[알아봅시다] 가교폴리에틸렌 초고압 케이블

절연체ㆍ금속ㆍPVC 등 누전방지 완전무장

지름 2~3㎜ 구리선 여러가닥으로 꼬아 도체 제작
입체망상구조 XLPE 절연체 이용 전기누설 차단
케이블 보호용 금속시스ㆍ부식방지 PVC 등 코팅


현대사회에서 이제는 없어서는 안될 에너지 가운데 하나가 바로 전기입니다. 전기는 발전소에서 생산된 후 대형 변전소를 지나고, 수십에서 수백 ㎞의 송전 시스템을 거쳐 도심 지역 변전소까지 전송된 후 배전 시스템을 통해 사무실이나 가정 등 최종사용자에게 공급됩니다.

위 과정 중 대형 변전소와 도심 변전소를 이어주는 송전 시스템은 도중 전력 손실을 최소화 하기 위해 15만 볼트 이상의 고전압과 수 천 암페어 이상의 전류로 전기에너지를 운반하고 있습니다. 따라서 이 과정에 쓰이는 초고압케이블은 고전압에 손상이 일어나지 않기 위해 여러 단계의 특수 공정을 거쳐 제작됩니다. 초고압케이블 가운데 가장 널리 사용되고 있는 XLPE(가교폴리에틸렌) 초고압케이블에 대해 알아보겠습니다.

XLPE 초고압케이블은 최종 제작 단계인 검사과정까지 8단계를 거쳐 만들어집니다. 첫 번째 단계는 원소재인 구리(Cu)를 용해로에 넣고 녹인 다음 지름 8~9㎜의 원형으로 뽑아내는 'SCR(Southwire Contimuous Rod System) 공정'입니다. 다음 단계인 신선 공정에서는 SCR 공정에서 만들어진 손가락 두께의 도체 구리가닥을 다시 2㎜ 굵기로 가늘게 만듭니다. 구리선은 2㎜두께의 전력선 외에도 0.05㎜ 이하 초극세선이나 1.3㎜의 태선 등 여러 가지를 사용하기 때문에 처음에 굵은 지름의 구리선을 뽑은 후 사용 목적에 맞는 지름을 만들게 됩니다.

신선을 통해 만들어진 지름 2~3㎜의 구리선은 다음 과정인 '연선 공정'을 통해 여러 가닥을 모아 새끼줄을 꼬는 것처럼 여러 번 꼬아 10~60㎜의 굵기로 만들어줍니다. 연선을 통해 만들어진 도체는 부채꼴 모양을 하게 됩니다. 연선 과정에서 원하는 도체 두께를 만들려면 대형 연선 장비가 필요하게 되고 생산 효율이 떨어지므로, 일단 부채꼴의 도체를 만든 후 4~6개의 부채꼴 도체를 다시 원형으로 꼬아주는 '연합 공정'을 거칩니다.

연합 공정까지 거치면 전기를 전달하는 도체를 만드는 과정은 끝이 납니다. 앞의 과정을 돌아보면 구리 소재를 가늘게 만들고 다시 두껍게 만드는 과정을 거치게 되는데요. 첫 단계인 SCR 공정에서 원하는 두께의 선을 바로 뽑아내 쓰면 간편하고 좋겠지만, 구리를 통째로 굵게 뽑아내면 굴곡성이 떨어져 전선이 휠 경우 구리 소재가 전선 내부에서 끊어지는 경우가 발생해 얇은 구리선을 꼬는 과정을 거쳐야만 합니다.

이제는 도체의 전기가 누설되지 않도록 감싸고 보호하는 과정을 거쳐야합니다. 보호 과정의 첫 단계인 '절연 공정'은 XLPE 케이블의 신뢰성을 좌우하는 중요한 과정입니다. 이 단계에서는 도체 외부에 가교폴리에틸렌(XLPE)을 피복 압출해 고온, 고압에서 가교 후 냉각해서 절연체를 만들어줍니다. XLPE는 폴리에틸렌을 유기과산화물(DCP)과 고온, 고압 상태에서 가교 반응을 일으켜 분자구조를 입체망상구조로 바꾸고 내열성을 개선한 소재입니다.

초고압 케이블 선로에 사고가 발생하면 그 영향은 일파만파로 번지게 됩니다. 따라서 외부 물리적인 충격으로부터 케이블을 보호하기 위해 1차적으로 금속시스를 입히고 그 위에 2차적으로 방식층을 입히게 됩니다.

'금속시스 공정'으로 불리는 과정에서는 XLPE 절연체를 보호하기 위해 바깥쪽을 알루미늄이나 납(Pb)을 높은 압력과 열로 가공해 금속으로 코팅을 합니다. 다음 '방식층 공정'에서는 부식 방지를 위해 금속시스 위에 다시 한 번 PVC나 폴리에틸렌을 입혀주는 과정으로, 고압으로 물질을 분사하고 고열로 코팅해 줍니다.

이렇게 생산된 초고압케이블은 최종 단계인 '검사 과정'을 지나야 최종 출하가 됩니다. 초고압 전선은 불량 발생시 엄청남 위험을 초래하므로 엄격한 검사를 거칩니다.

초고압케이블의 검사과정은 제품 개발단계에서 제품의 성능을 가늠하고 신뢰성을 검정하는 사전품질검사(Prequalification test), 고객 제품에 특화된 검사를 진행하는 타입테스트(Type test), 완성된 전선드럼의 신뢰성을 검사하는 샘플검사(Sample test)가 있습니다. 사전품질검사의 경우 실제 통전 전압의 1.7배로 1년간 전압과 전류를 흘려서 케이블의 신뢰성을 검정하며, 타입테스트는 최소 20일 동안 실제 통전 전압의 2배, 샘플 테스트는 실제 통전 전압의 2.0~5.5배에서 30분~1시간정도로 실시합니다.

김영은기자 link@