▶ 개요 케이블 진단 기술은 케이블 종류(OF/CV), 진단 대책(케이블 주절연/접속부), 전압 계급에 따라 수많은 방법이 옛날부터 개발돼 왔다. 여기에서는 이 중 주로 케이블 선로 운전을 정지할 필요가 없는 온라인 진단 기술의 현재 상황에 대해 설명한다.
▶ 케이블 노화 현상
OF 케이블 및 CV 케이블의 주요 노화 형태와 특징을 각각 <표 1> 및 <표 2>로 나타냈다. OF 케이블은 케이블 본체, 종단부 및 접속부 모두 절연유로 흘러 넘쳐 가압된 밀폐 구조로, 기본적으로 노화가 잘 발생하지 않는다. 그러나 진동, 신축, 외상 등에 의해 접속부 외피의 접합부 및 금속시스에 균열이 생겨 절연유가 외부로 흐르면 절연 성능이 현저하게 저하된다. 또 절연유 자체는 공기, 수분, 이물의 혼입에 의한 산화 노화를 비롯하여 열과, 과전에 의해 노화되어 유전 정접의 증대, 절연 저항 저하, 절연파괴 강도 저하 등의 문제점을 일으킨다. CV 케이블의 노화에서 많은 사례가 보고되는 것이 수 트리 노화와 차폐 동 테이프 파단이다. 수 트리 노화는 절연체 내부 수분과 국부적인 전계 집중이 원인이 되어, 절연체에 수지 상태가 결핍되는 현상이다. 수 트리는 시간이 지남에 따라 성장하여 CV 케이블 절연 성능을 서서히 저하시킨다. 차폐 동 테이프 파단은 물이 있는 포설 환경에서의 고압 클래스 케이블 시스 외상에 의해 발생한다. 케이블 내부에 침입한 수분은 차폐 동 테이프를 부식시켜, 최종적으로 차폐 동 테이프가 파단된다. 차폐 동 테이프가 파단되면 케이블 화재 사고를 유발할 우려가 있다.
▶ 온라인 진단 기술
1. 유중 성분 분석 유중가스 분석에 의한 OF 케이블 선로의 접속부 진단은 옛날부터 그 효과가 인정되어 많은 실적을 올리고 있다. 채유 작업은 지금까지 안전적인 측면 때문에 케이블 선로 운전을 정지한 상태(오프라인)로 실행되는 것이 일반적이었다. 그러나 최근에는 절연 성능을 가진 채유 공구(<그림 1> 참조) 및 채유 커넥터 개발에 의해 선로 운전 중(온라인)에서 채유 작업도 많고 실시되고 있다. 유중가스 분석에서 대상이 되는 가스로는 심각한 방전 발생을 나타내는 아세틸렌가스(C2H2)량에 가연성 가스 총량(TCG)을 합친 2종류의 값을 이용한 판정 기준(<표 3> 참조)이 추장되어, 현재 각소에서 효과적으로 활용되고 있다.
2. 부분방전 케이블 및 접속부에서 부분방전을 유발하는 결핍은 극명하고, 부분방전 측정은 공장 내에서의 평가시험 뿐아니라 케이블 선로 준공 시 건전성 확인시험으로도 폭넓게 이용되어 왔다. 이 기술이 최근에는 절연 노화 진단을 목적으로 한 기설 선로의 측정에도 전개되고 있고, 이에 적합한 가반형 측정기 개발 사례 및 실선로에서의 측정 사례도 보고되 고 있다.
일본 내 전력 케이블 선로의 부분방전 측정에는 <그림 2>과 같이 접속부 절연통의 양측 시스 위에 금속박 전극을 설치하여, 방전 펄스에 의해 유기되는 박전극 전위를 검출하는 박전극 방식이 일반적으로 이용되고 있다.
한편 해외에서는 케이블 선로를 지중에 직접 매설하는 포설 형태가 많아지고 있기 때문에, 박전극 방식의 채용은 어려웠다. 그러나 <그림 3>과 같이 접속부에서 지상으로 인출되는 접지선의 단자부에 검출기를 설치한 방식이 개발되어 직매 포설 방식의 기설 선로에서도 부분방전을 측정하는 것이 가능해졌다.
3. 상태 감시 전력 케이블 선로 및 그 주변 설비의 온라인 상태 감시 기술 중 하나로, 광섬유를 이용한 기술이 있다. 광섬유는 그 자체가 왜곡 및 온도 센서로 기능하고 장수 방향의 분포형 제량을 측정할 수 있기 때문에 케이블 선로 등 장거리 설비의 상태 감시에는 유용하다. <그림 4>는 케이블 외부의 온도 분포 감시와 함께 케이블 열 정수 및 주위 포설 환경 등의 조건을 가미하여 도체 온도를 추정한 결과다.
그 밖에 가스 절연 송전선로(GIL)의 표면온도 및 가스압, 동도 내 화재, 케이블 이동량 감시 시스템 등도 개발되고 있다. 광섬유 이용 이외의 상태 감시 기술로는 무선 기술을 이용한 지중 송전선 인공 내 상태 감시 시스템, 누유점 표정 기능 부착 OF 케이블 선로의 유압 감시 시스템 등이 개발되고 있다.
4. 전류/전압 측정 고압 클래스인 CV 케이블에 관해서는 현재로는 직류 성분법, 직류 중량법, 맥동검출법, 교류 중량법, 저주파 중량법, 활선 tan δ법과 같은 케이블 전압 또는 전류 신호 평가에 기초한 온라인 진단 기술이 실용화되고 있다. 특별 고압 클래스인 CV 케이블에 관해서는 앞서 언급한 고압 케이블용 기술의 단순한 응용으로는 효과적인 진단이 어려워 확립돼 있지 않은 실정이다. 이러한 가운데 <그림 5>와 같이 활선 tan δ법을 거치형 자동 측정 시스템으로 실선로에 적용하고, 유효성 평가를 위해 계속해서 데이터 누적을 실시한 사례가 보고되고 있다. 또 이상 진단이라고 하는 관점에서는 완전 지락 사고 전 전구 현상(미지락 현상, 간결 지락 현상)을 잡기 위한 감시 시스템의 개발 사례가 있다. 미지락 및 결핍 지락 현상은 케이블 및 전기기기의 절연파괴에 의해 발생하기 때문에, 앞서 언급한 수 트리 노화 신호보다도 훨씬 크고 영상전류 I0 및 영상전압 V0 측정에서 검출 가능하다. <그림 6>은 변전소 내에서의 V0, I0 측정 시스템 예를 나타낸 것이다. V0 및 I0 신호를 상시 감시하여 이런 파형의 관계 및 특징을 평가하는 것으로 이상 구간 및 이상 기기 특정을 행한다.
▶ 특별 고압 CV 케이블의 절연 진단 기술 상황 특별 고압 클래스의 CV 케이블에는 효과적인 온라인 진단 기술이 없는 것이 실상이다. 이는 이 클래스의 지중 송전선로 대부분이 다점 지락 계통이기 때문에, 접지선에서 선로 전 길이 분량의 충전전류를 측정할 수 없는 것도 원인이 되고 있다. 따라서 이런 케이블 선로를 진단할 때에는 고압 측으로 실험 기기를 접속하기 위해 반드시 선로 운전을 일단 정지해야 한다. 이처럼 제약이 있는 상황에서도 케이블 선로의 절연 진단에 대한 요구는 높으므로 현재 잔류 전하법, 손실 전류법, 내전압 시험법과 같은 온라인 진단 기술이 실용화되어 현장에서 이용되고 있다.
▶ 마무리 OF 케이블의 유중 성분 분석 및 CV 케이블 부분 방전 측정은 실적도 많고, 앞으로도 효과적인 온라인 절연 진단 기술로 활용될 것으로 생각된다. 또 광섬유 및 무선 기술 등을 이용한 케이블 선로 및 주변 설비의 온라인 상태 감시 기술도 점점 발전 할 것이다. 한편 CV 케이블의 수 트리 노화를 대상으로 한 절연 노화 진단에 관해서는 특별 고압 클래스의 케이블 온라인 진단 기술 검토 사례가 거의 없는 것이 실상이며, 향후 연구 개발이 기대되고 있다.
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