전력케이블의 절연기술은 현재가지 많은 발전이 되어왔고 현재도 꾸준히 개발.진행되고 있다. 따라서 여기에서는 향후 절연기술의 개발에 대한 금후 전망으로 결론을 대치하고자 한다. 현재에 전력케이블의 최대기술 개발과제는 초고압, 대용량화로 대변할 수가 있는데 이의 개발은 우수한 절연설계와 경제성 그리고 사용시 신뢰성 측면에서의 안정성에 그 목적을 두고 있다. 또한 지중송전선의 증가에 따라 보다 초고압화, 성에너지화를 위해 케이블 절연기술의 연구가 가속적으로 이루어지고 있으며 CV케이블에서는 보다 높은 절연성과 내열성을 가진 절연재료의 개발로 케이블의 두께를 저감하는 연구와 사용재료의 조청정화 기술개발이 추진되고 있다.
1968년에 최초로 선진공업국가에서 케이블 열화에 의한 지중 Power Cable의 사고가 발생된 후, utility company는 여러 연구기관과 협력하여 지중배전용 케이블을 수거하여, 케이블의 열화가 계통사고의 원인이 된다는 것을 입증하였다. 또한 고전압 전력계통에 설치된 기존의 OF케이블(oil filled power cable)은 점차로 절연층이 매우 두꺼운 polymer insulated extruded power cable로 대체되어 가는 것이 세계적인 추세이다. 국내에서도 이러한 extruded power cable의 매설이 증가되고 있어, 이에 의한 사고가 발생될 수 있는 potential이 커지고 있기 때문에 우선 전력케이블이 어떠한 이유로 열화되고 어떠한 형태로 나타나는가에 대해 많은 해외연구기관의 연구들을 토대로 간단히 살펴보기로 한다. 열화진단시험방법이나 열화원인분석을 위한 물리화학적 mechanism에 대해서는 다음 기회에 언급하기로 한다.
전력케이블의 절연특성은 케이블에 인가되는 stress의 종류에 따라 교류.직류.충격전압등에 대한 내전압특성과 유전율.유전정접.누설저항등의 변화로 나타나는 손실 특성으로 대별할 수 있다. 이 가운데 전력케이블의 사용여부를 판정하는 기준은 주로 내전압특성이 되기 때문에 내전압특성의 변화 원인 및 사용조건에 따른 변화경향을 개략한다.
오늘날 전력사용이 급증하면서 부하가 대용량화되는 추세에 따라 전기설비의 규모는 점차 대규모화 되고, 사회는 점점 고도정보화 사회로 발전되고 있다. 따라서, 설비의 사고 및 정전 등은 높은 전기적 의존도를 가진 고도 산업사회에 막대한 경제적 손실 및 장애를 가져다준다. 한편, 도시 환경의 미화차원에서 지중배전선로는 점차 증가하고 특히, 전력 케이블은 주로 공장 또는 대도시의 도로지반하에 분포하고 있어 사고시 복구에 많은 시간이 필요하며 교통 및 산업활동에 막대한 피해를 끼치게 된다. 이러한 반면에 우리나라에서는 배전용 케이블로 CV 케이블을 포설하기 시작한지 20여년이 경과되어 최근에 사고가 점증하고 있는 추세이다. 그리고, 근래에 포설한 케이블이라 할지라도 시공불량 및 기타 열악한 환경에 놓여 있게 되면 단시간에도 사고에 이를 수가 있어 설비 및 수용가에 원활한 전력공급 및 사고의 미연 방지를 위해 케이블의 열화상태를 정기적으로 진단할 필요가 있으며, 이를 위한 예방진단 기술의 연구가 필요로 하게 되었다. 본 논문은 이러한 배경하에서 케이블에서의 열화사고 현황, 절연 열화요인과 열화 process 그리고 절연진단기술의 현황 등을 알아보고, 국내 배전선로 계통인 3.3kV 및 6.6kV급 CV 케이블의 열화 진단기술 현황 및 향후 전망에 대하여 기술하였다.
국내전력수요의 지속적인 성장과 더불어 전력산업의 대용량화, 고밀도화에 따른 친환경 고신뢰도의 전력계통 구성을 위하여 친환경 녹색기술의 초전도케이블이 실증시험을 통한 실계통 적용 사업이 이천변전소에서 정부지원으로 한전전력공사 주관으로 진행되고 있다. 그래서 향후 초전도 케이블이 실계통에 연계한 계통이 운용되는 것을 고려해야 하기 때문에 기존 전력기기와 협조하여 운영되기 위해서는 계통영향 분석이 필요하다. 특히 초전도케이블은 초전도성이라는 물리적인 특성 때문에 기존 계통해석과정과는 다른 계통 과도현상의 모델링이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 초전도케이블의 실계통 적용을 위해서 이천변전소에 시범 적용된 22.9kV 50MVA 500m 초전도케이블 계통을 대상으로 열적특성을 분석하고 안정적인 대규모 전력전송을 위해서 초전도 케이블을 열적특성으로부터 보호하기 위한 열동계전기(Thermal Protection Relay)의 운영방법과 적용방안을 소개하고자 한다. 향후 대용량 초전도케이블의 실계통 적용 확대를 고려한 열동계전기의 운영방법과 적용방안도 제시하고자 한다.
온실가스 저감을 위하여 대규모의 단지를 건설할 수 있고 발전 효율성이 우수한 해상 풍력이 각광 받고 있다. 해상 풍력 단지에서 생산한 전력을 송전하기 위해서는 해저 전력 케이블이 필수적이며, 케이블의 모니터링 및 고장 지점 파악을 위하여 해저 케이블의 위치 또는 매설 심도 분석이 필요하다. 본 논문에서는 해저 전력 케이블을 탐지하기 위한 기술 및 연구에 대하여 소개하였으며, 탄성파/음향, 전자 탐사, 자력 탐사로 분류하여 조사하였다. 탄성파/음향은 주로 선박에 장비를 설치하여 해저 전력 케이블을 탐지하였으며, 전자 및 자력 탐사는 AUV, ROV와 같은 무인 잠수정에 장비를 설치하여 케이블을 탐지하였다. 본 논문을 활용한다면 해저 케이블 탐지 기술에 대한 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.
HVDC 케이블은 장거리 전력전송, 국가간 계통연계 비동기 전력계통연계, 전력의 시장화에 따른 전력공급 제어 필요에 따라 세계적으로 널리 사용되고 있다. 국내에서는 현재 유일하게 제주-해남간 HVDC 해저케이블이 운영 중에 있으며, 향후 제주도 안정적인 전력공급을 위하여 2011년에 제주-육지간 HVDC 해저케이블이 추가로 건설될 예정이다. 그래서 HVDC 해저 케이블의 안정적이고 신뢰성 있는 운영을 하기 위한 보수자재용 접속재 개발 및 신뢰성 평가가 필요하게 되었다. 본 논문에서는 제주-해남간 운영중인 HVDC 해저케이블 보수자재용으로 개발된 접속재에 대한 신뢰성 평가 방법으로 가장 많이 사용되고 있는 Electra 175, 189의 기계적 및 전기적 평가에 대하여 기술하고자 한다.
다수의 Bi-2223테이프로 구성된 고온 초전도모델전력케이블의 통전손실을 조사하였다. 전력케이블의 임계전류는 각각 테이프의 임계전류가 유사하다할지라도 전류리드-테이프사이의 접속저항으로부터 기인하는 불균일 전류분포 때문에 전압리드의 접촉위치에 의존하였으며, 전력케이블의 통전손실은 전압리드의 접촉위치 및 전류의 주파수에 무관하였다. 따라서 전력케이블의 통전손실은 케이블의 상이한 임계전류에 영향을 받지 않으며, 전류의 주파수는 각각 테이프에 흐르는 전류분포에 영향을 미치지 않음을 의미한다.
최근에 국제유가의 급상승과 코토의정서 발의에 따른 대외적인 환경여건 변화로 인해 국내에서는 재생에너지 보급사업 및 에너지절감기술 관련 정책과 신기술이 활발히 추진되고 있다. 본 논문에서는 전기설비간의 주 동맥인 케이블 선정에 있어 케이블 굵기를 달리 하는 조건에 따라 전력손실량 변화의 실험값을 모의시험장치를 이용하여 취득하였고 이를 비교분석함으로 써 케이블 부문에서 에너지절감의 이론적 근거를 실증하였다. 또한, 수자원공사 수도사업장 중 취수장 전력시스템을 모델로 전력계통해석프로그램(PTW)을 이용하여 케이블 굵기 변화에 따른 전력손실량 변화를 모의하고 경제성분석을 통해 기존 케이블의 굵기 선정 방법을 재 고찰하고자 한다.
근래 우리나라의 전력수요가 급격히 증가함에 따라 특히 대도시의 전력에너지 공급면에서 안전성, 신뢰성이 좋은 초고압 O.F.케이블이 많이 사용되게 되었다. 그간 수입에만 의존하여 오던 O.F케이블을 대한전선에서 개발 공급함에 따라 O.F 케이블의 설계및 케이블 특성에 대하여 간단히 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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