전력케이블의 시스유기전압 발생 원인 및 저감 대책

1. 시스유기전압의 개요 (발생 원인)

1. 정의: 케이블 코어(도체)에 전류가 흐를 때 주변 유기자계에 의해 금속 시스(Sheath)에 유도되는 전압을 의미함.
2. 유기 원인: 자신의 코어에 흐르는 전류뿐만 아니라, 인접한 외부 타상 전류에 의한 상호 인덕턴스에 의해 발생함.
3. 계산식:$$E = \sum j \cdot X_{mi} \cdot I_i \quad [V/km]$$

• $X_{mi}$: 도체($i$)와 시스 간의 상호 리액턴스
• $I_i$: 도체에 흐르는 전류

2. 시스유기전압이 미치는 영향

1. 감전 위험: 종단부 또는 접속함 시스 접촉 시 인체 감전 사고 위험.
2. 손실 발생: 시스에 순환전류가 흐를 경우 전력 손실이 발생하여 케이블 송전 용량 감소.
3. 절연 열화: 편단접지 시 개방단 전위 상승으로 인해 시스 방식층의 절연 파괴 및 부식 초래.

3. 시스유기전압 저감을 위한 접지방식 (대책)

1) 편단접지 (Single-point Grounding)

• 방식: 시스의 한쪽 끝만 접지하고 반대쪽은 개방하는 방식.
• 장점: 시스 순환전류가 발생하지 않아 전력 손실이 없음.
• 단점: 케이블 길이에 비례하여 개방단 유기전압이 상승함.

2) 양단접지 (Both-ends Grounding)

• 방식: 케이블 시스의 양쪽 끝을 모두 접지하는 방식.
• 장점: 전위 상승을 억제하여 감전 위험이 낮음 (배전방식에 주로 채용).
• 단점: 시스 유기전압은 낮으나 폐회로 형성으로 인해 큰 순환전류가 발생함.

3) 크로스 본딩 (Cross-bonding)

• 방식: 선로를 3등분하여 절연 접속함에서 시스를 교차 연가(Transposition)하는 방식.
• 특징: 각 구간에서 유기된 전압의 벡터합이 0이 되도록 하여 순환전류를 최소화함.
• 적용: 현재 장거리 송전 계통에 가장 널리 적용되는 방식.

4) 비일괄 공통접지 방식

• 방식: 편단접지와 양단접지를 혼합한 변형 방식.
• 특징: 양단접지 대비 순환전류가 낮은 장점이 있으나, 시공 시 중성선 Floating 문제 등으로 보급 중임.

4. 결론

1. 인체 감전 방지를 위해 배전 계통에서는 주로 양단접지를 적용함.
2. 장거리 송전 계통에서는 전력 손실 방지와 전압 억제를 위해 크로스 본딩을 통한 금속 시스 연가가 필수적임.
3. 향후 케이블 접지 시스템의 신뢰성 확보를 위해 비일괄 공통접지 등 진보된 방식의 검토가 필요함.