XLPE 케이블의 일반적인 문제는 무엇입니까?

I. 피할 수 없는 솔직한 질문

해외 프로젝트에서 횡단 연결 된 폴리에틸렌(XLPE)중고압 전력 시스템에서 거의 표준 장비입니다. 그들의 우수한 다이 일렉트릭 특성, 높은 열 저항, 큰 전송 용량, 가벼운 무게,그리고 설치가 쉬워지면서 수십 년 동안 종이 단열 케이블을 대체할 수 있었습니다..

하지만, 그들은 이길 수 없는 존재가 아닙니다.

여러 국제 전력 회사들의 운영 통계에 따르면, 단열 손상은 XLPE 케이블 고장의 주요 원인이며, 전체 고장의 약 86.7%를 차지합니다.이 중, 부분 방출 노화, 전기 노화 및 물 나무로 인한 장애는 65.7%를 차지합니다. 열 노화 및 열 기계 변형으로 인한 장애는 10.5%를 차지합니다.그리고 기계적 손상과 전기 기계적 결합 노화로 인한 장애가 나머지 100.5%

즉, XLPE 케이블 이 문제 를 가지고 있다면, 이 문제 는 단열 고령화 와 관련 되어 있을 것 이다. 또한, 케이블 고장 은 보통 세 단계 로 발생 한다.제조 단계에서 남아있는 결함, 설치 및 설치 과정에서 발생하는 손상, 그리고 운영 중에 점차적으로 발전하는 노화.

아래에서, 우리는 명확성을 위해 이러한 가장 일반적인 문제를 분해합니다.

II. 나무 란 단열 장치 가 고장 가지기 전 에 경고 신호 이다

우선, 핵심 개념을 이해하는 것이 중요합니다. 나무를 심는 것입니다.

전력 케이블 공학에서 "트리링"은 완전한 붕괴 전에 고체 격리 매체 내에서 형성되는 현미경, 나무와 같은 균열과 배charge 채널을 의미합니다.나무가 자라는 것은 근본적으로 붕괴 전의 현상입니다.나무가 한 전극에서 다른 전극으로 자라면 단열이 깨지고 케이블이 고장납니다.

그 형성에 따라 나무는 세 가지 유형으로 분류됩니다.

전기 트리링: 단열 내부에 공기 틈, 불순물 또는 선도자 표면에 돌출 같은 작은 결함이있을 때그 위치의 전기장이 심각한 왜곡을 겪습니다.전기 나무는 빠르게 성장하고 형성되면 되돌리기 어렵고, 케이블의 남은 수명을 직접적으로 단축합니다..

변압 아래에서 전기 나무는 두 가지 전형적인 형태를 나타낼 수 있습니다. 하나는 나무 가지와 유사한 갈래 구조이고 다른 하나는 더 밀집하고 부시 같은 구조입니다. 전압이 높을수록부시 같은 나무가 형성되기 쉽다.

33kV XLPE 케이블의 단열 장애에 대한 연구는 전기 나무가 고전압 케이블의 조기 고장으로 이어지는 붕괴 전 현상임을 나타냈습니다.설계 수명을 크게 부정적으로 영향을 미치는웨이불 분포를 기반으로 한 다른 연구에서는 적용 된 전압이 높을수록 전기 나무의 전파 속도가 빨라지고 케이블 단열 수명이 짧다는 것을 발견했습니다.

물 나무: 물 나무 의 형성 에는 세 가지 조건 이 필요 합니다. 습기, 전기장, 그리고 용해 되는 불순물.

높은 전기장, 특정 습도 수준 (% 70 이상의 상대 습도) 과 소금이나 오염 물질의 존재의 결합 효과 아래, 매우 작은 밀도가 높은 네트워크,물로 가득 찬 공허한 공간과 채널은 XLPE 단열 내부에서 자란다이것은 물 나무입니다. 물 나무 자체는 배charge 채널이 아닙니다. 그러나 그들은 단열 재료의 부피 저항성을 크게 감소시켜,그리고 미세한 수준에서 기계적 손상을 유발합니다..

물나무 의 실제적 인 위험 은 그 들 의 "잠잠"에 있다. 그 들 은 보통 느리게 자라며 맨눈 으로 볼 수 도 없고 즉시 붕괴 를 일으키지 않는다. 하지만 시간이 지남에 따라,물나무는 점차적으로 전기나무로 변할 수 있습니다.물나무 부위에 충분한 수분과 불순물이 축적되면 전기장 왜곡이 심해집니다.결국 전기 나무의 빠른 성장을 유도하고 작동 중에 갑작스러운 단열 고장을 유발.

케이블 건조는 일시적으로 문제를 완화 할 수 있지만, 물 나무는 일반적으로 영구적이라고 간주되며 시간이 지남에 따라 악화 될 것입니다.

실제적인 한 사례에서, 하나의 물나무는 결국 전기 나무가 고장 났고, 그 결과 700미터의 케이블을 교체하는 데 직접적인 비용은 20만 달러가 넘었습니다.

전기 화학 나무
전기 화학 나무는 일반적으로 방열 재료의 불순물과 관련이 있습니다.비 유기 오염물 (금과 금속 입자 등) 이 단열 또는 반도체 층에 남아있을 때, 그들은 전기장의 영향으로 전기 화학적 분해에 시달리며 나무와 같은 구조를 형성합니다.약간의 수분과 함께, 지역적 분해를 가속화합니다.

현미경 분석 결과 반도체 층 안에는 15~150 마이크로미터 정도의 구멍이 발견되었습니다.이 빈 공간은 전기 화학 덩어리의 시작점과 상관관계를 가지고 있습니다., 그리고 NaCl 불순물이 그 주변에 존재했습니다.

III. 제조 도중 도입 된 초기 결함
제조 과정에서 처음 발생한 결함은 케이블의 고유 한 약점입니다.XLPE 단열 진압 및 교차 연결 과정에서 적절한 프로세스 제어가 단열 내부에서 몇 가지 전형적인 문제를 초래할 수 있습니다..

공백
빈 공간은 현미경 결함의 가장 일반적인 유형입니다. 그들은 일반적으로 유기 과산화 (메탄, 아세토페논 등) 의 분해 제품의 실패로 인해 발생합니다.횡단 연결 도중 완전히 탈출하기 위해이 거품의 크기는 일반적으로 15~150 미크로미터 정도입니다.

연구 결과, 구멍의 크기, 수, 면적 및 분포가 케이블의 전기 강도를 직접적으로 결정한다고 합니다.더 큰 공백은 AC 분해 강도를 더 크게 감소시킵니다.작동 전압 아래, 부분 배열은 빈 공간 내에서 발생하여 주변 단열 물질을 점차적으로 침식시킵니다.

불순물 (오염물질)

교차 결합 부산물이 철저히 제거되지 않거나 외부 불순물 (먼지 또는 금속 입자 등) 이 단열 재료에 섞여있는 경우이 불순물은 방열기에 "약점"이 될 것입니다.전기장의 영향으로, 전하가 불순물 주변에 축적되어 전기장의 농도를 유발하고,

선도자의 돌출 및 반도체 층의 불규칙성

케이블의 선도자 보호층에 불규칙성이나 튀어나온 부분이 있다면," 작동 전압 아래에서 매우 높은 지역 전기장 강도를 생성, 전기 나무의 출발점이 됩니다. 구형 공기 틈, 핀홀,그리고 케이블 단말기의 내부 반도체 계층의 불규칙성은 이러한 결함이 전기장 강도에 상당한 변화를 일으킬 것이라는 것을 보여줍니다예를 들어, 2mm의 공기의 틈은 전도기 근처에서 2.45×106 V/mm에 이르는 전기장 강도를 생성할 수 있습니다.

IV. 설치 및 설치 도중 발생하는 품질 문제

만약 제조 결함이 케이블의 "내재적 결함"이라면,설치 품질 문제는 "수득된 영양실조"이며 이러한 문제는 유지 관리 직원의 일상 업무에서 더 흔합니다.여러 국제 전력 네트워크 회사들의 운영 통계에 따르면 케이블 액세서리와 관절이 가장 빈번한 고장 원천입니다.

액세서리 고장: 2025년에 발표된 35kV XLPE 케이블 고장의 원인에 대한 포괄적인 분석 보고서에 따르면, 터미널 고장이 모든 고장 사고의 58%를 차지했습니다.주요 단열 고장 32%10%의 외부 요인입니다.

실제 전력망 사업자의 다른 사례에서는 24개의 변속소가 129개의 10kV 및 35kV XLPE 전력 케이블을 작동시켰습니다.운영 데이터 분석 결과 장애는 주로 전기 노화로 인한 것으로 나타났습니다., 열 노화 및 기계적 손상, 그 중 상당 부분이 액세서리의 설치 품질 (결합 및 끝) 과 직접 관련이있었습니다.

또 다른 통계 자료는 이러한 경향을 확인합니다. 6,214개의 케이블 결함을 (2010~2020) 다루는 조사 보고서에서케이블 단열 결함이 57%를 차지했습니다 (그 중 XLPE 케이블은 주로 물 나무에 의해 발생했습니다.), 케이블 관절 결함이 23%를 차지하고, 타인의 발굴 손상이 11%를 차지하고, 2차 변속소 결함이 9%를 차지했습니다.

부적절 한 결합 제조
케이블 조인트 제조 도중 부적절 한 작동은 오류에 크게 기여하는 요인입니다. 일반적인 문제 는: 반도체 층의 불규칙 한 절단,XLPE 단열 표면에 경사 또는 찢어짐, 잔류 외질의 불완전 제거, 단열 인터페이스 사이의 공기 간격 및 부적절한 전도기 크림.한 연구 는 단열 표면 에 작은 긁힘 이나 반도체 가 방출 된 잔류 가 또는 금속 먼지 가 단열 표면 에 지역적 전기 스트레스 농도 를 생성 할 수 있다는 것 을 나타냈다, 그래서 부분 방출을 유발합니다.

수분 침투
수분 침투는 또 다른 과소평가 된 위험입니다. 지하 환경에서, 케이블 껍질이 설치 중에 손상되거나 관절이 잘 밀폐되지 않으면,지하수들은 점차적으로 방열층으로 침투할 수 있습니다.일단 수분이 관절에 들어가면 전기장과 결합하여 전기 화학적 부식과 물 나무의 성장을 유발합니다.

연구 결과 XLPE 단열의 수분 함량은 0.1%에 도달하면 그 변압 손실 인수는 건조 상태의 3배 이상 증가합니다.에너지 낭비와 이상적인 온도 상승으로 이어집니다..

따라서 단열 성능 테스트는 케이블을 사용 시, 종단이나 중간 관절을 재구성한 후, 껍질 손상 및 물 침입이 의심되는 후에 수행되어야 합니다.구리 방패 저항과 전도기 저항의 비율을 측정하는 것은 결정적인 단계입니다.

양식 질
현장 설치 과정 또한 케이블 수명에 영향을 미칩니다. 케이블이 지정된 최소 구부리 반사 너머로 설치되면 단열에 불평등한 스트레스가 생성 될 수 있습니다.기계적 손상 및 전기 기계적 결합 노화로 이어지는, 단열 장애를 가속화합니다. 또한 사고가 발생할 경우 케이블 끝을 재구성 할 수 있도록 특정 케이블 길이를 예약해야합니다.

V. 운영 도중 발생하는 환경적 스트레스

열성 노화
정상 작동 중 XLPE 케이블의 전도기 작동 온도는 일반적으로 90 °C입니다.케이블이 과부하 상태에서 장기간 작동할 때, 또는 열 분산이 약한 환경 (밀집 된 유도 설비와 같이) 에서 단열 온도는 설계 값을 지속적으로 초과 할 수 있습니다.

열성 노화로 인해 방열 물질의 구조 변화가 발생하며, 분자 사슬의 깨짐, 자유 라디칼 형성, 분자 무게 감소, 폴리머 분해 등이 포함됩니다.신체적 성질의 돌이킬 수 없는 손상으로 이어집니다.공간 충전 축적은 열 노화가 단열 품질에 영향을 미치는 주요 메커니즘 중 하나입니다: 공간 충전 전기장 분포를 왜곡합니다.전기장 불일체성을 악화시키는, 따라서 케이블 단열 고령화를 가속화하고 더 일찍 고장을 유발합니다.

연구 결과, 습기성 노화 온도 160°C에서, 폴리머 단열의 공간 전하 분포는 화학 분해와 직접 관련이 있다는 것을 발견했습니다.,함축 레벨 밀도와 공간 전하 밀도 모두 크게 증가하여 방열 물질의 전하를 함축하는 능력이 향상되어 방열 성능이 더욱 악화됩니다.

습기 와 화학적 인 부식

앞서 언급 한 물 나무 에 더해, 수분 침투 는 또 다른 직접적 인 결과 를 초래 합니다. 구리 전도체 의 부식 입니다.

해안 산업 시설이나 습도가 높은 지역에서 작동하는 지하 케이블에서구리 전도기는 황산화와 관련된 진열으로 인해 흑색이 될 수 있거나 습기가 침투하여 녹색 산화층 (verdigris) 을 형성하기 위해 산화 될 수 있습니다..

다중 스트레스 를 동반 한 노화

실제 작동에서 XLPE 케이블의 노화는 종종 단일 요인이 아니라 열, 전력, 기계적 스트레스 및 습도의 복합적인 스트레스 효과에 의해 발생합니다.

반 결정성 폴리머로서, XLPE 케이블은 운용 중에 필연적으로 점진적 노화로 인해 노화됩니다. 이 노화는 열 주기를 포함하여 다양한 환경 스트레스의 합성 효과에서 비롯됩니다.수분 노출, 연속적 전기장, 기계적 부하. 시간이 지남에 따라 이러한 요인은 점차적으로 이전력 특성을 약화시켜 결국 격리 고장으로 이어집니다.

VI. XLPE 케이블의 상태를 감지하고 평가하는 방법
실제 운영 및 유지 보수에서 XLPE 케이블이 위에서 언급한 문제를 가지고 있는지 여부를 결정하는 데 도움이되는 여러 방법이 있습니다.

AC 저항 전압 테스트 및 부분 방출 탐지

매우 중요한 상기: XLPE 케이블은 DC 고전압을 사용하여 테스트해서는 안됩니다.

원인은 DC 저항 전압 테스트 중에 공간 전하가 케이블 단열에 존재하는 "나무"를 통해 단열층에 주입 될 수 있기 때문입니다.XLPE 단열 재료는 매우 높은 저항성을 가지고 있습니다., 방출 후 잔류 전하가 분산되는 것을 어렵게 만듭니다. 이 잔류 전하는 작동 중인 AC 전장 위에 겹치는 전기장을 생성합니다.케이블이 동전압 견딜 수 있는 테스트를 통과하고 작동에 들어간 후 고장 발생에 더 취약하게 만드는 것.

따라서 XLPE 전력 케이블의 경우 AC 저항 전압 테스트와 부분 방출 검출을 조합하여 평가하는 것이 좋습니다.

단열 저항 측정: 주요 케이블 단열의 단열 저항을 측정하는 것은 전체 단열 수분 흡수, 전체 악화,그리고 침투 결함그러나 직접 묻힌 케이블의 PVC 외부 껍질이 지하수 또는 외부 힘 손상으로 장기 침몰을 당하지만 완전히 고장 나지 않을 때 주의해야합니다.단열 저항의 감소만으로 외부 껍질이 손상되어 물에 침투했다는 것을 직접적으로 결정할 수 없습니다..

다이렉트릭 손실 측정: 앞서 언급했듯이 XLPE 단열 재료의 다이렉트릭 손실 인수는 수분 함량이 0.1%에 도달하면 크게 증가합니다.일정한 다이 일렉트릭 손실 측정은 단열의 수분 흡수 및 노화 상태를 모니터링하는 중요한 수단입니다..

VII. 해외 고객 들 이 이 문제 들 에 주의 를 기울여야 하는 이유

지금까지 우리는 XLPE 케이블이 실제 응용에서 직면 할 수있는 다양한 문제를 자세히 논의했습니다.

이러한 문제들을 이해한다는 것은 XLPE 케이블을 사용하는 것을 "두려워"하게 하려는 것이 아닙니다. 오히려 경험 많은 케이블 제조업체가 고객에게 제공해야 할 엔지니어링 지식입니다..진정한 전문성은 제품을 완벽하게 포장하는 것이 아니라 어떤 조건에서 제품이 실패할 것인지, 왜 실패할 것인지 알고 고객이 이러한 문제를 피하도록 돕는 것입니다.

해외 고객들은 XLPE 케이블을 구매할 때 "이 케이블이 결함이 있나요?"가 아니라 "특례에 따라 설치하고 사용한다면기대 수명은 얼마일까요?"수술 도중 어떤 비정상적인 신호 에 주의 를 기울여야 합니까?" 그리고 "예방적 검사 를 언제 해야 합니까?"

이 질문 들 에 대답 할 수 있는 공급자 는 장기적 신뢰 를 받을 만한 사람 이다.

VIII. 요약

XLPE 케이블에 대한 일반적인 문제는 여러 단계로 요약 될 수 있습니다.

가장 근본적인 문제는 나무들입니다. 전기 나무, 물 나무, 전기 화학 나무는 단열 붕괴를 앞둔 전 붕괴 신호입니다.그들은 미생물 수준에서 단열 재료의 무결성을 점차적으로 파괴합니다..

제조 단계에서 공기 틈, 불순물 및 반도체 층의 불규칙성과 같은 초기 결함은 케이블에 내재된 약점입니다.이러한 결함의 원인은 교차 연결 과정 또는 재료 청결에 대한 불충분한 통제로 이어질 수 있습니다..

설치 및 설치 단계에서 케이블 액세서리 및 관절은 결함이 가장 심한 지역입니다. 터미널 결함이 58%에 달하고 관절 결함이 23%를 차지합니다.부적절한 결합 제조, 수분 침투, 그리고 너무 작은 케이블 굽기 반지름은 일반적인 기여 요인입니다.

작동 단계에서 열 노화는 단열 고갈을 가속화시키고, 습기와 화학적 부식으로 인해 보호층과 전도기가 더 손상됩니다.여러 가지 스트레스의 누적 효과는 결국 파손으로 이어집니다..

그 전체 수명 동안, 단열 손상은 XLPE 케이블 실패의 주요 원인입니다. 모든 실패의 86.7%를 차지합니다.그리고 표면 경련은 XLPE 단열 재료의 주요 실패 방식입니다..

테스트의 측면에서, XLPE 케이블의 DC 저항 전압 테스트는 피해야 합니다. 대신, 부분 방출 테스트와 결합 된 AC 저항 전압 테스트는 더 신뢰할 수 있습니다.

현재 XLPE 케이블을 사용하고 있거나 구입할 예정이라면 세 가지 주요 측면에 집중하는 것이 좋습니다.배달 전 품질 검사 보고서 (특히 부분 방출 테스트 결과), 설치 과정에서 액세서리의 품질 (자격있는 건설 팀 선택),작동 중 상태를 모니터링하는 방법 (인프라레드 열영상 및 부분 방출 감지 등의 정기 검사).