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지중송전케이블의 실계통 포설 환경을 고려한 모니터링 시스템 활용 및 데이터 분석

김성원*, 김용락*, 윤종건**, 강원탁*, 이제형*

한국전력공사 중부건설단*, 한국전력공사 송변전건설처**

Application & Data Analysis of Monitoring System Considering

Actual System Installation Environment of Underground Transmission Cable

Seong-Weon Kim, Yong-Rak Kim, Jong-Keon Yoon, Won-Tag Kang, Je-Hyeong Lee

KEPCO

Abstract - Direct buried cables are difficult for monitoring. KEPCO starts to adopt the optical fiber composite cable for temperature monitoring because temperature of cable is deeply related to cable operation safety. DTS(Distributed Temperature Sensor) system is installed and connected to the optical fiber of the cable as a monitoring system. In this paper, the first experience of KEPCO for direct buried optical fiber composite cable will be introduced, and characteristic of temperature profile depending on installation environment will be analyzed.

1. 서 론

최근 가공송 선 건설에 한 민원 환경 요인 등에 의해 지 송선을 신설하거나 기존 가공송 선을 지 송 선으로 체하는 사례가

증가하고 있다. 그러나, 지 송 선을 건설하기 해서는 가공송 선 비 7∼14배 많은 비용이 소요되므로 지 송 선의 신설 체는 여러 장 과 더불어 비용이라는 단 을 내포하고 있다. 한국 력공사는 공사비 감을 통한 지 송 선 건설 용의 확 를 해 지 송 선의 기술 공법 개발 등에 많은 노력을 기울이고 있으며, 특히 복합 이블, 장조장 포설공법, 조립식 속함, 운 시스템 등 새로운 기술과 공법을 개발하고 실계통에 도입하여 지 송 선의 용을 확 하고 있다. 새로운 기술 공법 지 송 선의 직 매설공법은 비약 으로 공사비를 감할 수 있는 장 을 갖으나, 도심지내의 도로구간에 용하기에는 운 상의 문제 이 있고, 이블에 한 상시 이상 상태를 모니터링하기에는 어려운 부분이 있어 스 치야드 구내 일부 단조장 구간 등에 해서만 한정 으로 용하 다. 그러나, 최근 개발한 복합 이블에 장조장포설공법을 용하고, 감시 시스템으로서 DTS(Distributed Temperature Sensor)를 도입함으로써 지 송 시스템 운 의 신뢰성을 제고할 수 있을 뿐만 아니라 비용 감이라는 기존의 한계도 극복할 수 있다.[1] 본 논문에서는 복합 이블을 용한 직 매설식 지 송 선에 한 DTS의 용방법과 포설환경에 따른 데이터의 분석을 통하여 향후에 용되어지는 직 매설식 지 송 선로에 한 신뢰성을 제고하고자 한다.

2. 본 론

2.1 광복합케이블 및 DTS 구성

<그림 1> 광복합케이블 및 DTS 구성

직 매설식 지 송 선로에 최 로 용된 이블은 복합 이블로 <그림 1>에 나타낸 바와 같이 일반 XLPE 이블과 거의 유사하나 외부반도 층과 알루미늄 시스 사이에 4코어의 유니트를 설치하여 DTS의 온도측정용 이블로 사용할 수 있게 하 다. DTS는 복합 이블내에 기 설치된 이블을 활용하여 실시간으로 지 송 선로의 온도를 측정하고, 이블의 정상 운용 상태 이상 상태를 진단할 수 있도록 구성하 다. 4코어의 유니트 한 개의 유니트가 DTS에 연결되며 나머지 유니트는 여분 확보용으로 설치하 으므로 기사용 인

유니트가 물리 으로 손상되어도 다른 유니트로 체하여 지속 인 모니터링이 가능하도록 구성하 다.

2.2 실계통 적용 DTS

직 매설식 지 송 선의 체 장은 약 2.4[㎞]이고, 변 소를 심으로 양쪽 이블헤드까지 복합 이블을 직매방식으로 설치하 으며, DTS는 변 소에 설치하여 운 하고 있다. <그림 2>에 나타난 바와 같이 변 소를 기 으로 왼쪽의 #1,2 T/L은 약 1.4[㎞]를 직매식으로 용하 으며, 그 일부구간은 로, 력구 등 각기 다른 방식의 포설환경을 가지고 있다. 변 소의 오른쪽으로 구성된 선로는 약 1.0[㎞]이고 교차로 등 일부구간은 로로 구성되었으며, 인출 력구는 왼쪽으로 구성된 선로와 동일한 인출 력구를 활용하고 있다. 용된 DTS의 유니트 연결은 변 소에서 시작하여 #1 T/L의 A상으로 연결되어 B상으로 거쳐 돌아오고, 변 소에서 #1 T/L C상으로 연결되어 #2 T/L A상으로 돌아오는 형태의 Double-Ended 방식으로 구성하 다. 한 정상상태 이상상태 모니터링의 결과 데이터는 운 부서에서 원격으로 확인이 가능하도록 통신설비를 구축하 다.

<그림 2> 실계통 적용 DTS 구성도 2.3 DTS 적용

2.3.1 DTS 초기화면 구성도.

<그림 3> DTS구성 초기화면

2010년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2010. 7. 14 - 16

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<그림 5> C/H#1∼봉동S/S 구간 포설환경

<그림 4> C/H#1∼봉동S/S 구간 포설환경

<표 1> 봉동S/S~C/H#1 구간 포설환경

구분 입상부 로 직매 로 직매 J/B#1 직매 로 직매 J/B#2 직매 로 직매 로 력구

C/H1∼동

40 60 195 33 180 13 116 22 298 13 37 34 69 269 70

<표 2> 봉동S/S~C/H#1 구간 포설환경

구분 력구 로 직매 로 직매 로 직매 J/B#3 직매 로 직매 로 직매 로 직매 로 입상부

동∼

C/H170 48 173 7 89 49 61 13 43 4 34 5 105 5 203 53 45

<그림 3>은 모니터링 시스템의 기화면이며, C/H#1∼ 동S/S는 2개의 속지 이 있고, 동S/S∼C/H#2 1개의 속지 이 있다. 각 구간별 포설형태는 <그림 4,5>에 나타내었으며, 각 포설 구간별 길이는 <표 1,2>와 같다. 직 매설식 지 송 선에서는 교차로, 타 지하매설물 황 등에 따른 포설 환경을 각기 다르게 용하고 있다. 특히 교차로 등 차량통행이 계속 발생하는 곳에서는 장기간 굴착이 곤란하여 일부구간에 로식을 용하 다.

2.4 구간별 온도 DATA

2.4.1 C/H#1~봉동S/S 구간 : ‘10.4.12과 ‘10.5.18 DATA <그림 6>과 <그림 7>은 각기 다른 날짜에 측정된 동일한 구간의 DTS 측정 데이터이다. 그림에 나타난 바와 같이 동일 구간에 한 측정온도는 거의 비슷한 분포의 온도곡선을 나타내고 있으며, 두 그림의

<그림 6> '10.04.12 C/H#1~봉동S/S DTS DATA

<그림 7> '10.05.18 C/H#1~봉동S/S DTS DATA

온도차는 각기 측정할 당시의 부하 류의 크기 주변온도분포에 따라 다르게 나타나는 것으로 추정된다. 특히 C/H 입상부의 온도차는 당시의 온도 상황과 우천(‘10.05.18 측정당시 비) 등에 따른 온도차로 외기에 노출된 이블의 온도차를 정확히 표 해 주고 있다. 한 1100m 구간부터 나타나는 온도의 상승은 약 300m 길이의 로구간에 의한 것으로 보인다. 한 체 인 온도 로 일의 변화는 포설된 이블 주변 토양의 온도 차이와 기의 온도에 의한 것이다.

2.4.2 봉동S/S~C/H#2 구간 :‘10.4.12과 ‘10.5.18 DATA

<그림 8> '10.04.12 봉동S/S~C/H#2 DTS DATA

<그림 9> '10.05.18 봉동S/S~C/H#2 DTS DATA

<그림 8>과 <그림 9>는 동S/S∼C/H#2 구간의 온도데이터를 나타내며, 각각의 온도 로 일은 서로 유사한 온도분포를 가지고 있다. <그림 6,7>의 온도 로 일에 비하여 변화가 심하게 발생하고 있으며, 이는 이블의 포설환경이 C/H#1∼ 동S/S 구간에 비하여 직매식과 로식의 복잡한 혼용으로 구성되기 때문이다. 특히 동S/S 인출 력구 구간과 0∼500m에서 발생하는 심한 온도변화는 이 직매식 구간의 간간에 물이 나오는 구간이 많았기 때문으로 추정되며, 로식과 직매식

의 비슷한 포설 경간은 많은 온도변화를 유발하는 것으로 단된다. 한 <그림 6,7>에 나타나는 바와 같이 C/H 입상부의 온도차는 당시의 온도 상황과 우천(‘10.05.18 측정당시 비) 등에 따른 온도차로 외기에 노출된 이블의 온도차를 정확히 이 구간에서도 정확히 표 해 주고 있다.

3. 결 론

본 논문에서는 복합 이블 DTS(Distributed Temperature Sensor) 시스템을 활용하여 실계통 지 송 선의 포설환경에 따른 이블의 분포온도를 분석하 다. 그 동안 운 이었던 력구 로식으로 포설된 이블의 분포온도를 분석하여 국내 최 로 용된 직 매설식 지 송 선의 분포온도 경향을 유추할 수 있었다. 온도데이터에 나타난 바와 같이 재에는 력구≫직매≫ 로 순으로 온도의 크기 순서를 보이고 있다. 본 논문의 결과 데이터는 직매식 이블의 허용 류 계산과 연계될 수 있으므로 유 연구의 후속 진행이 가능하며, 직 매설식 지 송 선에 해서는 이블의 배치순서, 매설깊이, 토양 재질, 토양의 주변 환경 등에 따른 온도상태 모니터링을 한 보다 세 한 연구가 필요할 것으로 보인다.

[참 고 문 헌]

[1] John Downes, et. al., “Distributed Temperature Sensing World Wide Power Circuit Monitoring Applications”, POWERCON, pp. 21-24, November, 2004.