[중전기기 설비 교체와 유지 보수①] 고압 CV 케이블의 유지 보수, 교체 시기

CV케이블은 케이블 절연체의 폴리에틸렌을 화학 반응으로 가교시킨 가교 폴리에틸렌을 사용함으로써 열 특성을 개선한 케이블이다. 절연 성능과 기계적 특성이 좋고 유전 손실이적으며 가벼운 것이 특징이다. 그러나 절연 두께가지紙절연 케이블에 비해 두꺼워 바깥지름이 굵고 열팽창 계수가 크며 내耐코로나성이 떨어지고 각종 트리 현상이 발생할 수 있다. 가교 폴리에틸렌 절연
케이블 또는 XLPE 케이블이라고도 한다.

고압 CV 케이블의 특징

고압 CV 케이블과 그 밖에 다른 회로용(저압용,특별 고압용)으로 사용하는 CV 케이블에 하자가
발생하는 이유는 다음과 같다. 저압용은 ▲물의침투에 의한 노화를 고려하지 않거나 ▲금속 차폐층(동銅테이프)이 없는 경우 문제가 생긴다. 특별고압용은 케이블 특성상 필요한 ▲케이블 외부 반半도전층을 압출형으로 하지 않으면 하자가 발생한다.

물의 침투로 케이블이 노화했을 때
물로 말미암은 케이블 노화는 고압 CV 케이블 절연체(가교 PE)에 침투한'물'과 사용 전압에 의한'전기 스트레스(전계電界)'두 가지 요인에 의해 나타난다. 처음 수지 형태의 물 흔적(염주 구슬 모양)이 보이면서 점차 넓어진다. 그러나 저압용과 같이전기 스트레스가 낮거나, 혹은 물에 접촉해도 전선안까지 흡수되지 않는 무과전無課電상태에선 이러한노화는 발생하지 않는다. 물이 침투함으로써 결국케이블이 절연 파괴에 이르는 경우도 많이 발생한다. <그림 2>는 실제로 물이 침투해 케이블이 늘어진 상태다. 절연체를 거의 관통橋갳했지만, 아직 절연 파괴엔 이르지 않았다.

 케이블 금속 차폐층의 필요성(역할)
고압 CV 케이블은 자기 발생 전자계가 다른 전기회로에 전기적 장해를 주지 않도록 금속 차폐층(보통 구리 테이프)을 설치하고, 차폐층 끝 부분은 접지 처리한다. 금속 차폐층은 절연체 충전 전류의 귀로 회로 역할(저압 케이블에서는 필요 없다)을 한다. 차폐층인 구리 테이프가 끊기면, 그 부분의 케이블 절연체가 가열 또는 탄화炭化돼 절연 파괴에 이른다.

케이블 압출형 외부 반도전층
고압급 케이블엔 절연체를 끼우는 내·외부에 전계를 완화하고자 반도전층을 설치한다. 6600V급에선 내부 반도전층으로 절연체와 함께 압출형 반도전층을 설치하며, 외부는 테이프 타입(E-T 방식)이 일반적이다. 외부 반도전층도 압출형인 E-E방식을 쓰기도 한다. 물의 영향을 받을 수 있는 포설 환경에선 일반적으로 E-E 방식이 하자 방지에유리하다.

고압 CV 케이블 등의 경년 노화

고압 CV 케이블 등은 <그림 1>과 같이 각종 요인에 의해 노화가 이뤄진다.
절연 파괴를 일으키는 주요 노화 원인은 절연체로의 물 침투, 구리 테이프 파단(부식, 열기계 응력),단말 오손 트래킹 등이다. 케이블 단말부에서 주요전기적 측정을 통해 노화 진행 상황을 정밀하게 파악해야 한다.

고압 CV 케이블의 유지 보수

케이블 점검 방법은 초기 점검, 일상 점검, 정기점검, 정밀 진단으로 나눈다.
초기 점검에선 시공 후 연피 상태가 양호한지 확인하고, 연피 손실 절연 저항 측정에서 불량으로 나타나면 테스터기로 다시 측정한다.
다음은 테스터기 측정 데이터로 판단할 수 있는사항이다.

① 수 Ω: 금속끼리 접촉(연피 손실 외상부 아래구리 테이프와 랙Rack 등 금속물과 접촉).

② 수 kΩ~수십 kΩ: 연피 손실 외상이 존재하고, 그 부분에 물이 침투할 가능성.
③ 수백 kΩ 정도: 연피 손실 외상.
일상에서 육안 점검을 통해 이상을 초기에 발견함으로써 케이블 단말부 등 점검 범위를 좁힐 수 있다. 정기 점검 시 연피 손실 절연 저항과 차폐층 저항이 올바른지 확인한 후 절연체 절연 저항이 양호한지 확인한다. 이때 절연체 절연 저항은 측정 회로에 따라 측정 방법을 바꿀 필요가 있다.
케이블 단말이 고압 회로로부터 완전히 개방할수 없는 인입 케이블인 경우 <그림 3>과 같이 G방식(가드 단자 접지 방식)으로 측정한다.
이 같은 점검에서 건전성 판정 기준(예)은 <표 2>와 같다.
주註) 내열성을 강화한 비닐 연피 손실은, 연피 손실이 없어도 연피 손실 절연 저항이 한 차례 측정으로 적게 나오기도 하므로 초기 점검 시 측정값의 변화를 파악한다.
정밀 진단(측정)은 사용 연수가 10년 이상이고물에 의해 영향을 받을 수 있는 포설 환경에서 시행한다. 이러한 포설 환경에서 고압 CV 케이블은 직류 10㎸까지 가능한 누설 전류 시험이필요하며,시험값을 차트로 기록하는 것이 좋다.

고압 CV 케이블 교체
<표 3>은 고압 CV 케이블의 내용 연수에 영향을주는 요인이다.
앞의 두 가지 요인, 즉 물의 침투로 케이블이 노화한 경우와 차폐 구리 테이프 파단에 의한 절연 파괴 사례를 <그림 4>와 <그림 5>로 나타냈다.
물의 침투로 노화가 이뤄지면 물이 절연체를 관통해도 그 부분은 절연 파괴에 이르지 않는 경우도있다(<그림 2> 참조). 이 경우 케이블의 직류 누설전류 시험으로 노화 여부를 파악한다. 그러나 이 시험은 전선로를 정전한 상태에서 진행하기에 현실적으로 어려움이 따른다.
설명한 내용을 참고로 사용 환경을 충분히 살핀후 고압 케이블 전로의 기술적, 경제적, 사회적 측면을 고려해 보수 점검한다. 다시 말해 고압 케이블전선에 있어 자산 관리(Asset Management)를 도입한 설비 보전, 교환 필요성 여부를 검토한다.
주註) 전력 설비의 자산 관리 도입 시 기술적, 경제적, 사회적 측면을 고려한다.

기술적 측면
·설비 정보(경년, 설비 사양, 포설 환경, 보수 이력 등)
·고장률 정보

 경제적, 사회적 측면
설비군에 발생하는 비용을 다음의 4종류로 분류·유지비(점검비, 보수비 등)
·사고비(긴급 대응비, 원인 확인, 조사비, 정지에 의한 손실 등)
·교체비
·노화 진단비
자산 관리를 검토할 때 전기 설비 경년 분포, 진단에 관한 데이터베이스 등의 정보가 매우 중요하다.
<그림 6>은 민간 시설에 흔히 사용하는 고압 CV케이블(E-T 방식)에 장기간 물이 침투했을 때 내전압 특성에서 내용 연수를 V-T 커브로 정리한 결과다.
<그림 6>에서 내용 연수는 최저 상정 라인에서17.5년이지만, 안전적인 측면을 고려해 케이블을갱신할 권고 시기는 사실상 15년으로 잡았다. 더불어 물에 영향을 받지 않는 경우 20~30년으로 권고하지만, 사용 환경이 다양하므로 가장 취약한 포설환경에서 케이블 선로의 노화 상태를 기준으로 설비 교체 시기를 정한다.

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고압 CV 케이블을 포함한 모든 전력 케이블은 대부분 눈으로 쉽게 확인할 수 없으며, 실생활에서 그존재감이 미미하기에 그 중요성을 간과하는 설비다. 더욱이 형광등처럼 소비 한계가 명확하지 않으므로 일상에서도 드러나지 않는 설비다. 따라서 그유지 보수, 교체 시기 등에 대해선 각 케이블(고압CV)의 특징을 충분히 이해하고 케이블 권고 사항에 따라 대응 조치를 마련해야 한다.