[논문]관로내 송전 XLPE 케이블 고장분석 및 검토

문경희; 강지원

문제 정의

이번 고장분석한 XLPE 케이블은 공장에서 생산된 케이블의 품질 조사를 위해 절연파괴된 부위의 시료를 채취하여 외관을 검사하고 시료를 분석였으며, 손상된 케이블 방식층과 Al 시스층에 대해 재질 분석 등을 수행하였다. 또한 케이블 시공에 의한 고장 발생 가능성을 검토하기 위해 고장부위 구간 케이블 부설방식인 전력구와 관로내 케이블 포설 손상발생 여부에 대해 검토하였다.

제안 방법

관로내 케이블의 고장원인을 규명하기 위해 절연파괴 부위 시료를 채취하여 분석을 실시하였다. 시료분석은 크게 절연 파괴공 주위의 외관검사와 파괴부위의 시료를 <그림 2>와 같이 5개소로 구분하여 각 부위에서 분석할 시험을 실시하였다.
관로내 케이블 포설시 케이블에 외상을 줄 수 있는 이물질을 제거하기 위해 걸래, 와이어브러쉬 등을 이용하여 관로 내부를 충분히 청소하여야 한다. 또한 관로의 배관 이음부, 돌기 등에 의해 케이블이 쉽게 통과할 수 있는지를 확인하기 위해 도통시험을 실시한다. 케이블 드럼은 케이블 포설작업이 용이하도록 장력과 측압을 고려하여 설치하여야 하며 관로내 케이블을 인입할 때는 분당 5m의 표준 인입속도로 윈치 장력을 확인하며 케이블 포설 허용장력내로 케이블을 포설한다.
시료분석은 크게 절연 파괴공 주위의 외관검사와 파괴부위의 시료를 와 같이 5개소로 구분하여 각 부위에서 분석할 시험을 실시하였다.
직매 케이블 포설방식은 경과지를 굴착한 상태에서 케이블 보호용 트라후 등을 설치 후 그 속에 케이블을 설치하거나 또는 관로 등의 케이블 보호설비 없이 도로굴착 후 케이블을 포설 및 접속을 시행한다. 이번 고장분석 케이블은 변전소 인출전력구에서 관로로 부설한 방식이므로 전력구와 관로 구간 케이블 포설시 손상 발생 여부를 검토하였다. 그리고 굴착공사로 인한 외상고장을 검토한 바 운전중인 선로 근접위치에서 상수관 및 가스관 공사 등은 두 차례 시행되었으나 해당선로에서 상당히 떨어진 지점이었으며, 고장케이블이 5단4열 관로배열에서 최하단 내측에 위치함에 따라 외상에 의한 케이블 고장 가능성은 희박한 것으로 보인다.
제작, 시공불량, 부식 및 열화 등 케이블 시스템 자체 요인과 외상, 낙뢰, 화재 등 외부적 요인에 의해 고장이 발생하며, 종단접속함과 중간접속함 뿐 아니라 케이블 자체에서도 절연 파괴 현상을 발견할 수 있다. 이번 고장분석한 XLPE 케이블은 공장에서 생산된 케이블의 품질 조사를 위해 절연파괴된 부위의 시료를 채취하여 외관을 검사하고 시료를 분석였으며, 손상된 케이블 방식층과 Al 시스층에 대해 재질 분석 등을 수행하였다. 또한 케이블 시공에 의한 고장 발생 가능성을 검토하기 위해 고장부위 구간 케이블 부설방식인 전력구와 관로내 케이블 포설 손상발생 여부에 대해 검토하였다.

성능/효과

Hot-Set Test는 전력케이블의 절연체로 사용되는 XLPE의 가교정도와 노화현상을 파악하기 위하여 가교도를 측정하는 시험이고, 염색Test는 케이블 절연체의 결함 유무 즉 보이드, 이물 등과 반도전층의 불균일한 압출에 의한 돌기, 함몰을 측정하기 위해 돋보기와 현미경으로 관찰하는 시험방법이다. 각 시료에 대한 외관검사 및 제조결함 여부 검토 결과 XLPE 케이블의 전형적인 B/D 형상을 나타내고 있으며 도체구멍이 외도구멍보다 큰 점을 고려시 외상부에서 도체방향으로 B/D가 진행된 것으로 판단된다. 또한 절연층내 40[㎛] 이하의 BOW TIE 트리가 다수 발견되었으나 정상치 기준(50[㎛] 이하)을 만족하며, 금속이물 및 돌기 등은 발견되지 않았다.
이번 고장분석 케이블은 변전소 인출전력구에서 관로로 부설한 방식이므로 전력구와 관로 구간 케이블 포설시 손상 발생 여부를 검토하였다. 그리고 굴착공사로 인한 외상고장을 검토한 바 운전중인 선로 근접위치에서 상수관 및 가스관 공사 등은 두 차례 시행되었으나 해당선로에서 상당히 떨어진 지점이었으며, 고장케이블이 5단4열 관로배열에서 최하단 내측에 위치함에 따라 외상에 의한 케이블 고장 가능성은 희박한 것으로 보인다.
준공 후 해당선로 인근에서의 공사사례, 관로 배열도를 검토시 외부공사로 인한 외상 가능성은 희박한 것으로 추정되며, 전력구 구간 케이블 포설시 케이블과 포설 장비 및 보강금구와의 접촉으로 인한 케이블 손상 또는 관로 구간의 경우 직관과 관로구 방수장치 연결부분, 직관과 파형관 연결부분, 강관과 파형관 연결부분 등 관로 연결부분이 정상적이지 않은 상태에서 포설함으로써 케이블 방식층이 손상을 입은 것으로 추정된다. 따라서 케이블 고장은 케이블 포설시 최 외층이 금속성 물질에 의해 강하게 긁혀 피복이 관통되고 알루미늄 시스층이 손상되었으며, 손상부위 부근은 다시 강한 압력을 동반한 마모가 발생한 후 Al 시스층 외면 전식이 진행됨에 따라 절연파괴 고장이 발생한 것으로 판단된다.
또한 Void, 금속이물 및 돌기 등이 발견되지 않은 점을 고려시 제조결함을 의심할 만한 특이사항은 발견되지 않았다. 준공 후 해당선로 인근에서의 공사사례, 관로 배열도를 검토시 외부공사로 인한 외상 가능성은 희박한 것으로 추정되며, 전력구 구간 케이블 포설시 케이블과 포설 장비 및 보강금구와의 접촉으로 인한 케이블 손상 또는 관로 구간의 경우 직관과 관로구 방수장치 연결부분, 직관과 파형관 연결부분, 강관과 파형관 연결부분 등 관로 연결부분이 정상적이지 않은 상태에서 포설함으로써 케이블 방식층이 손상을 입은 것으로 추정된다. 따라서 케이블 고장은 케이블 포설시 최 외층이 금속성 물질에 의해 강하게 긁혀 피복이 관통되고 알루미늄 시스층이 손상되었으며, 손상부위 부근은 다시 강한 압력을 동반한 마모가 발생한 후 Al 시스층 외면 전식이 진행됨에 따라 절연파괴 고장이 발생한 것으로 판단된다.

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