[국내신제품 기술정보] 345~400kV급 고무일체형 조립식 중간 접속함(PMJ)

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[국내신제품 기술정보] 345~400kV급 고무일체형 조립식 중간 접속함(PMJ)

2005년 5월 2일 (월) 18:27:00 | 지면 발행 ( 2005년 4월호 - 전체 보기 )

345∼400kV급 고무일체형 조립식 중간 접속함 (PMJ) 기술개발의 필요성 1. 기술적 측면 대도시 인구집중 현상에 따라 인구과밀 지역을 중심으로 대단위 수요 중심지가 형성됨으로써 도심 대용량 송전의 필요성이 날로 증가하고 있으나, 도심지역에서의 가공 송전 선로 경과지 확보가 불가능하며, 가공 송전 선로 설치 시 도시 미관의 저해와 시설, 보안 및 유지 보수상의 문제점 때문에 도시지역의 지중 송전 선로의 건설이 점차 증가하고 있는 실정이다. 이 때문에 선진국의 대도시를 중심으로 상당수의 지중 송전 설비가 설치, 운전되고 있으며, 이러한 추세는 앞으로도 계속될 전망이다. 또한, 우리나라에서도 총 연장 약 2,000km의 지중 송전 선로가 운전되고 있고, 1980년대초 154kV급 XLPE 케이블 선로의 국산 실용화 이후 초고압 송전계통의 지중화가 지속되어 왔다. XLPE (Cross-linked Polyethylene)케이블 송전 시스템은 환경 친화적이고 유지보수 비용이 저렴하다는 장점 때문에 세계 각국의 선진업체들에 의해서 개발되고 사용되어 왔으며 OF(Oil Filled) 케이블 송전시스템에 준하는 우수한 절연성능 및 장기적인 내열화 특성을 가지도록 성능이 개선되어 왔다. 현재 선진국에서는 500kV급 케이블 송전시스템을 실용화하는 단계에까지 이르렀지만 국내의 지중 송전계통은 154kV급이 주축을 이루고 있으며, 2002년에 이르러 영서-영등포 구간에 최초로 345kV XLPE 케이블 및 접속함 시스템이 적용되어 비로소 345kV급 XLPE 케이블 시스템의 지중화 시대를 열었으며, 초고압 XLPE 케이블에서 선진국과 거의 대등한 기술적 수준에 도달하게 됐다. 해외 시장의 경우 345kV∼400kV급 초고압 XLPE 케이블 접속함은 크게 에폭시 절연물과 고무 스트레스콘의 조합으로 기계적, 전기적 성능을 유지하는 Prefabricated type joint(PJ)와 실리콘 고무(Silicone rubber : SR) 또는 에틸렌프로필렌계 고무 (Ethylene Propylene Rubber : EPR)을 주절연으로 하는 Pre-molded Joint (PMJ)가 주로 사용되고 있다. 그러나 최근 세계적 경제적 침체 국면에 따라 초고압 케이블 시장에서도 경쟁이 치열해짐에 따라, Pirelli, Alcatel, Nexans, Sumitomo, Hitachi, Furukawa, Fujikura 등과 같은 대형 케이블 메이커 간 기업 합병 등으로 더욱 경쟁력을 갖춘 초대형 케이블 메이커 몇몇이 시장을 독점하며 주도하면서 해외 시장에서의 후발업체의 진입을 막고 있다. 초고압 XLPE 케이블용 접속함은 절연 설계, 제조, 조립, 평가 기술 등의 여러 분야에 걸쳐 고도의 기술을 요구하기 때문에 부가가치가 매우 높지만, 이러한 선진사들이 관련 제품의 수출 및 시장의 독점을 위해 후발업체에게 기술 이전을 절대 기피할 뿐만 아니라 오히려 입찰 자격 조건 강화 등과 같이 후발업체를 견제하는 진입 장벽을 구축하고 있어서, 기술적 독자 개발의 필요성이 더욱 증대하고 있다.

2. 산업ㆍ경제적 측면 국내의 경우 향후 전력 시장에서도 해외 선진업체에 개방이 불가피하리라고 생각되며, 이러한 선진 업체와의 경쟁에서 독자적인 기술 자립을 하지 않는 경우 기술적 종속 우려가 있다. 345kV급 XLPE 케이블용 접속함의 경우 국내 업체에 의하여 Pre-fabricated type(PJ)가 개발이 되어 현재 상용화중이나, 시장이 개방되는 경우, 부품의 수가 상대적으로 적고 조립이 상대적으로 간편한 해외 선진 업체의 Pre-molded type(PMJ)와의 힘겨운 경쟁이 예상된다. 또한, 해외 시장의 경우 220kV급 이상의 초고압 시장의 규모는 증대하고 있는 추세이나 전술한 바와 같이 해외 선진 업체의 진입 장벽에 의해 세계 시장에서 수출 증대에 어려움을 겪고 있다. 따라서, 345kV∼400kV급 초고압 XLPE 케이블용 Pre-molded Joint(PMJ)를 독자적인 기술로 개발함으로써 송전 계통에 대한 기술 자립, 수입 대체 및 수출 증대 등 산업적으로 국가 경제에 크게 기여하리라고 생각된다. 또한 개발 과정에서 획득하는 접속함 주절연물(실리콘 고무)의 절연 설계 기술, 이물 관리 기술, 대용량 사출 금형 설계 기술, 사출 기술 및 평가 기술은 제반 다른 초고압 분야에 기술 파급 효과가 크게 기대된다. 1997년 조사된 바에 의하면 우리나라의 전력 수요는 약 35.8GW이나 향후 2010년경에는 67.4GW로 현재의 약 2배정도 증가할 것으로 예상되고 있으며 특히 빌딩과 인구가 집중 되어있는 대도시에서의 전력수요 집중 현상은 심각하다. 이러한 전력수요의 고밀도화에 대한 대책으로 복수 회선을 증설하고 있으나 이는 도심에서의 설치 공간 확보가 어려워 지중 케이블의 대용량화가 필요한 실정이다. 따라서 전 세계적으로 지중선에서 초고압화가 진행 중이며 국내에서도 345kV급 지중 송전 시대가 열리게 되었다. 345kV급 지중 송전선로는 국가의 기간망으로 그 품질 및 신뢰성은 이루 표현할 수 없을 만큼 막대하다. 따라서 Pre-molded Joint(PMJ)와 같이 공장에서 사전에 품질 신뢰성을 평가한 후 현장에서 간편하게 조립할 수 있는 접속함의 개발을 통하여 국가 기간 송전망의 품질 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 유지 보수 등의 측면에도 유리하다고 생각된다. 국내·외 관련기술의 현황 1. 국외현황 (1) 유럽 현재 유럽에서 초고압 접속함을 공급하는 회사는 이태리의 Pirelli社와 프랑스의 Nexans社가 대표적이며 두 회사 모두 EPR 또는 Silicone Rubber을 주절연으로 400kV급까지의 개발 완료 및 국제 공인기관으로부터 장기 신뢰성을 검증할 수 있는 1년 기간의 Pre-qualification test를 완료했다. (2) 미국 미국에는 Elastimold에서 PMJ를 생산하고 있으나 주로 66kV~154kV급이 주종을 이루고 있고 현재 그 이상의 전압급은 아직 개발되지 않았다. (3) 일본 일본에서는 에폭시를 주절연으로 하고 EPR 스트레스 콘을 사용한 275kV급 PJ(pre-fabricated joint)가 지중 송전선의 주축을 이루고 있으며 수십 년간에 걸쳐서 축적된 PJ 기술은 400kV급까지 적용되고 있다. 이러한 발달된 기술로 품질 및 신뢰성의 측면에서는 최고 수준이다. 그러나 십 수 년에 걸친 일본의 경체 침체로 인한 전력 수요의 감소 등으로 Sumitomo, Hitachi, Furukawa, Fujikura 등의 케이블 메이커는 구조 조정과 함께 기업간 합병 등의 방법으로 생존을 모색하고 있다. 또한, 치열한 해외 시장에서 생존을 위하여 품질과 가격 경쟁력을 모두 갖춘 PMJ 관련 연구가 활발히 이루어지고 있다. 현재는 EPR을 주절연으로 하는 Sumitomo와 Hitachi의 합작사인 J-power system과 silicone을 주절연으로 하는 Furukawa와 Fujikura의 합작사인 Viscas corporation의 두 회사에서 154kV급 이상의 PMJ를 생산하고 있다. J-power system의 경우에는 현재 154kV급의 양산 및 275kV급의 개발이 완료된 상태이며 Viscas corporation의 경우 154kV급의 양산은 이루어져 있으나 그 이상 전압 급의 개발은 아직 이루어지지 않은 상태이다. 2. 국내현황 세계의 CV케이블 고압화 추이는 1962년 General Electric사에서 XLPE 케이블을 개발하고, 6.6kV급에 채택되어 그 성능을 인정받은 이후 케이블의 사양 및 제조방법의 개선에 의해 현재 500kV급까지 실용화가 진행되어 왔으며 초고압화에 따르는 절연특성과 항스트레스 능력을 갖는 접속함의 연구 또한 활발히 진행되고 왔다. 국내에서는 1980년 초반에 154kV급 전력계통에 채택된 이후 지속적으로 XLPE케이블용 접속함 기술을 향상 시켜왔으나 일본의 영향으로 PJ type의 연구가 주를 이루었고, 1999년부터 진행된 PMJ의 연구로 국내에서는 LS 전선이 유일하게 230kV급까지의 개발 및 해외인증을 완료해, 현재 132kV급은 양산하여 해외 시장에 수출하고 있다.

기술개발 파급효과 1. 기술적 측면 345kV∼400kV급 PMJ (Pre-molded Joint) 개발에는 초고압급 절연 설계 기술, 고무 재료 처방 설계 기술, 절연 평가 기술 등과 같은 설계 기술뿐만 아니라 대용량 고무 사출 기술 및 금형 설계 및 가공 기술 등의 제조 기술 향상이 필요하다. 초고압급 PMJ 개발을 통하여 얻어지는 설계, 제조, 금형 및 평가 기술은 다른 전압 등급의 접속재의 품질 신뢰성을 한층 더 높여 줄 것이며, 또한, 여타 전력 기기용 절연 부품의 설계, 제조 등에도 응용되어 우리나라 중전기 기술의 발전에 기여할 것이다. 2. 산업ㆍ경제적 측면 전 세계적으로 지중 송전망화가 진행되고 초고압화의 추세에 따라 220kV급 이상의 초고압 시장의 규모는 증대하고 있다. 향후 345kV∼400kV급의 초고압 시장의 수요 또한 증가하리라고 생각될 뿐만 아니라 345kV급 이상의 초고압 시장은 현재 도입기로써 부가가치가 매우 높은 시장이다. 해외 선진 업체는 미래의 시장 주도권을 잡기 위하여 345kV급 이상의 초고압 시장에서 PQ(Pre-qualification)조건의 강화와 같은 진입 장벽을 강화함으로써 후발업체의 진입을 억제하고 있다. 따라서, 기업의 측면에서는 초고압 XLPE 케이블용 Pre-molded Joint를 개발함으로써 초고압 시장에서의 점유율 증대, 영업 이익의 증대 등의 효과가 있으며 산업 경제적 측면에서는 수출 증대, 수입 대체 등을 기대할 수 있다. 활용실적 및 향후 계획 LS전선에서 개발한 345kV∼400kV급 XLPE용 Pre-molde Joint 는 2004년 11월 국제 규격인 IEC 62067에 따른 인정시험을 실시하여 국제 공인시험 기관인 KEMA(네덜란드)의 공인 인증서를 획득했으며, 이에 힘입어 사우디아라비아로부터 2천만 달러의 프로젝트를 수주하여 국내 최초로 400kV급 초고압 케이블 및 접속함을 수출하는 쾌거를 이룩하였다. 향후 동급 제품의 공급시장을 이스라엘, 카타르 등 중동시장과 중국시장으로 확대해 나갈 계획이다.