HV 케이블 조인트 및 종단: 일반적인 문제 및 모범 사례

고전압 케이블은 사고 없이 수 킬로미터를 달릴 수 있습니다. 그것을 연결하는 조인트와 종단은 다른 이야기입니다. 업계 데이터에 따르면 대부분의 HV 케이블 시스템 고장은 케이블 자체에서 발생하는 것이 아니라 인간의 기술, 재료 호환성 및 환경 노출이 모두 극심한 전기적 스트레스 하에서 수렴되는 연결 지점에서 발생합니다. 무엇이 잘못되고 왜 발생하는지 이해하는 것이 지속적인 시스템 구축을 향한 첫 번째 단계입니다.

조인트와 종단이 모든 HV 케이블 시스템에서 가장 취약한 지점인 이유

최신 XLPE 전원 케이블은 정격 조건에서 30~40년 동안 안정적으로 작동하도록 설계되었습니다. 이들의 단열 시스템은 공장에서 제어되고 공장 테스트를 거쳤으며 현장 작업의 변수에 크게 영향을 받지 않습니다. 조인트와 터미네이션은 그렇지 않습니다. 모든 제품은 통제된 변전소부터 추운 날씨의 진흙탕 참호에 이르기까지 다양한 조건에서 현장에서 손으로 조립됩니다.

문제는 물리적인 것만큼이나 전기적인 것이기도 합니다. 고전압에서는 케이블 액세서리 인터페이스의 미세한 보이드, 표면 오염 또는 불규칙한 형상으로 인해 응력 집중 지점이 생성됩니다. 부분 방전은 이 지점에서 시작되며, 충분한 시간이 지나면 고장이 발생할 때까지 절연체가 침식됩니다. 이는 가설이 아닙니다. 수십 년간의 현장 조사를 통해 관찰된 표준 고장 메커니즘입니다. 케이블은 견딜 수 있습니다. 조인트 또는 종단이 무너집니다.

이러한 현실은 케이블 사양만큼이나 액세서리 수준의 제작 기술과 재료 선택을 중요하게 만듭니다.

HV 케이블 조인트 및 종단 유형

올바른 액세서리 유형을 선택하는 것은 용도를 이해하는 것부터 시작됩니다. 아래 표에는 일반적으로 사용되는 주요 범주가 요약되어 있습니다.

관련된 프로젝트의 경우 XLPE 절연재와 다른 케이블 소재의 비교 , 액세서리 유형 선택은 절연 화학을 고려해야 합니다. XLPE용으로 설계된 액세서리는 EPR 또는 PILC에서 다르게 작동하며 전환 조인트 없이 이들을 혼합하는 것은 조기 고장의 일반적인 원인입니다.

일반적인 실패 모드 및 근본 원인

HV 시스템 전체에 대한 사후 조사를 통해 동일한 오류 메커니즘이 반복적으로 식별됩니다. 그 어느 것도 불가피한 것은 아닙니다. 모두 설계, 조달 또는 설치 중에 내려진 구체적이고 예방 가능한 결정을 추적할 수 있습니다.

1. 잘못된 반도체 스크린 제거
조인트 또는 종단을 설치하기 전에 XLPE 케이블의 반도체 스크린을 정확한 치수로 제거해야 합니다. 너무 깊게 자르면 도체 가닥에 흠집이 생깁니다. 잘못된 각도로 절단하면 전기장이 계단 가장자리에 집중되어 전원 공급 후 몇 시간 내에 부분 방전이 시작됩니다. 이는 열 수축 및 냉간 수축 액세서리 오류에서 가장 자주 언급되는 설치 오류입니다.

2. 수분 침투 및 부적절한 밀봉
케이블 액세서리 인터페이스의 물은 두 가지 방식으로 파괴적입니다. 즉, 표면 저항을 낮추고 전압 하에서 절연 경계를 통해 전기화학적 트리잉을 유도합니다. 씰링 실패는 점진적인 경우가 많습니다. 계절적 온도 주기로 인해 습기가 들어갈 만큼 충분히 넓은 수축 재료의 틈이 생기기 전까지 종단 처리는 몇 년 동안 허용 가능한 수준으로 작동할 수 있습니다. 옥외 설치 및 직접 매설 조인트는 특히 이러한 위험에 노출됩니다.

3. 인터페이스 오염
조인트 인터페이스의 단열재 표면 청결도가 중요합니다. 먼지, 케이블 절단으로 인한 부스러기 또는 잘못된 등급의 실리콘 윤활제로 인해 사전 성형된 액세서리 아래에 전도성 경로가 생기거나 공간이 형성될 수 있습니다. 지문 기름조차도 전압 스트레스 하에서 표면 추적을 가속화하는 오염 물질을 도입합니다. 클린룸 규율은 현장에서 항상 달성할 수 있는 것은 아니지만 깨끗한 물티슈, 덮개가 있는 작업 영역, 표면 검사 등 통제된 절차가 측정 가능한 차이를 만듭니다.

4. 접합부의 열과부하
도체 단면적에 비해 약간 작은 크기의 조인트 또는 불충분한 힘으로 압착된 조인트는 케이블 자체보다 더 높은 저항을 나타냅니다. 부하 사이클링 시 이 차동 저항은 열을 발생시켜 절연체 노화를 가속화하고 저항을 더욱 증가시킵니다. 이 피드백 루프는 케이블의 정격 용량보다 훨씬 낮은 부하에서 오류를 일으킬 수 있습니다. 압축 공구는 액세서리 제조업체가 지정한 페룰과 도체 조합에 맞게 교정되어야 합니다.

5. 접지 및 스크린 본딩 오류
조인트의 잘못된 스크린 결합으로 인해 케이블 시스템을 가열하는 순환 전류가 발생하고 일부 구성에서는 금속 외장에 위험한 터치 전압이 생성됩니다. 솔리드 본딩과 단일 지점 본딩 방식 모두 경로 길이, 시스템 전압 및 부하 프로필에 따라 달라지는 특정 요구 사항이 있습니다. 여기서 오류는 일상적인 검사에서는 보이지 않지만 피복 전류 모니터링을 통해 측정 가능합니다. 접지 배치에 대한 자세한 지침은 다음을 참조하십시오. 케이블 시스템에 대한 적절한 접지 및 접지 관행 .

실제로 실패를 예방하는 설치 모범 사례

다음 사례는 위의 근본 원인을 직접적으로 해결합니다. 이는 액세서리 유형이 열 수축, 냉간 수축 또는 사전 성형인지 여부에 관계없이 적용됩니다.

• 깊이 조절 장치가 있는 보정된 절단 도구를 사용하십시오. 조정 가능한 깊이 가이드가 있는 반도체 제거 도구는 수동 절단의 가변성을 제거합니다. 실패 후 재접합 작업에 드는 비용에 비해 투자 비용이 최소화됩니다.
• 액세서리를 주문하기 전에 케이블 외경을 확인하십시오. XLPE 케이블 OD는 동일한 정격 전압 내에서도 제조업체마다 다릅니다. 많은 액세서리는 공차 범위를 지정합니다. 해당 범위의 가장자리에 있는 케이블은 가정이 아닌 검증된 키트 선택이 필요합니다.
• 지정된 대로 단열재 표면 준비를 엄격하게 적용하십시오. 이는 올바른 방향(일반적으로 반도체 단계에서 멀리 떨어져 있음)으로 연마 세척을 한 다음 올바른 등급의 세척제를 사용하여 올바른 순서로 용제를 닦아내는 것을 의미합니다. 순서를 바꾸면 표면이 다시 오염됩니다.
• 설치 환경을 제어합니다. 가능하다면 야외 합동 작업 위에 임시 대피소를 세우십시오. 70% 이상의 습도와 공기 중 먼지는 설치 중 인터페이스를 오염시키는 주요 원인입니다. 날씨로 인해 규정을 준수할 수 없는 경우 작업을 연기해야 ​​합니다.
• 단일 제어 패스로 열 수축 회복을 따르십시오. 불균일하게 열을 가하면(너무 빠르게 움직이거나 너무 집중된 불꽃을 사용하면) 수축된 재료 아래에 빈 공간이 남습니다. 토치는 재료가 완전히 회복되고 접착제가 끝에서 흐르는 것이 보일 때까지 느리고 꾸준한 경로로 움직여야 합니다.
• 모든 기계적 연결을 사양에 맞게 토크로 조입니다. GIS 또는 변압기 부싱에 대한 볼트 연결은 보정된 도구를 사용하여 토크를 가해야 하며 감촉으로 평가해서는 안 됩니다. 설치 로그에 토크 값을 기록하십시오.
• 작업을 시작하기 전에 도면에서 접합 방식을 확인하십시오. 네트워크 설계를 참조하지 않고 현장에서 스크린 본딩 결정을 내리면 위에서 설명한 접지 오류가 발생합니다. 접합자는 접합 계획 결정을 독립적으로 내려서는 안 됩니다.

테스트 및 검사 프로토콜

설치를 완료하는 것은 설치를 확인하는 것과 다릅니다. HV 케이블 액세서리에는 설치 후 테스트, 정기 유지 관리 테스트, 서비스 중 모니터링이라는 세 가지 테스트 단계가 적용됩니다.

설치 후 AC 전압 내성 테스트
표준 설치 후 테스트에서는 모든 조인트와 종단을 포함하여 완성된 케이블 시스템을 정의된 기간 동안 높은 AC 전압에 노출시킵니다. 30kV 이상의 시스템의 경우, IEC 60840, 30kV ~ 150kV의 HV 케이블 시스템에 대한 테스트 방법을 관리하는 국제 표준 , 테스트 전압 레벨과 지속 시간을 모두 지정합니다. 이 테스트를 통과한 케이블은 심각한 설치 결함이 없음을 입증했습니다. 그러나 부분 방전 테스트는 잠재적인 결함에 대해 보다 민감한 검사를 제공합니다.

부분방전(PD) 측정
PD 테스트는 보이드 내부 또는 오염된 인터페이스에서 발생하는 피코 쿨롱 범위의 방전이 눈에 보이는 손상을 일으키기 전에 감지합니다. 특히 송전 전압 접합의 경우 설치 후 PD 측정은 IEC 60840에서 강력히 권장되며 중요한 인프라 프로젝트의 표준 관행이 되었습니다. 시스템이 부하 상태에서 시운전되기 전에 배경 수준 이상의 PD 활동을 나타내는 조인트를 조사해야 합니다.

적외선 열화상 촬영
시스템에 전원이 공급되면 접근 가능한 종단에 대한 주기적인 열화상 측정 조사를 통해 저항성 연결, 부적절한 압착 또는 절연 열화 발생을 나타내는 열적 이상 현상이 드러납니다. 특히 이 기술에서는 실외 스위치기어에 대한 종단에 접근할 수 있습니다. 경부하가 아닌 대표적인 부하 조건에서 수행된 조사는 가장 진단적인 가치를 제공합니다.

외장 무결성 테스트
연결 케이블 시스템의 외부 피복은 설치 후 금속 스크린과 접지 사이에 DC 전압을 적용하여 테스트해야 합니다. 피복 저항이 낮다는 것은 설치 활동, 되메우기 압축 또는 제3자의 간섭으로 인해 외부 재킷이 물리적으로 손상되었음을 나타내며 매립 또는 영구 설치 전에 수리가 필요한 위치를 식별합니다.

안정적인 조인트를 지원하는 올바른 케이블 선택

액세서리 성능은 케이블 구성 품질과 불가분의 관계에 있습니다. 치수 불일치나 표면 결함이 있는 케이블에 잘 설치된 종단 처리는 여전히 성능이 저하됩니다. 따라서 케이블 선택은 안정적인 액세서리 설치의 기초가 됩니다.

고전압 전송 애플리케이션의 경우, 66~500kV 정격 송전 시스템용 고전압 XLPE 전력 케이블 일관된 외부 형상과 표면 마감을 유지하도록 설계되었습니다. 이는 제어된 인터페이스 압력에 의존하는 사전 성형 및 GIS 종단의 전제 조건입니다. 배포 수준 프로젝트의 경우 6~35kV 정격의 중전압 XLPE 케이블 안정적인 장기 밀봉을 위해 열 수축 및 저온 수축 액세서리에 필요한 치수 안정성과 도체 구조를 제공합니다.

두 케이블 유형이 모두 적용되는 저전압 네트워크의 경우, 6~1kV 애플리케이션용 XLPE 및 PVC 절연 전원 케이블 실내 및 실외 종단 요구 사항에 모두 적합한 구성으로 제공됩니다.

전압 레벨에 관계없이, 케이블과 액세서리는 함께 지정되어야 합니다. - 절연 유형 호환성, 도체 단면적 범위 및 외경 허용 오차를 확인합니다. 액세서리 제조업체는 케이블 호환성 데이터를 게시합니다. 조달 전에 이 데이터를 확인하는 것은 현장에서 설치 불일치의 가장 일반적인 원인 중 하나를 제거하는 간단한 단계입니다.