBRM 기법을 활용하여 전력설비의 상태를 센서로 Monitoring하고, 이를 통해 건전도 상태와 위험도를 종합적으로 평가한다. 또한, 이러한 평가를 바탕으로 효과적인 위험도 완화 방법을 제시함으로써 그림 4와 같이 예측 가능한 자산관리를 수행할 수 있도록 발전하였으며, 이를 지원하고 있다.

그림 4. 자산관리 기법의 발전

Fig. 4. Development of asset management techniques

3.2 Schneider Electric - EcoStruxure

Schneider Electric은 EcoStruxure 플랫폼을 통해 배전반 자산관리를 진행하고 있다^[10]. EcoStruxure는 IoT (Internet of Things) 기술을 활용하여 스마트 자산관리를 지원하며, 다양한 IoT 디바이스와의 통합을 통해 실시간 데이터 수집 및 분석을 수행한다. 고객의 요구에 맞춰 유연하게 확장 가능한 솔루션을 제공하고, 강화된 사이버 보안 기능을 통해 시스템의 안전성을 보장한다. 에너지 관리와 자산의 성능 최적화를 통해 운영 효율성을 극대화할 수 있다. 주요 Monitoring 항목으로는 온도, 습도, 에너지 소비, 부하상태, 전력품질 등이 있다. EcoStruxure는 Monitoring과 Inspection, 그리고 Test 등을 통해 현재의 건전도 상태를 평가할 뿐만 아니라, 미래의 건전도 상태를 평가하여 잔여수명 등을 시각화할 수 있다. 이를 통해 배전반의 수명을 연장하고, Inspection 주기를 탄력적으로 조절하여 자산의 TCO를 최적화하는 자산관리 서비스를 제공하고 있다. 그림 5에는 Schneider Electric이 공개한 배전반 자산관리 플랫폼의 계층적 구조를 나타내었다.

그림 5. 배전반 자산관리를 위한 계층 구조

Fig. 5. Hierarchical structure for switchgear asset management

3.3 GE – Energy APM

GE는 Energy APM (Asset Performance Management) 플랫폼을 통해 배전반의 자산관리를 지원하고 있다^[11]. Energy APM은 자산의 성능을 관리하고, 예측 유지보수를 통해 자산의 가용성을 높인다. 자산의 실시간 성능 데이터를 수집하고 분석하여 운영 상태를 최적화하며, 예측 분석 도구를 통해 자산의 고장 가능성을 예측함으로써 사전에 유지보수를 수행할 수 있도록 지원한다. 이를 통해 불필요한 유지보수 비용을 절감하고, 자산의 수명을 연장할 수 있다. 주요 Monitoring 항목으로는 진동, 온도, 전류, 전압, 부분방전 등이 있다. Energy APM은 현재의 건전도 상태를 평가하고, 미래의 건전도 상태를 예측하여 잔여수명을 시각화할 수 있다. 이를 통해 Inspection 주기를 최적화하고, 배전반의 수명을 연장하며 TCO를 절감하는 자산관리 서비스를 제공하고 있다. GE의 Energy APM은 자산의 신뢰성을 강화하고, 운영의 투명성을 높여 자산관리의 효율성을 극대화하는 데 중점을 두고 있다. 그림 6에는 GE의 자산 Health Index 분석 모델의 구조를 나타내었다.

그림 6. Health Index 분석 모델 구조

Fig. 6. Structure of the health index analysis model

3.4 Siemens - Sensgear

Siemens는 Sensgear 플랫폼을 통해 배전반의 자산관리 서비스를 지원하고 있다^[12]. Sensgear는 디지털 솔루션을 제공함으로써 자산의 운영 효율성을 높이고, 데이터 기반 의사결정을 지원한다. Sensgear는 자산의 디지털 트윈을 생성하여 가상 환경에서 자산의 상태를 Monitoring하고 분석하며, 다양한 데이터 소스를 통합하여 종합적인 데이터 분석을 가능하게 한다. AI (Artificial Intelligence)와 여러 분석 도구를 활용하여 자산의 상태를 예측하고 최적의 유지보수 시점을 결정한다. 주요 Monitoring 항목으로는 온도, 전류, 전압, 부분방전 및 습도 등이 있다. Sensgear는 Monitoring과 Inspection 및 Test 등의 결과를 통해 자산의 현재와 미래의 건전도 상태를 평가하고, 이를 시각화하여 Inspection 주기를 최적화함으로써 배전반의 수명을 연장하고 TCO를 절감하는 자산관리를 수행하는 방안을 제시한다. Siemens의 Sensgear는 디지털 혁신을 통해 자산의 성능을 최적화하고, 유지보수 비용을 절감하는 데 중점을 두고 있다.

3.5 Hitachi - Lumada

Hitachi는 Lumada 자산관리 플랫폼을 통해 배전반 자산관리 서비스를 제공하고 있다^[13]. Lumada는 자산의 운영 효율성을 높이고 데이터 기반 의사결정을 지원하는 디지털 솔루션을 제공한다. 자산의 디지털 트윈을 생성하여 가상 환경에서 자산 상태를 Monitoring하고 분석하며, 다양한 데이터 소스를 통합하여 종합적인 데이터 분석을 가능하게 한다. Lumada는 AI와 고급 분석 도구를 활용하여 자산 상태를 예측하고 최적의 유지보수 시점을 결정한다. 이러한 접근 방식은 운영 효율성을 높이고 자산의 성능을 최적화할 수 있다. 주요 Monitoring 항목으로는 온도, 전류, 전압, 부분방전 및 습도 등이 있다. Lumada는 현재의 건전도 상태뿐만 아니라 미래의 건전도 상태를 평가하여 잔여수명을 시각화할 수 있다. 이러한 평가를 통해 Inspection 주기를 탄력적으로 조절하여 배전반의 수명을 연장하고 자산의 TCO를 최적화할 수 있다. Hitachi의 Lumada 플랫폼은 데이터 기반의 통찰력을 통해 자산관리의 신뢰성과 효율성을 극대화하고, 운영의 투명성과 예측 가능성을 높일 수 있다.

앞서 기술한 바와 같이 ABB, Schneider Electric, GE, Siemens, Hitachi 등 주요 배전반 제조사들은 각각의 특화된 자산관리 플랫폼을 통해 배전반의 자산관리를 효율적으로 수행할 수 있는 서비스를 제공하고 있다. 이들 플랫폼은 모두 자산의 실시간 Monitoring, 예측 유지보수, 데이터 분석을 통한 최적화 등을 통해 배전반의 신뢰성과 수명을 연장하고, 자산의 TCO를 절감하는 데 중점을 두고 있다. 이러한 공통된 목표와 기능을 바탕으로, 배전반 자산관리는 점차 디지털화되고 있으며, 데이터 기반의 통찰력을 통해 자산의 건전도 상태를 정확히 평가하고 예측하는 방향으로 발전하고 있다는 사실을 확인할 수 있다.

4. 배전반의 수명

4.2 교체수명

배전반의 수명과 관련된 연구와 제조사 및 전력사의 운전 경험을 종합한 결과, 배전반의 교체수명은 최소 30년 이상인 것으로 조사되었다. Siemens에서는 배전반의 사용 가능한 수명을 30년 이상으로 명시하고 있는데, 이는 Siemens의 제품이 최소 30년 동안 안정적인 성능을 유지할 수 있음을 의미한다^[15]. EA Technology는 배전반의 고장발생 확률은 매우 낮으며, 일반적으로 40년 이상의 수명을 가진다고 발표하였다^[16]. Reyrolle에 따르면, 배전반은 설치 후 약 35년에서 40년이 지나면 적절한 Intervention을 통해 수명을 연장할 수 있다고 제시하고 있다. 이는 배전반이 35년에서 40년 정도 운전될 수 있으며, 이후에는 Intervention과 같은 과정을 통해 수명을 연장할 수 있음을 의미한다^[17]. 영국의 EPN (Eastern Power Networks)에서는 배전반의 기대수명을 44년으로 설정하고 있다. 기대수명은 설비의 교체 시점이 아닌, 설비의 열화가 시작되는 시점을 의미한다. 따라서 배전반은 44년간 Failure Rate가 매우 낮아 안정적으로 운전될 수 있으며, 기대수명 이후에는 점차 열화가 진행되어 Failure Rate가 증가할 것으로 예상된다^[18]. 호주의 전력사인 Power and Water는 배전반의 교체수명을 상태 평가 결과를 바탕으로 결정한다고 발표하였다. Power and Water에서는 CBRM을 기반으로 평균 교체수명을 45년으로 산정하였다^[19]. 호주는 섬 지역으로 낙뢰와 열대성 태풍, 그리고 높은 부식 환경과 같은 기후 및 날씨 조건의 영향을 받을 수 있는 지역이다. 이러한 조건을 고려할 때, 평균 교체수명이 45년으로 산정되었다는 점은 타 지역에서도 배전반에 대한 적절한 관리와 유지보수를 실시하면, 45년 이상의 교체수명을 확보할 수 있음을 시사한다. 인도네시아의 전력사인 PHE ONWJ (Pertamina Hulu Energi Offshore North West Java)에서는 배전반의 서비스 수명을 30년에서 40년으로 간주한다^[20]. 이는 열대성 지역의 특성과 해양성 운전환경을 고려한 결과로, 30년에서 40년 사이에는 배전반이 안정적으로 운전될 수 있음을 의미한다.

이와 같은 여러 자료를 종합해 볼 때, 배전반의 교체수명은 보통 30년에서 45년 사이인 것을 알 수 있다. 각 제품의 품질과 운전환경 등의 조건에 따라 다소 차이가 있을 수 있지만, 적절한 Intervention과 유지보수 과정을 통해 배전반의 수명은 효율적으로 관리될 수 있음을 알 수 있다.

4.3 수명연장

배전반과 같은 전력설비는 설치 후 오랜 시간 동안 연속적으로 사용되기 때문에 자연적인 마모와 고장 및 장애 등이 발생할 수 있다. 이와 같은 문제를 예방하고 효율적으로 관리하기 위해 Monitoring과 Inspection 및 Test 결과를 종합적으로 분석해야 한다. 필요에 따라 Refurbishment나 Retrofit과 같은 Intervention 작업을 실시하여 전력설비의 수명을 연장할 수 있다. 이러한 체계적인 접근은 전력설비의 신뢰성과 효율성 및 경제성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. Refurbishment는 기존 배전반의 성능을 복원하고 개선하는 과정으로써 이를 통하여 차단기와 버스바의 손상된 부분을 수리하거나 교체하여 초기 성능을 회복할 수 있다. 차단기의 경우에는 주 접점의 마모나 스프링의 피로 등을 점검하고 필요한 경우, 교체하여 기계적 신뢰성을 회복함으로써 고장 가능성을 저감시킬 수 있다. 버스바는 부식이나 오염을 제거하고 절연 상태를 개선함으로써 전기적 성능을 복원할 수 있다. 이를 통해 배전반은 초기 성능을 회복하게 되며, 수명을 연장할 수 있다. Retrofit은 기존 배전반에 최신 기술을 도입하여 성능을 향상시키는 방법이다. 예를 들어, 기존의 유입 차단기를 최신의 진공 차단기로 교체함으로써 더 높은 차단용량과 신뢰성을 제공할 수 있다. 최신 절연기술을 적용한 버스바는 더 높은 전기적 안정성과 내구성을 확보할 수 있다. 이러한 업그레이드를 통해 전체 시스템의 효율성과 안전성을 향상시킬 수 있다^[21].

전력설비의 생애주기 동안 위험도를 완화하고 신뢰성을 향상시키기 위해서는 기술적 평가뿐만 아니라 경제성 평가를 종합적으로 실시하는 자산관리 기법 적용이 필요하다. Monitoring과 Inspection 및 Test 결과를 기반으로 데이터를 종합적으로 분석하고, 적절한 유지보수 계획을 수립하여 실시함으로써 최적의 배전반 성능을 유지할 수 있다. 이를 통해 배전반의 수명을 연장하고, 장기적으로는 TCO를 최적화할 수 있다. 배전반의 수명은 설계, 제조, 설치, Monitoring, Inspection, Test 및 유지보수와 같은 다양한 요인들에 의해 결정될 수 있으므로, 초기 설계과정부터 유지보수 단계까지 전 과정에 거쳐 체계적으로 관리해야 한다. 그림 7은 수명이 다한 전력설비의 수명연장을 결정하기 위한 프로세스를 나타내고 있다^[22].

그림 7. 전력설비의 수명연장 결정 프로세스

Fig. 7. Process for determining the life extension of a power asset

전력설비의 수명연장을 결정하기 위해서는 먼저 전력설비의 건전도 상태 평가를 실시한다. 평가 결과가 일정 수준 이하로 떨어져 위험도가 높아진 경우에는 위험도를 완화하기 위한 조치가 필요하다. 이때, 기술적 평가를 통해 수명연장이 가능한지를 검토한다. 기술적 평가 과정에서 수명연장이 가능하다고 판단되면, 생애주기비용을 고려한 경제성 평가를 실시하여 경제성 확보 여부를 확인한다. 경제성이 확보되면, 위험도를 완화하기 위한 조치로써 수명연장을 실시하게 된다. 반면, 기술적 평가나 경제성 평가 중 하나라도 기준을 만족하지 못하면, 수명연장이 아닌 교체를 실시하여 위험도를 완화하게 된다. 이러한 체계적인 접근을 통해 전력설비의 안정성과 경제성을 동시에 확보할 수 있으며, 이를 통해 전력설비의 효율적인 운전과 TCO 최적화를 실현할 수 있다.

영국의 전력사인 SPEN (Scottish Power Energy Networks)은 건전도 상태를 평가하고 위험도를 정량화하여 적절한 Intervention을 실시함으로써 배전반에 대한 자산관리를 수행하고 있다^[23]. 이를 통해 배전반의 건전도 상태를 개선하고 위험도를 완화함으로써 신뢰성을 높이고 있다. SPEN은 약 10,000여 개의 11kV급 차단기를 보유하고 있으며, 이 중 약 50%는 1950년대부터 1970년대 사이에 설치되었다. 이들 배전반은 여전히 효과적으로 운전되고 있지만, 실제로는 설계 수명에 근접했거나 이미 초과한 상태이다. 따라서 SPEN은 막대한 자본 투자나 대규모 교체로 인한 전력공급의 중단 없이 성능 향상을 달성하고자 RIIO ED1 (Revenue = Incentives + Innovation + Outputs, Electricity Distribution)을 추진하고 있다. SPEN과 DNO (Distribution Network Operator)는 전력규제 기관인 Ofgem (Office of Gas and Electricity Markets)의 가격검토 규제인 RIIO ED1을 통해 배전반의 상태를 개선하고 TCO를 절감할 수 있는 다양한 방법을 모색하였다. RIIO ED1에서 SPEN의 배전반 자산관리 전략은 기존 배전반에 대해 기술적 평가 및 경제성 평가를 실시한 후, 적절한 위험도 완화 조치로 Refurbishment 또는 Retrofit과 같은 Intervention을 수행하는 것이었다. SPEN은 2015년 4월부터 2023년 3월 사이에 기존 배전반의 12%에 해당하는 노후 배전반에 대해 Intervention을 실시하였다. 그림 8에는 사용년수가 50년을 경과한 배전반을 대상으로 Intervention을 실시함으로써 20년 이상 수명을 연장한 사례를 나타내었다.

그림 8. 사례 연구: Intervention을 통한 배전반 수명연장

Fig. 8. Case study: Extending the lifespan of switchgear through intervention

노후화된 전력설비를 효율적으로 관리하기 위해서는 자산의 현재 건전도 상태와 시간 경과에 따른 건전도 상태 변화를 이해하는 것이 중요하다. 이를 통해 적시에 올바른 유지보수를 수행하여 대형 사고의 위험을 최소화할 수 있다. 이때 전력설비의 사용년수는 반드시 신뢰할 수 있는 건전도 상태 지표가 아니므로, 수명연장을 위해 자산을 목적에 적합하게 사용하고 설계 수명보다 오래 운전하기 위해서는 지속적이면서 고도화된 건전도 상태 평가 방법을 수립하는 것이 필요하다. 이러한 평가를 바탕으로 전력설비의 실제 건전도 상태를 파악하고, 필요한 조치를 적기에 취함으로써 설비의 신뢰성과 안전성을 높일 수 있다. 이를 위해 SPEN을 비롯한 영국의 전력사들은 Monitoring, Inspection, Test 및 적절한 유지보수 정책을 적용하고, 자산관리 평가 방법론을 통해 성과를 극대화하고 있다. 그림 9는 시간 경과에 따른 전력설비의 성능 저하와 Intervention을 통한 수명연장과 성능 회복의 관계를 보여주고 있다. 이러한 접근 방식은 전력설비의 장기적인 신뢰성과 효율성을 보장하기 위해 중요한 역할을 한다.

그림 9. 시간 경과에 따른 성능 저하 및 Intervention을 통한 수명연장

Fig. 9. Performance degradation over time and lifespan extension through intervention

5. 결 론

본 연구에서는 배전반의 자산관리 효율성을 높이기 위한 수명연장 전략을 다루었다. 연구를 통해 배전반의 주요 Component 중 Major Failure를 유발할 수 있는 차단기와 버스바, 그리고 케이블의 고장 유형을 분석하고, 해외 사례를 조사하여 최근 도입된 선진 자산관리 전략과 기술을 확인하였다.

배전반의 주요 Component로써 차단기, 버스바, 케이블의 고장을 예방하기 위해서는 지속적인 Monitoring과 효율적인 Inspection 및 Test를 기반으로 하는 유지보수의 계획 및 실시가 필요하다. 특히, ABB, Schneider Electric, GE, Siemens, Hitachi 등 주요 배전반 제조사들의 자산관리 플랫폼은 실시간 Monitoring과 Inspection 및 Test 결과를 바탕으로 예측 유지보수 계획을 수립하여 배전반의 신뢰성을 향상시키고 수명을 연장함으로써 자산의 TCO를 절감하는 데 중점을 두고 있다. Refurbishment와 Retrofit 등의 Intervention을 통해 배전반의 수명을 최대한 연장할 수 있으며, 기술적 평가와 경제성 평가를 통해 최적의 유지보수 및 교체 전략을 수립하는 것이 중요하다.

국내에서도 이러한 선진 사례를 도입하여 지속적인 Monitoring과 Inspection 및 Test를 통한 적절한 유지보수 계획 수립 및 빅데이터 기반의 자산관리 전략을 채택하고, 기술을 개발함으로써 배전반의 신뢰성과 경제성을 확보해야 할 것이다. 디지털 기술과 빅데이터 분석을 활용한 자산관리 플랫폼의 도입은 전력시스템의 효율성을 극대화하고 TCO를 절감하는 데 크게 기여할 수 있을 것이다.

본 연구에서 제시한 수명연장 전략과 사례 분석을 통해, 국내에서도 효과적인 자산관리를 수행한다면 배전반 자산관리의 효율을 높이고 전력시스템의 신뢰성을 강화할 수 있을 것으로 기대된다.