발송배전 및 건축전기 기술사 문제 | 케이블의 Treeing 열화, 96회

가교폴리에틸렌(XLPE) 케이블은 우수한 절연 성능을 가지나 장기간 지중 운전 시 트리(Treeing) 열화로 인한 절연 파괴 위험이 있습니다. 본 글에서는 기술사 시험에 자주 출제되는 XLPE 케이블의 열화 원인과 종류를 명확히 정리해 드립니다.

핵심 요약

• 절연 열화 특징: 외부에서 징후를 발견하기 어려워 사전 예측 및 진단이 곤란함
• 열화 발생 원인: 전기적, 열적, 화학적, 기계적, 생물적 요인이 복합적으로 작용함
• Treeing 열화 종류: 전기 트리(Electrical Tree) 및 수 트리(Water Tree)로 구분

 

기출문제 (96회 발송배전기술사 4교시 1번)

가교폴리에틸렌 케이블의 Treeing 열화의 원인과 Treeing 열화의 종류에 대하여 설명하시오.

 

문제풀이과정

1. 개요

1) XLPE 케이블은 지중에 설치한 후 6~8년이 경과하면 수트리(Water Tree)라고 하는 열화현상이 발생하여 절연 특성이 현저하게 저하됩니다.

2) XLPE 케이블의 열화 형태는 외적으로는 전혀 나타나지 않고 내부에서 서서히 진행되어 사전에 열화 상태를 쉽게 예측할 수 없다는 특징이 있습니다.

2. 케이블 절연 열화의 원인과 형태

절연 열화의 원인은 매우 다양하며 단독으로 일어나기보다는 전기적, 열적, 화학적, 기계적, 생물적 요인 등이 상호 복합적으로 작용하여 발생합니다.

 

1) 전기적 요인

① 열화 원인: 운전 전압, 과전압, 서지 전류 등에 의한 전기적 스트레스

② 열화 형태: 부분방전 열화, 전기 트리, 수 트리 등

 

2) 열적 요인

① 열화 원인: 이상 온도 상승, 부하 변동에 따른 열신축(열 Cycle)

② 열화 형태: 열적 열화 또는 열에 의한 재질의 화학적 변화

 

3) 화학적 요인

① 열화 원인: 기름, 화학약품, 토양 중의 화학 물질이 케이블 절연층을 투과

② 열화 형태: 화학적 손상, 화학 트리 유발

 

4) 기계적 요인

① 열화 원인: 기계적 압력, 인장, 충격에 의한 외상 및 보호 피복 손상으로 인한 침수

② 열화 형태: 전기적 요인과 복합적으로 작용하여 절연 파괴 가속

 

5) 생물적 요인

① 열화 원인: 개미, 쥐, 벌레 등이 절연층을 갉아먹음

② 열화 형태: 외피 및 절연층의 물리적 손상

 

절연열화 원인 및 형태

3. Treeing 열화의 종류

상기 여러 원인 중 전기적 요인에 의한 열화 형태를 전압 열화라고 부르며, 크게 전기 트리와 수 트리로 구분됩니다.

 

1) 전기 트리 (Electrical Tree)

XLPE 케이블 절연체 내에 존재하는 공극(Void), 이물질, 돌기 등에 고전계가 집중되어 부분방전이 발생하고, 이것이 나뭇가지(수지상) 모양으로 점차 성장하여 절연을 파괴하는 현상입니다.

 

2) 수 트리 (Water Tree)

케이블 내부로 수분이 침투하여 흡습된 상태에서 폴리에틸렌의 물리, 화학적 작용에 의해 절연 파괴가 일어나는 현상으로, 발생 위치와 형태에 따라 세부적으로 나뉩니다.

 

① 내도 수트리 및 외도 수트리 (Vented Tree): 내부 및 외부 반도전층과 절연체 계면의 경계점을 기점으로 발생합니다. 절연 성능에 미치는 악영향이 가장 크며, 현재 XLPE 케이블에서 발견되는 수트리의 대부분을 차지합니다.

② 나비상 수트리 (Bow-tie Tree): 절연체 내부에 존재하는 미소한 이물질이나 공극(Void)을 중심으로 하여, 양측으로 늘어나는 나비넥타이 모양의 트리입니다.

③ 보타이 트리 (전기트리 + 수트리): 내부 및 외부 반도전층 결함부에서 절연체 내의 Void나 이물질에 의해 양극으로 늘어나는 복합적인 절연 파괴 현상입니다.

 

Treeing 열화의 종류

 

맺음말

지중송전선로의 XLPE 케이블 트리 열화는 외관상 징후 없이 서서히 진행되므로 철저한 시공과 유지관리가 필수적입니다. 본 기출문제 풀이가 발송배전기술사를 준비하시는 분들과 현장 실무자분들의 업무 역량 강화에 유용한 참고자료가 되기를 바랍니다.