사례 연구: 380V 케이블의 케이블 고장 지점 탐지

사례 연구: 케이블 결함 위치 380V 케이블에서

ⅰ. 사전 테스트 준비

II. 테스트 과정

단계 1: 고장 특성 확인

500V 메가옴미터를 사용하여 케이블의 3상 절연을 측정하였다. 대지 간 절연 저항 측정 결과: A상은 50Ω, B상은 무한대, C상은 무한대로 측정되었다. 이는 A상에 저저항 접지 고장이 있음을 나타낸다. 멀티미터 부저 모드에서 A상은 도통이 확인되었다.

단계 2: 고장 지점 예비 위치 측정

1. 배전실 측에서 고장 탐지 차량의 저압 펄스 모드를 사용하여 B상과 C상 간 케이블을 측정하여 총 길이가 107미터임을 확인하였다. 아래 그림과 같다.

2. 분배실 측 케이블 아머가 접지되지 않았기 때문에 고장상과 아머 간에 진행파법을 사용할 수 없었다. 고장상 대지(대지 간) 측정에서도 유효한 파형이 측정되지 않았다. 따라서 브리지 방법을 사용하여 케이블 고장 거리를 직접 측정하였다. 서로 다른 전류 설정값을 적용한 결과, 브리지 방법으로 근단 측에서 측정한 고장 거리는 6미터 또는 7미터로 나타났다. 측정 단자를 변경한 후에는 고장 거리가 101미터로 측정되었다. 양단에서 측정한 고장 거리의 합은 케이블 전체 길이와 일치한다. 아래 그림과 같다.

단계 3: 케이블 위치 탐지기로 경로 탐색 경로는 이미 알려져 있으며, 경로도는 아래 그림 4에 나타나 있다.

단계 4: 정확한 고장 위치 확인

1. 브리지 방법으로 측정한 고장 지점이 시험 단자에서 7미터 떨어진 위치에 있었기 때문에 근단 고장으로 판단되었습니다. 전압 인가로 인한 장비 소음 간섭을 방지하기 위해 차량을 단자 분배함으로 이동시켜 가압 및 고장 위치를 확인하였습니다.

2. 단자 분배함에서 고객은 케이블 아머를 부분적으로 벗겨내고 아머를 접지하였습니다. 고장상과 접지 사이에 5kV 펄스 방전을 인가하였으며, 근단 케이블 트렌치에서 방전음이 들리고 불꽃이 보였습니다. 아래의 그림 5를 참조하십시오. 고전압 펄스를 차단한 후 케이블을 들어 올렸지만 명확한 손상은 관찰되지 않았습니다. 아머에서의 방전이 의심되었으며, 케이블을 현가시킨 상태에서 다시 해당 위치에 가압을 인가했으나 방전은 관찰되지 않았습니다.

3. 결함 상의 압력을 계속 가하여 지점을 확인합니다. 근거리 케이블 트렌치의 결함 지점에서 방전음은 들리지 않습니다. 케이블은 배전실 출구 캐비닛에서 내려와 케이블 트렌치를 따라 배전실 벽면까지 이어진 후, 배전실 외부로 직매설됩니다. 이 케이블 구간의 길이는 약 6~7미터입니다. 벽 외부의 직매설 위치에 있는 결함 지점에서도 방전음은 들리지 않으며, 약간의 아머 방전음만 발생합니다.

4. 결함 지점을 계속 찾아가던 중, 시험 단자에서 약 75미터 떨어진 지점에서 방전음이 나며 지면 진동이 동반되는 것을 확인하였다. 이 위치는 이전 수리 흔적이 있었으며, 문의한 결과 이전에 수도관이 매설된 적이 있는 것으로 나타났다. 이 위치는 브리지에서 측정한 거리와 상당히 차이가 났다. 결함상인 코어가 아머에 확실히 연결된 이후, 임펄스 방전으로부터 발생한 대부분의 에너지 와이어 코어를 통해 아머로 전달되면서 손상된 외피에서 대지로 방전되었을 것으로 추정되었다. 실제 결함 지점은 여전히 약 6~7미터 더 가까운 것으로 판단되었다.

5. 종단부 근처에서 방전음이 들리지 않았기 때문에 우리는 HC-10 외피 고장 지점 탐지 시스템의 계단 전압 방법을 사용하여 고장 위치를 확인하기로 하였습니다. 배전실 벽 외부에서 측정된 신호는 먼 쪽 끝을 향하고 있었으며 약 4mV 였습니다. 이는 75미터 지점까지 이어졌으며, 이때 뚜렷한 방전음이 감지되었고 신호 값은 약 30mV 였습니다. (해당 지점은 콘크리트 포장이 있어 케이블과 평행한 틈 사이에서만 측정이 가능했습니다.) 이 이후로 신호 방향이 바뀌어 측정된 손상 지점이 여전히 해당 위치에 있음을 나타내었습니다. 신호 변화는 아래 그림에 나와 있습니다. 그러나 이 결과는 브리지 테스트를 통해 얻은 결과와 일치하지 않았으며, 측정된 계단 전압 신호 값은 상대적으로 낮았습니다. 우리는 고점이 외부적으로 손상되지 않아 외피의 손상 지점에서 신호 누설이 발생했기 때문에 고장 지점이 아닌 곳에서 신호가 측정된 것으로 추정하였습니다.

6.이 시점에서 케이블에 문제가 발생했습니다. 브리지에서 측정한 거리가 방전음과 계단 전압 측정을 통해 확인한 손상 지점의 위치와 일치하지 않았습니다. 케이블은 배전실 벽을 빠져나온 후 약 2~3m 구간의 흙길에 얕게 매설되어 있었으나, 방전음은 보다 깊은 위치의 경화된 시멘트 포장 도로 표면에서 들렸습니다. 따라서 우선 흙길부터 굴착하기로 계획했습니다. 굴착 후 케이블 외부 표면에는 손상이나 이상 징후가 관찰되지 않았습니다. 이에 고장상이 케이블 아머와 단락된 상태일 것으로 의심했습니다. 그래서 약 8~9m 지점에서 케이블 아머를 절단했습니다. 이후 멀티미터를 사용하여 고장상과 아머 간의 통도 테스트를 아래 그림과 같이 수행했습니다. 테스트 결과, 고장상 케이블 코어는 아머의 양쪽 끝과 전도성이 있는 것으로 나타났으며, 테스트 단자 측에는 거의 0Ω의 저항이, 반대쪽 끝에는 약 29Ω의 저항이 측정되었습니다. 재가압 결과 케이블에서 방전 현상은 발생하지 않았으며, 근거리 아머의 방전음도 사라졌습니다.

7.이 시점에서 케이블에 다중 접지 결함이 있을 것으로 최초 판단되어 브리지 테스트 결과가 정확하지 않을 수 있었습니다. 약 75미터 지점에서 들리는 방전음은 그 결함 지점 중 하나였습니다. 전압이 끝단에 가해졌기 때문에 끝단에 가까운 첫 번째 결함 지점에서 우선적으로 방전이 발생했고, 인근 끝단에서 아머를 분리한 이후에는 아머 방전음이 사라졌습니다. 따라서 75미터 지점의 결함을 우선적으로 굴착하여 수리한 후 테스트를 진행하였습니다. 굴착 후 케이블에 명백한 손상 지점이 존재함을 확인할 수 있었으며, 이는 아래 그림과 같습니다.

8.첫 번째 결함 지점을 굴착한 후 고객이 이전에 발견한 결함 지점까지 포함하면, 107미터 길이의 케이블 내에 이미 두 개의 결함 지점이 존재하게 되었습니다. 해당 케이블은 1년 미만 전에 설치된 것이었기 때문에 추가 조사를 진행하지 않고 곧바로 케이블 교체를 계획하였습니다.

III. 테스트 S 요약

01 저압 케이블은 다중 접지 결함에 취약하여 브리지 테스트 결과에 크게 영향을 미칠 수 있습니다. 이 경우, 진행파법 또는 계단전압법을 사용하여 상호 검증할 수 있습니다.

02 저압 케이블의 결함 위치 탐지에 진행파법을 사용할 때는 도체를 접지하여 테스트하지 마십시오. 이는 접지로부터의 진행파 신호 전달이 원활하지 않아 파형이 감지되지 않을 수 있기 때문입니다.

03 직매설된 경화 포장에서 계단전압법을 이용한 결함 위치 탐지 시, 포장의 특수한 특성으로 인해 케이블에 평행한 포장 균열을 테스트할 수 있습니다. 최종적으로 케이블 설치 위치를 기준으로 결함 위치를 확인할 수 있습니다. 경화 포장의 경우 균열에 강철 쇄를 삽입하여 결함 위치를 찾아낼 수도 있습니다.

04 저항이 낮은 비접촉 결함은 일반적으로 방전 소음이 적거나 거의 발생하지 않습니다. 그러나 이번 사례에서 사용된 케이블 고장 탐지 장비는 내부 커패시터가 더 크고 방전 에너지가 기존 고전압 발생 장치보다 훨씬 크기 때문에 뚜렷한 방전 소음이 발생합니다.

IV. 고장 원인 분석

발굴된 고장 지점은 주변에 벌레가 물어뜯은 흔적이 있는 작은 원형 구멍이었습니다. 케이블 절연층이 곤충이나 개미에 의해 손상되고 관통되었을 가능성이 있었습니다.

V. 운용 및 유지보수 권고사항

1. 직매설 케이블의 정기 점검을 통해 잠재적인 안전 위험을 조기에 발견하고 이를 신속히 조치해야 합니다. 점검 항목에는 케이블 외관, 절연 성능, 커넥터 상태가 포함되어야 합니다.

2. 직매설 케이블을 설치할 때는 토양 부식, 곤충 및 설치해충의 손상, 지하수 유입, 기계적 손상 등을 방지하기 위한 예방 조치를 취해야 합니다.