전력케이블의 절연체 내부에 결함이 발생하면, XLPE 케이블의 절연체는 비 유전율이 2.4이기 때문에 비교적 절연내력이 취약한 공극(Voids)에 전계의 집 중이 발생하고, 전계집중에 의한 열화는 절연성능을 크게 저하시켜 최종적으로 절연체를 절연파괴에 이르게 한다.
절연체 부분방전에 의해 탄화점이 발생하고, 탄화점에서의 지속적인 부분방 전은 절연체의 부식을 촉진하면서 전기트리로 발전한다. 전기트리는 절연파괴 가 발생하기 직전의 단계이며 보우타이 트리나 벤티드 트리의 시작점에서 부분 방전의 발생, 탄화채널 형성과 함께 전기트리로 전이되어 성장하는 특징을 갖 는다. 탄화채널의 생성과 함께 전기트리가 발생하면 급속도로 절연파괴가 진행 된다. 그림 2-11은 케이블의 고장점 주변에서 발견된 전기트리를 나타낸 것이다.
그림 2-12는 XLPE 케이블 절연체의 결함의 종류를 종합적으로 나타낸 것 이고, 표 2-3은 그림 2-12에 나타낸 결함의 구조에 따른 명칭을 나타낸 것이 다. 그림 2-12와 같이 XLPE 케이블 절연체의 결함에는 내부의 공극(Voids), 불순물(Inclusions), 반도전층의 돌기(Protrusion) 등이 있고, 이러한 결함 부분 에 전계가 집중됨으로써 시간이 지날수록 국부결함 즉 부분방전이 발생할 가능 성이 크다.
부분방전에 의한 전기트리 발생의 공통점은 공극이 있으며, 공극 내의 부분
방전이 발생, 절연체 파괴의 대부분의 사례가 부분방전과 밀접한 관계를 가진 다는 것이다 [8]. 표 2-4에 부분방전의 5가지 발생경위를 세분화하여 나타내었 다 [8].
그림 2-11. 케이블 내 전기트리.
그림 2-12. XLPE 케이블의 절연결함 [6].
표. 2-3 XLPE 케이블의 절연결함의 종류[8]
No. Defects Name
① Protrusion of inner/outer semiconducting layer
② Stripping, Air gap between insulation and semiconducting layer
③ Voids
④ Amber, Black metal
⑤ Vented tree
⑥ Bow-tie tree
⑦ Electrical tree
⑧ Moisture
표. 2-4 XLPE 케이블의 절연결함의 변화과정 [8].
No. Partial Discharge Causes
① Conductive impurities → Concentric electric field → Fever → Voids → PD
② Non-conductive impurities → Chemical reaction(gas) → Voids → PD
③ Voids → PD → Fever → Enlargement of Voids
④ Water tree → Concentric electric field → Fever → Voids → PD → Electrical tree
⑤ Protrusion → Concentric electric field → Fever → Voids → PD → Electrical tree
제3장 고장사례 분석
제1절 진단방법
전력케이블 유지보수 진단방법으로 오래전에는 파괴시험인 절연내력시험으 로 시행을 했지만 제품의 초기 고장 판별 외에는 무용론이 대두되어 왔다. 운 용 중인 전력케이블에 절연내력시험을 가할 경우 전력케이블에 무리를 주어 오 히려 잔존 수명을 더 짧게 만드는 결과를 초래하였다. 따라서 절연내력시험은 현재 유지보수 진단방법으로는 거의 사용하지 않고 있다. 현재는 일반적으로 비파괴 시험 중 사선진단 중 신뢰도가 높은 VLF tanδ 측정을 가장 많이 사용 하고 있으며, 이 외에 활선진단 방법이 많이 개발되고 있다.