해저케이블

정의

해저케이블은 바다 밑에 깔아 섬과 육지, 섬과 섬을 전기적으로 잇는 전력케이블이다.

육상 케이블과 달리 물의 침투, 닻과 어업 활동에 의한 손상, 조류의 움직임을 견뎌야 한다.

그래서 절연층 바깥에 방수 구조와 기계적 보호 구조가 추가된다.

구성과 역할

가장 기본이 되는 구성은 도체에서 외장까지, 바깥으로 갈수록 보호 기능이 강해지는 순서다.

도체는 전류를 흘리고, 절연체는 도체와 대지 사이를 전기적으로 절연한다.

연피는 절연체 바깥을 감싸는 납 합금 층으로, 물이 절연체로 들어가는 것을 막는다.

외장 철선은 인장과 충격을 견디며, 방수층 바깥에서 케이블을 보호한다.

교류 케이블은 교번 자계로 외장 손실이 생기므로, 비자성 금속을 쓰기도 한다.

교류와 직류

교류 케이블과 직류 케이블은 전송 방식에서 가장 크게 다르다.

교류 케이블은 정전용량 때문에 충전전류가 흐른다. 그래서 긴 거리에서는 송전 효율이 떨어진다.

직류는 정상상태에서 충전전류가 없어 장거리 송전에 유리하다. 대신 변환소가 필요하다.

장거리 대용량은 직류, 단거리 도서 연계는 교류 통합 운영을 검토한다.

계산 예제

정전용량 0.4 μF/km, 길이 20 km, 60 Hz 조건으로 충전전류를 구해 본다. 값은 가상의 조건이다.

상전압은 22.9 kV를 √3으로 나눈 약 13.2 kV이다. 각주파수는 2πf로 약 377 rad/s이다.

총 정전용량은 8 × 10⁻⁶ F이다. 이 값에 각주파수와 상전압을 곱하면 충전전류가 나온다.

결과는 약 40 A이다. 이는 장거리 송전에서 무효전력 보상이 필요한 이유를 보여 준다.

헷갈리는 점

시험에서 자주 틀리는 부분은 세 가지다.

첫째, 해저케이블을 육상 케이블과 같은 구조로만 설명하는 실수다. 연피와 아머링을 빠뜨리면 안 된다.

둘째, 매설 깊이와 보호 방법을 혼동한다. 수심과 해저면 상태에 따라 매설이나 보호 구조물을 택한다.

셋째, 도서 지역 전력 공급의 경제성을 단순 비교하는 실수다. 도서별 최대 부하와 발전 연료비를 함께 본다.

구조의 역할, 매설과 보호의 구분, 도서별 부하 비교를 함께 쓰면 점수를 얻는다.

직접 풀어 보기

직접 풀어 보자. 교류 해저케이블의 아머링에 비자성 금속을 쓰는 이유를 고른다.

정리

정리하면 해저케이블은 도체, 절연체, 연피, 아머링, 외장 순서로 구성된다.

연피는 해수 침투를 막고, 아머링은 외력을 견디는 강선층이다.

앞 문제의 정답은 교류 자계로 인한 아머링 손실을 줄이기 위함이다.

해상풍력과 도서 전력 공급이 해저케이블 적용 확대의 원인이다.