지중케이블 고장점 측정

왜 배우는가: 지중케이블은 시설물 특성상 고장 발생 시 육안 점검이 어렵고 굴착 복구 비용과 정전 시간이 크다. 고장점을 빠르고 정확하게 찾는 방법을 알아야 복구 시간을 줄일 수 있다. 기출에서 2·3·4교시에 걸쳐 같은 주제가 반복 출제되었다.

출제 이력: 제134회 3교시 6번, 제116회 4교시 1번, 제103회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지중케이블 고장점 측정은 케이블 한쪽 끝에서 전기적 신호나 브리지 회로를 이용해 고장점까지의 거리를 구하고, 이를 바탕으로 굴착 위치를 정하는 기술이다.

• 고장점 측정: 고장 위치를 거리로 특정하는 작업
• 펄스 반사법(Pulse Reflection Method): 진행파가 고장점에서 반사되어 돌아오는 시간으로 거리를 구하는 방법
• 머레이 루프법(Murray Loop Method): 휘스톤 브리지 원리로 저항 비에서 거리를 구하는 방법
• 바를리 루프법(Varley Loop Method): 고저항 고장에 적합한 루프 시험법
• 정전용량법: 건전상과 고장상의 정전용량 차로 고장을 추정하는 방법
• 1선 지락·단락·단선: 고장 형태에 따라 측정법을 고른다
• TDR(시간영역 반사측정기): 펄스 반사법을 실현하는 계측기

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 케이블 한쪽 끝에서 신호를 보내 되돌아오는 신호를 보고 고장점까지 거리를 계산하는 것이다. 땅속 케이블은 눈으로 볼 수 없으므로 전기 신호로 위치를 찾는다.

정식으로는 고장 케이블의 전기적 특성 변화를 측정하여 고장점의 거리를 구하는 시험 기술이다. 크게 두 갈래가 있다. 하나는 신호를 보내 반사를 보는 펄스 반사법(Pulse Reflection Method) 계열이다. 다른 하나는 브리지 회로로 저항을 재는 루프법(Loop Test) 계열이다.

고장점 측정은 먼저 고장 종류를 판별하고 거리를 구하는 단계로 나뉜다. 일반적으로 고장점 개략 측정(pre-location)으로 대략의 거리를 구한 뒤, 정밀 측정(pinpointing)으로 지표면의 위치를 찾는다.

펄스 반사(Pulse Reflection) 는 케이블 시작단에서 주입한 펄스가 특성 임피던스가 달라지는 고장점에서 반사되어 돌아오는 원리다. 반사까지 걸린 시간에 전파속도를 곱해 거리를 구한다.

루프법(Loop Test) 은 케이블 저항이 길이에 비례하는 성질을 이용한다. 건전상과 고장상으로 브리지를 구성해 평형을 맞추면 저항비가 곧 길이비가 된다.

3. 등장 배경과 필요성

도심 지중배전선로는 1990년대 이후 확대되었고, 케이블 노화로 절연 열화와 고장이 늘었다. 열화가 진행되면 부분방전이 일어나고, 결국 절연 파괴 또는 단락·지락으로 진행한다. 사고가 나면 땅을 파서 찾는 방식은 비용과 시간이 많이 든다.

따라서 굴착 전에 고장점 거리를 먼저 추정해야 한다. 이 요구가 펄스 반사법, 루프법, 정전용량법 같은 측정 기술을 발전시켰다. 측정 결과는 굴착 범위를 줄이고 복구 시간을 단축하는 근거가 된다.