제3장 지중 송전 선로
초록 상자 = 최신 보완 보라 상자 = 예제 주황 상자 = 현장 점검
3.1 지중 송전 선로의 개요
지중 전선로 : 지하에 전력 케이블(power cable)을 매설해서 송배전용으로 사용하는 선로.
1) 지중 전선로를 채용하는 이유★★
- 도시의 미관을 중요시하는 경우
- 수용 밀도가 현저하게 높은 지역에 공급하는 경우
- 뇌, 풍수해 등에 의한 사고에 대해 높은 신뢰도가 요구되는 경우
- 보안상의 제한 조건 등으로 가공 전선로를 건설할 수 없는 경우
2) 지중 전선로의 약점
- 가공 전선로에 비해 건설비가 훨씬 비싸다.
- 사고가 나면 고장 지점 발견과 복구가 까다롭다.
그래서 예전에는 대도시와 그 주변, 발·변전소 인출구 정도에만 쓰였으나, 케이블 제작 기술의 진보와 가공선 건설의 보상 문제·유도 장해 문제 때문에 이용이 크게 늘고 있다. 방향은 대용량화와 고전압화.
- 책은 1997년 기준(154kV 지중 943 c-km, 345kV 추진 중)이다. 지금은 345kV 지중 송전이 수도권에서 일반화되었고, 육지 안에서도 HVDC 지중 연계(예: 북당진–고덕)가 운전 중이다.
- 제주 연계 HVDC는 책에 나온 1연계(±180kV) 이후 2·3연계가 추가되었다.
- 배전 지중화율은 2020년대 들어 전국 약 20%대, 서울은 60%를 넘는 수준이다(한전 통계, 연도마다 조금씩 다름).
지중선과 가공선의 장·단점을 비교하라.★★★
지중선은 같은 루트에 다회선 시설 가능, 지하 매설이라 환경 조화가 좋고 기상 영향이 없어 안전성이 높다. 그러나 같은 굵기 도체로는 송전 용량이 작고, 건설비가 아주 비싸다.
| 구분 | 지중 전선로 | 가공 전선로 |
|---|---|---|
| 계통 구성 | 환상(loop, open loop), 망상(network), 예비선 절체 | 수지상, 연계(tie-line), 예비선 절체 |
| 공급 능력 | 동일 루트에 다회선 가능 → 도심 지역에 적합 | 동일 루트 4회선 이상 곤란 → 공급에 한계 |
| 건설비·기간 | 고가, 장기간 | 저렴, 단기간 |
| 외부 영향 | 기상 영향이 거의 없음 | 접촉·기상 조건에 따라 정전 빈도 높음 |
| 고장 형태 | 외상 사고, 접속 불량 → 영구 사고 | 수목 접촉 등 순간 및 영구 사고 |
| 고장 복구 | 고장점 발견·복구 어려움 | 고장점 발견·복구 용이 |
| 유지 보수 | 설비 단순·고도화로 보수 업무 적음 | 지상 노출로 보수 업무 많음 |
| 유도 장해 | 차폐 케이블 사용 → 유도 장해 경감 | 유도 장해 발생 |
| 송전 용량 | 발생열 냉각이 어려워 낮음 | 냉각이 쉬워 높음 |
| 안전도·보안 | 충전부 절연, 설비 보안 쉬움 | 충전부 노출 → 이격 거리 필요, 보안 곤란 |
| 환경·이미지 | 쾌적한 도심 환경, 현대화 이미지 | 도심 환경 저해, 위험 설비 이미지 |
| 신규 수용 | 신규 수요 대응 탄력성 부족 | 신규 수요에 신속 대처 가능 |
3.2 지중 선로의 전기 방식과 계통 구성
지중선은 사고 빈도는 적지만 한번 사고가 나면 복구에 시간이 오래 걸린다. 그래서 계통은 공급 신뢰도를 높이고, 유지 보수가 쉽고 경제적이게 구성해야 한다.
지중 송전 계통 구성 방법 : 유닛식 · 루프식 · 방사식 · 수지식★★
(1) 유닛(unit) 방식 = 다단자식
변압기 고압측의 차단기 및 모선을 생략하고, 선로와 변압기를 직접 또는 개폐기를 통해 접속하는 방식.
- 장점 : 변전소 소요 면적 대폭 감소 → 건설비 절감, 용지 확보 쉬움
- 사고 시 : 송전선 또는 변압기에 사고가 나면 전원측 차단기와 변압기 2차측 차단기가 동작해서 사고 부분을 분리
- 주의 : 변압기 1대가 서도 부하 공급에 지장 없게 운전율에 여유를 둔다(도심 중요 변전소는 양측에 전원 변전소 연결).
(2) 루프(loop) 방식
선로를 루프(환상)로 구성. 유닛식보다 복잡하지만, 송전선 사고 시 사고 구간 양측 차단기가 동작해서 사고 장소를 자동 분리한다.
- 사고에 의한 급전 지장을 극히 좁은 범위로 억제
- 특고 수용가가 근거리에 밀집해 있으면 설비 합리화 → 경제적으로 유리
- 우리나라도 1970년대부터 서울 도심 22kV 케이블로 환상 계통 구성
(3) 방사상 방식
1차 변전소에서 여러 2차 변전소(배전용) 또는 특고 수용가 각각에 방사상으로 선로를 연결해 공급.
- 각 변전소 내 설비는 간단
- 그러나 경과지가 각각 따로 → 공사비가 비싸고, 운용·보수도 어렵다
- 고전압 지중 송전 계통의 중요한 기본 형식
(4) 수지상 방식
변전소에서 인출된 큰 용량의 송전선(주로 가공선)으로부터 부하 분포에 따라 분기선을 연결·인출하는 방식.
- 장점 : 선로·개폐기 등 설비가 적게 든다
- 단점 : 사고 시 정전 범위가 넓다, 분기가 늘면 계통·보호 방식이 복잡 → 현재는 별로 쓰지 않음
전압 66kV, 60Hz, 길이 12km인 3상 3선식 1회선 지중 송전 선로. 케이블 심선 1선당 정전 용량 0.4 μF/km일 때 3상 무부하 충전 전류[A]와 충전 용량[kVA]은?
ㄱ.작용 정전 용량 : $C = 0.4\times 12 = 4.8\ [\mu\text{F}]$
ㄴ.충전 전류 (상전압 $E = V/\sqrt3$ 사용에 주의)
$$I_c=\omega C\frac{V}{\sqrt3}=120\pi\times 4.8\times10^{-6}\times\frac{66\times10^{3}}{\sqrt3}\fallingdotseq 68.9\ [\text{A}]$$ㄷ.충전 용량
$$Q_c=\sqrt3\,V I_c=\sqrt3\times66\times68.9\fallingdotseq 7876.5\ [\text{kVA}]$$검산 : $Q_c=\omega C V^2 = 120\pi\times4.8\times10^{-6}\times(66\times10^3)^2\fallingdotseq 7.88\times10^{6}$ [VA] — 반올림 차이만 있고 같은 값.
3.3 전력 케이블의 종류
3.3.1 개요
전력 케이블 = 도체 + 절연체 + 외장(보호 피복)
- 도체 : 전기용 연동선. 단면적이 작으면 단선, 크면 연선. 심선 수에 따라 단심 · 2심 · 3심 케이블
- 절연체 : 절연지, 고무, 플라스틱, 절연 컴파운드, 절연유 등
- 외장 : 연피, 강대, 강선, 알루미늄피, 주트(jute) 등
표 3.2 「154kV 지중 케이블의 현황」(1976~1997년, 지중화율 0.2% → 6.2%)은 오래된 통계라 숫자는 생략했다. 최신 상황은 3.1절 최신 보완 참고.
3.3.2 지절연 케이블
1) 벨트지 케이블
도체 위에 절연지를 감음(심절연) → 3심을 꼬고 빈 공간에 개재물을 채운 다음 다시 절연지를 감음(벨트 절연) → 연피로 외장.
구조가 간단하고 경제적이지만 절연 내력이 낮아 22kV 이하에만 사용.
2) H지 케이블
절연층은 표면에 수직인 전계에는 강하지만 접선 방향 전계에는 약하다 → 열화 원인. 이를 막으려고 벨트 절연을 없애고 각 심선 절연 위에 금속화지(차폐층)를 감은 것. 전기력선이 절연층과 직교하게 된다.
3) SL지 케이블
도체를 유침지로 절연 → 각 심선 위에 연피를 씌운 3심을 꼬아 외장. H지처럼 각 심선이 정전 차폐되어 전기력선이 절연층과 직교. 연피의 열용량이 크고 열의 양도체 → 열발산이 좋아 송전 용량 증대. 11~33kV급 도시 송배전용.
4) OF 케이블 (Oil Filled)★★★
개재 주트부(또는 도체 중심)에 기름 통로를 두고, 케이블축과 직각 방향으로 기름이 드나들어 절연층 내에 항상 유압이 걸리게 한 케이블. 압력형 케이블의 대표, 66kV 이상 고전압용.
- 절연유 충전 후 공극(void)이 생기지 않는다
- 온도 변화에 의한 팽창·수축을 부설된 기름 탱크(유조)에서 흡수
- 외기의 침입이 방지되는 구조
- 절연체 두께를 얇게 할 수 있다
- 사용 온도가 높아 송전 용량 증대
5) 파이프형 케이블
가스를 넣은 PGF(파이프형 가스 케이블), 기름을 넣은 POF(파이프형 기름 케이블)가 있다.
POF : 케이블 외피에 해당하는 강관을 먼저 매설 → 그 안에 케이블과 절연유를 삽입. 절연체가 항상 높은 유압으로 가압되어 가스가 들어갈 수 없으므로 초고압 케이블로서 안정된 절연 성능.
- 케이블 중량이 가볍다
- 제조 과정이 쉽다
- OF 케이블보다 접속이 쉽다
- 기계적 강도가 크다 (강관 보호)
- 강관 차폐 효과로 통신선 유도 장해 경감
단점 : 절연유가 대량으로 필요하고, 특수 급유 설비를 따로 설치해야 한다. 절연유를 순환시켜 온도 제어·강제 냉각 → 송전 용량 증대 가능, 66~500kV급.
지금은 CV(XLPE, 가교 폴리에틸렌) 케이블이 주력이다. 책 시절의 OF·POF는 기존 선로 유지보수 위주이고, 신설 154kV·345kV 지중 송전은 대부분 XLPE 케이블이다.
- 22.9kV 배전용 : CNCV-W(동심중성선 수밀형) → 수트리 대책으로 TR-CNCV-W(트리 억제형), 화재 확산 대책으로 FR-CNCO-W(난연형, 전력구·공동구용)
- CV 케이블은 절연유가 없어 급유 설비가 필요 없고 유지보수가 간단하다.
3.3.3 새로운 전력 케이블
지중 케이블 대용량화 방법 : 송전 전압의 고전압화, 전류 용량의 증대(도체 굵기 증가, 강제 냉각, 절연체 개량으로 내열 향상·유전체손 저감). 신형 케이블로는 관로기중 케이블 · 극저온 케이블 · 초전도 케이블.
1) 관로기중 케이블 (가스 절연 스페이서 케이블, GIL)
도체로 파이프(Al 또는 동)를 쓰고, 이것을 에폭시 수지 절연 스페이서로 금속 시이스(강관·알루미늄관·스테인리스관) 안에 지지한 뒤 SF6 가스를 충전.
- 가공선과 거의 같은 정도의 송전 용량
- SF6 비유전율 ≈ 1(공기와 같음) → OF 케이블보다 정전 용량 1/10 이하, 충전 전류가 작다
- 유전체손을 무시할 정도 → 온도 상승에 따른 송전 용량 제약이 없다
- 공장 제조 단위 길이가 짧아 현장 접속 장소가 많고, 용접 접속 작업 환경에 특별한 주의
1회선당 3,000~6,000A의 대용량에서 경제적. 강제 냉각을 더하면 500kV에서 8,000A, 600~1,000만 kW 송전 가능. 단심형·3심형이 있다.
2) 극저온 케이블
고순도 Al 또는 동 도체를 20~80K의 극저온으로 냉각 → 도체 저항을 2자리 정도 이하로 낮춰 대전류 송전. 파이프형 OF 구조와 비슷하게 파이프 안에 도체를 넣고, 중공 도체 내부로 액체 질소(또는 수소)를 흘려 냉각. 목표 : 500~700kV, 300~500만 kW.
3) 초전도 케이블
절대 온도에서 저항이 0이 되는 초전도 현상 이용 → 무손실 대용량 송전. 액체 헬륨·액체 질소로 4~5K까지 냉각, 나이오븀·나이오브티탄 등 초전도 재료 사용. 책의 목표 : 500kV, 1,000만 kW.
지금의 초전도 케이블은 액체 헬륨(4K)이 아니라 액체 질소(약 77K)로 냉각하는 고온 초전도(HTS) 선재가 주류다. 한전은 2019년 신갈–흥덕 변전소 사이(약 1km)에 23kV 초전도 케이블을 상용 운전에 들어갔다(세계 최초 상용화로 소개됨).
보충 : 케이블의 정전 용량과 손실★★★
책 본문에는 없지만 예제 3.2와 시험·실무에 꼭 필요한 공식.
ㄱ.단심 케이블 정전 용량 ($r$ : 도체 반지름, $R$ : 절연체 바깥 반지름, $\varepsilon_s$ : 비유전율)
$$C=\frac{2\pi\varepsilon_0\varepsilon_s}{\ln\dfrac{R}{r}}\ [\text{F/m}]\qquad\Rightarrow\qquad \boxed{C=\frac{0.02413\,\varepsilon_s}{\log_{10}\dfrac{R}{r}}\ [\mu\text{F/km}]}$$ㄴ.충전 전류·충전 용량 ($E$ : 상전압, $V$ : 선간 전압) ★★★
$$\boxed{I_c=\omega C E=2\pi f C\frac{V}{\sqrt3}\ [\text{A}]}\qquad \boxed{Q_c=3\omega C E^2=\omega C V^2\ [\text{VA}]}$$ㄷ.유전체손 ($\tan\delta$ : 유전 정접)
$$W_d=\omega C E^2\tan\delta\ [\text{W/상}]\qquad(3\text{상}: \ \omega C V^2\tan\delta)$$케이블의 손실은 저항손($I^2R$) · 유전체손 · 연피손(시스손) 3가지. 케이블은 가공선보다 정전 용량이 수십 배 커서 충전 전류가 크다 → 장거리 케이블은 무부하 시 페란티 현상(수전단 전압 상승)에 주의.
3.4 전력 케이블의 시공 방식
지중선은 건설비가 비싸므로 선로 길이를 될 수 있는 대로 짧게 하고, 다음 도로는 가급적 피한다.
- 건설 또는 보안상 불편하고 좁은 길
- 굴착 공사비가 많이 드는 경질 포장 도로, 지하수가 많은 도로
- 교통이 빈번해서 작업이 어려운 도로
- 굴절 또는 고저 차가 심한 도로
- 전기적인 부식의 우려가 있는 도로
시공 방법 3가지 : 직접 매설식(직매식) · 관로 인입식(관로식) · 암거식★★★
특수한 경우 : 하천 횡단 시 다리에 첨가하는 교량 첨가식, 케이블 전용교식, 수저식(바다·하천 바닥), 가공식
(1) 직매식 (직접 매설식)
외장 케이블에 간단한 보호 시설을 한 뒤 직접 땅속에 묻는 방식. 땅을 파고 콘크리트제 트로프(trough) 등의 방호물을 깔고 그 속에 케이블을 넣은 다음 주위를 모래로 채우고, 뚜껑을 덮고 흙으로 묻는다.
- 장점 : 공사비가 싸다, 열발산이 좋아 허용 전류가 크다, 케이블 도중 접속 가능 → 융통성, 공사 기간이 짧다
- 단점 : 외상을 받기 쉽다, 재시공·증설 곤란, 보수 점검 불편
초기 지중화 공사에 많이 썼지만 최근에는 여건상 거의 쓰지 않는다.
KEC 334.1 (지중 전선로의 시설) — 책의 「1.2 m」는 옛 기준이다.
- 지중 전선로는 케이블을 사용하고, 관로식 · 암거식 · 직접 매설식으로 시설한다.
- 직접 매설식 : 매설 깊이 차량 등 중량물의 압력을 받을 우려가 있는 장소 1.0 m 이상, 기타 장소 0.6 m 이상. 케이블은 견고한 트라프 등 방호물에 넣어 시설(단서 조항 있음).
- 관로식 : 매설 깊이 1.0 m 이상(중량물 압력을 받을 우려가 없는 곳 0.6 m 이상).
- 암거식 : 차량 등 중량물의 압력에 견디는 것을 사용.
(2) 관로식
강관, 흄관, 철근 콘크리트관 등으로 수가닥~수십 가닥의 관로(duct)를 만들고, 적당한 간격(보통 100~200 m)으로 맨홀을 설치. 맨홀에서 케이블을 집어넣고 맨홀 안에서 접속한다.
- 직매식보다 건설비가 많이 들고 공기도 길지만, 사고가 적다
- 사고가 나도 땅을 팔 필요 없이 맨홀에서 케이블을 뽑아내어 쉽게 복구
주로 채택하는 곳 : 케이블 회선수 3회선 이상 9회선 미만, 장래 회선 증설이 예상되는 경우, 도로가 경질 포장이거나 교통이 빈번해 굴착이 곤란한 경우. 우리나라에서 가장 많이 적용하는 공사 방식.
(3) 암거식 (전력구식)
터널 같은 구조물 안에 케이블을 시공. 회선수가 많은(예 : 9회선 이상) 경우 사용, 관로식처럼 맨홀을 둔다. 발변전소 구내 케이블 피트 시공도 암거식의 일종.
공동구식도 암거식의 일종 : 한 도로에 상·하수도, 가스, 전화, 전력 등 지중 공작물을 시설할 때 공동의 지하구를 만들어 함께 수용. 도시 시설로서 중요한 의미.
케이블 접속의 중요성
보통 케이블 1권의 길이는 150~200 m 이하라서 선로 도중에 반드시 접속해야 한다. 접속 장소는 송배전 계통 절연상의 취약점이며 실제로 절연 사고를 일으킨 예가 매우 많다. 접속 작업은 교통이 빈번한 도로나 좁은 맨홀 안 현장 작업이라 불완전해지기 쉽다 → 세심한 주의와 충분한 기술 필요.
표 3.3 케이블 시공 방법의 비교★★★
| 시공 방법 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|
| 직매식 | 공사비가 적다 열발산이 좋아 허용 전류가 크다 케이블 융통성이 있다 공사 기간이 짧다 | 외상을 받기 쉽다 재시공·증설이 곤란 보수 점검이 불편 |
| 관로식 | 재시공·증설이 쉽다 외상을 잘 안 입는다 고장 복구가 비교적 쉽다 보수 점검이 편리 | 공사비가 많이 든다 회선량이 많을수록 송전 용량 감소(열 축적) 케이블 융통성이 적다, 공사 기간이 길다 신축·진동에 의한 시스 피로가 크다 |
| 전력구식 | 열발산이 좋아 허용 전류가 크다 많은 가닥수 시공에 편리 | 공사비가 아주 많이 든다, 공사 기간이 길다 케이블 화재 시 피해가 파급 확산 |
보충 : 케이블 고장점 탐지 — 머레이 루프법★★
책 3.1절의 「고장점 발견이 어렵다」를 보완하는 내용(책 본문에는 없음).
1선 지락 고장점까지의 거리를 휘트스톤 브리지 원리로 구한다. 고장 난 심선과 건전 심선을 먼 쪽 끝에서 서로 연결해 루프(전체 길이 $2L$)를 만들고, 비례변 $P$, $Q$를 조정해 검류계가 0이 되게 한다.
ㄱ.평형 조건 : $P(2L-x)=Q\,x$
$$\boxed{x=\frac{2L\,P}{P+Q}}\qquad (L:\text{케이블 길이},\ x:\text{측정단에서 고장점까지 거리})$$P, Q를 어느 쪽에 두느냐에 따라 문제마다 식의 P·Q 자리가 바뀌니, 그림을 보고 「고장 심선 쪽 비례변 × (2L−x) = 건전 심선 쪽 비례변 × x」로 세우면 된다.
3.5 지중 전선로의 방식(防蝕) 문제
금속의 부식 : 건식(가스 등, 가공 케이블에서 문제)과 습식. 지중 매설 금속체의 부식은 거의 습식이며 전식(電蝕)과 화학 부식으로 나뉜다.
- 전식 : 토양·바닷물 속의 누설 전류에 의해 생긴다. 누설 전류 원인 — 전기 철도 레일, 다른 전기 방식 장치, 직류기기 접지, 전기 용접 등. 그중 직류 전기 철도 레일에서 흘러나오는 전류가 가장 많다.
- 전류가 케이블 금속 외피로 유입하는 점은 오히려 방식 상태가 되지만, 전류가 토양으로 유출하는 점에서는 금속이 양이온이 되어 녹아 나가 급격히 부식된다.
방지 대책 : 비닐 방식층 + 전기적 방식. 전기 방식법 3가지 유전 양극법 · 외부 전원법 · 배류법★★★
(1) 유전 양극 방식 (희생 양극법)
이종 금속 간 전위차를 이용해 방식 전류를 얻는 방법. 피방식 금속보다 부식하기 쉬운 금속(Mg, Zn, Al 등)을 전해질 속에서 연결하면, 그 금속이 양극, 피방식 금속이 음극이 되어 방식 전류가 양극 → 음극으로 흐른다.
- 장점 : 전원이 필요 없다 → 분산 배치 쉽고 공사비가 싸다
- 단점 : 방식 유효 범위가 좁아 국부 방식에만 쓰인다 (양극은 소모되어 주기적 교체 필요)
(2) 외부 전원 방식
직류 전원 장치의 양극(+)을 전해질 속 전극(양극)에, 음극(−)을 피방식 금속에 접속하고 전압을 가해 방식 전류를 얻는다. 구성 : 직류 전원 장치, 전극군, 부속 배선.
- 장점 : 방식 효과가 크고 유효 범위가 넓다
- 단점 : 직류 전원 설비 필요, 주위의 다른 매설물에 간섭 → 전식을 일으킬 수 있어 도심에서는 주의
책에는 외부 전원법의 전극을 「희생 양극」이라고 적었지만, 외부 전원법에서는 보통 소모가 적은 불용성 양극(고규소 주철, MMO 등)을 쓴다. 희생 양극은 (1) 유전 양극법의 용어.
(3) 배류 방식
매설 금속에 유입한 전기 철도의 누설 전류를 대지로 유출시키지 않고 직접 레일로 되돌려 주는 방식. 직접 · 선택 · 강제 배류 3가지가 있으며 일반적으로 선택 배류법을 많이 쓴다.
선택 배류법 : 매설 금속과 전철 레일 사이에 선택 배류기(역류 방지 다이오드 역할)를 접속. 매설 금속의 전위가 레일보다 가장 높고, 장시간 정전위가 되는 장소(보통 변전소 부근)에 설치하는 것이 효과적.
발송배전 설비에서 가장 많이 사용되는 케이블 3가지와 특징을 설명하라.
답 : OF 케이블 · POF 케이블 · CV 케이블
| 구분 | 특징 |
|---|---|
| OF 154kV 이상 지중 송전, 발전소 구내 특고압 | 절연유 충전 후 공극이 생기지 않는다 온도에 의한 팽창·수축을 유조에서 흡수 외기 침입 방지 구조 기름 누출 사고 감지 기능 절연체 두께를 얇게 할 수 있다 사용 온도가 높아 송전 용량 증대 배전선로에서는 접속 등 가공 시 기름 유출로 유지보수 곤란 → 거의 안 씀 |
| POF 발전소 인출 선로 등 | 케이블 중량이 가볍다, 제조가 쉽다 OF보다 접속이 쉽다 기계적 강도가 강하다 가압 장치가 대규모 강관에 의한 전력 손실, 방식 대책 필요 |
| CV 특고압 이하 배전 대부분 → 154kV·345kV 송전까지 | 전기적 특성이 좋고 내열성도 좋다 중량이 가볍고 접속이 쉽다 내약품성이 좋다 절연체 두께가 두껍다 온도 특성이 지절연보다 열등 내코로나성이 열등 물의 침투에 의한 트리(tree) 현상 발생 |
트리 현상 : 절연체 속에 나뭇가지 모양의 열화가 자라는 현상(수트리·전기트리). 대책이 TR-CNCV-W 같은 트리 억제형 케이블과 수밀(-W) 구조다.
전기안전관리자 현장 점검 포인트
ㄱ. 수전 케이블 절연 상태
- 정기 점검 때 절연 저항 측정(고압·특고압은 보통 5kV 또는 10kV 절연저항계) — 값보다 이전 측정값과의 추세가 중요
- 노후 케이블은 VLF tanδ(유전 정접), 부분 방전(PD) 진단으로 열화 정도 확인 → 위 보충의 유전체손 $W_d\propto\tan\delta$와 같은 원리
- CV(CNCV) 케이블은 수트리가 주된 열화 원인 → 침수 이력 있는 관로·맨홀 구간을 우선 진단
ㄴ. 케이블 단말(케이블 헤드)·접속부
- 접속부·단말은 절연상 가장 취약한 곳 — 열화상 카메라로 단말·러그 체결부 과열 확인
- 스트레스콘 주변 트래킹·변색·코로나 소리·오존 냄새 확인, 먼지·습기 청소
- 단말 처리 후 상(相) 표시와 차폐층(동심 중성선) 접지선 체결 상태 확인
ㄷ. 차폐층·금속 외피 접지
- KEC 334.4 : 관·암거·방호장치의 금속 부분, 금속제 접속함, 케이블 금속 피복은 접지(KEC 140)
- 단심 케이블은 시스에 유기 전압·순환 전류가 생긴다 → 설계 시 정한 편단 접지 / 양단 접지 / 크로스본딩 방식이 그대로 유지되는지 확인. 편단 접지의 개방단 시스는 전압이 걸려 있을 수 있다
ㄹ. 맨홀·핸드홀·전력구·지중함
- 침수·배수 상태, 케이블 받침대·행거 부식, 방화 처리(난연 테이프·방화벽) 확인
- KEC 334.2 : 지중함은 견고하고 물이 고이지 않게, 폭발성·연소성 가스 침입 우려가 있고 1 m³ 이상이면 통풍 장치, 뚜껑은 시설자 외에 쉽게 열 수 없게
- 맨홀·전력구는 밀폐 공간 — 들어가기 전 환기 + 산소·유해가스 측정(적정 공기 : 산소 18% 이상 23.5% 미만, 황화수소 10ppm 미만, 일산화탄소 30ppm 미만, 탄산가스 1.5% 미만), 감시인 배치
ㅁ. 매설 경로·이격
- 구내 굴착 공사 전 케이블 매설 경로 도면·표지 시트·매설 표지 확인 — 굴착기에 의한 외상 사고가 지중선 사고의 큰 원인
- 매설 깊이 : 차량 통행 장소 1.0 m 이상, 그 밖 0.6 m 이상(KEC 334.1)
- 지중전선 상호 간 접근·교차(KEC 334.6) : 저압–고압 0.15 m, 저·고압–특고압 0.3 m 이하로 가까우면 내화성 격벽 등 조치 / 지중 약전류전선과(KEC 334.5) 저·고압 0.3 m, 특고압 0.6 m 이하이면 격벽 등 조치 (세부 단서는 KEC 원문 확인)
ㅂ. 전식·충전 전류
- 전철 선로·전기 방식 설비 근처 구내 매설 금속관·케이블은 부식 흔적 확인 — 원인은 3.5절의 누설 전류 유출점
- 긴 케이블 구간은 충전 전류가 커서 무부하 시 전압 상승, 개폐 시 서지에 유의 → 차단기 정격 충전전류 차단 용량 확인
⚠ 안전 : 케이블은 정전 후에도 큰 정전 용량에 잔류 전하가 남는다. 절연 저항·내전압 시험 전후에는 반드시 검전 → 방전 → 접지 순서를 지키고, 맨홀 작업은 가스 측정 없이 절대 들어가지 않는다.
최종 정리
1. 지중 전선로 개요
- 채용 이유 : 미관, 고밀도 수용, 높은 신뢰도(뇌·풍수해), 보안상 제한
- 장점 : 다회선, 기상 영향 없음, 유도 장해 경감, 안전·환경 / 단점 : 건설비 고가, 고장점 발견·복구 어려움, 송전 용량 작음
2. 계통 구성
- 유닛식 : 변압기 고압측 차단기·모선 생략 → 변전소 면적 축소
- 루프식 : 사고 구간 양측 차단기로 자동 분리, 정전 범위 최소
- 방사식 : 설비 간단, 공사비 비쌈, 고전압 지중 송전의 기본 형식
- 수지식 : 설비 적음, 정전 범위 넓음 → 거의 안 씀
3. 케이블
- 구성 : 도체 + 절연체 + 외장
- 벨트지(22kV 이하) → H지(심선별 차폐) → SL지(심선별 연피) → OF(유압으로 공극 방지), POF(강관+절연유)
- 3대 케이블 : OF · POF · CV, 현재 주력은 CV(XLPE) — 약점은 트리 현상
- 신형 : 관로기중(GIL, SF₆) · 극저온 · 초전도
- 충전 전류·용량 : $I_c=\omega C\dfrac{V}{\sqrt3}$, $\;Q_c=\omega C V^2$ / 유전체손 : $W_d=\omega C E^2\tan\delta$
- 손실 3종 : 저항손 · 유전체손 · 연피손
4. 시공 방식
- 직매식 : 싸고 허용 전류 큼 / 외상·증설·보수 불리. 깊이 1.0 m 이상(기타 0.6 m, KEC)
- 관로식 : 맨홀 간격 100~200 m, 증설·복구 쉬움, 우리나라 최다 / 회선 많으면 송전 용량 감소
- 암거식(전력구·공동구) : 다회선, 허용 전류 큼 / 공사비 최대, 화재 확산 위험
- 접속부 = 절연 취약점 / 고장점 : 머레이 루프 $x=\dfrac{2LP}{P+Q}$
5. 방식(防蝕)
- 전식 : 누설 전류가 금속에서 토양으로 유출하는 점이 부식
- 유전 양극법 : 전원 불필요, 국부 방식 / 외부 전원법 : 효과 크고 범위 넓음, 타 매설물 간섭 / 배류법 : 레일로 귀환, 선택 배류가 일반적