전력 케이블을 비롯한 전기 설비는 장기간 사용하면 사용 중에 받는 갖가지 스트레스와 경년 열화로 전기 성능이 떨어져 계속 사용하는 것이 어려워진다. 스트레스와 열화를 초래하는 요인에 전기적, 열적, 화학적, 기계적인 것이 있으며, 이러한 개별 요인이 서로 영향을 미치며 복합적으로 작용해 열화를 가속화시키는 경우도 있다. 여기서는 주로 CV 케이블을 대상으로 각종 열화를 점검하는 데 파악해야 할 사항을 서술한다.
정리 전화영 기자
케이블 점검은, 고압 CV 케이블을 예로 들어 부설 완료 후 <그림 1>과 같은 관리 흐름을 따라 하는 것이 바람직하다. 점검에 있어 기본은 케이블의 건전성을 적기適期에 파악하고 배선로의 신뢰성을 장기간 유지하는 것이다. 관리 흐름에서 각 단계의 점검 항목은 <표 1>과 같다.
케이블의 점검 목적과 항목 초기 점검｜케이블 부설 완료 후 준공 시험을 실시해 법정 기준의 내전압 시험을 견디는지 확인한다. 특히 시스Sheath 절연 저항이 1㏁ · 자체 길이 이상인지, 차폐층 저항이 50Ω/㎞ 미만인지 확인해야한다.
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단, 케이블 종단부와 중간 접속부(있는 경우)의 접지선 처리 상황, 종단부 하단의 구조(예 : 단말 본체 고정 개소의 재질인 반도전성 고무가 노출형인지 아닌지)를 확인하고 주의를 기울여야 한다.
일상 점검｜다른 기기와 마찬가지로 비정전 상태에서 육안 확인을 통해 이상이 없는지 점검한다. <표 2>는 고압 CV 케이블의 점검 체크 시트로, 점검 본체와 함께 환경 사용 조건에 문제가 없는지 확인한다. 환경 사용 조건이 좋지 않은 것으로 <그림 2, 3>과 같은 사례가 있다. 약품, 고온수로 말미암은 피해 외에 환경이나 사용 조건에 따른 케이블 상태 불량 사례도 있다.
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① 허용 전류 초과로 말미암은 열 열화 증선을 할 땐 동일 통로(Route) 상의 모든 케이블의 허용 전류 값과 통전 전류 값에 주의해야 한다. 일례로 시멘트 공장에서 부설한 지 2년 만에 열 열화 → 균열 → 절연 파괴가 발생했다. 허용 전류를 40.9% 초과해 통전 사용한 탓에 절연체와 시스에 열 열화가 발생했으며, 외부 기계적 응력으로 균열이 생겼다(CV 케이블의 도체 허용 온도 90℃에 대해 약 140℃로 사용한 결과다).
② 수 트리(Water Tree)로 말미암은 열화 케이블 안으로 물이 스며들어 온도 차로 생긴 결로 침수로 수 트리가 발생했다. ③ 고압 케이블의 동 테이프가 파단破斷 고압 단심 케이블에서 한쪽 끝 접지 부분은 차폐 동 테이프의 이상에 주의한다. 테스터를 이용해 차폐 동 테이프의 통전을 체크한다. 모 하수 처리장의 사례로, 2회선을 부설한 지 7년째와 9년째 되던 해에 케이블 부설 통로 위 고온 구역에서 동 테이프 부식 → 파단 → 절연 파괴가 일어났다.
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④ 600V CV · EV의 자외선으로 말미암은 열화 검은색 이외의 폴리에틸렌계 재료에 자외선(햇빛)을 쐬지 않도록 한다. 자외선이 닿은 부분은 검은색 PV 테이프를 감는 방법 등으로 보호한다(검은색 이외의 폴리에틸렌은 자외선에 약하다).
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정기 점검｜설비 정기 점검에 맞춰 정전 상태에서 ▲외장 절연 저항 시험 ▲차폐층 저항 시험 ▲절연 저항 시험을 한다. 한편, 직류 중첩법 등의 활선 진단 장치를 이용하면 활선 상태에서도 감시 · 진단을 할 수 있다. 초기 점검에서 얻은 측정 데이터와 비교, 측정 환경을 고려한 특성 파악 관리가 필요하다. 특히 차폐층 저항(도통 상태)에 이상 발견 시, 차폐 동 테이프가 끊어졌을 가능성을 생각해 부설 상태 확인을 포함한 신속 대응(정밀 진단 등)이 필요하다. 차폐 동 테이프의 파단은 케이블의 열 신축이나 동 테이프자체 부식 등으로 일어난다(<그림 9> 참조).
CVT 케이블에서 한쪽 끝 접지의 경우, 동 테이프가 끊어져도 그 부분에서 발생하는 트레킹 현상에 따른 지락을 방지하는 방법으로 비접지 측 차폐층 리드선을 3선 단락하는 경우가 있다. 단, 3상 모두 동 테이프가 끊어졌거나 1상 안에서 동 테이프가 두 군데 끊어진 경우엔 효과를 기대할 수 없다. 한편, 접지 측 리드선을 분리해 각 접지 리드선 간 저항을 측정하면 각 상의 차폐층 저항을 측정할 수 있다.
정밀 진단｜▲고압 CV 케이블의 정밀 진단 - 고압CV 케이블의 경우, 정기 점검에서 요주의로 판단받은 경우 정밀 진단을 통해 최종 판단한다. 상세한 내용은 일본전선공업회 기술 자료 제116호(<고압CV 케이블의 보수 · 점검 지침> 2007년 12월 개정판)를 따른다. 수 트리로 대표되는 고압 CV 케이블의 절연 열화 진단에는 다양한 방법이 보고되며, 직류 고전압을 인가했을 때 케이블 절연체 누설 전류를 측정하는 직류 누설 전류 시험이 가장 효과적이고 높은 정밀도로 진단할 수 있기에 많이 이용한다. 단, 이 방법은 회선을 정지해야 해서 단말부가 옥외에 있는 경우 날씨에 영향을 받으며, 단말부의 해선解線과 청소, 가드 전극 설치 등 측정 준비에 수고를 요하는 단점이 있다. 한편, 고압 인입 케이블 등 단말 해선이 불가능한 회선에서 측정할 때는 <그림 10>과 같은 G단자(가드 단자) 접지 방식이 정밀도가 높아 효과가 있다. ▲직류 누설 전류법(E단자 접지 방식)을 통한 진단에서 점검 항목 - 인가하는 직류 전압은, 6㎸ CV케이블의 경우 직류 3㎸(2~3분)에서 시작해 6㎸에서 누설 전류 차트를 기록지에 기록하고 파형 변동과 누설 전류 값을 확인한 후 양호한 상태라면 최고10㎸에서 측정 · 진단한다.
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<그림 11>은 필자가 현장에서 직접 측정한 6㎸ CV 케이블 중 열화 불량품의 특성 곡선이다. 직류5㎸에서 이상이 없었으나 6㎸로 승압과 동시에 누설 전류가 급상승해 인가 3분 만에 강압했다. 측정 1개월 후 이 케이블을 철거해 조사한 결과, 여러 종류의 외도外導트리를 발견했으며, 그중 <그림 12>와 같은 몇몇 수 트리가 절연체를 관통했다. 따라서 관통 수 트리가 존재하는 케이블 누설 전류 특성은 <그림 13>으로 판별하는 것이 바람직하다.
열화점 조사 · 진단｜정밀 진단 결과 요주의로 판단받은 경우, 사용연수가 15년 미만인 것과 15년 이상 20년 미만에서 물의 영향을 받지 않는 것에 대해 부분 보수를 할지 전체 갱신을 할지 판단하기 위해 열화점 조사와 진단을 한다.
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이상 케이블 점검의 목적과 항목을 소개했다. 케이블은 다른 전기 설비와 달리 다양한 시설 환경 아래를 종단하고 원거리에 걸쳐 배선되기에 부분적이라고 해도 열악한 시설 환경이 국소적으로 건전성에 지장을 주는 특징이 있다. 이 때문에 케이블의 자체 품질 특성은 물론이거니와 시설 후 환경 조건이 케이블의 장기 성능을 지배한다. 이러한 경향은 저압 케이블보다 고압 케이블에서 현저하다. 이를 고려해 각종 점검을 해야 한다. 케이블을 고압 · 저압으로 크게 나눠 건전성에 영향을 주는 환경 요인을 평가하면 <표 3>과같다.
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