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전력 케이블 열화 형태와 대책(전기트리, 수트리 현상)

전력 케이블 열화 형태와 대책
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전력 케이블 열화 발생 요인은 장기간의 사용과 다양한 환경 요인이며, 이로 인해 성능 저하 및 수명 단축이 발생할 수 있습니다. 특히 트리 현상은 전력 케이블의 절연 열화에서 매우 중요한 문제로, 케이블의 절연체 내부에서 발생하는 미세한 균열이 나뭇가지 모양으로 퍼져나가는 것을 말합니다. 이 글에서는 전력 케이블의 트리 현상에 대해 자세히 살펴보고, 열화 형태와 예방 대책을 분석하겠습니다.

CV 케이블의 열화 종류

1. 전기적 요인

전기적 요인은 케이블 운전 중 발생하는 다양한 전기적 스트레스에 의해 케이블이 열화되는 것을 의미합니다. 이 요인은 운전 전압, 과전압, 서지 전류 등의 영향으로 발생합니다.

  • 열화 형태: 주요 열화 형태로는 부분방전 열화, 전기 트리, 수 트리가 있습니다. 전기적 요인에 의한 열화는 전기장 집중에 의해 절연체가 점진적으로 손상되면서 발생합니다.

2. 기계적 요인

기계적 요인은 케이블이 외부의 물리적 힘에 의해 손상되는 경우를 말합니다. 기계적 압력, 인장, 충격, 외상 등이 주요 요인입니다.

  • 열화 형태: 기계적 요인에 의한 열화는 주로 전기적 요인과 복합적으로 작용하여 발생하며, 케이블의 물리적 구조가 손상되면서 절연 성능이 저하됩니다.

3. 화학적 요인

화학적 요인은 케이블이 기름, 화학약품, 토양 중의 화학물질 등에 노출되면서 열화되는 경우입니다.

  • 열화 형태: 화학적 손상과 함께 화학 트리가 발생할 수 있으며, 화학적 요인에 의해 절연체가 점진적으로 손상됩니다.

4. 열적 요인

열적 요인이상 온도 상승, 케이블의 열신축 등에 의해 발생하는 열화 요인입니다. 고온 환경에서 케이블이 장기간 사용되면 열에 의해 케이블의 재질이 열적으로 변형될 수 있습니다.

  • 열화 형태: 열적 변형으로 인해 케이블의 절연 성능이 저하되고, 장기적으로 케이블의 구조적 안정성이 손상될 수 있습니다.

CV 케이블의 열화 형태

1. 전기 트리

전기 트리는 CV 케이블의 절연체 내부에서 발생하는 미세한 균열이 나뭇가지 모양으로 퍼져나가는 현상입니다.

  • 발생 원인: 절연체 내부의 공극(Void), 이물질, 돌기 등에 의해 국소적으로 고전계가 발생하면서 부분방전이 일어나고, 이로 인해 절연체 내부에서 전기 트리가 형성됩니다.
  • 형태: 전기 트리는 초기에는 작은 크기로 시작하지만, 시간이 지남에 따라 점진적으로 성장하여 절연 파괴를 초래할 수 있습니다.

2. 수 트리

수 트리는 케이블이 습기를 흡수한 상태에서 발생하는 절연 열화 현상으로, 물리적 및 화학적 작용에 의해 절연 파괴가 발생합니다.

  • 발생 원리: 습기를 흡수한 폴리에틸렌 절연체가 전기장에 노출되면, 절연체 내부에서 전계 집중이 발생하고, 이로 인해 나뭇가지 모양의 트리가 형성됩니다.
  • 수 트리 유형:
    • Vented Tree: 외부 반도전층에서 절연체 방향으로 발생하는 수 트리입니다. 이는 외부 환경 요인에 의해 쉽게 발생할 수 있습니다.
    • 보타이 트리: 절연체의 미세한 이물질이나 공극에서 발생하며, 나비넥타이 모양의 트리 형태를 가지는 절연 파괴 현상입니다.

3. 수 트리의 특징

수 트리는 습기와 전계가 동시에 존재하는 환경에서 집중적으로 발생하며, 낮은 전계에서도 쉽게 형성됩니다.

  • 습기와 전계: 습기와 전계가 존재하는 환경에서 수 트리가 형성되며, 수분이 제거되면 트리의 성장이 일시적으로 멈출 수 있습니다. 그러나 수분이 다시 공급되면 트리는 다시 성장합니다.
  • 전기 트리 유도: 수 트리는 시간이 지남에 따라 전기 트리로 발전할 수 있으며, 이는 케이블의 절연 파괴를 초래할 수 있습니다.

CV 케이블의 열화 대책

1. 케이블 제작상 대책

케이블의 열화를 방지하기 위해 제작 과정에서 다음과 같은 대책을 취할 수 있습니다:

  • 건식 공법 사용: 케이블 제작 시 건식 공법을 사용하여 절연층을 균일하게 제작합니다.
  • 매끄러운 반도전층: 도체와 절연체 사이의 반도전층을 매끄럽게 제작하여 전기장의 집중을 방지합니다.
  • 전압 안정제 첨가: 절연체에 전압 안정제 등의 첨가제를 혼입하여 전계의 집중을 완화시킵니다.

2. 케이블 포설 시 대책

케이블을 포설할 때는 다음과 같은 방법으로 열화를 방지할 수 있습니다:

  • 습기 회피: 지중선로 경과지 선정 시 전철 레일이나 습기가 많은 곳을 피합니다.
  • 단말 처리 철저: 케이블 단말 처리를 철저히 하여 습기가 침투하지 않도록 합니다.
  • 기계적 스트레스 최소화: 케이블 포설 시 곡률 반경을 확보하고 기계적 스트레스를 피합니다.
  • 트리 억제형 케이블 사용: 트리 억제형 케이블을 사용하여 트리 발생을 줄일 수 있습니다.

3. 지중선로 운용상 대책

운용 중에도 케이블의 열화를 방지하기 위한 대책이 필요합니다:

  • 과부하 운전 방지: 과부하 운전을 피하여 국부적으로 고전계가 발생하지 않도록 합니다.
  • 환경 유지: 지중선로 경과지의 환경을 최상으로 유지하여 침수생물학적 부식을 방지합니다.
  • 열화 진단: 케이블의 상시 열화진단을 주기적으로 실시하여 열화 상태를 점검합니다.

4. 케이블 열화 진단 방법

케이블의 열화 상태를 진단하기 위해 다양한 방법이 사용됩니다:

  • 활선 탄젠트 델타 법
  • 저주파 중첩 법
  • 직류 성분 법
  • 직류 전압 중첩 누설전류 법

이러한 진단 방법을 통해 케이블의 열화 진행 상태를 평가하고, 적절한 조치를 취할 수 있습니다.

결론

전력 케이블의 트리 현상은 케이블 열화의 중요한 원인으로, 케이블의 수명과 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 전기 트리수 트리는 각각 다른 원인에 의해 발생하지만, 모두 케이블의 절연체에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 케이블 제작, 포설, 운용 과정에서 철저한 관리와 예방 조치가 필요합니다. 또한, 정기적인 열화 진단을 통해 케이블의 상태를 모니터링하고, 문제 발생 시 신속히 대응할 수 있어야 합니다.

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