154kV,345kV용 XLPE 지중 케이블 (한전용)

안녕하세요.
154kV 용 XLPE 케이블에 대해서 소개해 드리고자 합니다.

일반적으로 154kV, 345kV급은 가공선이 주로 사용이 되었습니다.
우리가 흔히 볼수 있는 이런 철탑은 가공선이라고 하며
일반적으로는 알루미늄 나동선으로 되어 있습니다.

이러한 가공송전기술이 널리 사용되다가
다양한 이유로 (미관상, 송전용량, 관리방법, 전자파 관련 민원 등)
케이블의 지중화가 이루어 졌습니다.

저의 개인적인 생각으로는 미관이 제일 이슈가 되지 않을까 생각됩니다.
그럼으로 인해 도시화가 되어있는 곳에서는 더이상 이러한 가공선로를 볼 수 없게 되었습니다.
가공선로가 없는 곳이 바로 지중선로가 대체된 곳이라고 보시면 됩니다.

저러한 철탑을 볼 수 없다면, 변전소를 통해 지중화된 초고압케이블이 땅속에 설치되어 있다고 생각하시면 됩니다.
이러한 케이블의 구조는 하기와 같습니다.

도체- 반도전 - XLPE - 반도전 - 알루미늄차폐 - 방식층

이라고 보시면 됩니다.

사진은 일진전기 카탈로그에서 발췌해 왔습니다.

1. 도체
여기서 도체는 특수한 경우가 아니라면 구리 동도체를 사용한다고 보시면 되며,
한전기준으로는 600SQ, 1200SQ, 2000SQ, 2500SQ가 대부분 사용됩니다.
(SQ관련 규격을 모르겠으면 클릭)

과거 알루미늄도체의 도입을 고려한 적도 있었습니다.
다만 알루미늄도체의 경우 동도체에 비하여 발열이 많아
허용전류가 많이 줄어들고, 사용사례가 많지 않아 동도체 대비 하여
신뢰성이 조금 부족하다는 의견들이 많습니다.
또한 케이블의 유연성이 동도체에 대비하여 다소 떨어져
굴곡지점 설치 시 측압 등 케이블에 가해지는 Stress에 다소
약하다는 평가도 있어, 사용되지 않고 있습니다.
(일부 시범사업으로 설치된 현장도 있기는 있으나, 대세는 아닙니다.)

2. 절연체
절연체의 경우 과거에는 지절연(종이)을 기반으로 한 OF케이블이 대세였지만,
환경문제와 유지보수 문제로 인해 대부분 PE를 가교한 XLPE (Cross-Linked Poly Etheleyne)
으로 대체가 되었습니다.
90년대에는 154kV 급에서 대체되어 초기 제품은 23mm의 절연두께를 가지기도 했으나
00년대 이후에는 이러한 제품이 17mm로 규격이 되었습니다.
154kV 급에서는 국내 선로중 오래된 XLPE선로는 23mm로 되어있는 경우를 아직
흔하게 발견할 수 있습니다.
345kV는 00년대 이후 XLPE케이블이 개발되어 OF케이블을 대체하기 시작하였습니다.
345kV의 경우 27mm를 기본으로 절연두께를 설정하고 있으며,
국내 345kV의 선로가 많지 않아 점차 확대되고 있는 실정입니다.

일진카탈로그를 참조해 보시면 절연체 두께가 154kV는 17mm, 345kV 27mm로 작성되어 있는 점 참고해 주시면
될 것 같습니다.

3. 반도전층
절연층 앞뒤로 도체 또는 알루미늄시스쪽에 반도전층이 있습니다. 이거는 말그대로 반도전성을 지닌 물질입니다.
반도전층의 경우 절연체로 가해지는 전압의 전계를 완화 시켜주는 역할을 하게 됩니다. 절연체에 강한 전압이
인가되면서 Serge가 발생할 경우 약한 부위나 특정부위가 강하게 충격을 받을 경우 내구성 문제나 심한경우
절연파괴가 일어날 가능성도 있습니다. 이러한 위험을 경감시켜주기 위해 반도전층이 사용되며, 반도전층을 통해
케이블의 내구성을 조금 더 증폭시킬 수 잇습니다.

4. 금속시스
국내에서는 금속시스는 알루미늄 시스를 사용하게 됩니다. 알루미늄 시스를 굴곡을 주어서 사용하게 되는데,
이러한 주름을 통하여 케이블의 유연성을 증가시킬 수 있습니다. 이러한 금속시스는 케이블에 전력이 흐르면서 발생하는순환전류 또는 고장전류를 접지시켜줄 수 있도록 합니다. 특히 고장전류가 발생하여 강한 Serge가 발생할 경우
시스템을 고장낼 수 있기 대문에 금속시스를 통한 접지시스템의 구성은 송전시스템 구성에 가장 중요한 부분중에 하나입니다.
국내에서는 금속시스를 이용한 크로스본드 (관련 정보 링크 https://ddilddilchoi.tistory.com/39) 접지가 가장 기본적인 방법이며, 구성에 따라 편단접지를 한두 구간 추가하거나, 짧은 구간의 경우 편단접지로만 구성하기도 합니다.
편단접지 구성시에는 순환전류가 발생하지 않아 금속시스에 유기전압이 인가되며, 이러한 유기전압으로 인해 인체에
해를 끼칠 수 있기 때문에 100V 이하로 유지할 수 있도록 해주어야 합니다.

추가적으로 금속시스는 케이블와 절연체의 기계적인 보호를 할 수 있어야 하며 또한 전기적인 차폐가 가능하도록 해야 합니다. 그리고 수분침투를 막도록 하여 절연체와 도체에 수분으로 인한 수트리가 생기지 않도록 보호해 주어야 합니다.

5. 방식층 (PVC, PE)
국내에서 사용되는 한전용 케이블은 2가지 방식층이 있습니다.
케이블의 방식층은 PVC와 PE가 있는데 여기서 PVC는 엄밀하게 말씀드리면 난연PVC입니다. (또는 FR-PVC 라고 합니다.)
방식층을 난연 PVC로 사용하게 되면 케이블이 불에 잘 타지 않는 특성을 가지게 되어, 화재 시
케이블의 연소를 지연시킬 수 있습니다.
그렇기 때문에 사람이 접근할 수 있는 전력구와 변전소 구내에 PVC방식층을 사용하게 됩니다.

PE의 경우에는 이러한 난연특성이 없습니다. 다만, 재료 자체의 특성상 PVC대비하여 수분침투에 강하고,
기계적인 강도가 조금 더 강한 모습을 보입니다.
물론 이러한 차이가 엄청나게 큰 차이는 아니지만,
그럼에도 불구하고 기계적, 화학적 강도가 조금 더 장점이 있기 때문에
사람이 접근이 어려운 관로에 해당 케이블이 사용됩니다.
또한 가격이 PVC대비하여 다소 저렴하여, 원가를 일부 절감할 수 있다는 장점도 있습니다.
(큰 차이는 아닙니다.)

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