XLPE 케이블 수트리

신뢰성이 높은 지중 선로라도 케이블의 결함은 발생하며 이는 장기간의 전기적, 기계적, 열적, 그리고 화 학적 스트레스로 인한 케이블의 열화현상 때문이다. 대표 적인 열화요인인 수트리(water-tree)의 발생이유에는 케 이블 제조결함, 시공결함, 환경적 요인 등이 있으며, 특히 환경적 요인은 장기간의 운전기간으로 인한 불가피한 수 트리 발생의 주요 원인으로 볼 수 있다. 특히, 우리나라에 서는 송배전용 케이블로 XLPE 케이블을 포설하기 시작 한지 30년이 넘었으며, 이미 2000년을 기준으로 지중 케이블의 포설 후 10~20년 경과되어 일어난 케이블 열 화 사고가 급증한 사례가 있었다.
수트리는 일반적으로 습도가 높은 환경(>65%)에 장기 간 노출된 케이블에서 발생되며, 그 진행과정은 매우 느 리고 길게는 십수년이 걸린다. 즉, 수트리는 시공 된지 매 우 오래된 지중케이블에서 발견되며 이러한 지중케이블 들은 이미 접근이 어려운 곳에 있어 이를 검출하기 위해 서는 많은 비용과 시간이 소요된다.
2. 수트리(water-tree) 특성
수트리는 XLPE 케이블의 주요 열화 요인으로 알려져 있으며, 물과 전기의 복합작용에 의해서 발생한다. 케이 블 절연층 내부에 유입된 잔유수분이 가압 운전상태에서 이온화 되고 이 이온에 전계가 가해져 진동을 하여 절연 체 내부에 미세한 틈이 만들어지고 그 틈으로 수분이 표 면장력으로 계속 스며들게 된다. 이러한 과정이 장시간 천천히 진행되면서 결국 절연층이 약화되어 절연파괴에 이르게 된다[1].
절연층에 수분이 존재하는 주된 원인으로는 절연체의 제작 시 내부에 잔유수분이 남게 되는 경우와 지중선로 운영 중 케이블 외부에서 내부로 침투하는 경우가 있다. 최근에는 폴리에틸렌 절연체를 가교하는 방법이 습식가 교방법에서 건식가교방법으로 교체되어 제작과정에서 수 분이 내부에 침투될 문제점은 해결되었다.
수트리는 진행되는 형상에 따라 아래와 같이 2가지로 나뉜다[1].
① Vented Tree : 트리의 시작점이 절연체의 내부 및 외부 절연층의 경계면이고 방향성이 있는 부채꼴 형태로 발전한다.
② Bow Tie Tree : 절연체 내부에 있는 금속입자와 같은 불순물이 있는 곳으로부터 양방향으로 나비 넥타이 형태로 발전한다.
위 2가지 중 Vented Tree는 한쪽 방향으로 발전하기 때문에 케이블의 절연 수명에 가장 큰 영향을 끼친다. 즉, 수트리의 길이가 증가할수록 절연강도는 감소한다.
현재 꾸준히 시행되고 있는 전선 지중화 사업으로 지 중케이블은 전력망에 더욱 확산 보급되고 있으므로 전력 산업의 관점에서 지중케이블에 발생되는 수트리 현상의 사전 검출 기술개발은 전력공급 신뢰도 향상을 위해서 매우 중요한 부분임을 시사하고 있다.

출처 ~
지중 케이블의 수트리에 대한 수학적 모델링 및 분석
이정우, 오용택* 한국기술교육대학교 전기공학과