KR101988758B1 - 탄젠트 델타를 이용한 전력 케이블 관리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전력 케이블의 설치시 전력 케이블의 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장하는 단계와, 전력 케이블의 정전 용량을 제2 정전 용량으로서 측정하는 단계와, 제1 정전 용량과 제2 정전 용량을 비교하는 단계와, 제1 정전 용량과 제2 정전 용량의 값의 차이가 기설정된 범위 내에 있는 경우, 전력 케이블의 탄젠트 델타를 측정하는 단계와, 탄젠트 델타에 기초하여, 전력 케이블을 관리하는 단계를 포함하는 전력 케이블 관리 방법을 제공한다.

Description

탄젠트 델타를 이용한 전력 케이블 관리 방법{METHOD FOR MANAGING POWER CABLE USING TANGET DELTA}
본 발명은 탄젠트 델타를 이용한 전력 케이블 검사 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전력 케이블의 정전 용량과 탄젠트 델타를 이용하여 전력 케이블을 검사하는 방법에 관한 것이다.
배전용 전력 케이블의 설계 내용 연수는 30년 이상이나, 수트리 열화 현상이나 산화 현상, 제조 불량, 수분 침투 등 여러 가지 원인으로 인해 기대 수명이 떨어지고 있다. 현재 국내에서 사용하고 있는 배전용 전력 케이블의 절연체는 대부분 가교폴리에틸렌(XLPE)인 고분자 구조로 이루어져 있으며 생산 공정이 간단하여 경제적이고 사고 발생시 보수가 수월하다는 장점이 있는 반면, 경년에 따라 열화되어 절연이 파괴되는 단점이 있다.
전력 케이블에 대한 사고 원인 및 사고 연수를 조사한 바에 의하면 포설 후 5, 6년 후에 일어나는 사고가 가장 많고, 사고 원인은 수분 침투로 의한 사고가 가장 많은 것으로 조사되었다. 또한, 5, 6년 사이에 절연 파괴가 일어나지 않은 자연 열화에 의한 절연 파괴는 평균 수명이 약 10년 이상인 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 현실을 감안하여 전력 공급의 신뢰도를 높이기 위해서는 전력 케이블의 성능 개선, 전력 케이블의 교체 시기 결정 방안 확립 및 전력 케이블의 품질 검증 방안 검토에 대한 집중적인 연구 및 관리가 필요하다.
한편, 전력 케이블의 성능은 도체의 산화와 절연체의 절연 성능에 관련이 있다. 특히, 절연체의 수명이 결국 케이블의 수명으로 이어지므로 이에 대한 성능 평가가 매우 중요하다. 절연체의 성능을 평가하는 방법은 DC 내전압 시험, 등온 완화 시험, 수트리 시험, VLF (very low frequency) tanδ 및 부분 방전 실험 등이 있으며, 2010년 이후부터는 tanδ 및 부분 방전 측정을 통해 평가되고 있다. 특히, tanδ는 열화 케이블 및 사고 케이블에서 가장 많이 발견되는 수트리에 의한 결함을 찾아내는데 탁월하므로 널리 사용되고 있다.
도 1은 전력 케이블의 개략적인 단면과 이의 등가 회로를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전력 케이블은 중심에 도체가 지나가고 그 주위로 절연체가 형성된다. 이는 C의 정전 용량을 갖는 커패시터 성분과 R의 저항값을 갖는 저항 성분의 병렬 회로로 등가시킬 수 있다.
한편, 도 2는 tanδ의 측정 원리를 도시하는 그래프이다. 도 1에 도시된 바와 같이, tanδ는 케이블의 정전 용량의 값(C)과 절연 저항의 값(R)에 의해 결정되는데, 이상적인 케이블의 경우 절연 저항값이 아주 크므로 정전 용량 성분으로만 전류(IC)가 흐르는데 비해 열화된 케이블은 절연 저항값이 줄어들어 저항 성분으로 흐르는 전류(IR)가 증가하게 된다. 따라서, IR과 IC 이 이루는 각(δ)의 tanδ의 값에 따라 전력 케이블의 절연 상태를 측정할 수 있으며, tanδ가 클수록 케이블의 절연 상태가 나쁘다고 할 수 있다.
하지만 tanδ의 값은 주위 온도, 습도, 케이블 단말의 부식 등 여러 외부 조건에 의해 영향을 받는다. 특히, 온도 및 습도의 증가에 의해 tanδ값이 증가하는 경향을 보이므로 동일한 측정 장비를 이용하여 동일한 케이블을 측정하더라도 결과값이 다르게 나올 수 있어 양호한 케이블을 불량 케이블로 잘못 판단할 수 있다.
아래의 표 1은 습도에 따른 tanδ의 변화를 나타내고(출처: 한국수자원공사 보고서, 2012), 표 2는 온도에 따른 tanδ의 변화를 나타낸다(출처: Nyamupangedengu, "Temperature dependency of dielectric loss measurement at 0.1Hz in MV power cable", 2011.6).
Figure 112017127003713-pat00001
Figure 112017127003713-pat00002
tanδ측정값의 정확도가 높을수록 전력케이블의 상태를 정확하게 반영했다는 것이며, 이는 전력 케이블의 유지/보수/교체 여부를 판단하는 중요한 지표로 사용되므로 결과값에 대한 신뢰도 확보가 중요하다. 또한, 양호 케이블을 불량으로 판단할 경우 불필요한 투자가 이루어질 수 있으며 불량 케이블을 양호 케이블로 판단할 경우 전기 공급의 안정성을 보장할 수 없으므로 측정된 tanδ 값의 오차율을 최소화하여 신뢰도를 높이는 것이 필요하다.
등록특허 제10-1466623호(2014.11.24)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 탄젠트 델타 값을 이용하여 전력 케이블을 진단하는데 있어서, 정전 용량을 고려하여 전력 케이블을 더욱 정확하게 진단하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 양태는, 전력 케이블의 설치시 전력 케이블의 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장하는 단계와, 전력 케이블의 정전 용량을 제2 정전 용량으로서 측정하는 단계와, 제1 정전 용량과 제2 정전 용량을 비교하는 단계와, 제1 정전 용량과 제2 정전 용량의 값의 차이가 기설정된 범위 내에 있는 경우, 전력 케이블의 탄젠트 델타를 측정하는 단계와, 탄젠트 델타에 기초하여, 전력 케이블을 관리하는 단계를 포함하는 전력 케이블 관리 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 전력 케이블 관리 방법은, 제1 정전 용량과 제2 정전 용량의 값의 차이가 기설정된 범위 밖에 있는 경우에, 전력 케이블의 단말을 가열 건조시키는 단계와, 전력 케이블의 정전 용량을 제3 정전 용량으로서 측정하는 단계와, 제1 정전 용량과 제3 정전 용량의 값의 차이가 기설정된 범위 내에 있는 경우, 전력 케이블의 탄젠트 델타를 측정하는 단계와, 탄젠트 델타에 기초하여, 전력 케이블을 유지, 보수 또는 폐기하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 케이블 관리 방법은, 제1 정전 용량과 제3 정전 용량의 값의 차이가 기설정된 범위 밖에 있는 경우에, 전력 케이블을 보수 또는 교체하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 케이블의 설치시 전력 케이블의 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장하는 단계는, 전력 케이블의 제조사에서 공급되는 정전 용량 데이터의 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 케이블의 설치시 전력 케이블의 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장하는 단계는, 전력 케이블의 설치시 측정된 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 탄젠트 델타에 기초하여 전력 케이블을 관리하는 단계는, IEEE 또는 한국전력공사에서 제공된 표준에 따라 전력 케이블을 관리할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 케이블은 XLPE 케이블일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 탄젠트 델타의 값을 이용하여 전력 케이블의 열화 상태를 검출하는데 있어서, 습도 등에 따른 정전 용량의 변화를 제거할 수 있어, 탄젠트 델타의 값을 신뢰성 있게 측정할 수 있다. 따라서, 전력 케이블의 상태를 더욱 정확하게 진단할 수 있다.
본 발명의 실시예가, 유사한 요소가 유사하거나 동일한 도면 부호로 도시된 다음과 같은 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 전력 케이블의 단면과 이의 등가 회로를 도시한다.
도 2는 tanδ의 측정 원리를 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 케이블 관리 방법의 순서도를 도시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 케이블 관리 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 케이블 관리 방법(300)의 순서도를 도시한다.
초기에, 단계 S310에서, 전력 케이블의 설치시 전력 케이블의 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장한다. 전력 케이블은, 바람직하게는, 중심에 도체가 지나가고 도체를 둘러싸도록 절연체가 형성된 케이블일 수 있으며, 예를 들어, XLPE 케이블일 수 있다. 제1 정전 용량은 전력 케이블의 제조사에서 공급되는 정전 용량 데이터로부터 획득될 수 있거나, 전력 케이블의 설치시 측정될 수 있다.
다음으로, 단계 S320에서, 전력 케이블의 정전 용량을 제2 정전 용량으로서 측정한다. 예를 들어, 단계 S320은, 전력 케이블의 설치 후 일정 시간이 경과하여 전력 케이블에 대한 유지/보수가 필요한 시점에 수행될 수 있다. 또한, 단계 S320은 정확한 측정을 위하여, 전력 케이블의 전원을 차단한 후에 수행될 수 있다.
다음으로, 단계 S330에서, 제1 정전 용량과 제2 정전 용량을 비교한다. 제1 정전 용량과 제2 정전 용량의 차이가 기설정된 범위 내에 있으면(S330-예), 단계 S340에서 전력 케이블의 탄젠트 델타(tanδ)를 측정하고, 단계 S350에서 측정된 탄젠트 델타에 따라 전력 케이블을 관리한다.
제1 정전 용량과 제2 정전 용량이 동일한 값을 가지거나, 그 차이가 기설정된 범위 내에 있다면, 탄젠트 델타의 측정에 있어서, 습도에 따라 달라지는 정전 용량의 값의 영향을 받지 않고 전력 케이블의 열화에 직접적으로 연관이 있는 절연 저항값에서의 변동만을 반영하는 탄젠트 델타의 값을 측정할 수 있어, 신뢰성 있는 탄젠트 델타의 측정이 가능하다.
한편, 상술한 실시예에서, 제2 정전 용량의 값을 측정한 후에 제2 정전 용량의 값에 따라 탄젠트 델타의 값을 측정하는 것으로 설명되었지만, 본 실시예에는 이에 한정되지 않고, 제2 정전 용량을 측정할 때, 탄젠트 델타의 값도 동시에 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 단계 S350에서, 예를 들어, 탄젠트 델타의 값에 따라 IEEE 400.2-2013에 따라 전력 케이블의 상태를 "양호/주의/불량"의 3단계로 판단하고, 이에 따라 전력 케이블을 관리할 수 있다. 이 대신에, 단계 S350에서, 탄젠트 델타의 값에 따라 한국전력공사에서 제시하는 "양호/관심/요주의/이상/불량/임박"의 6단계로 판단하고, 이에 따라 전력 케이블을 관리할 수 있다. 그러나, IEEE 또는 한국전력공사의 표준의 따른 전력 케이블의 관리는 예시적인 것이며, 이와 달리, 다른 표준을 정하여 탄젠트 델타의 값에 따라 전력 케이블을 관리할 수 있다.
이 경우에, 탄젠트 델타의 값에 따라 전력 케이블을 계속 유지하거나, 보수하거나, 또는 교체할 수 있다.
다음으로, 제1 정전 용량과 제2 정전 용량의 차이가 기설정된 범위 내에 있지 않으면(S330-아니오), 단계 S360에서, 전력 케이블의 단말을 건조한다. 예를 들어, 제습기나 히트 건(heat gun) 등을 사용하여 전력 케이블의 단말을 건조하여, 전력 케이블 단말 주위의 습도를 낮춘다. 예를 들어, 습도를 제1 정전 용량의 측정시의 습도가 되도록 조정할 수 있다.
다음으로, 단계 S370에서, 전력 케이블의 정전 용량을 제3 정전 용량으로서 측정하고, 단계 S380에서, 제1 정전 용량과 제3 정전 용량의 차이가 기설정된 범위 내에 있는지 판단한다.
제1 정전 용량과 제3 정전 용량의 차이가 기설정된 범위 내에 있다면(S380-예), 방법은 전력 케이블의 탄젠트 델타를 측정하는 단계 S340과, 측정된 탄젠트 델타에 따라 전력 케이블을 관리하는 단계 S350으로 진행한다.
전력 케이블의 단말의 건조에 의해 제1 정전 용량과 제3 정전 용량의 값이 동일한 값이 되거나 또는 기설정된 범위 내에 있다면, 습도에 따른 정전 용량의 값의 영향이 제거된 것이므로, 탄젠트 델타의 측정으로 전력 케이블의 열화 상태를 신뢰성있게 판단할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 온도도 탄젠트 델타 값과 연관되나, 표 2에 도시된 바와 같이, 대략 30℃까지는 탄젠트 델타의 값이 많이 변동하지 않으므로, 온도에 의한 대략 탄젠트 델타의 값이 변동은 여기에서 고려하지 않는다.
제1 정전 용량과 제3 정전 용량의 차이가 기설정된 범위 내지 않다면(S380-아니오), 전력 케이블 내부에 불순물이 있거나, 수분이 침투하는 등, 습도 이외에 정전 용량의 값에 다른 문제가 있다는 것을 의미하므로, 단계 S390에서, 전력 케이블을 교체한다.
이와 같이, 탄젠트 델타의 값을 이용하여 전력 케이블의 열화 상태를 검출하는데 있어서, 습도 등에 따른 정전 용량의 변화를 제거할 수 있어, 탄젠트 델타의 값을 신뢰성 있게 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 케이블의 상태를 더욱 정확하게 진단할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예를 이용해 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시예에 기재된 범위로 한정되지는 않는다. 상기 실시예에, 다양한 변경 또는 개량을 더할 수 있다는 것이 당업자에게 분명하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 더한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 특허청구범위의 기재로부터 분명하다.

Claims (7)

  1. 전력 케이블의 설치시 상기 전력 케이블의 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장하는 단계;
    상기 전력 케이블의 정전 용량을 제2 정전 용량으로서 측정하는 단계;
    상기 제1 정전 용량과 상기 제2 정전 용량을 비교하는 단계;
    상기 제1 정전 용량과 상기 제2 정전 용량의 값의 차이가 기설정된 범위 내에 있는 경우, 상기 전력 케이블의 탄젠트 델타를 측정하는 단계; 및
    상기 탄젠트 델타에 기초하여, 상기 전력 케이블을 관리하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 정전 용량과 상기 제2 정전 용량의 값의 차이가 상기 기설정된 범위 밖에 있는 경우에,
    상기 전력 케이블의 단말을 건조시키는 단계;
    상기 전력 케이블의 정전 용량을 제3 정전 용량으로서 측정하는 단계;
    상기 제1 정전 용량과 상기 제3 정전 용량의 값의 차이가 기설정된 범위 내에 있는 경우, 상기 전력 케이블의 탄젠트 델타를 측정하는 단계; 및
    상기 탄젠트 델타에 기초하여, 상기 전력 케이블을 유지, 보수 또는 폐기하는 단계
    를 더 포함하는,
    전력 케이블 관리 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정전 용량과 상기 제3 정전 용량의 값의 차이가 상기 기설정된 범위 밖에 있는 경우에, 상기 전력 케이블을 보수 또는 교체하는 단계;
    전력 케이블 관리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 케이블의 설치시 상기 전력 케이블의 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장하는 단계는, 상기 전력 케이블의 제조사에서 공급되는 정전 용량 데이터의 정전 용량을 상기 제1 정전 용량으로서 저장하는,
    전력 케이블 관리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 케이블의 설치시 상기 전력 케이블의 정전 용량을 제1 정전 용량으로서 저장하는 단계는, 상기 전력 케이블의 설치시 측정된 정전 용량을 상기 제1 정전 용량으로서 저장하는,
    전력 케이블 관리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄젠트 델타에 기초하여, 상기 전력 케이블을 관리하는 단계는, IEEE 또는 한국전력공사에서 제공된 표준에 따라 상기 전력 케이블을 관리하는,
    전력 케이블 관리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 케이블은 XLPE 케이블인,
    전력 케이블 관리 방법.
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