지중케이블 냉각방식

정의

지중케이블 냉각방식은 케이블에서 생긴 열을 빼내 도체 온도를 허용 범위로 유지하는 방법이다.

전류가 흐르면 줄열과 유전손실열이 생기는데, 땅속은 열이 잘 빠져나가지 않는다.

열이 빠지지 못하면 절연층이 열화되어 수명이 짧아진다. 그래서 냉각방식을 설계 단계에서 정해 둔다.

열이 흐르는 경로

케이블에 전류가 흐르면 도체에서 줄열이, 함께 유전손실열도 생긴다.

이 열은 절연층과 토양 같은 주변 매질을 거쳐 밖으로 빠져나간다.

열이 잘 빠지지 않으면 도체 온도가 올라가 허용전류가 크게 떨어진다.

허용전류 식

허용전류는 도체 온도가 최고허용온도를 넘지 않는 최대 전류이며, 식으로 나타내면 다음과 같다.

Δθ는 도체 최고허용온도와 주위 온도의 차이고, T는 도체에서 주위 매질까지의 총 열저항이다.

T가 작아지면 허용전류가 커진다. 냉각방식은 바로 이 T를 낮추는 수단이다.

냉각방식의 종류

냉각방식은 열을 빼앗는 매질과 방법에 따라 나뉜다. 방식별 열 제거 매체를 보자.

자연냉각은 토양으로 열을 방산시키고, 강제통풍은 송풍기로 공기를 보내 열을 뺀다.

수냉식과 유냉식은 물 또는 절연유를 순환시켜 케이블 표면의 열을 직접 흡수한다.

수냉식과 유냉식은 냉각 효과가 가장 크다. 대신 펌프와 냉각기 관리가 추가로 필요하다.

보정 계수 계산

예를 들어 기준 조건에서 허용전류가 400 A인 케이블이 있다고 하자. 가상의 예다.

토양 열저항률이 기준보다 높아 보정계수가 0.9이면 허용전류는 360 A가 된다.

강제냉각으로 보정계수를 1.15로 얻으면 허용전류는 460 A로 늘어난다.

허용전류는 I = k·I₀로 구한다. 이 차이가 냉각방식 선정의 근거가 된다.

헷갈리는 점

시험에서 자주 틀리는 세 가지다. 먼저 토양 열저항을 빠뜨리는 실수다.

다회선이면 군 배열의 상호 열 간섭으로 허용전류가 줄어드는 점을 써야 한다.

냉각설비가 고장나면 예비 펌프, 비상 전원, 온도 감시 대응을 빠뜨리지 않는다.

정리

앞서 낸 문제의 정답은 감소다. 토양 열저항이 크면 열이 빠지지 않아 허용전류가 줄어든다.

냉각방식은 허용전류를 제한하는 열저항 경로를 찾아 그 경로를 줄이는 것이다.

방식의 종류와 적용 조건, 보정 계수를 함께 기억한다.