고압 케이블 금속 피복 수리

I. 금속 피복의 기능 및 수리의 필요성

고압 케이블의 금속 피복은 절연층 바깥에 설치된 금속 차폐 구조로, 납 피복, 알루미늄 피복, 강철 와이어 아머 등 다양한 유형이 있습니다. 그 핵심 기능에는 기계적 보호(외부 충격 및 압축 저항), 전기화학적 부식 보호(습기와 토양 오염물질 격리), 전자기 차폐(환경에 대한 전자기 간섭 감소), 그리고 접지 경로 제공(고장 전류의 안전한 방전 확보)이 포함됩니다. 손상되면 금속 피복은 절연층의 습기 침투, 국소 전기장 왜곡, 심지어는 케이블 파손 및 단락과 같은 심각한 사고를 초래할 수 있습니다. 따라서 다양한 유형의 손상을 대상으로 정확한 수리는 케이블 시스템의 장기적인 안전 운행을 보장하는 데 필수적입니다.

II. 수리 전 고장 진단 및 평가

(A) 손상 유형 식별

• 기계적 손상: 설치 중 기계적 굴림이나 날카로운 물체에 의해 발생하는 주름, 균열, 또는 구멍이 특징이며, 장기적인 지반 침하로 인한 인장 파괴도 발생합니다.

• 전기화학적 부식: 토양 내 유랑 전류나 산성/알칼리 환경에서 발생하는 전기화학적 부식은 국소적인 부풀음, 녹, 구멍, 백색/녹색 부식 생성물(알루미늄 피복) 또는 검은 황화물(납 피복)로 나타납니다.

• 열 노화 손상: 장기간 과부하 운전으로 인해 피복 재료가 취성화되어 균열과 분리가 발생하며, 주로 접합부나 열 방출이 좋지 않은 부분에서 발견됩니다.

(B) 탐지 기술 적용

• 시각 검사: 내시경이나 적외선 열 영상기를 사용하여 피복 표면을 관찰하고, 눈에 띄는 손상 지점과 핫스팟을 식별합니다.

• 피복 내압 테스트: DC 내압(1분 동안 10kV)을 적용하여 피복 절연 상태를 테스트합니다. 누설 전류가 비정상적으로 증가(>10μA)하면 손상이 있음을 나타냅니다.

• 국부 방전 검출: 고주파 전류 센서(HFCT)를 사용하여 손상 지점에서 발생하는 국부 방전 신호를 캡처하며, 위치 정확도는 ±0.5m 이내입니다.

• 토양 부식성 평가: 케이블 설치 환경에서 토양 샘플을 수집하여 pH, 염화물 이온 농도, 유랑 전류 밀도를 테스트하여 수리 재료 선택의 기초를 제공합니다.

III. 수리 재료 및 도구 선택

(A) 핵심 수리 재료

• 금속 피복 교체 재료:

• 알루미늄 합금 압착 소켓: 알루미늄 피복 수리에 적합하며, 우수한 연성과 부식 저항성이 있습니다. 케이블 외경과 일치해야 하며 (공차 ≤ ±0.5mm).

• 납-주석 합금 테이프: 납 피복 수리에 사용되며, 낮은 융점(~183°C)으로 열 용접이 쉽습니다. GB/T 12706.2 순도 요구사항(납 함유량 ≥ 99.9%)을 충족합니다.

• 스테인레스 스틸 파형 튜브: 강철 아머 손상에 사용되며, 304 스테인레스 스틸로 제작되며, 벽 두께 ≥ 0.8mm, 충격과 토양 스트레스 저항성이 있습니다.

• 절연 및 밀봉 재료:

• 교차결합 폴리에틸렌(XLPE) 열수축 튜브: 120–140°C에서 수축하며, 수축비 ≥ 2:1, 절연 파괴 강도 ≥ 25kV/mm, 밀봉을 위해 핫멜트 접착제가 필요합니다.

• 실리콘 러버 냉수축 튜브: 탄성 회복에 의존하여 밀봉되며, 가열이 필요하지 않으며 좁은 공간에 적합합니다. Shore 경도 60 ± 5 Shore A, tanδ ≤ 0.003 (20°C, 50 Hz).

• 뷰티 러버 밀봉 테이프: 보조 밀봉층으로 사용되며, 인장 강도 ≥ 3MPa, 인장 시 단면률 ≥ 400%, 100°C × 168h 열 노화 후 성능 유지 ≥ 80%.

• 부식 보호 재료:

• 아연-알루미늄 합금 희생 양극: 고부식성 토양 환경에 적합하며, 양극 순도 ≥ 99.5%, 전류 밀도 ≥ 15mA/m², 설계 수명 ≥ 20년.

• 폴리비닐 클로라이드(PVC) 부식 저항 테이프: 두께 ≥ 0.4mm, 인장 강도 ≥ 18MPa, 환경 스트레스 균열 저항(ESCR) ≥ 1000시간.

(B) 전문 도구

• 준비 도구: 각도 그라인더(80그릿 알루미나 그라인딩 휠), 철근 브러시, 무수 에탄올 세정제, 스테인레스 스틸 스크레이퍼(부식 생성물 제거용).

• 성형 도구: 유압 압착 도구(압착 범위 60–200mm²), 열풍기(온도 범위 50–600°C), 납 밀봉 전용 토치(불꽃 온도 ≤ 300°C).

• 테스트 도구: 메가옴미터(2500V, 범위 0–10000MΩ), 더블암 브리지(접촉 저항 측정, 정확도 ±0.1μΩ), 초음파 두께 게이지(해상도 0.01mm).

IV. 손상 유형별 상세 수리 절차

(A) 기계적 손상 수리 (알루미늄 피복 예)

• 손상 영역 준비

• 각도 그라인더를 사용하여 손상된 피복을 축 방향으로 절단합니다. 절단 길이는 손상 직경의 5배(최소 ≥ 100mm)이며, 깨끗한 절연 쉴드를 노출시킵니다.

• 스테인레스 스틸 스크레이퍼를 사용하여 피복 가장자리의 모서리를 제거하고, 금속 광택이 나도록 갈아줍니다. 에탄올로 기름을 제거하고 15분 이상 건조시킵니다.

• 금속 피복 복원

• 케이블 외경보다 1mm 큰 내경의 알루미늄 합금 압착 소켓을 선택하고, 내벽을 일정하게 도전성 그리스(니켈 기반 필러, 부피 저항 ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm)로 코팅합니다.

• 소켓을 손상된 영역 위에 미끄러뜨린 후, 중심에서 끝까지 Staggered Crimping 방법으로 압착합니다. 압착 후, 육각형 반대쪽 편차 ≤ ±0.1mm, 접촉 저항 ≤ 20μΩ.

• 밀봉 및 부식 방지 처리

• 뷰티 러버 밀봉 테이프로 50% 겹침으로 감싸서 ≥ 3mm 두께의 밀봉층을 형성하고, 양쪽 끝에서 ≥ 50mm 이상 손상되지 않은 피복을 넘어서 감깁니다.

• 열수축 튜브를 설치하고, 중심에서 끝으로(120°C → 140°C) 서서히 가열하여 거품을 방지합니다. 냉각 후, 균일한 수축(수축 후 벽 두께 ≥ 2mm)을 확인합니다.

• PVC 부식 저항 테이프를 외부에 반겹침 나선형으로 감싸고, 스테인레스 스틸 스트랩(토크 15–20N·m)으로 양끝을 고정합니다.

(B) 전기화학적 부식 수리 (강철 아머 + 납 피복 복합 피복)

• 부식 생성물 제거

• 사포 블라스팅(쿼츠 모래 80–120 mesh, 압력 0.4–0.6 MPa)을 사용하여 강철 아머의 녹을 제거하여 회백색 금속 기반을 노출시키며, 표면 거칠기는 Sa2.5 등급입니다.

• 납 평면을 사용하여 납 피복 부식 영역을 다듬어 ≥ 1:5의 경사를 형성하여 스트레스 집중을 방지합니다.

• 희생 양극 보호

• 수리 구간 양쪽에 2개의 아연-알루미늄 합금 양극(100mm × 50mm × 10mm)을 대칭적으로 설치하고, 구동면 ≥ 16mm²의 구리 브레이드를 통해 강철 아머에 연결하고 용접합니다(접합 길이 ≥ 30mm, 용접 전류 120–150A).

• 양극과 케이블 피복 사이의 간격을 석유 젤리로 채우고, 외부를 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 하우징으로 포장하여 완전한 토양 접촉을 보장합니다.

• 이중 밀봉 구조

• 내부층: 냉수축 실리콘 러버 튜브, 내벽에 반도전성 수분 차단 젤(부피 저항 10–100 Ω·cm)을 코팅합니다. 회복 후 24시간 동안 실온에서 경화시킵니다.

• 외부층: 에폭시 수지(E-51형, 경화제 T-31, 비율 100:25)를 부어 0.2 MPa 압력으로 밀봉하고, 25°C에서 48시간 이상 경화시킵니다. 경화 후 Shore 경도 ≥ 85 Shore D.

(C) 열 노화 균열 수리 (XLPE 절연 케이블)

• 균열 영역 강화

• 균열 방향으로 V자 홈을 파고(깊이 피복 두께의 1/3, 각 60°), 열저항 실리콘 러버(온도 등급 ≥ 180°C, 찢어짐 강도 ≥ 15kN/m)로 채우고, 스크레이퍼로 평평하게 하고, 실온에서 2시간 동안 경화시킵니다.

• 유리 섬유 천(두께 0.2mm, 16×16 스레드/cm)을 감고, 에폭시 수지(고체 함량 ≥ 70%)로 잠식하여 강화층을 형성합니다. 경화 후 인장 강도 ≥ 200MPa.

• 열 방출 최적화

• 수리 구간 외부에 알루미늄 히트 싱크(두께 1.5mm, 핀 간격 5mm)를 설치하고, 열 전도성 그리스(열 전도율 ≥ 1.5 W/(m·K))를 사용하여 피복에 접착하여 국소 온도 상승(≤ 5°C)을 줄입니다.

• 적외선 열 영상기를 사용하여 작동 온도를 모니터링하고, 손상되지 않은 구간과의 온도 차가 ≤ 2°C임을 확인합니다.

V. 품질 관리 및 수용 기준

(A) 주요 매개변수 테스트

• 전기 성능: 피복 절연 저항 ≥ 1000MΩ (2500V 메가옴미터), 국부 방전 ≤ 5pC (1.73U₀ 전압에서).

• 기계 성능: 수리 구간의 충격 저항 ≥ 10J (−30°C에서), 구부림 반경 ≥ 케이블 외경의 20배(명백한 변형 없음).

• 밀봉 성능: 침수 테스트(실온, 24시간) 후, 피복 누설 전류 변화율 ≤ 10%, 거품이나 물 침입 없음.

(B) 장기 신뢰성 검증

• 가속화 노화 테스트: 수리 샘플을 열 노화 챔버(135°C × 1000시간)에 넣고, 제거 후 절연 저항 유지율 ≥ 80%, 인장 강도 저하 ≤ 20%.

• 토양 매설 테스트: 실제 매설 환경을 시뮬레이션하여 1m 깊이에 1년 동안 매설하고, 부식 통과 또는 밀봉 실패가 없는지 확인합니다.

VI. 안전 작업 규정

• 전원 차단 작업 요구사항: 수리 전 "전원 차단 - 전압 테스트 - 접지 선 설치" 절차를 따릅니다. 케이블 종단부에 "닫지 마세요" 경고 표시를 걸고, 작업 반경 내에 안전 장벽(거리 ≥ 8m)을 설치합니다.

• 열 작업 관리: 토치나 용접을 사용할 때, 건조 분말 소화기(ABC형, 용량 ≥ 4kg)를 장착하고, 3m 내의 가연성 물질을 제거하며, 전담 감독자를 배치합니다.

• 개인 보호 장비(PPE): 절연 장갑(35kV 등급), 고글, 불연성 작업복을 착용합니다. 고도 작업(≥ 2m) 시, 정적 부하 테스트 힘 2205N, 3분 동안 파손 없이 유지되는 안전 하네스를 사용합니다.