국내 지중송전선로는 주로 XLPE케이블과 OF케이블로 구성된다. 1971년 154kV급 OF 케이블이 최초로 한전에 의해 상용운전에 들어간 후 XLPE 케이블 지중선로가 1983년부터 병용운전 되고 있으며 OF케이블의 경우 절연유의 사용으로 인한 화재의 위험과 환경오염 문제 등으로 인하여 점진적으로 XLPE케이블로 대체되는 추세에 있다. 하지만 내전압 시험, 절연저항이나 누설전류 측정, $tan{\delta}$ 측정 등으로 진단이 가능했던 OF케이블과는 달리 XLPE케이블의 경우 종래의 시험을 통한 진단은 한계가 있고 부분방전을 통한 진단이 가장 효율적인 진단방법으로 제시되어 국내외 XLPE케이블의 진단을 위해 운영되고 있으며 보다 정확한 PD측정을 위한 연구가 계속 진행되고 있다. 지난 10년여간의 국내외 연구결과 XLPE케이블에 대한 PD 측정기술의 정확성은 상당히 향상되었고 그 결과물로서 수많은 폭정 장비와 기법이 개발되어 오늘날 널리 보급되고 있다. 하지만 여전히 측정된 Data에 대한 해석은 일부 전문가들에게 조차 복잡하고 어려운 일로 남아 있다. 자칫 그릇된 해석은 향후 큰 사고로 이어질 수 있으므로 선로 운영자의 입장에서는 측정결과의 신뢰성에 민감할 수밖에 없다.
최근 XLPE 케이블의 신뢰성 향상을 위한 지속적인 연구 및 기술개발이 성과를 나타내면서, 지난 한세기동안 세계적으로 실선로에 적용되어 그 신뢰성을 인정받던 OF 케이블이 XLPE 케이블의 상대적으로 낮은 송전 손실, 높은 방염 특성 및 유지보수와 설치의 편이성에 밀려 그 수요가 급격히 감소하고 있는 추세이다. 이러한 추세에 따라 기존의 OF 케이블 선로의 증설 또는 이설 공사의 경우, 기설 OF 케이블 선로에 XLPE 케이블을 연결하여 사용하는 경향이 많아지며, 이 이종의 케이블을 상호간 연결하는 중간접속함의 필요성이 대두되었다. 이 이종케이블 접속함은 각 케이블의 제반 특성을 최대한 유지하는 동시에 장기적인 신뢰성 확보가 최대 과제이며, 기설의 전력구에 사용하기 위한 경량화 또한 요구된다.
최근 초고압 케이블 절연체로 XLPE(가교 폴리에틸렌)이 널리 사용되어 지면서 XLPE의 여러 물리 화학적 특성에 따른 절연 성능에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 XLPE 절연층은 제조과정에서 압출과정을 거쳐 도체를 감싸게 되는데 이 과정에서 흐름 패턴으로 나타나는 비등방성(anisotropy)을 띠게된다. 본 논문에서는 초고압 XLPE 케이블에서 시계 방향으로 나타나는 비등방성(anisotropy)이 나타내는 기계-전기적 특성을 인장강도(tensile strength), 트리 개시전압 및 개시시간을 측정한 결과를 토대로 고찰해 보았으며, 이러한 비등방성이 초고압 XLPE 케이블의 절연 성능에 영향을 주는 인자로 고려되어야 함을 알 수 있었다.
오늘날 국내 지중선로는 주로 XLPE케이블과 OF케이블로 구성된다. 기존 사용되던 OF케이블의 화재 위험성 및 환경오염 문제 등으로 인해 XLPE케이블의 비중이 점차 높아지고 있지만 XLPE케이블의 경우 운전 중 케이블의 열화나 절연진단 등이 쉽지 않은 점이 문제로 제기되고 있다. 그나마 XLPE케이블에 대한 PD측정은 현재로서는 가장 유용한 케이블 진단기법으로 알려져 있으며 그 활용성과 신뢰성을 높이기 위한 연구가 국내외적으로 계속되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 실제 운전 중인 154kV 지중송전선로에 대해 PD측정을 수행하고 그 결과로 취득된 Pattern의 분석을 통해 선로내부에서 PD가 발생하고 있는지 판별하는 과정을 소개하였다.
국내 발전소에서 운전 중인 XLPE 케이블(또는 CV케이블)은 많은 경우 포설된 지 40년에 이르고 있다. 설치 후 운전 상태에 있는 대부분의 CV 케이블은 6~8년의 기간이 경과하면 열화가 발생하기 시작하고, 근래에 포설한 케이블이라 할지라도 사고가 발생할 수가 있으며, 사고 발생으로 인하여 막대한 손실을 초래하게 된다. 사고를 미연에 방지하기 위하여 케이블의 동작상태를 정기적으로 감시 확인하여야 한다. 우리는 케이블의 사고를 체계적으로 감시 및 예방하기 위한 목적으로 측정 시스템을 개발하였다. 이 장비는 수 년 동안 충남 태안에 소재한 한국서부발전주식회사(Korean Western Power Co. Ltd.)에서 케이블의 동작 상태를 감시하고 있다. 이 논문에서 시스템의 기능 및 동작 원리를 소개하고, 터빈 발전기 부하용 XLPE 고압케이블의 절연층 절연상태와 습도의 상간관계를 제시한다.
국내 지중배전선로에 XLPE 절연체를 사용한 전력케이블이 1980년대 중후반부터 사용되기 시작하여 20년 이상 사용경험이 축적되고 있다. 현재 국내는 전기설비기술기준에 의하여 직류내전압시험을 사용하여 준공시험을 수행하고 있다. 그러나 최근 20여년의 국제적 연구결과는 직류내전압시험이 XLPE 절연체의 결함을 발견하지 못하며 절연체 내에 장기 공간전하를 형성함으로써 케이블의 수명을 단축하는 역효과가 발생한다고 보고되고 있다. 2000년대에 XLPE 절연체를 사용한 전력케이블의 준공시험으로 초저주파(VLF) 내전압시험이 CENELEC과 IEEE 규격으로 제정되었다. 국내에도 전력케이블의 준공시험으로 초저주파 내전압시험을 도입하여 적용하는 것이 적절하며, 초저주파전압을 이용한 열화진단기술을 적용하는 것이 XLPE 절연 케이블의 고장예방에 효과적일 것으로 기대된다.
XLPE(Crosslinkable Polyethylene) 케이블은 절연성이 우수하여 전력용으로 많이 사용되고 있다. 그러나, 시설된지 오래된 케이블의 노후화와 지중 매설 케이블의 시공시 및 포설이후 외부손상 등으로 인해 정전사고가 많이 발생하고 있는 추세이다. 본 논문은 케이블의 외부 손상에 의해 발생하는 부분방전에 의해 공간으로 전파되는 전자파를 측정하는 UHF법을 통해 주파수 스펙트럼을 측정하고 측정된 데이터 처리를 통해 방전진전에 따른 스펙트럼의 특성을 분석하였다. $^{[1]}$[3][6]//
90년대 후반 부터의 초고압 XLPE 케이블 시스템의 연구개발 및 납품 성과에 힘입어 국내 업계 최초로 2006년 미국시에 345kV 광복합 XLPE 케이블 시스템을 수주하였다. 본 논문은 미국 뉴욕주 최대 전력시스템 운용 회사인 KeySpan사가 발주하여 LS전선이 Turn-Key 방식으로 수주, 뉴욕주 롱아일랜드에 성공적으로 준공하여 운전 중인 345kV XLPE 광복합 케이블 시스템 project에 대하여 기술하고 있다.
전력 수요는 매년 증가추세에 있으며, 이에 따라 발전소에서 동작하는 모든 장비들과 대용량의 장거리 전력수송을 위한 장비들은 신뢰할 수 있는 수준에서 완전한 상태로 동작하여야 한다. 발전소에서 생산한 고전압 전력을 전달하기 위해 사용하는 케이블은 주로 6.6 kV XLPE 케이블(또는 CV케이블)이다. 제작 기술, 설치환경 및 사용조건에 다르겠지만, 케이블은 동작함과 동시에 열화과정이 진행된다. 접속재의 경우, 제조 결함이나 공사 결함이 있는 경우 대체로 동작 후 약 3 년 내에 고장을 일으키며, 그렇지 않는 경우 수명이 20-30 년을 지속하는 경우가 많다. 우리는 케이블의 열화 상태를 감시하기 위한 장비를 개발하여 충남 태안의 한국서부발전주식회사(Korea Western Power Co. Ltd.)에 설치하였다. 우리는 이 논문에서 케이블의 열화 판정의 기준을 설정하고, 기준에 따른 열화정도를 판정하고, 케이블의 대체여부를 결정함으로써 발전소에서 설치된 활선 케이블의 동작 상태를 감시한 결과와 케이블을 구성하고 있는 절연체와 방식층이 절연저항 특성에 미치는 영향 및 케이블의 동작에 미치는 영향을 연구한 결과를 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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