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트래킹 억제형 수밀 알루미늄 피복강심 알루미늄 절연전선
일진전기(주)
전력신기술제도는 고부가가치 산업인 전력산업과 전력분야의 국제경쟁력 제고를 위해 전력기술 발전이 요구되는 시점에서 정부와 연구기관만의 노력으로는 한계가 있으므로 민간부문에서 자율적으로 전력산업기술개발에 참여시켜 전력산업기술개발을 촉진하기 위해 제정된 제도다.
산업자원부는 지난해 9월, 전력기술관리법에 의거 전력신기술 제21호로 일진전기(대표 홍순갑)의 차세대 배전선으로 개발한 트래킹(전선피복이 침식하는 현상)억제형 수밀 알루미늄 절연전선을 지정, 고시했다.
이 기술은 기존 특고압 가공 배전선으로 사용되는 전선에 비해 절연성능은 50%, 내트래킹성능은 100% 이상 향상시킨 제품으로 전력공급의 신뢰성확보와 함께 수명을 2배 연장시킬 것으로 기대된다.
본 제품은 트래킹억제형 수밀 알루미늄 피복 알루미늄 절연전선(이하 TR/OC라 함)으로서 기존에 특고압 가공배전선인 ACSR/AW-OC(이하 OC라 함)전선을 개량, 개선한 전선이다.
주요목적으로는 현재 사용중인 OC전선이
1. 트래킹에 의한 단선사고 발생
2. 도체내의 수분 침투로 인한 전선의 단선 사고등에 의해 그 피해가 급증되는 바
기존의 OC전선의 중량, 외경을 변화시키지 않고 (구조가 변경될 경우 각종 지지금구 및 접속금구의 변경도 불가피함) 발생되는 문제점을 해소하기 위함이다.
이에, 일진에서는 2000년도에 개발에 착수하여 2002년 본 개발품을 출시하게 되었으며 한전 사업소에서 약 1년간의 시범사용을 거쳐 그 성능을 인정 받았다.
개발품의 특성은 기존 전선에 비해
1. 내트래킹 성능을 최소 100% 이상 향상시켰으며,
2. 절연성능을 50% 이상 향상시킴은 물론
3. 도체에 수밀구조를 채용하여 전선단선의 원인이 되는 트래킹, 도체응력 부식의 문제를 해결하였다.
개발의 추진방향은 1차적으로 각종 사고의 메커니즘을 분석하고 그에 대한 해결방안을 모색하였으며, 실험실적이고 이론적인 기술은 실제로 제품을 양산할 때 많은 실수를 유발했다.
각종 우여곡절 끝에 일진은 2004년 결국 한전에 제품을 등록하고 양산구축을 하여 금년에 확대적용을 추진했다.
주요 사고의 메커니즘 분석 및 대처방안은 다음과 같다.
 사고 메커니즘 분석
1) 트래킹 메커니즘
가. 개 요
가공배전선에 절연전선을 사용함으로써, 전선 접촉에 의한 고장(인축,외물 등)은 줄어든다고 할 수 있으나, 트래킹에 의한 절연체의 손상, 섬락시아크에 의한 전선의 용단등 나전선에서는 발생하지 않는 특별한 현상이 발생하고 있어, 운용상 지장을 초래하는 경우가 많다.
실제 운용실적에 따르면 해안지역, 극심한 공업오손지역 등에서 바인드 선을 따라 전선의 피복이 침식하는 트래킹 현상이 다수 관측되고 있으며, 이 현상은 봄철에 비교적 진행이 빠르게 나타나는 것으로 알려져 있다.
특히, 새벽이나 밤시간에 바인드선 주변에서 불규칙한 소리를 동반한 방전현상이 자주 관측되는 것으로 보고되고 있는데 이러한 여건들은 트래킹 현상으로 규명되고 있다.
트래킹에 의해 일단 피복에 손상이 생기면 도체가 노출되고, 트래킹의 진전 또는 부식 등에 의해 피복뿐만 아니라 도체도 손상되어 결국은 단선에 이를가능성도 있다. 트래킹에 의해 지지부 주변의 도체 일부가 노출되면 써어지 침입시 섬락의 가능성이 높아지고, 아크로 진전되어 이 점에서 아크용단의 가능성도 높아진다.
나. 트래킹이란
트래킹이란, 전기적인 Stress가 재료의 표면에 집중되었을 때 탄화현상이 발생되어 그 절연재료에 전기적인 통로가 생겨 이것이 절연파괴에 이르게 되는 현상을 말한다.
다음 그림과 같은 조건하에서 절연체 표면에 도전성 물질이나 이온성 불순물 등이 부착되었을 경우, 그 절연체 표면에는 Track이 발생하게 된다.
 다. 트래킹의 발생 Mechanism
STEP 1 트래킹 발생
쪾습기 또는 이물에 의한 절연체 표면의 누설전류 발생
쪾주울열에 의한 절연체 표면의 건조지구 발생
STEP 2 트래킹진전
쪾건조지구의 전기적인 Stress 집중
쪾절연체 표면의 탄화 및 침식
STEP 3 절연파괴
쪾건조지구의 전계집중으로 인한 탄화지구 확대
쪾절연파괴
2) 도체의 응력단선 메커니즘
가. 개 요
도체 소선간 및 도체와 절연체간의 가는 틈새에 빗물이 침입하면 국부적인 부식에 의한 孔食(핏트)이 생긴다. 이와 같이 생긴 공식부에 응력이 집중하면 산화피막에 분열이 발생하며 분열의 선단에 노출된 도체는 바로 부식이 진행된다.
새로 생성된 산화피막은 재도 응력에 의해 같은 장소에 집중되고 결국 분열과 부식의 반복에 의해 도체는 파단에 이르게 된다.
나. 도체의 응력단선 발생 메커니즘
다. 응력부식에 의한 단선 [수직파단]형상
 사고방지 대책 및 방안
1) 트래킹에 대한 대책 및 방안
트래킹을 방지하기 위해서는 다음과 같은 대책이 강구되어진다.
가. 전선의 피복재료로써, 내트래킹이 우수한 재료를 사용한다.
▶ 발수성이 좋은 재료 선정
ⅰ. BASE + 비극성기[실리콘고무] 배합
→ 작업성 및 가공성이 나빠지며, 궁극적으로 경제적 매력이 없다.
ⅱ. BASE + 실리콘 Oil 중합
→ 특성의 한계가 있으며, 작업특성이 저하된다.
ⅲ. 고밀도 BASE 및 충진제의 분산특성 향상
→ 특성의 한계가 있으며, 작업특성이 저하된다.
▶ 트래킹에 의한 발열[산화]을 소진할 수 있는 재료 선정
ⅰ. 수산화알루미늄 [Al 2(OH) 3]
→ 수산화알루미늄은 203℃에서 분해되기 시작하여 산화알루미늄과 물이 생성된다.
2{Al(OH) 3}→Al 2O 3+3H 2O-1171J/g로 강한 흡열 반응을 한다. 이때, 생성되는 물의 양은 34.6%이다.
ⅱ. 수산화마그네슘 [Mg(OH) 2]
→ 수산화마그네슘은 332℃에서 분해하기 시작하여 산화마그네슘과 물이 생성된다. 무게손실은 처음의 31.0%이다.
Mg(OH) 2 → MgO + H 2O - 1371 J/g
나. 전선피복 표면에 큰 전계가 형성되지 않게 하거나, 누설전류를 저감시킨다.
절연전선을 애자에 파지할 경우는 절연물 표면에 누설전류가 흐르며, 이 누설전류가 크게되면 트래킹이 발생하기 쉽다.
ASTM의 트래킹 시험결과로부터 트래킹을 일으키지 않는 한계 전류치는 약 3mA가 된다. [한국전력공사 설계기준 참조]
따라서 전선 구조의 변경과 함께 절연재료의 유전율을 변경하여 정전용량을 낮추어 전선 표면에 흐르는 누설전류를 저감시킬 수 있다.
누설 전류의 계산식은 다음식으로 근사하게 표시할 수 있다.
I 0 = 2 π f C n × 10 -6 [A/km]
여기서, C : 정전용량 [㎌/km]
E : 선간전압 [V]
상기식을 이용한 OC와 TR/OC의 누설전류 계산값은 다음과 같다.
※ 여기서, OC 전선 또한 트래킹특성을 고려하여 설계되었으나, 누설전류측면에서 TR/OC가 더 우수하다는 것을 알 수 있음.
다. 누설경로에 전선피복이 놓이지 않도록 한다.
LP애자의 상부에 접하는 전선의 피복을 제거하여, 누설경로중에 전선피복이 놓이지 않게 함으로써, 트래킹 손상을 억제할 수 있으나, 이 경우 도체부분이 노출되므로 적절한 대책[Cover 등의 설치]이 강구되어야 하며, 또한 작업성, 전선의 길이방향으로의 이동, 노출에 따른 도체의 부식 등의 문제가 있어 실용화하기에는 문제가 있다.
2) 응력부식 방지책
도체의 응력부식을 방지하기 위해서는 다음과 같은 방법이 강구되어진다.
가. 도체에 수분이 침투하지 못하도록 차단하여야 한다.
① 도체 층간에 파우더를 이용한 수밀방법
② 도체층간에 수밀 Comp'd 또는 tape를 삽입하는 방법
나. 내부식성이 강한 도체 및 지지선을 사용하는 방법
Stainless 등과 같은 내부식성이 우수한 재질 사용
<Energy News>
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