1968년에 최초로 선진공업국가에서 케이블 열화에 의한 지중 Power Cable의 사고가 발생된 후, utility company는 여러 연구기관과 협력하여 지중배전용 케이블을 수거하여, 케이블의 열화가 계통사고의 원인이 된다는 것을 입증하였다. 또한 고전압 전력계통에 설치된 기존의 OF케이블(oil filled power cable)은 점차로 절연층이 매우 두꺼운 polymer insulated extruded power cable로 대체되어 가는 것이 세계적인 추세이다. 국내에서도 이러한 extruded power cable의 매설이 증가되고 있어, 이에 의한 사고가 발생될 수 있는 potential이 커지고 있기 때문에 우선 전력케이블이 어떠한 이유로 열화되고 어떠한 형태로 나타나는가에 대해 많은 해외연구기관의 연구들을 토대로 간단히 살펴보기로 한다. 열화진단시험방법이나 열화원인분석을 위한 물리화학적 mechanism에 대해서는 다음 기회에 언급하기로 한다.
한국에 지중배전케이블이 설치된 지 30년이 넘고 현재 지중화율은 12% 가량 되고 있다. 지중화율이 점차 높아지는 추세에서 기존의 매설된 케이블이나 사고 케이블에 대한 교체로 철거케이블이 발생하는 빈도가 높아져 이를 쉽게 철거할 수 있는 방안이 필요하여 철거용 지중케이블 자동절단기 개발을 하기에 이르렀다. 케이블철거 작업이 현재까지는 대부분 수동유압절단기를 통하여 이루어지다보니 작업의 경제성이 상당히 낮고 안전상의 문제가 대두되어 관로내 케이블을 차량의 유압을 이용하여 자동 인출, 자동 절단할 수 있는 기기를 개발하기에 이르렀다. 자동절단기를 사용함으로써 기존 $4{\sim}5$명이 소요되는 작업이 $1{\sim}2$명의 인력으로도 작업할 수 있고 작업시간도 대폭 단축되어 경제성이 크게 향상되었다. 아울러 사람이 절단작업을 수행하다보니 안전성의 문제가 염려시 되었는 데 철단작업을 기계가 대행함으로써 작업의 안전이 보장되었다. 이와 같이 케이블 자동절단기는 경제성은 물론 안전성을 확보함으로써 케이블 철거작업의 품질개선에 큰 역할을 담당할 것이다.
우리나라의 지중배전선로는 가공선의 정비 차원에서 지중케이블로 공급함으로써 시작되었으며, 지금은 변전소 인출개소와 택지개발 지역에 신규공급용으로 주로 설치되고 있다. 지중배전선로는 매년 약 7%의 증가율을 보여주고 있으며 2001년말 기준으로 케이블긍장이 16,301(C-km)로 약9.4%의 지중화율을 나타내고 있다. 선로가 증가함에 따라 고장의 발생이 광역정전등 점차 많은 문제점을 내포하고 있다. 지중배전선로의 고장은 주로 케이블에서의 외상과 열화가 주요인으로 이는 환경적인 영향과 제작 시공 및 유지관리면에서의 미흡에 의한 것으로 효과적인 관리를 위해서는 지하매설물종합관리기관 설립 등의 제도적 도입과 선로제작과 시공품질의 향상을 유도하기 위한 계약 제도의 보완 및 선로의 중요도와 경제성에 따른 차별화된 관리 방법과 선로고장시 정확한 data 보고관리의 여건 마련과 아울러 정확한 선로 이력 database화 등의 체계적인 선진 예방보수 기법의 도입이 요구된다.
1986년 제조되어 국내 지중배전계통의 관로에서 20년간 사용된 CNCV케이블에 대하여 IRC(Iso-thermal Relaxation Current) 측벙법을 사용하는 진단장비와 0.1Hz 극저주파 Tan-delta 측정법을 사용하는 진단장비로 케이블의 수트리 열화 진단을 시행하고 철거한 후 교류파괴전압시험을 수행하였다 각 진단장비의 진단결과와 교류파괴전압시험 결과, 수트리의 존재여부를 비교하였다. VLF Tan-delta 측정법을 사용하는 진단장비가 교류파괴전압시험결과, 수트리의 유무 둥과 상관성이 비교적 높게 나타났다. 통계적으로 신뢰성을 확보할 수 있도록 지속적인 비교 검증시험을 추진할 계획이다.
22.9[kV]-y 배전 방식은 지중 케이블로 전력을 공급하고 있으며 선로 운영상 배전케이블 선로의 동심중성선을 케이블 접속 구간마다 3선 일괄 접지하는 다중 접지방식을 채택하고 있다. 그러나 지중 배전 선로에서 각 상의 부하가 평형일 경우에도 동심중성선에는 부하 전류의 약 40[%](전력구)${\sim}$50[%](관로)의 동심중성선 순환 전류가 발생되고 있기 때문에, 순환전류로 인한 손실이 도체 손실의 76[%]에 달한다. 이러한 손실 전력으로 케이블의 내부온도가 상승되어 케이블의 허용전류 용량이 관로의 경우 20[%] 정도 감소하게 된다. 본 논문은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 새로운 동심중성선 접지방식을 제안하고 있다. 새로운 방법은 동심중성선의 순환전류를 효과적으로 제거하고 있으며, 그 방안을 직접 계통망에서 적용시켜서 실측하여 본 결과, 그 타당성과 유용성을 확인하였다.
우리나라에서 현재 적용중인 배전용 지중케이블은 1973년 처음 도입되어 도시의 중심 번화가와 변전소 인출개소 및 신도시 택지개발 지역 둥에 주로 설치되어 현재는 약 17,231 C-km (2002.12말 기준)에 이르고 있다. '86 아시안 게임과 '88 서울올림픽을 대비해 설치했던 케이블들은 설치 당시의 열악한 제작, 시공 및 관리 기술의 부족으로 많은 문제점을 가지고 있다. 이런 불량케이블이나 20년 이상된 노후케이블의 절연상태를 파악하기 위해 현재 적용 기준으로 되어있는 등온완화전류법을 이용한 열화진단장비를 현장에 적용해 보고 사례를 분석해보므로써 이 장비의 문제점과 향후 개선방향을 모색해 보았다.
지중배전선로는 건설비가 가공선로에 비해 월등히 높아 지중설비를 확대하는데 장애요인이 되고 있으나 도시화의 증가와 환경문제의 대두로 인해 전력설비의 지중화가 급속히 진행되고 있으며 따라서 지중선로는 고신뢰도를 요구하는 도심지에 대부분 시설되어 있으므로 지중선로에서 고장이 발생하는 경우 고장의 규모에 비해 그 파급영향은 매우 심각한 것이 대부분의 경우이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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