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정밀 온도 계측 기술이 활용되는 다양한 산업 및 공정 영역을 소개합니다.

  • Challenge

    고전압 모선 시스템의 온도 모니터링은 고장 예방을 위해 매우 중요하지만, 전기적 위험, 개폐기 캐비닛 내부의 제한된 접근성, 그리고 기존 접촉식 측정 방식에서 발생할 수 있는 간섭 위험으로 인해 구현이 어렵습니다. 점진적인 열화, 불량 접속, 전기적 불균형은 과열을 유발하여 설비의 건전성과 운전 안전성을 위협합니다.

  • Solution

    비접촉식 적외선 센서는 캐비닛 내부에서 안전한 거리에서 모선의 온도를 지속적으로 모니터링하여 물리적 접촉이나 복잡한 절연 요구 사항을 피할 수 있습니다. 이를 통해 과열의 초기 징후를 감지하고 예방 정비가 가능해집니다. 적절한 표면 처리는 정확한 온도 측정을 보장하며, 제어 시스템과의 연동을 통해 알람 발생과 이력 분석이 가능해져 유지보수 전략을 한층 강화할 수 있습니다.

  • Benefits

    • 고전압 시스템에서 과열 및 열화를 조기에 감지할 수 있습니다.
    • 활선 전기 부품과의 접촉을 제거하여 작업자의 안전을 향상시킵니다.
    • 수동 점검 방식에 비해 점검 시간과 인건비를 절감합니다.
    • 예지 정비와 지속적인 모니터링을 통해 가동 중단 시간을 최소화합니다.
    • 시스템 전반의 신뢰성을 향상시키고 설비의 수명을 연장합니다.

고전압 전기 시스템에서의 온도 모니터링의 중요성과 과제

전력 배전 시스템에서 전기적 접속부의 온도는 설비 상태를 판단하는 매우 중요한 지표입니다. 접속부가 열화될수록 전기 저항이 증가하고, 그 결과 온도가 상승하게 됩니다. 이러한 온도 상승은 추가적인 손상을 유발할 수 있으며, 화재나 폭발과 같은 중대한 위험으로 이어질 수 있습니다. 지속적인 온도 모니터링을 소홀히 하면 고비용의 가동 중단과 예기치 않은 설비 고장이 발생할 수 있고, 이는 심각한 안전 사고로 이어질 가능성이 있습니다. 대규모 산업 시설에는 일반적으로 전기 개폐기, 변압기, 전기 패널이 전용 공간에 설치되어 있으며, 이곳에서는 시간이 지나면서 점진적으로 고장이 발생하거나 특정 부품의 갑작스러운 고장으로 인해 문제를 일으킬 수 있습니다. 이러한 위험을 예방하고 예방 정비를 체계적으로 계획하기 위해서는 지속적인 온도 모니터링이 필수적입니다.

과부하, 상(相) 불균형, 역률 문제, 부식, 그리고 불량한 전기적 접속 등 여러 요인이 열 발생을 유발할 수 있습니다. 이러한 열 발생은 에너지 손실과 전력 낭비를 의미할 뿐만 아니라, 설비의 수명을 최대 85%까지 단축시킬 수 있습니다. 이러한 상태는 서서히 진행되거나, 치명적인 고장으로 인해 갑작스럽게 발생할 수도 있습니다. 개폐기 캐비닛 내부에서는 전력이 접속부에서 볼트로 체결된 구리 모선을 통해 전달되는데, 이 접속부는 특히 고장에 취약합니다. 접합부 온도의 상승은 열화의 초기 징후일 수 있으며, 이는 센서를 이용한 지속적인 온도 모니터링을 통해 조기에 감지할 수 있습니다.

고전압(HV) 환경에서의 온도 측정은 작업자의 개인 안전과 관련해 상당한 도전 과제를 동반합니다. 열전대, RTD, NTC와 같은 기존의 전기식 온도 측정 기술은 고도로 절연된 측정 전자장치, 센서, 그리고 특수 절연 케이블을 통해 이러한 문제를 해결합니다. 그러나 고전압 환경에서 전기식 센서를 사용하는 데에는 여러 한계가 존재합니다. 계측과 유지보수 모두 자격을 갖춘 전기 기술자가 필요하며, 케이블의 강한 절연과 기존 센서의 굵은 직경은 설치 과정에서 드릴링과 같은 작업 시 고전압 설비에 부적절한 영향을 줄 수 있습니다. 또한 두꺼운 케이블 절연은 협소한 공간에서 다채널 적용을 어렵게 만듭니다. 더 나아가 센서 고장이 발생할 경우, 케이블, 센서, 커넥터 전체를 하나의 밀봉되고 시험된 일체형 유닛으로 교체해야 합니다. 비록 절연되어 있더라도, 기존 센서는 전력 전자 장치(인버터)에서 흔히 발생하는 전자기 간섭(EMC), 정전기 방전(ESD), 그리고 높은 전기적 전위로 인해 신호 품질이 저하될 수 있습니다.

고전압 전기 시스템에서의 온도 모니터링의 중요성과 과제
고전압 환경에서 비접촉식 IR 온도계를 활용한 유지보수 절차의 재고

접촉식 온도 측정은 위험하고, 시간이 많이 소요되며, 비용 부담이 커 비접촉식 적외선(IR) 센서의 사용이 필요합니다. 개폐기 캐비닛 내부에 영구적으로 설치되는 저비용 IR 센서는 상태 모니터링을 목적으로 설계되어, 예방 정비를 위한 조기 경보를 제공합니다. 다만 이러한 센서는 비상 차단, 화재 감지, 또는 1차 안전 장치로 사용되도록 설계된 것은 아닙니다.

효과적인 유지보수와 안전 확보를 위해서는 정확한 온도 측정이 필수적입니다. 이를 위해 측정 지점의 모선 표면은 반사율을 최소화하도록 사전에 처리되어야 합니다. 이는 도장, 코팅, 또는 수축 튜브(shrink wrap) 적용을 통해 구현할 수 있습니다. 또한 적외선의 공동(cavity) 효과를 활용해 측정 지점을 홈 내부나 모서리에 배치하는 방법도 도움이 됩니다. 일반적인 구리 모선 표면에는 Optris 방사율 스티커를 부착하여 방사율을 높일 수 있습니다.

이들 센서의 광학 해상도는 2:1부터 22:1까지 다양하여, 플래시오버 및 전자기 간섭(EMI)을 피하기 위해 모선과 일정 거리를 두고 캐비닛 내부에 안전하게 설치할 수 있습니다. 단거리에서는 광각인 2:1 옵틱이 최적이며, 고전압 환경에서는 더 좁은 시야각의 22:1 옵틱을 사용해 측정 거리를 늘릴 수 있습니다. 또한 폭이 좁거나 두꺼운 모선을 측면(에지) 방향으로 측정하기 위한 집광형 옵틱도 제공됩니다.

센서는 전기 아크 발생 위험을 피하기 위해 모선으로부터 안전한 위치에 설치되며, 작은 측정 스폿 내의 표면 온도를 측정합니다. 측정 스폿의 크기는 선택한 옵틱과 측정 거리에 따라 달라지며, 권장되는 스폿 크기는 모선 폭의 절반 정도입니다. 센서 헤드와 마운팅 브래킷은 설비 구조물에 설치할 때 별도의 특수 절연 재료가 필요하지 않습니다.

센서에서 출력되는 신호는 일반적으로 PLC(프로그램 가능 논리 제어기)나 분산형 컴퓨터 제어 시스템으로 전달됩니다. 이러한 시스템은 알람 발생과 추세 분석에 데이터를 활용하여, 시간 경과에 따른 개폐기 설비의 상태를 종합적으로 파악할 수 있도록 지원합니다.

고전압 환경에서 비접촉식 IR 온도계를 활용한 유지보수 절차의 재고
컨테이너선에서 CS LT 파이로미터를 활용한 모선(Busbar)의 비용 효율적인 온도 모니터링

모선은 다양한 용도로 활용되는 핵심 전기 부품으로, 비교적 짧은 거리에서 고전압(HV)을 안전하게 연결하는 역할을 합니다. 특히 유연한 전력 분배가 중요한 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 모선은 전기 변전 설비에서 고전압 장비를 연결하고, 배터리 뱅크와 같은 저전압 설비에서도 사용되어 자동차 산업과 방위 산업 분야에서도 중요한 위치를 차지합니다. 고전류가 흐르는 모선 구간 사이의 접속부는 접촉 저항을 줄이기 위해 정밀 가공된 맞물림 표면에 은도금 처리가 되어 있는 경우가 많습니다.

컨테이너선의 전기 유틸리티 스테이션에 적용된 이 사례에서는, 스위칭 캐비닛 내부에 여러 대의 CS LT 파이로미터를 설치하여 모선의 열 부하를 모니터링하고 있습니다. 모선은 선박 내 안정적인 전력 분배를 유지하는 데 핵심적인 역할을 하며, 다양한 시스템이 원활하고 효율적으로 작동하도록 보장합니다. CS LT 파이로미터를 활용한 모니터링을 통해 모선의 온도 데이터를 실시간으로 확보할 수 있어, 과열이나 과도한 부하와 같은 잠재적 문제를 시사하는 이상 징후를 즉각적으로 감지할 수 있습니다.

디지털 출력을 포함한 CS LT 파이로미터의 간단한 알람 기능은 온도 정보를 중앙 로직 유닛으로 전달합니다. 이를 통해 온도 편차가 발생할 경우 즉시 보고되어, 잠재적인 고장이나 안전 위험을 예방하기 위한 신속한 대응이 가능합니다. 이러한 레트로핏 설치는 협소하고 접근이 어려운 공간에서 휴대형 IR 온도계를 이용한 기존의 지점별 점검 방식을 불필요하게 만들어, 점검 시간을 절약하고 인력 부족 문제를 완화하며 안전 위험을 줄여줍니다. 또한 지속적인 모니터링 기능은 컨테이너선 전기 시스템 전반의 안전성과 신뢰성을 더욱 향상시킵니다.

OEM 솔루션용으로 설계된 저비용 센서인 CS LT 파이로미터는 이러한 적용 사례에서 높은 비용 효율성을 입증했습니다. 이 센서의 도입은 운영 효율성을 높일 뿐만 아니라, 열 스트레스와 잠재적인 손상을 예방하여 모선의 수명을 연장하는 데에도 기여합니다. 이 솔루션은 최신 기술을 활용해 기존 전기 시스템을 개선함으로써, 더 나은 성능과 향상된 안전성을 제공할 수 있음을 보여주는 대표적인 사례입니다.

컨테이너선에서 CS LT 파이로미터를 활용한 모선(Busbar)의 비용 효율적인 온도 모니터링

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