지중케이블 고장점 측정법

왜 배우는가: 지중케이블은 관로 속에 매설되어 고장이 나도 육안으로 위치를 찾을 수 없다. 고장점을 정확히 찾아야 불필요한 굴착과 정전 시간을 줄일 수 있어 실무에서 중요하다. 측정 원리를 비교하는 문제로 시험에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제137회 4교시 1번, 제131회 3교시 3번, 제121회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지중케이블 고장점 측정법은 케이블의 저항·정전용량·반사파 등 전기적 특성을 이용하여 굴착 전에 고장점까지의 거리를 구하는 방법이다.

• 고장점 측정
• 머레이 루프법
• 정전용량법
• 펄스 레이더법
• 아크 반사법
• 디케이법
• 휘스톤 브리지
• 특성 임피던스

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 케이블 한쪽 끝에서 잰 값으로 고장 위치를 거꾸로 계산하는 방법이다. 케이블은 길이에 비례해 저항이 커지고, 정전용량은 길이에 비례한다. 고장이 나면 이 값이 정상 상태와 달라지므로 그 차이로 거리를 구한다.

정식 정의는 다음과 같다. 고장점 측정법은 고장 케이블의 전기적 물리량 변화를 측정하여 측정 단말에서 고장점까지의 거리를 구하는 시험 방법의 총칭이다. 측정 원리에 따라 브리지법, 반사법, 고전압 인가법으로 나눈다.

첫째 브리지법은 저항 비를 맞추는 방법이다. 대표적으로 휘스톤 브리지 원리를 쓰는 머레이 루프법(Murray loop)이 있다. 건전한 케이블과 고장 케이블을 연결해 평형 상태를 찾고, 저항 비로 거리를 계산한다. 이 방법은 측정 오차가 1% 이하로 정밀도가 높다고 알려져 있다.

둘째 반사법은 신호가 임피던스가 다른 지점에서 되돌아오는 현상을 쓴다. 펄스 레이더법과 아크 반사법이 여기에 속한다. 반사파가 돌아오는 시간이나 파형으로 거리를 구한다. 이때 특성 임피던스가 바뀌는 지점이 반사점이 된다.

셋째 고전압 인가법은 고장점에서 발생하는 방전 현상을 이용한다. 디케이법이 대표적이다. 고압을 가해 방전 파형의 감쇠나 발생 시점을 관찰하여 고장 위치를 추정한다.

측정 원리를 고르는 기준은 고장 형태다. 지락, 단락, 단선에 따라 쓸 수 있는 방법이 달라진다. 머레이 루프법은 1선 지락과 선간 단락에 쓰인다. 펄스 레이더법은 지락, 단락, 단선 모두에 적용된다. 정전용량법은 단선 사고와 고장상 판별에 쓰인다.

측정 전에는 고장이 예상되는 구간을 나눌 수 있는 지점을 정한다. 변전소나 중간 개폐기가 이런 지점이 된다. 그 다음 건전 케이블을 확보할 수 있는지 확인한다. 건전 케이블이 없으면 브리지 계열 측정은 할 수 없다.

3. 등장 배경과 필요성

지중케이블은 관로 속에 매설되어 고장이 나도 육안으로 확인할 수 없다. 고장 위치를 모르면 구간 전체를 굴착해야 하므로 시간과 비용이 크게 든다. 굴착 과정에서 인접 케이블이 손상될 위험도 있다. 따라서 굴착 전에 고장점을 좁히는 전기적 측정법이 필요하다.

도심 지중화가 늘면서 지중 배전망의 길이와 접속 개소가 많아졌다. 고장 한 번을 찾는 데 드는 시간이 길어지면 정전 범위가 커진다. 그래서 측정의 정확도와 신속성이 함께 요구된다.

지중케이블 고장의 주된 원인은 절연 열화다. 절연체 내부에 수트리 등이 진전하면 절연이 약해져 지락이나 단락으로 이어진다. 실제 고장 형태는 1선 지락이 대부분이다. 그래서 1선 지락에 적용할 수 있는 측정법의 활용도가 높다.

고장점 찾기는 오래된 과제다. 초기 해저 전신 케이블 시대에는 검류계를 써서 케이블 양단에서 측정하여 고장 위치를 수 마일 이내로 좁혔다. 머레이 루프와 바를리 루프가 그 대표적인 연결 방식이다. 이 방식이 오늘날 브리지법의 출발점이다.