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 Sub목차 : 1) 전력Cable열화진단기술
(1/5) (2/5) (3/5) (4/5) (5/5)
               2) Cable차폐단선감시  (1/3) (2/3) (3/3)
               3) 고압 및 특고압 전력케이블의 절연진단 및 유지보수 관리방법 (전력기술인협회지)
                          2003년 11월호,   
 12월호,    2004년 1월호,    2월호,    3월호
 

          고압 및 특고압 전력케이블의 절연진단 및 유지보수 관리방법(3)
  
                                                                             전력기술인 2004년 1월호 기고내용
                                                         김 보경 / 메가파워테크 대표
                                                         목 영수 / 한국전력공사 중부지점 지중배전부 과장
                                                         박 대희 / 원광대학교 교수
                                                         이 관우 / 호원대학교 교수

                    목 차
                 1. 서론
                 2. 전력케이블의 사고분석,열화원인 및 절연진단 현상
                      2.1. 지중전력케이블의 사고현황 및 실태
                      2.2. 전력케이블의 절연열화요인 및 열화PROCESS
                      2.3. 전력케이블의 절연진단 현상,문제점 및 대책
                 3. 정전상태에서의 전력케이블 절연진단법 상세
                      3.1 절연저항측정법
                      3.2. 직류누설전류법
                      3.3. 직류내전압시험
                      3.4. 유전정접법(Tanδ측정)
                      3.5. 전위감쇄법(직류전압감쇄법)
                      3.6. 등온완화전류법
                      3.7. 기타 진단법
                 4. 활선상태에서의 전력케이블 절연진단법 상세
                  4-1. 직류성분법
                     4-2. 직류전압중첩법
                     4-3. 활선Tanδ법
                     4-4. 저주파중첩법
                     4-5. 교류중첩법
                     4-6. 직류BIAS법
                     4-7. 맥동검출법
                 5. 국내에서의 활선절연진단법 동향 및 적용사례
                 6. 전력케이블 유지보수방법
                 7. 맺은 말

    (4)내전압시험법의 동향
         상용주파에 의한 내전압시험은 수트리 열화정도와 잔존파괴성능의 관계 및 수트리
         진전속도등이 아직 명확해지지 않았지만, 명확해지면 전력케이블의 열화진단에
         유용할 것으로 생각되고, 케이블 길이가 긴 경우에는 전원용량 때문에 시험설비가
         대형화되어지는 문제가 있다. 최근에는 교류내전압시험과 동등한 능력을 갖고
         건전케이블에 미치는 영향이 작고 시험설비가 작아질 수 있는 이점을 가진
         감쇠진동파법, 초저주파법등이 검토되어 지고 있다.

  3.4. 유전정접법(Tanδ측정)
    (1) 측정원리
        CV케이블의 유전정접은 Tanδ = 1/ωCR로 표현되어지므로, 수트리열화등에 의한
        절연저항 R의 감소가 Tanδ의 증가로 되어 관측될 수 있다. Tanδ측정하는 2개의
        기본회로를 그림10에 표시하고, 특징을 표21에 정리하였다.
유전정접법 기본측정회로
                        그림 10. Tanδ측정의 기본회로   (그림 click: 확대)

                            표21. Tanδ측정 기본회로의 특징

항 목

쉐링브리지회로

역쉐링브리지회로

1

측정대상케이블의
저전압측 접지취급

접지를 분리해야 한다.

접지된 상태에서
측정가능

2

Tanδ측정시의 조정소자 전압

저전압이다.

고전압(시험전압)
이다.

    (2) 측정결과의 판정기준
       시험전압 및 판정기준은 각 메이커와 USER에 따라 다르지만, 일례로 표22에
       정리하였다.
                           표22. CV케이블의 Tanδ측정의 시험전압 및 판정기준

케이블 전압

시험전압

판정기준

3.3kV

1.0kV,1.9kV

양호 : 0.2%이하
주의: 0.2∼5.0%
불량:5.0%초과

6.6kV

1.9kV,3.8kV

22kV

3.0kV, 5.0kV

    (3) 유전정접법에 대한 검토
         ① Tanδ의 실측치 : Tanδ의 실측치의 증가는 흡수, 수트리 진전에 따른 절연체
             자체에서의 Tanδ 증가와, 쉬스침수에 수반하는 차폐동 테이프의 부식 및
             외부반도전층의 저항 증가에 의한 Tanδ증가의 복합치로 표현되므로, 주의가
             필요하다.
         ② 케이블 길이의 영향 : Tanδ는 케이블의 열화가 평균화되어 표현되므로, 국부적인
             열화가 발생하여도, 케이블 길이가 길게 되면 Tanδ는 작은 값으로 된다.
             따라서, 판정기준의 결정에는 주의가 필요하고, 케이블 길이에 대한 보정도
             제안되고 있다.
         ③ 외부전자계에 의한 유도 영향을 받아 오차가 크다는 문제점이 있다.
             케이블 길이가 작을 때는 큰 문제는 없지만, 실제 포설현장의 케이블은 길 게
             포설되어 있으므로 어느 부분에서 외부자계와 쇄교하게 되면 유도전류가
             측정회로에 유입되어 오차를 크게 미치고 이 영향을 제거하는 것이 그리 쉽지 않다.
         ④ 전원장치가 대규모라는 점도 문제이다.
   
      상기 사항을 종합 분석해보면 전력기기의 열화를 검출하는 데에 있어 매우 중요한
     요인으로 판단되어, 측정대상이 한 장소에 집중 설치되어 있는 전력기기 또는
     실험실적인 케이블 열화를 진단하는 데에 적용 가능하지만, 길게 포설되어 있는
     케이블에서 열화를 검출하는 데에는 문제가 많아 실제 케이블 절연진단에는 적용상
     한계가 많아 전력케이블 절연진단에는 실효성이 없다고 볼 수 있다.

  3.5. 전위감쇄법(직류전압감쇄법)
    (1) 측정원리
       전위감쇄법과 직류전압감쇄법은 측정원리는 동일하므로 먼저 전위감쇄법에 대해
       설명한 후 직류전압감쇄법에 대해 간략하게 설명한다.
       전위감쇄법의 측정원리는 그림11와 같이 측정대상cable의 도체에 직류전압(규정
       인가전압)을 인가하여 고압sw를 off한(직류인가전압 개방) 후, 그림12 전압계에
       측정되는 판정전압까지 소요되는 시간특성을 측정하는 것이다.
       한편, 직류전압감쇄법은 일정시간 동안 규정인가 직류전압(일례:10kV)을 측정대상
       cable의 도체에 인가하고,고압sw를 off하여 정해진 시간(일례: 5분)이 경과한 후의
       전압계에 측정되는 전압을 측정하는 것이다.
       그리고 전위감쇄법은 일본에서 1980년대초에 개발된 것이고, 직류전압감쇄법은
       국내의 한전에서 1980년대말에 개량된
것이라 볼 수 있다.
    (2) 측정결과의 판정방법
       시험전압 및 판정기준은 표23에 전위감쇄법을,표24 에 정리하였다.
             전위감쇄법 측정원리
                                    그림11. 전위감쇄법 측정원리

     전위감쇄법의 측정치와의 관계
                   그림12. 전위감쇄법의 측정치와의 관계

                                    표23. 전위감쇄법에 의한 판정기준 예
 

전압

인가
전압

판정
전압

케이블
종 류

판정설정시간(s)

양호

주의

불량

3.3KV

3.0KV

2.5KV

CV cable
BN cable

186
64

140
48

93
32

6.6KV

5.0KV

3.0KV

CV cable
BN cable

520
180

390
135

260
90

                                     표24. 직류전압감쇄법에 의한 판정기준 예
 

케이블
종 류

케이블
규 격

판정기준

양호

주의

불량

22.9kV
CN-CV

60sq

6.2kV이상

0.9∼6.2kV

0.9kV이하

200sq

7.3kV이상

2.1∼7.3kV

2.1kV이하

325sq

7.7kV이상

2.7∼7.7kV

2.7kV이하

    (3) 전위감쇄법(직류전압감쇄법)에 대한 검토
        ① 직류전압을 사용하기 때문에 측정장치가 소형이라는 점과 측정시에 외부잡음의
            영향을 받기 어렵다는 잇점이 있다.
        ② 단말부의 오손과 측정시의 습도 영향을 받기쉽다는 측정상의 단점이 있다.
        ③ 보다 중요한 문제점은 상기에서 설명한 유전정접법(Tanδ)법과 같이 측정원리상
            국부열화를 검출하기 어렵기 때문에 국부열화된 케이블을 양호한 것으로
            오판정 가능성이 있다 점에 유의해야 한다.

  3.6. 등온완화전류법
   (1) 측정원리
       이 방법은 1990년말에 유럽에서 개발된 방법으로 절연체의 방전특성변화를 이용하여
      케이블의 중합 절연체 상태를 판정하는 것으로 중합성체 구조중의 특성에너지
      수준에서 전하의 흐름이 트랩(trap)된다는 사실을 이용한 것으로 그림13의
      측정회로에서 케이블 도체에 직류전압(1kV)를 일정시간(30분) 인가한 후 전원을
      분리하여 단시간(5초)동안 접지로 연결하여 용량성분을 제거한 후에 완화전류를
      측정하여 Aging Factor(열화계수)를 계산하여 케이블 열화상태를 판정한다.
            등온완화전류법의 측정회로
                                 그림13. 등온완화전류법의 측정회로

      이 등온완화전류법(Isothermal Relaxation Current Analysis, IRC)를 이용한 장비로
      KDA-1 이 현재 국내 에서 일부 현장 적용중에 있다.
    (2) 측정결과의 판정기준
      시험전압 및 판정기준의 일례를 표25에 정리하였고, 주의로 판정된 경우는 5년 이내
      재진단, 불량인 경우는 불량부위
수리 또는 교체를,판정이 보류된 것은 1년 이내
      재진단을 권장하고 있다.
                                표25. 등온완화전류법의 판정기준 및 시험전압

양호

주의

불량

시험전압

Aging Factor
(열화계수)

1.85미만

1.85∼2.3
(1.85~2.6)

2.3초과
(2.6초과)

DC1kV

                                주) ( )안의 수치는 한전의 판정기준임

     (3) 등온완화전류법에 대한 검토
        ① 다른 직류를 이용한 측정법에 비해 낮은 직류전압 (1kV)를 사용하고 있다.
        ② 1도체절연 측정당 1시간이상 장시간이 소요되고 있고, 또한 현재 3상일괄로
            측정되지 못해 3상을 측정하기 위해서는 최소한 3시간이 소요된다.
        ③ 수트리등이 발생하지 않는 열화는 검출이 힘들고, 신규 포설 케이블의 경우
            케이블 내에 포함되어 있는 첨가물 등의 저분자량 물질이 deep trap으로
            작용하여 건전케이블을 불량케이블로 오판정할 가능성이
있다는 지적이 있다.
        ④ 상기의 전위감쇄법(직류전압감쇄법 포함)과 같이 전구간의 평균열화를 검출하는
            것으로 국부열화를 검출할 수 없다는 문제점이 있어, 길이에 따른 국부열화
            케이블이 건전케이블로 오판정 가능성이 있다.
        ⑤ 외부환경 요인(접지 노이즈,진동,바람 등)을 받기 쉬워,판정보류(판정불가)
            진단되는 경우가 많다는 보고도 있다.

  3.7. 기타 진단법
     상기에서 전력케이블의 정전진단법중 오래전부터 사용해오던 절연저항법,
     직류누설전류법,직류내압시험법, 유전정접법에 대해 검토하였었고,
     국내에서 일부 Maker에서 현장 적용시험중인 전위감쇄법(직류전압 감쇄법)과
     등온완화전류법에 대해 검토하였다.

  지금부터는 개발중인 여러 진단법에 대해 간략하게 설명하고자 한다.
    (1) 잔류전압법(회복전압법)
       수트리열화된 CV케이블에 전압인가후, 도체를 접지하고 다시 개방하면 시간경과에
       따라 어느 정도의 전압이 도체에 회복된다. 이 절연체 내에 공간전하 또는 주입전하에
       의해 발생되는 시간적인 지연특성을 갖는 전압을 잔류전압 또는 회복전압이라
       부르며 CV케이블의 수트리 열화진단에 이용한다. 잔류전압의 측정은 그림14에
       표시하였고, 일반적인 측정순서는
           ① 케이블에 직류전압을 인가한다.
                (1KV/mm x 절연두께mm를 10분간)
           ② 도체를 일단 저항 접지한다(10초간)
           ③ 접지를 해체하여 도체로 회복하여 가는 전압을 측정한다.( 수분~수십분)이다.

        측정에는 고입력 임피던스( 10**15  ohm이상)의 측정기를 사용한다.
         
잔류전압의 측정회로와 순서
                                    그림14. 잔류전압의 측정회로와 순서

        그러나,22KV CV케이블에서 교류파괴 데이터와 비교해서 반드시 명료한 상관을
        얻을 수 없는 경우도 있고, 잔류전압에 의한 열화판정기준을 제안되어 있는 것은
        없지만, 이 방법의 이점은, 측정기가 소형이다라는 것, 측정치가 수V~수십V로 비교적
        커서 내 노이즈성에 유리한 점이 있고, 한편, 단말오손과 흡수의 영향, 측정시의
        케이블 온도에 영항을 받는다는 등의 문제가 있어 주의가 필요하다는 지적이 있다.

     (2) 역흡수전류법
        역흡수전류의 발생원리는 잔류전압법과 거의 동일하다.
        전자는 완화의 늦은 분극전하성분을 도체개방시의 유기전압으로 하여
        고임피던스측정기에 의해 검출하는 것에 대하여, 본 방법에서는 도체단락시의
        

 중략


    이하 부분은  하단의 pdf 파일 참조

                      PDF file Down Load   전력기술인협회지 2004년 1월호

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               

 

 

 

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