케이블 수트리

왜 배우는가: 수트리는 XLPE 케이블 열화의 대표 원인이다. 지중 케이블의 사고 원인 분석과 진단·예방 대책에서 반복해서 다뤄진다. 원리인 수분과 전계의 작용, 발생 부위별 분류를 이해해야 답안을 정확히 쓸 수 있다.

출제 이력: 제123회 1교시 5번, 제122회 4교시 4번, 제112회 3교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

수트리(Water Tree)는 절연체 내부에 수분이 들어가고 국부적으로 전계가 집중되는 곳에서 나무 모양으로 자라는 절연 열화 현상이다.

핵심 키워드

• 수트리: 수분과 전계가 함께 작용할 때 생기는 트리 모양의 열화.
• 수분 침투: 단말처리 불량이나 케이블 외피를 통한 수분 유입.
• 전계 집중: 공극이나 돌기 주변에 전계가 모이는 현상.
• 벤티드 트리: 반도전층을 기점으로 생기는 수트리.
• 보우타이 트리: 절연물 내 이물질이나 공극을 기점으로 생기는 수트리.
• 전기트리: 수트리가 진전해 절연파괴에 이르는 단계의 트리.
• XLPE 절연체: 폴리에틸렌을 가교해 열경화성을 준 절연재.

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 물이 스며든 절연체 속에 나뭇가지 모양의 가는 균열이 자라는 현상이다. 균열은 처음에는 눈에 보이지 않지만, 시간이 지나면서 절연 성능을 떨어뜨린다.

정식으로 정의하면 수트리(Water Tree)는 수분과 전계가 동시에 작용하는 조건에서 XLPE 등 고분자 절연체 내부에 생겨 나무 모양으로 진전하는 열화다. 수트리는 전기트리와 달리 물이 있어야 발생하며, 전기트리보다 낮은 전계에서도 발생한다는 점이 특징이다.

수분의 역할이 핵심이다. 수분은 국부적으로 전계가 높은 곳으로 모이고, 그 자리에서 열화 경로가 가지처럼 뻗어 나간다. 수분이 건조되어 없어지면 수트리는 사라지고, 수분이 다시 들어오면 재발생한다. 따라서 수분 침투 경로를 차단하는 것이 근본 대책이 된다.

수트리는 발생 부위에 따라 나눈다. 벤티드 트리(Vented Tree)는 반도전층을 기점으로 생기며, 안쪽과 바깥쪽 반도전층에서 각각 나타난다. 보우타이 트리(Bow-tie Tree)는 절연체 내부의 이물질이나 공극(Void)을 기점으로 생기며, 나비넥타이처럼 양쪽 전극 방향으로 대칭 성장한다. 두 형태 모두 물과 전계가 있어야 자란다.

수트리는 그 자체로 절연파괴를 일으키기보다 전기트리를 유도하는 전 단계 열화로 이해하면 된다. 수트리 끝에서 부분방전이 일어나면 탄화 채널이 생기고, 이것이 전기트리로 발전한다. 전기트리가 뻗어 나가면 절연파괴가 급속히 진행된다. 따라서 수트리는 조기에 발견해야 하는 열화다.

3. 등장 배경과 필요성

절연재는 종이, 광유, 천연고무 같은 천연재에서 합성폴리머로 옮겨 왔다. 열가소성인 폴리에틸렌(PE)은 전기적 특성이 우수하지만, 허용운전온도가 70℃로 제한된다. PE를 가교하면 열경화성 XLPE가 되어 허용운전온도가 높아진다.