[논문]수도사업장 전력케이블 절연진단 신뢰성 고찰

함동령; 이은춘; 채지석; 이종석

수도사업장 전력케이블 절연진단 신뢰성 고찰
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함동령 (한국수자원공사) , 이은춘 (한국수자원공사) , 채지석 (한국수자원공사) , 이종석 (한국수자원공사)

산업설비 중, 전력케이블은 설치 이후 적게는 수년에서 많게는 수십년에 걸쳐 진단없이 계속 사용 중에 있다. 인입케이블 경우, 한국전기안전공사에서 주기적으로 사업장 정기검사 시에만 DC내전압 시험을 실시하고 있으며 그 외에는 장시간 사용에도 불구하고 상태점검을 정확히 못 하고 있다. 본 연구에서는, DC내전압 시험 대신 현장에 적용되고 있는 VLF(Very Low Frequency) 진단방법에 대하여 수도사업장(취수장, 정수장 등)에서 사용 시, 진단방법 및 결과에 대한 신뢰성을 고찰하였다.

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문제 정의

케이블의 절연체 상태를 파악하고자 VLF 장비로 유전정접(TD) 및 부분방전(PD)을 측정하고 2013년 자체적으로 수립한 열화판정기준에 의하여 평가하고 있다. 이에, 발전 및 수도사업장 진단 시, 유독 수도사업장에서 PD를 측정하기 위한 Calibration이 여러 현장에서 어려운 상황임을 확인하고 이에 대한 원인분석과 대응방안을 모색해 보고자 한다.

제안 방법

PD가 없는 또는 고조파 성분이 없는 양질의 고전압을 시료에 인가하고 coupling capacitor를 통하여 부분방전 신호를 포착하는 방법을 사용한다. PD 신호는 매우 미약하므로(수 pC) 고전압원의 전기 품질이 매우 중요하고 외부에서 노이즈가 유입되지 않도록 하는 것이 중요하다.
종이와 절연유가 복합된 절연체는 절연상태가 DC 전압에 따라 누설전류와 파괴전압이 적절히 반응함으로써 절연상태를 파악하는 좋은 시험법이었다. 그러나 고분자절연체 전력케이블에서는 결함이 있어도 DC 내전압시험에서 잘 파괴되지 않았고 실제 운전이 시작된 후 고장이 발생함으로써 새로운 방법을 찾게 되었다. 0.
이에, 수도사업장에 많은 정류기들과 전동기 운전용 인버터 등에 의한 영향으로 전원단으로 들어오는 노이즈를 고려하였다. 이에, 그림 4와 같이 VLF 진단장비의 전원단 앞에 NCT(Noise Cut TR)을 설치하여 전원단 품질을 향상시켰다.
수도사업장에서 노이즈에 의한 영향으로 그림 4에서와 같이 5,000pC로 Calibrator에서 신호를 주어야 Calibration이 가능하였다. 이에, 수도사업장에 많은 정류기들과 전동기 운전용 인버터 등에 의한 영향으로 전원단으로 들어오는 노이즈를 고려하였다. 이에, 그림 4와 같이 VLF 진단장비의 전원단 앞에 NCT(Noise Cut TR)을 설치하여 전원단 품질을 향상시켰다.
1Hz VLF 시험으로 대체되고 있는 상황이다. 이에, 수도사업장에서 20년 이상된 케이블을 진단 시, 유전정접(TD)와 부분방전(PD)에 대한 문제점을 고찰하였다. TD는 노이즈와 무관한데 반해, PD는 노이즈에 민감하여 정확한 측정을 위해서는 노이즈를 줄여야 한다.

성능/효과

그러나 고분자절연체 전력케이블에서는 결함이 있어도 DC 내전압시험에서 잘 파괴되지 않았고 실제 운전이 시작된 후 고장이 발생함으로써 새로운 방법을 찾게 되었다. 0.1Hz VLF 전압은 DC의 1/2에서 1/5 수준의 낮은 전압에서 결함을 파괴하는 것을 확인하였다.[3]
K-water의 여러 수도사업장(정수장, 취수장)에서 VLF를 적용한 결과,한전 배전선로나 K-water의 발전사업장과 달리 VLF PD 측정 시, 많은 노이즈로 인하여 Calibration을 찾기 힘들고 PD 판정 기준치인 500pC을크게 상외하는 5,000pC 이상의 값에서 주로 Calibration을 할 수 있었다.
DC 내전압시험은 고분자 절연체 케이블이 개발되기 전에 많이 사용되었던 PILC(Paper Insulated Lead Covered) 케이블의 절연상태를 시험하는 방법이었으며 지금까지 오랫동안 사용되고 있다. 종이와 절연유가 복합된 절연체는 절연상태가 DC 전압에 따라 누설전류와 파괴전압이 적절히 반응함으로써 절연상태를 파악하는 좋은 시험법이었다. 그러나 고분자절연체 전력케이블에서는 결함이 있어도 DC 내전압시험에서 잘 파괴되지 않았고 실제 운전이 시작된 후 고장이 발생함으로써 새로운 방법을 찾게 되었다.
이에, 그림 5의 왼쪽에 필터에서 전원으로 연결하는 케이블을 오른쪽 그림과 같이 제거한 후 Calibrator 신호를 주니 500pC에서도Calibration이 가능했다. 즉, VLF 장비의 전원케이블이 측정대상인 전력케이블에 연결되면 전력케이블로부터 노이즈를 받아서 Calibration을 하기 어려운 상황을 확인하였다

후속연구

하지만, 수도사업장 공동구 케이블 덕트에 얽히게 설치되어 있는 많은 전력케이블들은 서로간에 간섭을 발생하여 많은 노이즈를 발생하고 있다. 이에, 현장마다 최소한의 Calibrator 신호로 Calibration을 실시한 후, PD를 측정해야 하며 향후,ON-Line PD를 설치하여 지속적인 PD량 변화를 관찰하여 전력케이블 관리를 하는 방안도 검토하여야 한다.

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