[발송배전기술사] 활선상태에서 전력 Cable의 열화진단법!

다음은 발송배전기술사 송전공학 문제 중 활선상태에서 전력 Cable의 열화진단법에 대한 설명입니다.

개요, Cable의 열화진행과정, 전력 Cable 의 열화원인과 형태, 전기적인 요인(전압 열화)의 종류 및 특징, 활선상태에서 전력 Cable의 열화진단법, 열화방지대책, 결언 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 활선상태에서 전력 Cable의 열화진단법에 대하여 설명하시오.(제90회 2교시, 제96회 4교시, 제110회 3교시, 제123회 4교시)

[답]

1. 개요

  · CV Cable을 지중에 설치한 후 6~8년이 경과하면 열화현상이 발생한다.

 

2. Cable의 열화 진행과정

 

3. 전력 Cable의 열화원인과 형태

구   분	열  화  원   인	형   태
전기적 요인	운전 전압, 과전압, 서지 전류	부분방전열화, 전기 Tree, 수 Tree
열적 요인	이상 온도 상승, 열 신축	열에 의한 재질의 화학적 변화
화학적 요인	화학물질 침투	화학적 손상 열화, 화학 Tree
기계적 요인	기계적 압력, 인장, 충격, 외상	전기적인 요인과 복합작용으로 열화
생물적 요인	개미, 쥐 등 동식물에 의한 손상	외피, 절연체 손상

 

4. 전기적 요인에 의한 열화의 종류 및 특징

  1) 전기 Tree(고전계에서 발생)

    · CV Cable  절연체 내의 Void, 이물질, 돌기 등에서 고전계에 의한 부분방전으로 발생

 

  2) 수 Tree(저전계에서 발생)

     (1) 절연체에 수분 침투시, 수분이 이온화하여, 교번전계에 의한 진동으로 발생

     (2) 성장속도가 느리며 전기 Tree로 진행

     (3) 내도 Tree(내부 반도전층과 절연체 사이) : 돌기에서 발생

     (4) 외도 Tree(외부 반도전층과 절연체 사이)  : 돌기에서 발생

     (5) 나비 수 Tree( Bow Tie Tree) : 절연체내의 미소한 이물질, Void에서 발생

 

5. 활선상태에서 전력 Cable의 열화진단법

  1) 직류 성분법

    (1) 활선 진단장치에서 직류성분을 검출하여 열화 판정

    (2) 충전부에 직접 접촉하지 않고 측정 가능 → 안전, 간편

  2) 직류전압중첩 누설전류법

    · GPT 중성점을 통하여 직접 선로에 D.C. 전압(약 50[V])을 중첩시키면 열화된 Cable은 큰 D.C. 누설전류가

      흐름으로써 열화를 판정

  3) 수 Tree 진단법

    (1) 사용중인 Cable에서 수 Tree가 발생하면 침-평판극 작용으로 정류되어 반파 직류전류가 발생하는 것을 측정

         하여 열화를 판정 

    (2) 측정용 전원이 불필요하고 측정이 간단.

          위 그림에서와 같이 수 Tree가 발생된 부분을 ($ - $)극으로 하면 전류가 많이 흐르고, 수 Tree가 발생된 부분을

          ($+ $)극으로 하면 전류가 적게 흐른다.

    (3) 판정 기준

        · A : 양호 → 직류 성분이 0.5[mA] 이하, $tan \delta $ 0.1[%] 이하

        · B : 상태 감시 → 직류 성분이 0.5 ~ 30[mA], $tan \delta $ 0.1 ~ 0.15[%] 

        · C : 교체 → 직류 성분이 30[mA] 이상, $tan \delta$ 0.15[%]  이상

  4) 활선 $tan \delta$법

    (1) 고압 배전선으로부터 분압기를 통하여 전압원을 검출하고, CT를 이용하여 Cable의 접지선에 흐르는

         전류를 측정, 그 위상차를 이용 $tan \delta$를 산출하여 열화 판정 

    (2) 고압선을 직접 연결해야 하므로 위험성 내포

    (3) 저주파 중첩부 파형으로 이동 측정이 곤란

  5) 교류 중첩법

    (1) Sheath에 교류전압(상용 주파 전압의 2배 + 1[Hz])을 중첩 

    (2) 수 Tree에 기인하는 1[Hz]의 열화신호 검출

    (3) Sheath에 교류 전압을 인가하므로 안전

    (4) Sheath는 1[Hz]  부근의 전압 중첩시 측정된 열화신호가 가장 크다.

 

6. 전력 Cable의 열화 방지대책

  1) 설계 및 제작시 대책

     (1) 물의 침투 및 확산방지

         ① 도체 수밀화 → 도체사이 컴파운드 충진

         ② 금속 차수층 → 연피적용 

     (2) 반도전층의 돌기방지

        · 절연층의 3층 동시 압출방식

     (3) 절연체 개선대책

        · 전압 안정제 등 첨가제 혼입

        · 건식 가교방식 채용

  2) 설치 운용시의 대책

     (1) Cable 단말처리 철저

     (2) Cable 포설장소, 물, 화학작용이 없는 곳 선택

     (3) 포설시 기계적 Stress 받지 않도록 설치

 

7. 결언

  1) Cable 및 지중선로를 시설할 경우 막대한 비용이 소요되고, 고장 발생시 복구에 장시간이 소요될 뿐만 아니라

      그 파급도 매우 크다.

  2) 현재 운용되고 있는 활선 진단 방법은 대부분이 비접지계통에 국한되고 있는 것이 현실이므로 국내의 직접 접지

      계통에 맞는 활선 진단법도 개발되어야할 것이다.

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 송전공학 문제로 나올 법한 활선상태에서 전력 Cable의 열화진단법에 대하여 알아 보았습니다.