전력연구원(원장 이중호)은 안정적인 전력공급과 투자효율 향상을 위해 「유입 및 가교 폴리에틸렌 케이블의 화학적 상태수명 및 진단기법」을 개발했다. 이를 한전에서 운영 중인 자산관리시스템(AMS, Asset Management System)에 탑재하여 시범운영을 시작했다.
지중송전 케이블은 1980년 이후에 설치됐고, 설계수명은 약 30년으로 장기 운전 설비가 증가하고 있다. 지중송전 케이블 고장 주기 패턴을 분석한 결과, 사용시기가 약 20년이 경과한 이후부터 고장이 증가하는 추세를 보인다.
따라서 설비의 교체나 운영 연장 등의 효율적인 투자에 대한 의사결정을 위해 설비의 정확한 상태진단이 필수적이다. 지중송전 케이블의 안정적인 운영을 위해 설비의 상태·수명 평가 기술이 필요하다.
지중송전 케이블은 절연물의 종류에 따라 절연유와 절연지로 이루어진 ‘유입(Oil-filled) 케이블’과 가교 폴리에틸렌(XLPE, Cross-linked Polyethylene)을 절연물로 사용하는 ‘가교 폴리에틸렌 케이블’로 나뉜다.
‘유입 케이블’은 절연유의 열화를 통해 발생하는 아세틸렌 분석을 통해 내부의 이상유무를 조기에 판단할 수 있다. 그러나 절연물의 비중이 절연유보다 절연지가 훨씬 높아서 이 방식은 정확한 케이블 수명 평가에 한계가 있다.
한편 ‘가교 폴리에틸렌 케이블’은 케이블 종단접속함(EBG, End box in gas)의 이상현상을 부분방전과 아세틸렌 가스 검출 방법으로 진단하고 있다. 그러나 아세틸렌 가스는 EBG 내부 실리콘오일의 열화에 의해 생성되는 것이기 때문에, 가교 폴리에틸렌 절연물 자체의 열화상태를 판단하기 어렵다는 단점이 있다.
이와 같은 문제를 해결하고자 전력연구원에서는『케이블 잔여수명 예측을 위한 화학적 진단기법 개발』을 통해 「유입 및 가교 폴리에틸렌 케이블의 화학적 상태수명 및 진단기법」을 확보했다.
케이블의 열화 요인에는 대표적으로 방전과 과열이 있으며, 방전 시에도 열이 발생하기 때문에 케이블의 수명평가를 위해 열에 따른 열화상태를 분석하는 것이 필요하다. 이 기법은 열에 의해 열화가 발생할 때 나타나는 현상들을 분석하여 케이블의 수명을 예측할 수 있는 기술임이다.
‘유입 케이블’은 열로 인해 절연지가 열화하면 메탄올이 발생하는데, 이에 대한 정밀분석 시스템을 개발했다. 이를 통해 장기간 운전한 지중송전 케이블에 대해 정확한 상태진단과 수명예측이 가능하다.
또한 ‘가교 폴리에틸렌 케이블’은 열화가 발생하면 케이블의 화학결합 구조가 변화하게 되면서 색변화와 분자구조의 변화가 발생하게 된다. 개발한 기술을 통해 이러한 변화를 각각 황색지수(YI, Yellow index)와 카르보닐 지수(CI, Carbonyl index)로 정량화하여 절연물의 열화상태를 평가할 수 있다.
전력연구원 관계자는 “지중송전 케이블의 정확한 상태진단과 수명예측을 통해 효율적인 투자로 운영비용의 절감을 기대할 수 있다”며, “앞으로 지중송전 케이블 진단기술의 고도화를 통해 안정적인 전력수송과 효율적인 설비 운영에 기여하겠다”고 밝혔다.