L 전선

1️⃣XLPE 케이블의 구조

전기가흐르는 도체의 주위에 XLPE로 절연한 케이블로 154kV,345kV급에도 지중 케이블로 적용

1)도체

• KSC3101에 적합한 연동 소선들을 원형으로 압축성형한다
• 수밀형에서 소선틈 사이에는 적당한 수밀 컴파운드를 충전한다.

2)내부 반도전층

• 반도전층 컴파운드를 도체와 동심원상으로 압출성형하며, 대(大)도전체의 경우 표면을 평활하게 하기 위하여 도체와 반도전 압출층 사이에 반도전성 테이프 등의 분리재를 사용할 수도 있다.
• 도체면의 전하분포를 고르게 하여 절연체의 절연내력을 향상시킨다

3)절연체

• 가교폴리에틸렌(XLPE)을 내 외부 반도전층과 3중 동시 압축성형하고 건식가교 한다. XLPE(CrossLinkedPolyethlene)은 내열, 내오존, 내코로나 등의 특성이 우수하다
• 수트리억체형은 가교폴리에필렌에 특수한 첨가제를 첨가하여 수트리 현상을 억제할수도 있도록 특성을 개선한 것이다
• 수트리를 억제할수 있는 방법에는 절연체 내에서는 Void가 함유하는 물을 흡수하는 친수기성기를 가지는 첨가제를 절연재료에 첨가하는 방법, 수트리발생을 억제하기위한 첨가제로 유기금속화합물를 첨가하는 방법 등 여러가지가 있으나 주로 유기금속화합물를 첨가하는 방법이 사용되고 있다.

4)외부 반도전층

• 반도전성 컴파운드를 압출성형하며 절연체와는 분리 가능하다
• 전기력선의 분포를 개선하여 절연체의 절연내력을 향상시킨다.

5)중성선 차수층

물이 침투하면 흡수하여 자기부풀음 특성을 가지는 테이프를 사용하여 (발포성 차수테이프라 한다) 외부 반도전층과 중성선 사이는 전기적으로 연결시키기 위하여 반도전성 부풀음 테이프를 감아 주로, 중성선과 시스 사이는 비도전성 부풀음 테이프를 감아준다.

6)중성선

KSC 3101에 적합한 연동선들을 도체 단면적의 1/3만큼 동심원형으로 꼬아 붙인다.

7)시스

• 일반 케이블에서 PVC컴파운드를 압출성형한다
• 난연성 케이블인 FR-CNCV에서는 무독성 난연수지를 압출성형한다

• 내부반도전층
  • 반도전층 컴파운드를 도체와 동심원상으로 압출성형하며, 대도전체의경우 표면을 평활하게 하기 위하여 도전체와 반도전압출층 사이에 반도전성 테이프 등의 분리재를 사용
  • 도체면의 전하분포를 고르게 하여 절연체의 절연내력을 향상
• 외부반도전층
  • 반도전성 컴파운드를 압출성형하여 절연체와는 분리가능
  • 전기력선의 분포를 개선하여 절연체의 절연내력을 향상

XLPE(Cross-Linked Polyethylene, 가교 폴리에틸렌)

XLPE 케이블의 주요 특징

• 우수한 내열성: 일반 폴리에틸렌에 비해 열에 강하여 높은 온도에서도 안정적인 성능을 유지합니다. 연속 최고 허용 온도가 90℃에 달해 송전 용량을 극대화할 수 있습니다.
• 뛰어난 전기적 특성: 높은 절연 내력과 체적 저항률을 가지며, 유전율이 낮아 유전체 손실이 적습니다.
• 내노화성: 열과 산화에 강하여 장기간 사용에도 성능 저하가 적습니다.
• 내환경성: 습기, 오존, 화학 물질 등에 강하여 다양한 환경에서 사용 가능합니다.
• 경량화: 동 케이블에 비해 무게가 가벼워 취급 및 설치가 용이합니다.
• 무할로겐: 할로겐 성분이 없어 화재 발생 시 유해 가스 발생량이 적습니다.

XLPE 케이블의 장점

• 높은 신뢰성: 우수한 전기적 특성과 내열성으로 안정적인 전력 공급이 가능합니다.
• 긴 수명: 내노화성이 뛰어나 장기간 사용이 가능하여 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 다양한 용도: 건축, 산업, 전력 시스템 등 다양한 분야에서 사용될 수 있습니다.
• 환경 친화적: 무할로겐 제품으로 환경 오염을 최소화합니다.

XLPE 케이블의 단점

• 고온에서의 변형: 매우 높은 온도에서는 변형될 수 있습니다.
• 가격: 일반 PVC 케이블에 비해 가격이 비교적 높습니다.

XLPE 케이블의 용도

• 지중 전력 케이블: 도시, 산업 단지 등의 지중 전력망 구축에 주로 사용됩니다.
• 건축용 전력 케이블: 고층 건물, 대형 빌딩 등의 전력 공급에 사용됩니다.
• 산업용 전력 케이블: 공장, 플랜트 등 산업 시설의 전력 공급에 사용됩니다.

지중전선로의 종류와 특징

1. PVC 케이블

• 특징: 내수성, 내유성이 우수하며 가격이 저렴합니다. 간단한 설치가 가능하지만, 내열성이 낮고 내화학성이 약하다는 단점이 있습니다.
• 용도: 저압 배선, 건물 내부 배선 등에 주로 사용됩니다.

2. XLPE 케이블

• 특징: 내열성, 내화학성, 내환경성이 우수하며, 장기간 사용에도 성능 저하가 적습니다. 가격은 PVC 케이블보다 비싸지만, 신뢰성이 높아 중요한 회로에 많이 사용됩니다.
• 용도: 고압 및 특고압 배선, 지중 매설 등에 주로 사용됩니다.

3. OF 케이블 (Oil Filled Cable)

• 특징: 절연유를 채워 절연 성능이 우수하고 대용량 전류를 안정적으로 전달할 수 있습니다. 고압 및 특고압 대용량 배선에 적합하지만, 초기 설치 비용이 높고 유지보수가 필요합니다.
• 용도: 대형 건물, 산업 시설 등의 고압 배전에 주로 사용됩니다.

4. 가교폴리에틸렌(XLPE) 가교폴리부틸렌(PEX) 케이블

• 특징: XLPE 케이블의 장점과 PEX의 유연성을 결합한 케이블로, 내열성, 내화학성이 우수하고 굴곡성이 좋습니다.
• 용도: 다양한 환경에서 사용 가능하며, 특히 유연성이 요구되는 곳에 적합합니다.

5. MVHR 케이블 (Mineral-Filled High Voltage Rubber Cable)

• 특징: 무기물 충진 고압 고무 케이블로, 내열성, 내화성이 매우 우수하며, 화재 시 연기 발생이 적습니다.
• 용도: 특수 환경 (고온, 화재 위험이 높은 곳)에서 사용됩니다.

지중전선로 선택 시 고려 사항

• 전압: 사용 전압에 따라 적합한 케이블 종류를 선택해야 합니다.
• 온도: 주변 온도 및 운전 온도를 고려하여 내열성이 충분한 케이블을 선택해야 합니다.
• 환경: 습도, 화학 물질 노출 등 주변 환경에 따라 내환경성이 우수한 케이블을 선택해야 합니다.
• 설치 조건: 매설 깊이, 굴곡 반경 등 설치 조건에 맞는 케이블을 선택해야 합니다.
• 경제성: 초기 설치 비용뿐만 아니라 유지보수 비용까지 고려하여 경제적인 측면을 고려해야 합니다.

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1️⃣XLPE 케이블의 구조

전기가흐르는 도체의 주위에 XLPE로 절연한 케이블로 154kV,345kV급에도 지중 케이블로 적용

1)도체

• KSC3101에 적합한 연동 소선들을 원형으로 압축성형한다
• 수밀형에서 소선틈 사이에는 적당한 수밀 컴파운드를 충전한다.

2)내부 반도전층

• 반도전층 컴파운드를 도체와 동심원상으로 압출성형하며, 대(大)도전체의 경우 표면을 평활하게 하기 위하여 도체와 반도전 압출층 사이에 반도전성 테이프 등의 분리재를 사용할 수도 있다.
• 도체면의 전하분포를 고르게 하여 절연체의 절연내력을 향상시킨다

3)절연체

• 가교폴리에틸렌(XLPE)을 내 외부 반도전층과 3중 동시 압축성형하고 건식가교 한다. XLPE(CrossLinkedPolyethlene)은 내열, 내오존, 내코로나 등의 특성이 우수하다
• 수트리억체형은 가교폴리에필렌에 특수한 첨가제를 첨가하여 수트리 현상을 억제할수도 있도록 특성을 개선한 것이다
• 수트리를 억제할수 있는 방법에는 절연체 내에서는 Void가 함유하는 물을 흡수하는 친수기성기를 가지는 첨가제를 절연재료에 첨가하는 방법, 수트리발생을 억제하기위한 첨가제로 유기금속화합물를 첨가하는 방법 등 여러가지가 있으나 주로 유기금속화합물를 첨가하는 방법이 사용되고 있다.

4)외부 반도전층

• 반도전성 컴파운드를 압출성형하며 절연체와는 분리 가능하다
• 전기력선의 분포를 개선하여 절연체의 절연내력을 향상시킨다.

5)중성선 차수층

물이 침투하면 흡수하여 자기부풀음 특성을 가지는 테이프를 사용하여 (발포성 차수테이프라 한다) 외부 반도전층과 중성선 사이는 전기적으로 연결시키기 위하여 반도전성 부풀음 테이프를 감아 주로, 중성선과 시스 사이는 비도전성 부풀음 테이프를 감아준다.

6)중성선

KSC 3101에 적합한 연동선들을 도체 단면적의 1/3만큼 동심원형으로 꼬아 붙인다.

7)시스

• 일반 케이블에서 PVC컴파운드를 압출성형한다
• 난연성 케이블인 FR-CNCV에서는 무독성 난연수지를 압출성형한다

XLPE(Cross-Linked Polyethylene, 가교 폴리에틸렌)

XLPE 케이블의 주요 특징

• 우수한 내열성: 일반 폴리에틸렌에 비해 열에 강하여 높은 온도에서도 안정적인 성능을 유지합니다. 연속 최고 허용 온도가 90℃에 달해 송전 용량을 극대화할 수 있습니다.
• 뛰어난 전기적 특성: 높은 절연 내력과 체적 저항률을 가지며, 유전율이 낮아 유전체 손실이 적습니다.
• 내노화성: 열과 산화에 강하여 장기간 사용에도 성능 저하가 적습니다.
• 내환경성: 습기, 오존, 화학 물질 등에 강하여 다양한 환경에서 사용 가능합니다.
• 경량화: 동 케이블에 비해 무게가 가벼워 취급 및 설치가 용이합니다.
• 무할로겐: 할로겐 성분이 없어 화재 발생 시 유해 가스 발생량이 적습니다.

XLPE 케이블의 장점

• 높은 신뢰성: 우수한 전기적 특성과 내열성으로 안정적인 전력 공급이 가능합니다.
• 긴 수명: 내노화성이 뛰어나 장기간 사용이 가능하여 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 다양한 용도: 건축, 산업, 전력 시스템 등 다양한 분야에서 사용될 수 있습니다.
• 환경 친화적: 무할로겐 제품으로 환경 오염을 최소화합니다.

XLPE 케이블의 단점

• 고온에서의 변형: 매우 높은 온도에서는 변형될 수 있습니다.
• 가격: 일반 PVC 케이블에 비해 가격이 비교적 높습니다.

XLPE 케이블의 용도

• 지중 전력 케이블: 도시, 산업 단지 등의 지중 전력망 구축에 주로 사용됩니다.
• 건축용 전력 케이블: 고층 건물, 대형 빌딩 등의 전력 공급에 사용됩니다.
• 산업용 전력 케이블: 공장, 플랜트 등 산업 시설의 전력 공급에 사용됩니다.

1. 전기장 균일화 및 절연 파괴 방지

• 전기장 균일화: 고압 케이블 내부에는 강한 전기장이 형성되는데, 차폐층은 이 전기장을 균일하게 분포시켜 절연체에 가해지는 전압을 균일하게 합니다. 이를 통해 특정 부위에 과도한 전압이 집중되어 발생할 수 있는 절연 파괴를 방지합니다.
• 부분방전 억제: 전기장이 불균일하면 절연체 내부에 공극이나 불순물이 존재할 경우 부분 방전이 발생할 수 있습니다. 차폐층은 이러한 부분 방전을 억제하여 케이블의 수명을 연장시킵니다.

2. 외부 전자기 간섭 차단

• 외부 노이즈 차단: 외부에서 발생하는 전자기파나 노이즈는 케이블 내부의 신호를 왜곡시킬 수 있습니다. 차폐층은 이러한 외부 노이즈를 차단하여 신호의 품질을 유지합니다.
• 내부 신호 누설 방지: 케이블 내부에서 발생하는 전자기파가 외부로 누설되는 것을 방지하여 다른 회로에 영향을 미치는 것을 막습니다.

3. 접지 및 안전 확보

• 접지: 차폐층은 일반적으로 접지되어 있어 케이블과 대지 사이의 전위차를 줄여주고, 이상 전류가 발생할 경우 안전하게 접지시켜 줍니다.
• 안전성 향상: 차폐층은 케이블의 외피를 보호하고, 만약 케이블이 손상되더라도 감전의 위험을 줄여줍니다.

4. 기타 기능

• 정전 유도 방지: 케이블 주변에 다른 도체가 있을 경우 정전 유도 현상이 발생할 수 있는데, 차폐층은 이를 방지합니다.
• 통신선으로의 유도 방지: 통신선과 고압 케이블이 근접해 있을 경우, 고압 케이블에서 발생하는 전자기파가 통신선에 유도되어 통신 장애를 일으킬 수 있습니다. 차폐층은 이러한 유도를 방지합니다.

4️⃣전력케이블의 차폐층 접지

1)차폐층의 유기전압

• 정전유도전력케이블과 통신선과의 상호 커패시턴스에 의해 정전적 결합에 의한 정전유도현상 발생
• 전자유도전력케이블과 통신선과의 인덕턴스에 의한 전자적 결합에 의한 전자유도현상이 발생되어 전력손실, 인체감전이 발생하므로 이를 제거하기 위하여 케이블 종단부에 차폐층 접지

2)차폐층 설치원리 및 접지방식

• 설치원리전력케이블과 피유도체 사이에 다른 접지도체가 있으면, 전계 혹은 자계를 약하게 하는 작용을 하는데 이 접지도체를 차폐체라고 하며, 그 효과를 차폐계수 k로 나타낸다

V’ : 차폐도체가 있을 때의 유기전압,
V : 차폐도체가 없을 때의 유기전압

• 차폐층 접지방식

3)효과

• 상시 유도전압의 제한 : 전력케이블 상시 운전 시 회로의 불평형으로 통신선의 길이 방향으로 생기는 상시유도 전압의 감소
• 상시 유도 잡음전파의 제한 : 통신회로 선간에 나타나는 상시 유도 잡음점압을 제한하여 통화 품질의 향상, 제어관계 기기의 오동작방지
• 이상시 유도전압의 제한 : 단락, 지락사고 시 어떤 정상 상태에서 다른 이상 상태로 변해가는 과정에서 통신선의 길이 방향으로 생기는 이상시 유도전압 감소

1️⃣초고전도 원리(BCS이론) 및 현상

1)원리

• 초전도체의 임계온도 이하에 A전자가 지나간 자리에 느린 양이온이 모여 ⊕영역이 형성
• B전자가 ⊕영역으로 끌려 들어간다
• A, B 두 전자가 마치 당기는 것처럼 보이는데 이를 쿠퍼페어라 한다
• 임계온도 이하에서 대부분 전자는 쿠퍼페어를 형성하고 같은 방향 및 속도로 이동한다
• 임계온도 이하에서 대부분 전자는 쿠퍼페어를 형성하고 같은 방향 및 속도로 이동한다
• 이온격자진동(포논)과 충돌을 일으키지 않아 전기저항없이 큰 전류를 흘릴 수 있다.

2)현상종류

• 제로저항효과
  • 초전도체는 임계온도 이하에서 직류전류에 대해 전기저항이 완전히 “0”이 된다.
  • 저항이 없으므로 열이 발생하지 않아 에너지 손실(I²R)이 없다.

• 조셉슨 효과

초전도체 사이에 앏은 절연막을 삽입하여 쿠퍼페어에 의해 전류를 통과시킬수 있는 현상

• 매이스너 효과
  • 일반도체는 외부에서 자기장을 가하면 도체 내부에 자기장이 발생한다.
  • 초전도체는 내부 자속밀도가 0이 되는 표면전류(차폐전류)에의해 외부로 자기장을 밀어낸다.

3)초전도 유지조건

4)초전도체 종류

• 1종 초전도체
  • 임계자기장을 경계로 정상 상태와 초전도 상태로의 전이
  • 초전도 상태에 마이너 효과로 인하여 자기장이 침투하지 못함
  • 단원자 초전도체들이 주종
• 2종 초전도체
  • 온도 상태에 따라 상부 임계자기장(Hc₂)과 하부 임계 자기장(Hc₁)이 존재
  • 하부임계자기장(Hc₁) 이하 :자기장이 침투하지 못하는 마이스너 효과
  • 하부임계자기장(Hc₁) 이상 :초전도 상태를 계속 유지, 일부 자기장들이 초전도체를 침투
  • 상부임계자기장(Hc₂)이상 :초전도 상태 상실
  • 대부분 혼합물 및 산화물 고온 초전도체들이 이에 속함
  • 거의 모든 초전도체 응용에 이와 같은 특성을 가지는 2종 초전도체를 이용

2️⃣초전도의 특성

1)대용량 저손실

• 기존의 동도체에 비해 50~100배의 대전류 전송이 가능
• 교류손실이 1/20배 이하로 작고, 송전용량은 3배 이상 증가

2)저전압 송전이 가능

• 기존 전력케이블을 송전전압 상승시켜 송전용량이 증가
• 동일 용량 송전 시 대전류를 흘릴 수 있으므로 낮은 전압으로 송전이 가능

3)송전비용 절감

• 초고압 변전소의 에너지 절감, 송전비용 절감
• 절연레벨의 감소로 송 변전기기의 소형화 및 저가화가 가능
• 저전압으로 케이블 충전전류 감소하여 보상용 리액터 경감

4)기존 대비 전력케이블 소형화 가능

• 절연레벨 감소 및 대전류 송전이 가능하여 소형화가 가능

5)케이블 관로의 소형화 가능

• 전력구 터널의 직경을 60[%] 정도 작게 할 수 있다
• 기존 관로나 전력구 활용이 가능하다

6)장거리 송전이 가능

• 저손실 대전류 송전이 가능하여 케이블 허용전류 중 충전전류 비중이 작다

7)극저온 관로에 대해서는 냉각시스템과 초열 절연관로가 필요하다

2️⃣초전도의 특성

1)대용량 저손실

• 기존의 동도체에 비해 50~100배의 대전류 전송이 가능
• 교류손실이 1/20배 이하로 작고, 송전용량은 3배 이상 증가

2)저전압 송전이 가능

• 기존 전력케이블을 송전전압 상승시켜 송전용량이 증가
• 동일 용량 송전 시 대전류를 흘릴 수 있으므로 낮은 전압으로 송전이 가능

3)송전비용 절감

• 초고압 변전소의 에너지 절감, 송전비용 절감
• 절연레벨의 감소로 송 변전기기의 소형화 및 저가화가 가능
• 저전압으로 케이블 충전전류 감소하여 보상용 리액터 경감

4)기존 대비 전력케이블 소형화 가능

• 절연레벨 감소 및 대전류 송전이 가능하여 소형화가 가능

5)케이블 관로의 소형화 가능

• 전력구 터널의 직경을 60[%] 정도 작게 할 수 있다
• 기존 관로나 전력구 활용이 가능하다

6)장거리 송전이 가능

• 저손실 대전류 송전이 가능하여 케이블 허용전류 중 충전전류 비중이 작다

7)극저온 관로에 대해서는 냉각시스템과 초열 절연관로가 필요하다

1️⃣초고전도 원리(BCS이론) 및 현상

1)원리

• 초전도체의 임계온도 이하에 A전자가 지나간 자리에 느린 양이온이 모여 ⊕영역이 형성
• B전자가 ⊕영역으로 끌려 들어간다
• A, B 두 전자가 마치 당기는 것처럼 보이는데 이를 쿠퍼페어라 한다
• 임계온도 이하에서 대부분 전자는 쿠퍼페어를 형성하고 같은 방향 및 속도로 이동한다
• 임계온도 이하에서 대부분 전자는 쿠퍼페어를 형성하고 같은 방향 및 속도로 이동한다
• 이온격자진동(포논)과 충돌을 일으키지 않아 전기저항없이 큰 전류를 흘릴 수 있다.

2)현상종류

• 제로저항효과
  • 초전도체는 임계온도 이하에서 직류전류에 대해 전기저항이 완전히 “0”이 된다.
  • 저항이 없으므로 열이 발생하지 않아 에너지 손실(I²R)이 없다.

• 조셉슨 효과

초전도체 사이에 앏은 절연막을 삽입하여 쿠퍼페어에 의해 전류를 통과시킬수 있는 현상

• 매이스너 효과
  • 일반도체는 외부에서 자기장을 가하면 도체 내부에 자기장이 발생한다.
  • 초전도체는 내부 자속밀도가 0이 되는 표면전류(차폐전류)에의해 외부로 자기장을 밀어낸다.

3)초전도 유지조건

4)초전도체 종류

• 1종 초전도체
  • 임계자기장을 경계로 정상 상태와 초전도 상태로의 전이
  • 초전도 상태에 마이너 효과로 인하여 자기장이 침투하지 못함
  • 단원자 초전도체들이 주종
• 2종 초전도체
  • 온도 상태에 따라 상부 임계자기장(Hc₂)과 하부 임계 자기장(Hc₁)이 존재
  • 하부임계자기장(Hc₁) 이하 :자기장이 침투하지 못하는 마이스너 효과
  • 하부임계자기장(Hc₁) 이상 :초전도 상태를 계속 유지, 일부 자기장들이 초전도체를 침투
  • 상부임계자기장(Hc₂)이상 :초전도 상태 상실
  • 대부분 혼합물 및 산화물 고온 초전도체들이 이에 속함
  • 거의 모든 초전도체 응용에 이와 같은 특성을 가지는 2종 초전도체를 이용

3️⃣초전도변압기 특징

1)변압기 손실

• 동손이 0이 되고 나머지 손실은 그대로 발생

2)냉각방식

• 액체질소 순환방식 : 액체질소를 순환시키는 방식으로 구조가 복잡하자
• 액체실소 비순환방식 : 액체질소를 순환시키지 않고 지속적으로 공급하는 방식
  • 구조가 간단하나 냉각손실이 큼
  • 대용량 변압기에 적합

3)변압기 무게(30[MVA] 용량을 기준)

• 일반 유입 변압기 30[ton]
• 순환방식 초전도 변압기는 24[ton]
• 비순환방식의 경우 16[ton]

4)전류특성

• 임계전류에 의해 제한을 받음
• 극저온에서 적용할 초고압기기 개발 필요

4️⃣초전도 변압기 장점

1)효율 상승

• 동손이 감소하여 효율이 상승

2)부피감소

• 냉각장치 등의 부대시설이 증가하나 동량을 20~100배 정도 줄일수 있어 부피가 감소

3)친환경

• SF6, 절연유 대신 질소 사용
• 화재 위험이 감소하고 SF6사용 감소로 친환경적임

4)과부하 내량이 큼

• 절연열화가 안 됨 : 변압기 수명이 증가
• 200%과부하에서도 양호한 특성

5️⃣향후 전망

• 초전도변압기는 일반 변압기가 가지고 있는 용량과 수명의 한계를 극복
• 향후 기술개발에 의해 초전도변압기가 상용화되면 전력계통의 신기원
• 초전도 선재의 경우 대량화가 진행되면 경제성 문제도 해결

3️⃣전력분야 기여 방향

• 초전도 케이블
• 초전도 변압기
• 초전도 한류기
• 초전도 발전기 및 전동기
• 초전도 에너지 절감장치

4️⃣문제점

• 기계적 유연성 및 도선 제조가 쉬운 선재의 개발
• 임계전류, 임계자계, 임계온도의 향상
• 교류 송전 시 손절 저감대책 마련
• 절연체를 설치한 전력케이블로서의 평가

5️⃣결론(향후 전망)

전력분야뿐만 아니라 의료분야(검지설비), 계측분야(검파기 및 측정설비), 운송분야(자기부상열차)등 개발효과는 앞으로 엄청나며 향후 신성장 미래전략사업으로 국가적으로 기술개발에 투자하는 등 세계적으로 개발속도가 가속화되고 있다. 상온 초전도에의 개발도 가능할 시점이 다가올 것으로 기대된다.

2️⃣초전도의 특성

1)대용량 저손실

• 기존의 동도체에 비해 50~100배의 대전류 전송이 가능
• 교류손실이 1/20배 이하로 작고, 송전용량은 3배 이상 증가

2)저전압 송전이 가능

• 기존 전력케이블을 송전전압 상승시켜 송전용량이 증가
• 동일 용량 송전 시 대전류를 흘릴 수 있으므로 낮은 전압으로 송전이 가능

3)송전비용 절감

• 초고압 변전소의 에너지 절감, 송전비용 절감
• 절연레벨의 감소로 송 변전기기의 소형화 및 저가화가 가능
• 저전압으로 케이블 충전전류 감소하여 보상용 리액터 경감

4)기존 대비 전력케이블 소형화 가능

• 절연레벨 감소 및 대전류 송전이 가능하여 소형화가 가능

5)케이블 관로의 소형화 가능

• 전력구 터널의 직경을 60[%] 정도 작게 할 수 있다
• 기존 관로나 전력구 활용이 가능하다

6)장거리 송전이 가능

• 저손실 대전류 송전이 가능하여 케이블 허용전류 중 충전전류 비중이 작다

7)극저온 관로에 대해서는 냉각시스템과 초열 절연관로가 필요하다

4)초전도체 종류

• 1종 초전도체
  • 임계자기장을 경계로 정상 상태와 초전도 상태로의 전이
  • 초전도 상태에 마이너 효과로 인하여 자기장이 침투하지 못함
  • 단원자 초전도체들이 주종
• 2종 초전도체
  • 온도 상태에 따라 상부 임계자기장(Hc₂)과 하부 임계 자기장(Hc₁)이 존재
  • 하부임계자기장(Hc₁) 이하 :자기장이 침투하지 못하는 마이스너 효과
  • 하부임계자기장(Hc₁) 이상 :초전도 상태를 계속 유지, 일부 자기장들이 초전도체를 침투
  • 상부임계자기장(Hc₂)이상 :초전도 상태 상실
  • 대부분 혼합물 및 산화물 고온 초전도체들이 이에 속함
  • 거의 모든 초전도체 응용에 이와 같은 특성을 가지는 2종 초전도체를 이용

가교폴리에틸렌(XLPE) 전력케이블

절연방식:

• 가교폴리에틸렌(XLPE): 폴리에틸렌에 가교 처리를 하여 열, 수분, 화학물질에 대한 내성을 높인 절연재를 사용합니다. XLPE는 우수한 전기적 특성과 기계적 강도를 가지고 있어 중·고압 전력 케이블에 널리 사용됩니다.
• 절연 구조: 도체 위에 반도전층, XLPE 절연층, 반도전층 순으로 겹쳐져 있으며, 외피는 일반적으로 PVC 또는 할로겐 프리 재료로 구성됩니다.

전기적 특성:

• 높은 절연 내력: XLPE는 우수한 절연 내력을 가지고 있어 고전압에도 견딜 수 있습니다.
• 낮은 유전율: 낮은 유전율로 인해 전력 손실이 적고, 고주파 특성이 우수합니다.
• 낮은 유전정접: 낮은 유전정접으로 인해 발열이 적고, 장기적인 안정성이 높습니다.

장점:

• 가볍고 유연하여 설치가 용이합니다.
• 내열성, 내수성, 내약품성이 우수합니다.
• 장기적인 안정성이 높습니다.
• 가격이 저렴합니다.

단점:

• 고온 환경에서 열화될 수 있습니다.
• 외부 충격에 약할 수 있습니다.

오일 필드 케이블

절연방식:

• 오일 절연: 도체 주위에 절연유를 채워 절연을 하는 방식입니다. 절연유는 높은 절연 내력과 방열성을 가지고 있어 대용량 전력 케이블에 주로 사용됩니다.
• 절연 구조: 도체 위에 반도전층, 절연지, 금속 테이프 등을 감아 절연층을 구성하고, 외피는 강관 또는 납으로 만들어져 있습니다.

전기적 특성:

• 높은 절연 내력: 오일은 높은 절연 내력을 가지고 있어 대용량 전력 케이블에 적합합니다.
• 우수한 방열성: 오일이 열을 효과적으로 분산시켜 케이블의 온도 상승을 억제합니다.
• 자기 치유 능력: 절연 파괴가 발생하더라도 오일이 다시 채워져 절연 성능을 회복하는 자기 치유 능력이 있습니다.

장점:

• 대용량 전력 전송에 적합합니다.
• 고온 환경에서도 안정적으로 운전 가능합니다.
• 과부하 시에도 안전하게 운전 가능합니다.

단점:

• 무겁고 설치가 까다롭습니다.
• 누유의 위험이 있습니다.
• 가격이 비쌉니다.

두 케이블의 비교

1️⃣케이블 열화 요인과 원인

1)열화요인과 메커니즘

• 전기적 요인
  • 상시의 운전전압 외에 사고 시의 지속성 과전압 개폐서지 뇌서지 전압등의 이상전압이 있다. 이들 이상전압이 열화의 동기를 제공
• 열적요인
  • 열팽창 수축에 의한 차폐동 Tape와 절연체의 계면에 공극에 의한 열화
  • 지락, 단락에 수반하는 온도 상승과 과도고온에 의한 열화
• 환경적 요인
  • 포설 상태의 Cabel에 침입하는 것으로 물, 황산화물, 화학약품류가 있고, 또 단말에서는 자외선, 오존, 오손(염분, 먼지)의 영향이 열화의 원인
• 기계적 요인
  • 포설 시 또는 포설 후에 생길 수 있는 굴곡, 측면압력, 충격하중, 외상에 의한 열화
• 생물적요인
  • 동물에 의한 시스가 손상을 받아 그곳으로 수분이 침입하여 열화
• 화학적인 요인
  • 단말 혹은 접속부 등의 시공 불량에 의하여 공극이 발생하여 오존과 수분이 침입하여 열화
  • 케이블 토양중에 함유된 수분및 화학물질의 침투

2)열화의 형태

케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개

• 부분방전 열화
  • 절연체 중의 기포, 절연체와 반도전층의 경계의 공극 등에서 발생한 부분 방전에 의해서 케이블의 전체가 열화되는 현상으로 방전이 반복하여 절연체의 침심, 절연성능을 저하시킴
• 전기트리 열화
  • 케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개
• 수트리 열화
  • 내부 및 외부 반도전층과 절연체의 경계에 물이 침투되어 전계가 걸리면서 tree 모양으로 성장하여 절연성능의 저하
  • 종류
    • 벤티드 트리(Vented tree): 반도전층을 기점으로 발생, 내도 트리, 외도 트리
    • 보우타이 트리(Bow-tie tree): 절연물내의 이물질, Void 기점으로 발생
  • 수트리 열화의 특징
    • 수트리는 물과 전계가 동시에 존재하는 조건에서 발생
    • 전기트리에 비해서 저전계(6kV/mm)에서도 발생
    • 절연체의 오염물, Void 또는 절연층과 반도전층 사이의 계면의 돌기 등과 같은 결함에 의해서 발생
    • 수분이 건조되어 없어지면 수트리는 사라지고, 수분이 다시 유입되면 재발생
    • 일반적으로 수트리는 전기트리를 유도
• 아크열화
  • 개폐기 및 차단기의 개폐 시 아크 방전에 의해서 절연물의 도전성 탄화로의 형성

4)트리 발생원인

• 수트리
  • 케이블 내에 수분이 존재하며 국부적으로 고전계가 발생되는 그곳으로 응집되어 나무 모양으로 발전하는 트리를 생성함
• 화학트리
  • 황화물이 존재하는 부위에 포설된 케이블의 경우 황화물이 PE층을 투과하여 도체인 동과 반응하여 황화동을 만들고 운전중에 이러한 분자들이 외부로 나가면서 나무모양의 트리를 만들어 감
• 전기트리
  • 케이블 내 결격지점에서 부분방전에 의해 부분적으로 절연파괴가 발생하여 나뭇가지모양으로 진전되는 트리로, 궁극적으로 벤티드 트리가 되면 절연파괴에 이르게 됨

3️⃣케이블 절연열화 진단법(사선진단)

1)충격전압시험

• 1.2×50[μs]를 표준충격전압 파형으로 사용한다. 이와 같은 표준충격전압 파형을 가지고, 파고치가 해당기기의 BIL과 같은 크기의 충격파 전압을 충전부와 대지 간에 음양 각 3회씩 인가해서 시험한다

2)절연저항 시험(MegaOhmTest)

• 메거(Mega)를 이용하여 절연저항 측정하는 방법으로 개략적인 열화진단에 사용
• 케이블의 이상 유·무 판단 정도를 간편하게 판별하는데 사용
• 전압에 한계가 있고 정밀 진단은 미흡함

3)직류누설전류 시험(직류 고전압 인가법)

• 측정이 간편한 장점이 있으나, 시험전압 높아서 반복 측정하는 경우 케이블의 손상에 우려가 있는 방식
• 다음그림과 같이 이상케이블은 ①누설전류의 절대치가크고, ②킥현상이 있으며 ③전류가 증가하는 현상이 나타난다.

• 직류 고전압 시험의 절연열화 판단기준
  • 측정: 5년에1회
  • 측정장비: 절연내력 시험기
  • 시험전압: 30[kV]인가하여 누설전류의 크기 밒 전류의 시간적인 변화를 측정함
  • 절연저항=인가전압/누설전류
  • 선간 불평형률: 3상 누설전류(최대-최소)/3상 누설전류 평균치*100%

4)유전 정접시험(tanδ법)

• tanδ
• tanδ는 충전전류(Ic)/손실전류(Ir)의 비

• 전력 케이블에 대지전압에 상응하는 상용주파 교류전압을 인가하여 tanδ의 값을 측정하여 열화를 판별하는 방법
• 케이블이 흡습이나 수트리가 발생되면 tanδ가 증가하는 특성을 갖는다.
• 시험방법
  • 실험실측정: 셰링 브리지법
  • 현장 측정: 역 셰링 브리지법
• 시험설비가 대형이라는 제조사에서 국한적으로 사용한다.

• 판정기준

5)부분방전 시험(코로나시험)

부분방전 시험

(PD: Partial Discharge) (활선)

부분방전 전하를 PD센서를 이용하여 측정을 통하여 절연물의 열화나 보이드, 도전성 이물질의 함유와 같은 결함부분을 검출하기 위한 목적으로 사용되며, 초고압 설비의 열화진단에 광범위하게 적용하는 방법이다.

4️⃣케이블 절연열화 진단법(활선진단)

1)직류 성분 측정법(활선)

• 수트리가 발생되면 정류작용이 나타나서 미소한 직류성분이 흐른다. 직류성분 측정기는 케이블의 Shield와 접지사이에 연결하여 Low Pass Filter를 사용하여 충전전류 중에서 미소한 직류 성분(0.1[nA] 수준)만 하여 측정한다.
• 별도의 전압원이 필요없고 측정시 충전부에 직접 접촉할 필요가 없어 간편하고, 안전하며, Sheath가 불량한 경우는 진단이 불가능하다. (6kV급 케이블 적용)
• 판정

2)직류전압 중첩법(활선)

• 운전 중인 케이블에 직류 50[V]를 인가하여 접지선에 흐르는 직류전류(도체와 차폐층 사이에 흐르는 전류)를 측정하여 절연저항을 계산하여 열화여부를 판별하는 방식(22.9kV급 케이블에 적용)
• 직류전압 중첩의 목적은 수트리의 정류작용에 의한 직류 성분을 크게 검출하는것이다
• 판정

3)영상전류에 의한 방법

• 열화 시 흐르는 영상분을 영상변류기 또는 접지변압기를 통해 검출하는 방식

4)활선 tanθ 법

• 고압 측 분압기에서 전압원 검출, CT에서 케이블접지선 전류를 검출하여 위상차로 tanθ 측정

5)열화상 진단법

• 케이블의 접속함의 온도를 주기적(6개월 정도)으로 점검하여 국부적으로 온도차이(2℃)가 발생한 경우에 점검대상으로 삼는다.

6)등온완화전류법

• 절연물 특성에 따라서 특정에너지 수준에서 전하의 흐름이 트랩(Trap)되는 원리를 적용한 것으로 트랩 에너지의 수준에 따라서 방전되는 시간이 다르며, 이를 열화계수(Aging Factor)로 나타내어 열화를 판정
• 시험 케이블에 DC 1kV를 약 30분 정도 인가한 다음 5초간 케이블의 정전용량 성분을 방전시켜 제거한 후 미소전류(완화전류)의 특성을 분석하여 전력케이블의 열화여부를 진단 판정
  • 한전에서는 KDA-1 장비를 이용하여 측정하고 있다.
  • 측정전압이 1[kV]로 낮아 케이블의 절연열화의 유발 가능성이 없는 장점이 있지만, 장시간 측정시간(3상 측정시 약 3시간소요), 전구간의 절연열화 판정하는 것으로 국부적인 열화 검출이 어려운 단점을 가진다.
• 판정기준

7)교류전압 중첩법(활선)

• 케이블의 차폐층에 상용주파수의 “2배+1Hz(121Hz)의 교류를 인가하여 1Hz의 열화신호를 검출하여 열화를 판정하는 방식이다. 수트리 열화된 부분에서 (상용주파수+1Hz)을 중첩시킬 때 열화신호가 큰 특성을 이용한 것이다.(6kV급 케이블 적용)

1️⃣케이블 열화 요인과 원인

1)열화요인과 메커니즘

• 전기적 요인
  • 상시의 운전전압 외에 사고 시의 지속성 과전압 개폐서지 뇌서지 전압등의 이상전압이 있다. 이들 이상전압이 열화의 동기를 제공
• 열적요인
  • 열팽창 수축에 의한 차폐동 Tape와 절연체의 계면에 공극에 의한 열화
  • 지락, 단락에 수반하는 온도 상승과 과도고온에 의한 열화
• 환경적 요인
  • 포설 상태의 Cabel에 침입하는 것으로 물, 황산화물, 화학약품류가 있고, 또 단말에서는 자외선, 오존, 오손(염분, 먼지)의 영향이 열화의 원인
• 기계적 요인
  • 포설 시 또는 포설 후에 생길 수 있는 굴곡, 측면압력, 충격하중, 외상에 의한 열화
• 생물적요인
  • 동물에 의한 시스가 손상을 받아 그곳으로 수분이 침입하여 열화
• 화학적인 요인
  • 단말 혹은 접속부 등의 시공 불량에 의하여 공극이 발생하여 오존과 수분이 침입하여 열화
  • 케이블 토양중에 함유된 수분및 화학물질의 침투

2)열화의 형태

케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개

• 부분방전 열화
  • 절연체 중의 기포, 절연체와 반도전층의 경계의 공극 등에서 발생한 부분 방전에 의해서 케이블의 전체가 열화되는 현상으로 방전이 반복하여 절연체의 침심, 절연성능을 저하시킴
• 전기트리 열화
  • 케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개
• 수트리 열화
  • 내부 및 외부 반도전층과 절연체의 경계에 물이 침투되어 전계가 걸리면서 tree 모양으로 성장하여 절연성능의 저하
  • 종류
    • 벤티드 트리(Vented tree): 반도전층을 기점으로 발생, 내도 트리, 외도 트리
    • 보우타이 트리(Bow-tie tree): 절연물내의 이물질, Void 기점으로 발생
  • 수트리 열화의 특징
    • 수트리는 물과 전계가 동시에 존재하는 조건에서 발생
    • 전기트리에 비해서 저전계(6kV/mm)에서도 발생
    • 절연체의 오염물, Void 또는 절연층과 반도전층 사이의 계면의 돌기 등과 같은 결함에 의해서 발생
    • 수분이 건조되어 없어지면 수트리는 사라지고, 수분이 다시 유입되면 재발생
    • 일반적으로 수트리는 전기트리를 유도
• 아크열화
  • 개폐기 및 차단기의 개폐 시 아크 방전에 의해서 절연물의 도전성 탄화로의 형성

4)트리 발생원인

• 수트리
  • 케이블 내에 수분이 존재하며 국부적으로 고전계가 발생되는 그곳으로 응집되어 나무 모양으로 발전하는 트리를 생성함
• 화학트리
  • 황화물이 존재하는 부위에 포설된 케이블의 경우 황화물이 PE층을 투과하여 도체인 동과 반응하여 황화동을 만들고 운전중에 이러한 분자들이 외부로 나가면서 나무모양의 트리를 만들어 감
• 전기트리
  • 케이블 내 결격지점에서 부분방전에 의해 부분적으로 절연파괴가 발생하여 나뭇가지모양으로 진전되는 트리로, 궁극적으로 벤티드 트리가 되면 절연파괴에 이르게 됨

3️⃣케이블 절연열화 진단법(사선진단)

1)충격전압시험

• 1.2×50[μs]를 표준충격전압 파형으로 사용한다. 이와 같은 표준충격전압 파형을 가지고, 파고치가 해당기기의 BIL과 같은 크기의 충격파 전압을 충전부와 대지 간에 음양 각 3회씩 인가해서 시험한다

2)절연저항 시험(MegaOhmTest)

• 메거(Mega)를 이용하여 절연저항 측정하는 방법으로 개략적인 열화진단에 사용
• 케이블의 이상 유·무 판단 정도를 간편하게 판별하는데 사용
• 전압에 한계가 있고 정밀 진단은 미흡함

3)직류누설전류 시험(직류 고전압 인가법)

• 측정이 간편한 장점이 있으나, 시험전압 높아서 반복 측정하는 경우 케이블의 손상에 우려가 있는 방식
• 다음그림과 같이 이상케이블은 ①누설전류의 절대치가크고, ②킥현상이 있으며 ③전류가 증가하는 현상이 나타난다.

• 직류 고전압 시험의 절연열화 판단기준
  • 측정: 5년에1회
  • 측정장비: 절연내력 시험기
  • 시험전압: 30[kV]인가하여 누설전류의 크기 밒 전류의 시간적인 변화를 측정함
  • 절연저항=인가전압/누설전류
  • 선간 불평형률: 3상 누설전류(최대-최소)/3상 누설전류 평균치*100%

4)유전 정접시험(tanδ법)

• tanδ
• tanδ는 충전전류(Ic)/손실전류(Ir)의 비

• 전력 케이블에 대지전압에 상응하는 상용주파 교류전압을 인가하여 tanδ의 값을 측정하여 열화를 판별하는 방법
• 케이블이 흡습이나 수트리가 발생되면 tanδ가 증가하는 특성을 갖는다.
• 시험방법
  • 실험실측정: 셰링 브리지법
  • 현장 측정: 역 셰링 브리지법
• 시험설비가 대형이라는 제조사에서 국한적으로 사용한다.

• 판정기준

5)부분방전 시험(코로나시험)

부분방전 시험

(PD: Partial Discharge) (활선)

부분방전 전하를 PD센서를 이용하여 측정을 통하여 절연물의 열화나 보이드, 도전성 이물질의 함유와 같은 결함부분을 검출하기 위한 목적으로 사용되며, 초고압 설비의 열화진단에 광범위하게 적용하는 방법이다.

4️⃣케이블 절연열화 진단법(활선진단)

1)직류 성분 측정법(활선)

• 수트리가 발생되면 정류작용이 나타나서 미소한 직류성분이 흐른다. 직류성분 측정기는 케이블의 Shield와 접지사이에 연결하여 Low Pass Filter를 사용하여 충전전류 중에서 미소한 직류 성분(0.1[nA] 수준)만 하여 측정한다.
• 별도의 전압원이 필요없고 측정시 충전부에 직접 접촉할 필요가 없어 간편하고, 안전하며, Sheath가 불량한 경우는 진단이 불가능하다. (6kV급 케이블 적용)
• 판정

2)직류전압 중첩법(활선)

• 운전 중인 케이블에 직류 50[V]를 인가하여 접지선에 흐르는 직류전류(도체와 차폐층 사이에 흐르는 전류)를 측정하여 절연저항을 계산하여 열화여부를 판별하는 방식(22.9kV급 케이블에 적용)
• 직류전압 중첩의 목적은 수트리의 정류작용에 의한 직류 성분을 크게 검출하는것이다
• 판정

3)영상전류에 의한 방법

• 열화 시 흐르는 영상분을 영상변류기 또는 접지변압기를 통해 검출하는 방식

4)활선 tanθ 법

• 고압 측 분압기에서 전압원 검출, CT에서 케이블접지선 전류를 검출하여 위상차로 tanθ 측정

5)열화상 진단법

• 케이블의 접속함의 온도를 주기적(6개월 정도)으로 점검하여 국부적으로 온도차이(2℃)가 발생한 경우에 점검대상으로 삼는다.

6)등온완화전류법

• 절연물 특성에 따라서 특정에너지 수준에서 전하의 흐름이 트랩(Trap)되는 원리를 적용한 것으로 트랩 에너지의 수준에 따라서 방전되는 시간이 다르며, 이를 열화계수(Aging Factor)로 나타내어 열화를 판정
• 시험 케이블에 DC 1kV를 약 30분 정도 인가한 다음 5초간 케이블의 정전용량 성분을 방전시켜 제거한 후 미소전류(완화전류)의 특성을 분석하여 전력케이블의 열화여부를 진단 판정
  • 한전에서는 KDA-1 장비를 이용하여 측정하고 있다.
  • 측정전압이 1[kV]로 낮아 케이블의 절연열화의 유발 가능성이 없는 장점이 있지만, 장시간 측정시간(3상 측정시 약 3시간소요), 전구간의 절연열화 판정하는 것으로 국부적인 열화 검출이 어려운 단점을 가진다.
• 판정기준

7)교류전압 중첩법(활선)

• 케이블의 차폐층에 상용주파수의 “2배+1Hz(121Hz)의 교류를 인가하여 1Hz의 열화신호를 검출하여 열화를 판정하는 방식이다. 수트리 열화된 부분에서 (상용주파수+1Hz)을 중첩시킬 때 열화신호가 큰 특성을 이용한 것이다.(6kV급 케이블 적용)

3️⃣케이블 절연열화 진단법(사선진단)

1)충격전압시험

• 1.2×50[μs]를 표준충격전압 파형으로 사용한다. 이와 같은 표준충격전압 파형을 가지고, 파고치가 해당기기의 BIL과 같은 크기의 충격파 전압을 충전부와 대지 간에 음양 각 3회씩 인가해서 시험한다

2)절연저항 시험(MegaOhmTest)

• 메거(Mega)를 이용하여 절연저항 측정하는 방법으로 개략적인 열화진단에 사용
• 케이블의 이상 유·무 판단 정도를 간편하게 판별하는데 사용
• 전압에 한계가 있고 정밀 진단은 미흡함

3)직류누설전류 시험(직류 고전압 인가법)

• 측정이 간편한 장점이 있으나, 시험전압 높아서 반복 측정하는 경우 케이블의 손상에 우려가 있는 방식
• 다음그림과 같이 이상케이블은 ①누설전류의 절대치가크고, ②킥현상이 있으며 ③전류가 증가하는 현상이 나타난다.

• 직류 고전압 시험의 절연열화 판단기준
  • 측정: 5년에1회
  • 측정장비: 절연내력 시험기
  • 시험전압: 30[kV]인가하여 누설전류의 크기 밒 전류의 시간적인 변화를 측정함
  • 절연저항=인가전압/누설전류
  • 선간 불평형률: 3상 누설전류(최대-최소)/3상 누설전류 평균치*100%

4)유전 정접시험(tanδ법)

• tanδ
• tanδ는 충전전류(Ic)/손실전류(Ir)의 비

• 전력 케이블에 대지전압에 상응하는 상용주파 교류전압을 인가하여 tanδ의 값을 측정하여 열화를 판별하는 방법
• 케이블이 흡습이나 수트리가 발생되면 tanδ가 증가하는 특성을 갖는다.
• 시험방법
  • 실험실측정: 셰링 브리지법
  • 현장 측정: 역 셰링 브리지법
• 시험설비가 대형이라는 제조사에서 국한적으로 사용한다.

• 판정기준

5)부분방전 시험(코로나시험)

부분방전 시험

(PD: Partial Discharge) (활선)

부분방전 전하를 PD센서를 이용하여 측정을 통하여 절연물의 열화나 보이드, 도전성 이물질의 함유와 같은 결함부분을 검출하기 위한 목적으로 사용되며, 초고압 설비의 열화진단에 광범위하게 적용하는 방법이다.

4️⃣케이블 절연열화 진단법(활선진단)

1)직류 성분 측정법(활선)

• 수트리가 발생되면 정류작용이 나타나서 미소한 직류성분이 흐른다. 직류성분 측정기는 케이블의 Shield와 접지사이에 연결하여 Low Pass Filter를 사용하여 충전전류 중에서 미소한 직류 성분(0.1[nA] 수준)만 하여 측정한다.
• 별도의 전압원이 필요없고 측정시 충전부에 직접 접촉할 필요가 없어 간편하고, 안전하며, Sheath가 불량한 경우는 진단이 불가능하다. (6kV급 케이블 적용)
• 판정

2)직류전압 중첩법(활선)

• 운전 중인 케이블에 직류 50[V]를 인가하여 접지선에 흐르는 직류전류(도체와 차폐층 사이에 흐르는 전류)를 측정하여 절연저항을 계산하여 열화여부를 판별하는 방식(22.9kV급 케이블에 적용)
• 직류전압 중첩의 목적은 수트리의 정류작용에 의한 직류 성분을 크게 검출하는것이다
• 판정

3)영상전류에 의한 방법

• 열화 시 흐르는 영상분을 영상변류기 또는 접지변압기를 통해 검출하는 방식

4)활선 tanθ 법

• 고압 측 분압기에서 전압원 검출, CT에서 케이블접지선 전류를 검출하여 위상차로 tanθ 측정

5)열화상 진단법

• 케이블의 접속함의 온도를 주기적(6개월 정도)으로 점검하여 국부적으로 온도차이(2℃)가 발생한 경우에 점검대상으로 삼는다.

6)등온완화전류법

• 절연물 특성에 따라서 특정에너지 수준에서 전하의 흐름이 트랩(Trap)되는 원리를 적용한 것으로 트랩 에너지의 수준에 따라서 방전되는 시간이 다르며, 이를 열화계수(Aging Factor)로 나타내어 열화를 판정
• 시험 케이블에 DC 1kV를 약 30분 정도 인가한 다음 5초간 케이블의 정전용량 성분을 방전시켜 제거한 후 미소전류(완화전류)의 특성을 분석하여 전력케이블의 열화여부를 진단 판정
  • 한전에서는 KDA-1 장비를 이용하여 측정하고 있다.
  • 측정전압이 1[kV]로 낮아 케이블의 절연열화의 유발 가능성이 없는 장점이 있지만, 장시간 측정시간(3상 측정시 약 3시간소요), 전구간의 절연열화 판정하는 것으로 국부적인 열화 검출이 어려운 단점을 가진다.
• 판정기준

7)교류전압 중첩법(활선)

• 케이블의 차폐층에 상용주파수의 “2배+1Hz(121Hz)의 교류를 인가하여 1Hz의 열화신호를 검출하여 열화를 판정하는 방식이다. 수트리 열화된 부분에서 (상용주파수+1Hz)을 중첩시킬 때 열화신호가 큰 특성을 이용한 것이다.(6kV급 케이블 적용)

3️⃣케이블 절연열화 진단법(사선진단)

1)충격전압시험

• 1.2×50[μs]를 표준충격전압 파형으로 사용한다. 이와 같은 표준충격전압 파형을 가지고, 파고치가 해당기기의 BIL과 같은 크기의 충격파 전압을 충전부와 대지 간에 음양 각 3회씩 인가해서 시험한다

2)절연저항 시험(MegaOhmTest)

• 메거(Mega)를 이용하여 절연저항 측정하는 방법으로 개략적인 열화진단에 사용
• 케이블의 이상 유·무 판단 정도를 간편하게 판별하는데 사용
• 전압에 한계가 있고 정밀 진단은 미흡함

3)직류누설전류 시험(직류 고전압 인가법)

• 측정이 간편한 장점이 있으나, 시험전압 높아서 반복 측정하는 경우 케이블의 손상에 우려가 있는 방식
• 다음그림과 같이 이상케이블은 ①누설전류의 절대치가크고, ②킥현상이 있으며 ③전류가 증가하는 현상이 나타난다.

• 직류 고전압 시험의 절연열화 판단기준
  • 측정: 5년에1회
  • 측정장비: 절연내력 시험기
  • 시험전압: 30[kV]인가하여 누설전류의 크기 밒 전류의 시간적인 변화를 측정함
  • 절연저항=인가전압/누설전류
  • 선간 불평형률: 3상 누설전류(최대-최소)/3상 누설전류 평균치*100%

4)유전 정접시험(tanδ법)

• tanδ
• tanδ는 충전전류(Ic)/손실전류(Ir)의 비

• 전력 케이블에 대지전압에 상응하는 상용주파 교류전압을 인가하여 tanδ의 값을 측정하여 열화를 판별하는 방법
• 케이블이 흡습이나 수트리가 발생되면 tanδ가 증가하는 특성을 갖는다.
• 시험방법
  • 실험실측정: 셰링 브리지법
  • 현장 측정: 역 셰링 브리지법
• 시험설비가 대형이라는 제조사에서 국한적으로 사용한다.

• 판정기준

5)부분방전 시험(코로나시험)

부분방전 시험

(PD: Partial Discharge) (활선)

부분방전 전하를 PD센서를 이용하여 측정을 통하여 절연물의 열화나 보이드, 도전성 이물질의 함유와 같은 결함부분을 검출하기 위한 목적으로 사용되며, 초고압 설비의 열화진단에 광범위하게 적용하는 방법이다.

4️⃣케이블 절연열화 진단법(활선진단)

1)직류 성분 측정법(활선)

• 수트리가 발생되면 정류작용이 나타나서 미소한 직류성분이 흐른다. 직류성분 측정기는 케이블의 Shield와 접지사이에 연결하여 Low Pass Filter를 사용하여 충전전류 중에서 미소한 직류 성분(0.1[nA] 수준)만 하여 측정한다.
• 별도의 전압원이 필요없고 측정시 충전부에 직접 접촉할 필요가 없어 간편하고, 안전하며, Sheath가 불량한 경우는 진단이 불가능하다. (6kV급 케이블 적용)
• 판정

2)직류전압 중첩법(활선)

• 운전 중인 케이블에 직류 50[V]를 인가하여 접지선에 흐르는 직류전류(도체와 차폐층 사이에 흐르는 전류)를 측정하여 절연저항을 계산하여 열화여부를 판별하는 방식(22.9kV급 케이블에 적용)
• 직류전압 중첩의 목적은 수트리의 정류작용에 의한 직류 성분을 크게 검출하는것이다
• 판정

3)영상전류에 의한 방법

• 열화 시 흐르는 영상분을 영상변류기 또는 접지변압기를 통해 검출하는 방식

4)활선 tanθ 법

• 고압 측 분압기에서 전압원 검출, CT에서 케이블접지선 전류를 검출하여 위상차로 tanθ 측정

5)열화상 진단법

• 케이블의 접속함의 온도를 주기적(6개월 정도)으로 점검하여 국부적으로 온도차이(2℃)가 발생한 경우에 점검대상으로 삼는다.

6)등온완화전류법

• 절연물 특성에 따라서 특정에너지 수준에서 전하의 흐름이 트랩(Trap)되는 원리를 적용한 것으로 트랩 에너지의 수준에 따라서 방전되는 시간이 다르며, 이를 열화계수(Aging Factor)로 나타내어 열화를 판정
• 시험 케이블에 DC 1kV를 약 30분 정도 인가한 다음 5초간 케이블의 정전용량 성분을 방전시켜 제거한 후 미소전류(완화전류)의 특성을 분석하여 전력케이블의 열화여부를 진단 판정
  • 한전에서는 KDA-1 장비를 이용하여 측정하고 있다.
  • 측정전압이 1[kV]로 낮아 케이블의 절연열화의 유발 가능성이 없는 장점이 있지만, 장시간 측정시간(3상 측정시 약 3시간소요), 전구간의 절연열화 판정하는 것으로 국부적인 열화 검출이 어려운 단점을 가진다.
• 판정기준

7)교류전압 중첩법(활선)

• 케이블의 차폐층에 상용주파수의 “2배+1Hz(121Hz)의 교류를 인가하여 1Hz의 열화신호를 검출하여 열화를 판정하는 방식이다. 수트리 열화된 부분에서 (상용주파수+1Hz)을 중첩시킬 때 열화신호가 큰 특성을 이용한 것이다.(6kV급 케이블 적용)

1️⃣케이블 열화 요인과 원인

1)열화요인과 메커니즘

• 전기적 요인
  • 상시의 운전전압 외에 사고 시의 지속성 과전압 개폐서지 뇌서지 전압등의 이상전압이 있다. 이들 이상전압이 열화의 동기를 제공
• 열적요인
  • 열팽창 수축에 의한 차폐동 Tape와 절연체의 계면에 공극에 의한 열화
  • 지락, 단락에 수반하는 온도 상승과 과도고온에 의한 열화
• 환경적 요인
  • 포설 상태의 Cabel에 침입하는 것으로 물, 황산화물, 화학약품류가 있고, 또 단말에서는 자외선, 오존, 오손(염분, 먼지)의 영향이 열화의 원인
• 기계적 요인
  • 포설 시 또는 포설 후에 생길 수 있는 굴곡, 측면압력, 충격하중, 외상에 의한 열화
• 생물적요인
  • 동물에 의한 시스가 손상을 받아 그곳으로 수분이 침입하여 열화
• 화학적인 요인
  • 단말 혹은 접속부 등의 시공 불량에 의하여 공극이 발생하여 오존과 수분이 침입하여 열화
  • 케이블 토양중에 함유된 수분및 화학물질의 침투

2)열화의 형태

케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개

• 부분방전 열화
  • 절연체 중의 기포, 절연체와 반도전층의 경계의 공극 등에서 발생한 부분 방전에 의해서 케이블의 전체가 열화되는 현상으로 방전이 반복하여 절연체의 침심, 절연성능을 저하시킴
• 전기트리 열화
  • 케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개
• 수트리 열화
  • 내부 및 외부 반도전층과 절연체의 경계에 물이 침투되어 전계가 걸리면서 tree 모양으로 성장하여 절연성능의 저하
  • 종류
    • 벤티드 트리(Vented tree): 반도전층을 기점으로 발생, 내도 트리, 외도 트리
    • 보우타이 트리(Bow-tie tree): 절연물내의 이물질, Void 기점으로 발생
  • 수트리 열화의 특징
    • 수트리는 물과 전계가 동시에 존재하는 조건에서 발생
    • 전기트리에 비해서 저전계(6kV/mm)에서도 발생
    • 절연체의 오염물, Void 또는 절연층과 반도전층 사이의 계면의 돌기 등과 같은 결함에 의해서 발생
    • 수분이 건조되어 없어지면 수트리는 사라지고, 수분이 다시 유입되면 재발생
    • 일반적으로 수트리는 전기트리를 유도
• 아크열화
  • 개폐기 및 차단기의 개폐 시 아크 방전에 의해서 절연물의 도전성 탄화로의 형성

4)트리 발생원인

• 수트리
  • 케이블 내에 수분이 존재하며 국부적으로 고전계가 발생되는 그곳으로 응집되어 나무 모양으로 발전하는 트리를 생성함
• 화학트리
  • 황화물이 존재하는 부위에 포설된 케이블의 경우 황화물이 PE층을 투과하여 도체인 동과 반응하여 황화동을 만들고 운전중에 이러한 분자들이 외부로 나가면서 나무모양의 트리를 만들어 감
• 전기트리
  • 케이블 내 결격지점에서 부분방전에 의해 부분적으로 절연파괴가 발생하여 나뭇가지모양으로 진전되는 트리로, 궁극적으로 벤티드 트리가 되면 절연파괴에 이르게 됨

1️⃣케이블 열화 요인과 원인

1)열화요인과 메커니즘

• 전기적 요인
  • 상시의 운전전압 외에 사고 시의 지속성 과전압 개폐서지 뇌서지 전압등의 이상전압이 있다. 이들 이상전압이 열화의 동기를 제공
• 열적요인
  • 열팽창 수축에 의한 차폐동 Tape와 절연체의 계면에 공극에 의한 열화
  • 지락, 단락에 수반하는 온도 상승과 과도고온에 의한 열화
• 환경적 요인
  • 포설 상태의 Cabel에 침입하는 것으로 물, 황산화물, 화학약품류가 있고, 또 단말에서는 자외선, 오존, 오손(염분, 먼지)의 영향이 열화의 원인
• 기계적 요인
  • 포설 시 또는 포설 후에 생길 수 있는 굴곡, 측면압력, 충격하중, 외상에 의한 열화
• 생물적요인
  • 동물에 의한 시스가 손상을 받아 그곳으로 수분이 침입하여 열화
• 화학적인 요인
  • 단말 혹은 접속부 등의 시공 불량에 의하여 공극이 발생하여 오존과 수분이 침입하여 열화
  • 케이블 토양중에 함유된 수분및 화학물질의 침투

2)열화의 형태

케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개

• 부분방전 열화
  • 절연체 중의 기포, 절연체와 반도전층의 경계의 공극 등에서 발생한 부분 방전에 의해서 케이블의 전체가 열화되는 현상으로 방전이 반복하여 절연체의 침심, 절연성능을 저하시킴
• 전기트리 열화
  • 케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개
• 수트리 열화
  • 내부 및 외부 반도전층과 절연체의 경계에 물이 침투되어 전계가 걸리면서 tree 모양으로 성장하여 절연성능의 저하
  • 종류
    • 벤티드 트리(Vented tree): 반도전층을 기점으로 발생, 내도 트리, 외도 트리
    • 보우타이 트리(Bow-tie tree): 절연물내의 이물질, Void 기점으로 발생
  • 수트리 열화의 특징
    • 수트리는 물과 전계가 동시에 존재하는 조건에서 발생
    • 전기트리에 비해서 저전계(6kV/mm)에서도 발생
    • 절연체의 오염물, Void 또는 절연층과 반도전층 사이의 계면의 돌기 등과 같은 결함에 의해서 발생
    • 수분이 건조되어 없어지면 수트리는 사라지고, 수분이 다시 유입되면 재발생
    • 일반적으로 수트리는 전기트리를 유도
• 아크열화
  • 개폐기 및 차단기의 개폐 시 아크 방전에 의해서 절연물의 도전성 탄화로의 형성

4)트리 발생원인

• 수트리
  • 케이블 내에 수분이 존재하며 국부적으로 고전계가 발생되는 그곳으로 응집되어 나무 모양으로 발전하는 트리를 생성함
• 화학트리
  • 황화물이 존재하는 부위에 포설된 케이블의 경우 황화물이 PE층을 투과하여 도체인 동과 반응하여 황화동을 만들고 운전중에 이러한 분자들이 외부로 나가면서 나무모양의 트리를 만들어 감
• 전기트리
  • 케이블 내 결격지점에서 부분방전에 의해 부분적으로 절연파괴가 발생하여 나뭇가지모양으로 진전되는 트리로, 궁극적으로 벤티드 트리가 되면 절연파괴에 이르게 됨

1️⃣케이블 열화 요인과 원인

1)열화요인과 메커니즘

• 전기적 요인
  • 상시의 운전전압 외에 사고 시의 지속성 과전압 개폐서지 뇌서지 전압등의 이상전압이 있다. 이들 이상전압이 열화의 동기를 제공
• 열적요인
  • 열팽창 수축에 의한 차폐동 Tape와 절연체의 계면에 공극에 의한 열화
  • 지락, 단락에 수반하는 온도 상승과 과도고온에 의한 열화
• 환경적 요인
  • 포설 상태의 Cabel에 침입하는 것으로 물, 황산화물, 화학약품류가 있고, 또 단말에서는 자외선, 오존, 오손(염분, 먼지)의 영향이 열화의 원인
• 기계적 요인
  • 포설 시 또는 포설 후에 생길 수 있는 굴곡, 측면압력, 충격하중, 외상에 의한 열화
• 생물적요인
  • 동물에 의한 시스가 손상을 받아 그곳으로 수분이 침입하여 열화
• 화학적인 요인
  • 단말 혹은 접속부 등의 시공 불량에 의하여 공극이 발생하여 오존과 수분이 침입하여 열화
  • 케이블 토양중에 함유된 수분및 화학물질의 침투

2)열화의 형태

케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개

• 부분방전 열화
  • 절연체 중의 기포, 절연체와 반도전층의 경계의 공극 등에서 발생한 부분 방전에 의해서 케이블의 전체가 열화되는 현상으로 방전이 반복하여 절연체의 침심, 절연성능을 저하시킴
• 전기트리 열화
  • 케이블 절연체 내부 또는 반도전층과의 경계면에 있어서 국부적인 고전계부가 형성되어 파괴가 진행되어 트리(tree) 모양으로 전개
• 수트리 열화
  • 내부 및 외부 반도전층과 절연체의 경계에 물이 침투되어 전계가 걸리면서 tree 모양으로 성장하여 절연성능의 저하
  • 종류
    • 벤티드 트리(Vented tree): 반도전층을 기점으로 발생, 내도 트리, 외도 트리
    • 보우타이 트리(Bow-tie tree): 절연물내의 이물질, Void 기점으로 발생
  • 수트리 열화의 특징
    • 수트리는 물과 전계가 동시에 존재하는 조건에서 발생
    • 전기트리에 비해서 저전계(6kV/mm)에서도 발생
    • 절연체의 오염물, Void 또는 절연층과 반도전층 사이의 계면의 돌기 등과 같은 결함에 의해서 발생
    • 수분이 건조되어 없어지면 수트리는 사라지고, 수분이 다시 유입되면 재발생
    • 일반적으로 수트리는 전기트리를 유도
• 아크열화
  • 개폐기 및 차단기의 개폐 시 아크 방전에 의해서 절연물의 도전성 탄화로의 형성

4)트리 발생원인

• 수트리
  • 케이블 내에 수분이 존재하며 국부적으로 고전계가 발생되는 그곳으로 응집되어 나무 모양으로 발전하는 트리를 생성함
• 화학트리
  • 황화물이 존재하는 부위에 포설된 케이블의 경우 황화물이 PE층을 투과하여 도체인 동과 반응하여 황화동을 만들고 운전중에 이러한 분자들이 외부로 나가면서 나무모양의 트리를 만들어 감
• 전기트리
  • 케이블 내 결격지점에서 부분방전에 의해 부분적으로 절연파괴가 발생하여 나뭇가지모양으로 진전되는 트리로, 궁극적으로 벤티드 트리가 되면 절연파괴에 이르게 됨

3️⃣케이블 절연열화 진단법(사선진단)

1)충격전압시험

• 1.2×50[μs]를 표준충격전압 파형으로 사용한다. 이와 같은 표준충격전압 파형을 가지고, 파고치가 해당기기의 BIL과 같은 크기의 충격파 전압을 충전부와 대지 간에 음양 각 3회씩 인가해서 시험한다

2)절연저항 시험(MegaOhmTest)

• 메거(Mega)를 이용하여 절연저항 측정하는 방법으로 개략적인 열화진단에 사용
• 케이블의 이상 유·무 판단 정도를 간편하게 판별하는데 사용
• 전압에 한계가 있고 정밀 진단은 미흡함

3)직류누설전류 시험(직류 고전압 인가법)

• 측정이 간편한 장점이 있으나, 시험전압 높아서 반복 측정하는 경우 케이블의 손상에 우려가 있는 방식
• 다음그림과 같이 이상케이블은 ①누설전류의 절대치가크고, ②킥현상이 있으며 ③전류가 증가하는 현상이 나타난다.

• 직류 고전압 시험의 절연열화 판단기준
  • 측정: 5년에1회
  • 측정장비: 절연내력 시험기
  • 시험전압: 30[kV]인가하여 누설전류의 크기 밒 전류의 시간적인 변화를 측정함
  • 절연저항=인가전압/누설전류
  • 선간 불평형률: 3상 누설전류(최대-최소)/3상 누설전류 평균치*100%

4)유전 정접시험(tanδ법)

• tanδ
• tanδ는 충전전류(Ic)/손실전류(Ir)의 비

• 전력 케이블에 대지전압에 상응하는 상용주파 교류전압을 인가하여 tanδ의 값을 측정하여 열화를 판별하는 방법
• 케이블이 흡습이나 수트리가 발생되면 tanδ가 증가하는 특성을 갖는다.
• 시험방법
  • 실험실측정: 셰링 브리지법
  • 현장 측정: 역 셰링 브리지법
• 시험설비가 대형이라는 제조사에서 국한적으로 사용한다.

• 판정기준

5)부분방전 시험(코로나시험)

부분방전 시험

(PD: Partial Discharge) (활선)

부분방전 전하를 PD센서를 이용하여 측정을 통하여 절연물의 열화나 보이드, 도전성 이물질의 함유와 같은 결함부분을 검출하기 위한 목적으로 사용되며, 초고압 설비의 열화진단에 광범위하게 적용하는 방법이다.

4️⃣케이블 절연열화 진단법(활선진단)

1)직류 성분 측정법(활선)

• 수트리가 발생되면 정류작용이 나타나서 미소한 직류성분이 흐른다. 직류성분 측정기는 케이블의 Shield와 접지사이에 연결하여 Low Pass Filter를 사용하여 충전전류 중에서 미소한 직류 성분(0.1[nA] 수준)만 하여 측정한다.
• 별도의 전압원이 필요없고 측정시 충전부에 직접 접촉할 필요가 없어 간편하고, 안전하며, Sheath가 불량한 경우는 진단이 불가능하다. (6kV급 케이블 적용)
• 판정

2)직류전압 중첩법(활선)

• 운전 중인 케이블에 직류 50[V]를 인가하여 접지선에 흐르는 직류전류(도체와 차폐층 사이에 흐르는 전류)를 측정하여 절연저항을 계산하여 열화여부를 판별하는 방식(22.9kV급 케이블에 적용)
• 직류전압 중첩의 목적은 수트리의 정류작용에 의한 직류 성분을 크게 검출하는것이다
• 판정

3)영상전류에 의한 방법

• 열화 시 흐르는 영상분을 영상변류기 또는 접지변압기를 통해 검출하는 방식

4)활선 tanθ 법

• 고압 측 분압기에서 전압원 검출, CT에서 케이블접지선 전류를 검출하여 위상차로 tanθ 측정

5)열화상 진단법

• 케이블의 접속함의 온도를 주기적(6개월 정도)으로 점검하여 국부적으로 온도차이(2℃)가 발생한 경우에 점검대상으로 삼는다.

6)등온완화전류법

• 절연물 특성에 따라서 특정에너지 수준에서 전하의 흐름이 트랩(Trap)되는 원리를 적용한 것으로 트랩 에너지의 수준에 따라서 방전되는 시간이 다르며, 이를 열화계수(Aging Factor)로 나타내어 열화를 판정
• 시험 케이블에 DC 1kV를 약 30분 정도 인가한 다음 5초간 케이블의 정전용량 성분을 방전시켜 제거한 후 미소전류(완화전류)의 특성을 분석하여 전력케이블의 열화여부를 진단 판정
  • 한전에서는 KDA-1 장비를 이용하여 측정하고 있다.
  • 측정전압이 1[kV]로 낮아 케이블의 절연열화의 유발 가능성이 없는 장점이 있지만, 장시간 측정시간(3상 측정시 약 3시간소요), 전구간의 절연열화 판정하는 것으로 국부적인 열화 검출이 어려운 단점을 가진다.
• 판정기준

7)교류전압 중첩법(활선)

• 케이블의 차폐층에 상용주파수의 “2배+1Hz(121Hz)의 교류를 인가하여 1Hz의 열화신호를 검출하여 열화를 판정하는 방식이다. 수트리 열화된 부분에서 (상용주파수+1Hz)을 중첩시킬 때 열화신호가 큰 특성을 이용한 것이다.(6kV급 케이블 적용)

❓수트리란

전력 케이블의 고체 절연물 속에 수분이침투하여 발생하는 절연열화현상으로 넓은 의미에서 코로나 방전열화의 일종

1️⃣수트리 발생원인

1)수트리의 형태

2)제작과정의 원인

• 고온의 증기를 이용하는 습식가교방식을 사용하는 경우
• 절연체의 내부에 잔유수분 존재
• 최근에는 건식가교방법을 사용

3)외부에서 수분침투

• 케이블의 단말처리가 잘못된 경우 : 케이블 내부의 온도 변화에 따른 호흡작용 시 외부의 수분이 케이블 심선을 통하여 침투
• 케이블의 포설장소에 수분이 많은 경우 : 장기간 외부 피복을 통하여 수분이 침투

2️⃣수트리 종류 및 특징

1)수트리 종류

• 벤티드 트리(Vented tree): 반도전층을 기점으로 발생, 내도 트리, 외도 트리
• 보우타이 트리(Bow-tie tree): 절연물내의 이물질, Void 기점으로 발생

2)수트리 특징

• 물과 전계가 존재하는 곳에서 발생
• 절연재의 오염물, 보이드, 계면의 돌기 등과 같은 결합에 의해 발생
• 비교적 낮은 전계(6[kV/㎜])에서 발생
• 수분이 없어지면 사라지고 수분이 있으면 다시 보임
• 전기적 트리 발생을 유도
• 성장속도는 전기트리보다 늦은
• 직류에서 발생이 어려움(고주파에서 촉진)
• 부분방전 없이도 성장 가능
• 발생부에서는 기계적인 왜형(고분자사슬의 풀림)이 생김

3️⃣연피손

1)개요

연피 및 알루미늄피 등 도전선의 외피를 갖는 케이블의 경우 발생

2)연피손의 종류 및 발생원인

• 와류전류손 시스의 근접효과 때문에 발생하는 손실
• 시스회로손 케이블 도체 전류에서의 전자유도작용에 의해 시스를 접지함에 따라 시스에 전류가 흐르고 시스저항에 의해 발생하는 손실
• 시스의 저항율이 작을수록, 전류의 크기나 주파수가 클수록, 단심 케이블의 이격거리가 클수록 크게 나타난다.

3)대책

• 연가
• 시스자체를 접지(편단, 크로스 본드)→전위와 전류를 최소화할 수 있는 방법 강구(최근 한전의 신기술 지정된 비일괄 공동접지 활용)
• 케이블의 근접 시공

1️⃣저항손(도체손)

• 저항을 가진 도체를 흐르는 전류에 의한 전력손실 또는 브러시의 접촉저항을 통하여 흐르는 전류에 의한 전력손실
• 송전 중 선로의 저항과 부하전류에 의하여 생기는 손실

2️⃣유전체손

1)개요

• 케이블의 유전체에서 발생하는 손실로 절연체 전극 간에 교류전압을 인가 시 발생하는 손실
• 전압인가→정전용량(C)→충전전류(Ic)발생→절연열화Ir
• 케이블에 전압을 인가했을 때 흐르는 전류는 유전체의 정전용량에 의한 충전전류 Ic와 전압과 동상분인 Ir(누설저항에 의한 전류)로 구성

2)유전체손실

3)대책

Wd∝tanδ이므로 절연물의 절연성능이 우수하여 Ir을 줄일 수 있는 물질 사용

3️⃣연피손

1)개요

연피 및 알루미늄피 등 도전선의 외피를 갖는 케이블의 경우 발생

2)연피손의 종류 및 발생원인

• 와류전류손 시스의 근접효과 때문에 발생하는 손실
• 시스회로손 케이블 도체 전류에서의 전자유도작용에 의해 시스를 접지함에 따라 시스에 전류가 흐르고 시스저항에 의해 발생하는 손실
• 시스의 저항율이 작을수록, 전류의 크기나 주파수가 클수록, 단심 케이블의 이격거리가 클수록 크게 나타난다.

3)대책

• 연가
• 시스자체를 접지(편단, 크로스 본드)→전위와 전류를 최소화할 수 있는 방법 강구(최근 한전의 신기술 지정된 비일괄 공동접지 활용)
• 케이블의 근접 시공

1️⃣저항손(도체손)

• 저항을 가진 도체를 흐르는 전류에 의한 전력손실 또는 브러시의 접촉저항을 통하여 흐르는 전류에 의한 전력손실
• 송전 중 선로의 저항과 부하전류에 의하여 생기는 손실

2️⃣유전체손

1)개요

• 케이블의 유전체에서 발생하는 손실로 절연체 전극 간에 교류전압을 인가 시 발생하는 손실
• 전압인가→정전용량(C)→충전전류(Ic)발생→절연열화Ir
• 케이블에 전압을 인가했을 때 흐르는 전류는 유전체의 정전용량에 의한 충전전류 Ic와 전압과 동상분인 Ir(누설저항에 의한 전류)로 구성

2)유전체손실

3)대책

Wd∝tanδ이므로 절연물의 절연성능이 우수하여 Ir을 줄일 수 있는 물질 사용

3️⃣연피손

1)개요

연피 및 알루미늄피 등 도전선의 외피를 갖는 케이블의 경우 발생

2)연피손의 종류 및 발생원인

• 와류전류손 시스의 근접효과 때문에 발생하는 손실
• 시스회로손 케이블 도체 전류에서의 전자유도작용에 의해 시스를 접지함에 따라 시스에 전류가 흐르고 시스저항에 의해 발생하는 손실
• 시스의 저항율이 작을수록, 전류의 크기나 주파수가 클수록, 단심 케이블의 이격거리가 클수록 크게 나타난다.

3)대책

• 연가
• 시스자체를 접지(편단, 크로스 본드)→전위와 전류를 최소화할 수 있는 방법 강구(최근 한전의 신기술 지정된 비일괄 공동접지 활용)
• 케이블의 근접 시공

배전선로에서 전력손실은 전기를 생산하여 소비자에게 전달하는 과정에서 발생하는 에너지 손실을 의미합니다. 이러한 전력손실은 효율성을 저해하고 경제적인 부담을 증가시키므로, 경감 대책 마련이 중요합니다.

1. 전력손실 정의

배전선로에서 발생하는 전력손실은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.

• 저항 손실(동손):
  • 전선 자체의 저항으로 인해 발생하는 열에너지 손실입니다.
  • 전류의 제곱에 비례하며, 전선의 굵기, 길이, 재질에 따라 달라집니다.
  • PL = I²R 로 표현 할수 있습니다.
• 유전체 손실(철손):
  • 변압기나 케이블의 절연체에서 발생하는 손실입니다.
  • 전압의 제곱에 비례하며, 절연체의 종류, 온도, 습도에 따라 달라집니다.

2. 전력손실 경감 대책

배전선로의 전력손실을 줄이기 위한 다양한 방법들이 있습니다.

• 배전 전압 승압:
  • 전압을 높이면 동일한 전력을 전달하는 데 필요한 전류가 감소하여 저항 손실을 줄일 수 있습니다.
• 전선 굵기 증가:
  • 굵은 전선을 사용하면 저항이 감소하여 저항 손실을 줄일 수 있습니다.
• 고효율 변압기 사용:
  • 철심 재료 개선, 권선 방식 최적화 등을 통해 유전체 손실을 줄인 고효율 변압기를 사용합니다.
• 역률 개선:
  • 역률을 개선하면 동일한 전력을 전달하는 데 필요한 전류를 줄여 저항 손실을 줄일 수 있습니다.
  • 전력용 콘덴서 설치등으로 개선이 가능 합니다.
• 부하 분산 및 평형 유지:
  • 부하를 균등하게 분산시키고 평형을 유지하면 특정 선로에 집중되는 전류를 줄여 저항 손실을 줄일 수 있습니다.
• 배전 자동화 시스템 도입:
  • 배전선로의 상태를 실시간으로 감시하고 제어하여 전력 손실을 최소화할 수 있습니다.
• 신재생에너지 분산형 전원 도입:
  • 배전선로에 분산형 전원을 도입하여 전력의 이동 거리를 단축하고, 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
• 저손실 케이블 사용:
  • 배전 케이블의 저항을 낮추어 전력 손실을 줄일수 있습니다.

이러한 경감 대책들을 종합적으로 적용하여 배전선로의 전력손실을 최소화하고, 에너지 효율성을 높이는 것이 중요합니다.

1️⃣저항손(도체손)

• 저항을 가진 도체를 흐르는 전류에 의한 전력손실 또는 브러시의 접촉저항을 통하여 흐르는 전류에 의한 전력손실
• 송전 중 선로의 저항과 부하전류에 의하여 생기는 손실

2️⃣유전체손

1)개요

• 케이블의 유전체에서 발생하는 손실로 절연체 전극 간에 교류전압을 인가 시 발생하는 손실
• 전압인가→정전용량(C)→충전전류(Ic)발생→절연열화Ir
• 케이블에 전압을 인가했을 때 흐르는 전류는 유전체의 정전용량에 의한 충전전류 Ic와 전압과 동상분인 Ir(누설저항에 의한 전류)로 구성

2)유전체손실

3)대책

Wd∝tanδ이므로 절연물의 절연성능이 우수하여 Ir을 줄일 수 있는 물질 사용

1️⃣저항손(도체손)

• 저항을 가진 도체를 흐르는 전류에 의한 전력손실 또는 브러시의 접촉저항을 통하여 흐르는 전류에 의한 전력손실
• 송전 중 선로의 저항과 부하전류에 의하여 생기는 손실

2️⃣유전체손

1)개요

• 케이블의 유전체에서 발생하는 손실로 절연체 전극 간에 교류전압을 인가 시 발생하는 손실
• 전압인가→정전용량(C)→충전전류(Ic)발생→절연열화Ir
• 케이블에 전압을 인가했을 때 흐르는 전류는 유전체의 정전용량에 의한 충전전류 Ic와 전압과 동상분인 Ir(누설저항에 의한 전류)로 구성

2)유전체손실

3)대책

Wd∝tanδ이므로 절연물의 절연성능이 우수하여 Ir을 줄일 수 있는 물질 사용

3️⃣연피손

1)개요

연피 및 알루미늄피 등 도전선의 외피를 갖는 케이블의 경우 발생

2)연피손의 종류 및 발생원인

• 와류전류손 시스의 근접효과 때문에 발생하는 손실
• 시스회로손 케이블 도체 전류에서의 전자유도작용에 의해 시스를 접지함에 따라 시스에 전류가 흐르고 시스저항에 의해 발생하는 손실
• 시스의 저항율이 작을수록, 전류의 크기나 주파수가 클수록, 단심 케이블의 이격거리가 클수록 크게 나타난다.

3)대책

• 연가
• 시스자체를 접지(편단, 크로스 본드)→전위와 전류를 최소화할 수 있는 방법 강구(최근 한전의 신기술 지정된 비일괄 공동접지 활용)
• 케이블의 근접 시공

1️⃣저항손(도체손)

• 저항을 가진 도체를 흐르는 전류에 의한 전력손실 또는 브러시의 접촉저항을 통하여 흐르는 전류에 의한 전력손실
• 송전 중 선로의 저항과 부하전류에 의하여 생기는 손실

2️⃣유전체손

1)개요

• 케이블의 유전체에서 발생하는 손실로 절연체 전극 간에 교류전압을 인가 시 발생하는 손실
• 전압인가→정전용량(C)→충전전류(Ic)발생→절연열화Ir
• 케이블에 전압을 인가했을 때 흐르는 전류는 유전체의 정전용량에 의한 충전전류 Ic와 전압과 동상분인 Ir(누설저항에 의한 전류)로 구성

2)유전체손실

3)대책

Wd∝tanδ이므로 절연물의 절연성능이 우수하여 Ir을 줄일 수 있는 물질 사용

3️⃣연피손

1)개요

연피 및 알루미늄피 등 도전선의 외피를 갖는 케이블의 경우 발생

2)연피손의 종류 및 발생원인

• 와류전류손 시스의 근접효과 때문에 발생하는 손실
• 시스회로손 케이블 도체 전류에서의 전자유도작용에 의해 시스를 접지함에 따라 시스에 전류가 흐르고 시스저항에 의해 발생하는 손실
• 시스의 저항율이 작을수록, 전류의 크기나 주파수가 클수록, 단심 케이블의 이격거리가 클수록 크게 나타난다.

3)대책

• 연가
• 시스자체를 접지(편단, 크로스 본드)→전위와 전류를 최소화할 수 있는 방법 강구(최근 한전의 신기술 지정된 비일괄 공동접지 활용)
• 케이블의 근접 시공

배전선로에서 전력손실은 전기를 생산하여 소비자에게 전달하는 과정에서 발생하는 에너지 손실을 의미합니다. 이러한 전력손실은 효율성을 저해하고 경제적인 부담을 증가시키므로, 경감 대책 마련이 중요합니다.

1. 전력손실 정의

배전선로에서 발생하는 전력손실은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.

• 저항 손실(동손):
  • 전선 자체의 저항으로 인해 발생하는 열에너지 손실입니다.
  • 전류의 제곱에 비례하며, 전선의 굵기, 길이, 재질에 따라 달라집니다.
  • PL = I²R 로 표현 할수 있습니다.
• 유전체 손실(철손):
  • 변압기나 케이블의 절연체에서 발생하는 손실입니다.
  • 전압의 제곱에 비례하며, 절연체의 종류, 온도, 습도에 따라 달라집니다.

2. 전력손실 경감 대책

배전선로의 전력손실을 줄이기 위한 다양한 방법들이 있습니다.

• 배전 전압 승압:
  • 전압을 높이면 동일한 전력을 전달하는 데 필요한 전류가 감소하여 저항 손실을 줄일 수 있습니다.
• 전선 굵기 증가:
  • 굵은 전선을 사용하면 저항이 감소하여 저항 손실을 줄일 수 있습니다.
• 고효율 변압기 사용:
  • 철심 재료 개선, 권선 방식 최적화 등을 통해 유전체 손실을 줄인 고효율 변압기를 사용합니다.
• 역률 개선:
  • 역률을 개선하면 동일한 전력을 전달하는 데 필요한 전류를 줄여 저항 손실을 줄일 수 있습니다.
  • 전력용 콘덴서 설치등으로 개선이 가능 합니다.
• 부하 분산 및 평형 유지:
  • 부하를 균등하게 분산시키고 평형을 유지하면 특정 선로에 집중되는 전류를 줄여 저항 손실을 줄일 수 있습니다.
• 배전 자동화 시스템 도입:
  • 배전선로의 상태를 실시간으로 감시하고 제어하여 전력 손실을 최소화할 수 있습니다.
• 신재생에너지 분산형 전원 도입:
  • 배전선로에 분산형 전원을 도입하여 전력의 이동 거리를 단축하고, 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
• 저손실 케이블 사용:
  • 배전 케이블의 저항을 낮추어 전력 손실을 줄일수 있습니다.

이러한 경감 대책들을 종합적으로 적용하여 배전선로의 전력손실을 최소화하고, 에너지 효율성을 높이는 것이 중요합니다.