전력케이블의 열화
전력케이블의 열화
1. 케이블의 열화 진행과정
전력케이블의 경우 도체와 절연체 사이에 있는 반도전층과 접촉면이 매끄럽지 못하거나 절연층 내부에 이물질이 있을 때, 높은 전계가 집중되어 그 곳에서 서서히 Tree가 성장하고 절연물이 열화 되기 시작한다.
☞ Tree 현상은 교류에 의한 주기적 부분방전으로 생성되는 Electrical Tree와 Cable 내부에 물이 침투하거나 습기의 존재로 인하여 낮은 전압(Electrical Tree가 생성되는 전압보다도)에서 부분방전 없이 발생되는 Water Tree가 있다.
2. 열화 방지 기술
Cable의 열화방지를 위한 기술로는 Cable 자체의 설계 및 제작기술을 개선하는 방법과 Cable을 설치, 운용하는 단계에서 열화를 방지하기 위한 방법으로 나뉘어 생각할 수 있다.
가. 설계 및 제작기술
(1) 절연체를 압출하여 제작하는 Cable의 경우 절연층이 거의 동시에 도체를 따라 형성하게 됨으로 Cable 내부에 고립된 결함이 발생할 수 있다. 이러한 형태의 고립된 결함을 분류하면 다음과 같다.
(가) 기포(Voide)
(나) 반도전층의 돌출부분(Protrusion)
(다) 불순물(Contaminants)
(라) 절연층의 비균질성 (Inhomogenesis)
(2) 따라서 Cable 자체의 고립된 결함과 외부로부터 물의 침입을 방지하기 위한 기술을 기준으로 열화방지 대책을 요약하면 다음과 같다.
(가) 물의 침입, 확산방지
도체의 수밀화: 도체사이의 Compound 충진
(나) 반도전층의 평활화
반도전층 압출: Free Stripping Type 적용
(다) 절연체의 개선
1) 첨가제의 사용: Voltage Stabilizer 첨가
2) Voids의 저감: 건식 가교방식 채용
3) Blend의 배합: 내부 Tree재료 사용
(라) 단말, 접속부의 처리
조립식: 열수축 Tube 응용
나. 설치 및 운용 시의 대책
(1) Cable을 보관하거나 현장에 설치하는 경우 말단부를 통하여 습기가 침투되지 않도록 단말처리를 철저하게 실시한다.
(2) Cable의 포설장소가 물 또는 화학작용을 일으키는 물질이 접촉할 우려가 없는 곳으로 선정한다.
(3) Cable의 포설시 기계적 Stress를 받지 않도록 주의한다.
(4) 열적, 기계적, 생물적으로 영향이 없는 환경을 조성한다.
3. 단심 케이블의 쉬스 전위
케이블의 금속 쉬스 또는 쉴드는 반듯이 접지 하지만 단심케이블에 있어서는 전자유도로 인하여 쉬스에 전압이 유기 되어 2개소 이상을 접지 하였을 때에는 이 2개의 접지점 간의 대지 전위차로 인한 순환전류가 흐르게 되어 쉬스가 발열하여 쉬스 손실이 발생하고 이로 인하여 케이블의 용량이 감소한다.
가. 쉬스에 유기 되는 전압
여러 가닥의 도체 전류로부터 전자유도로 인하여 쉬스에 전위가 유기 되면 한점을 접지 하였을 때 다른 지점에는 접지점에서의 거리에 따라 대지 간에 전위차가 발생한다.
쉬스 전위의 허용치로는 일반적으로 상시전위 30～60V가 인정되고 있으며, 일본의 경우 50V 이하에서는 안전대책을 필요로 하지 않으나 50V 초과 시에는 주위를 막는 등 감전에 대한 안전 조치를 취하도록 되어 있다. 유럽에서는 직매식 또는 인체에 접촉하지 않는 장소에서는 60～100V가 인정되고 있다.
나. 쉬스 전위 저감대책
쉬스 전위는 단심케이블의 배열과 간격에 따라 크게 변한다. 1회선인 경우 단심케이블 3조를 정삼각형으로 선간 간격이 없도록 하면 쉬스 전위는 낮아진다.
4. 케이블 접지방식
가. 솔리드 본드방식(Solid Bond)
쉬스를 2개소 이상에서 접지하는 방식으로 쉬스 전위는 거의 없으나 쉬스회로 손실이 발생한다. 따라서 허용전류에 충분한 여유가 있을 때 또는 해저케이블 포설과 같이 불가피한 경우에만 쓰인다. 한전 배전선로인 22.9Kv 선로의 다중 접지방식의 그 대표 적인 예이다.
나. 편단접지
이 방법은 케이블의 한쪽만을 접지하고 다른 한쪽은 개방하는 방법으로 회로 손실은 없으나 서어지 침입 시 개방단에 위험한 이상전압이 발생하므로 저항기나 소형 피뢰기를 설치하는 등의 이상전압의 억제대책이 강구되어야 한다. 공장구내와 같이 포설 케이블 길이가 짧을 때에는 흔히 편단 접지가 쓰인다. 포설케이블 길이가 다소 긴 경우에는 케이블의 중간점을 접지하고 양단을 개방하는 것도 가능하다.
다. 크로스 본드(Cross Bond)방식
긍장이 긴 단심 케이블 포설에 있어 세계적으로 널리 쓰이는 방식으로 그림과 같이 쉬스를 접속하고 3구간마다 접지하는 방식이다. 유럽에서는 연가와 크로스 본드를 동시에 시행하고 있다.
