지중케이블 열화 원인 ? 배전용 지중케이블 포설작업의 효율성 향상 연구

장 정 태 고 영 규·전 성 진 대불대학교 (주) 동 해

1. 서 론

오늘날 도시의 미관화와 자연환경에의 재해 극복을 위해 꾸준히 추진되어 온 지중화 작업은 괄목할 성과를 거두고 있으나 아직도 전국의 지중화율은 10% 미만의 적은 비중이다. 따라서 꾸준히 추진되어야 할 지중화 사업에 대해 보다 작업능률을 향상시키고 공사의 품질을 높일 수 있도록 현장에서 발생하는 문제점 해결과 관련 기술의 향상이 지속적으로 수행되어야 한다. 특히 관로식으로 추진되는 와이어로프를 이용한 지중케이블 포설공법에서 적잖게 발생하는 단선과 합성수지 파형관의 파열에 따른 시공 저해 요인의 문제점을 분석, 이를 해결 할 수 있는 실증적인 방법에 대하여 고찰하고자 한다.

2. 배전 지중전선로의 시공

배전선로의 지중전선로 공사방법에는 지중케이블을 직접 매설하는 직매식, 일정한 관로속에 시공하는 관로식, 터널식이나 공동구에 시공하는 암거형태의 암거식이 있다. 이들의 시공법에 대하여 장,단점을 살펴보면 다음과 같다.

1. 직매식 공법

이 시공방법은 외장케이블에 간단한 보호시설을 한다음 직접 땅속에 묻는 방법으로 중량물의 압력을 받는 경우는 1.2m 이상, 기타장소에는 0.6m이상으로 하여야 하고 견고한 트라프(trough)나 기타 방호물에 넣어 시설하여야 한다. 이 방식은 공사비가 싸고 케이블의 열방산이 좋고 공사기간이 짧아 허용전류가 크며 케이블의 중간접속이 가능하여 융통성이 많으나 케이블 손상을 받기 쉽고 보수점검이 곤란한 점이 있다.

2. 관로식 공법

이 방식은 합성수지관이나 철관, 철근 콘크리트관등을 사용해서 여러가닥의 관로를 형성하고 200-300m (직선 표준 250m)간격으로 맨홀을 만들어 이로부터 케이블을 인입하는 방식이다. 맨홀을 설치하는 장소로는 도로의 분기, 관로의 허용곡률반경이상의 굴곡개소, 급경사언덕길의 상하, 긴 교량의 전,후, 케이블의 접속,분기개소등이다.

3. 암거식 공법

이 방식은 사람이 서서 다닐 수 있는 터널식내에 행거를 설치하고 케이블을 설치시키는 것으로 상하수도, 가스, 통신등의 설비를 공동으로 시설할 수 있도록 하는 이른바 공동구식을 말한다.이 방식은 열방산이 가장 좋아 허용전류가 크고 많은 회선을 설치하는데 유리하며 유지보수,점검이 용이한 장점이 있으나 공사비가 많이 들고 장기간의 공사기간이 요구되는 점이 단점이다.

3. 배전지중케이블의 관로식 공사

관로공사는 굴착 및 도로 점용 허가를 받게 되면 제반 규정에 의하여 도로를 굴착하고 합성수지 파형관을 포설한뒤 관로의 도통시험봉에 의한 시험을 한뒤 케이블을 포설하여 시공하게 된다.

1.굴착 및 도로 점용허가

관로공사를 하기 위해서는 시행자는 도로관리청에 안전대책을 수립한 사업계획서를 제출한다. 도로관리청에서는 도로굴착 조정위원회 및 시,군 도로굴착 관련사업 조정위원회의 검토를 거쳐 도로 굴착 및 점용 허가에 대한 승인을 하게되는데 현지답사를 하여, 점용 허가를 통보하고 착,준공계에 의한 시행 확인과 도로 점용 허가대장에 등재하여 관리한다.

2. 매설위치 및 깊이

관제의 종류로는 합성수지 파형관, 합성수지 직관, 강관, 관로구등이 사용되는데 도로를 따라서 시설할 경우 지중전선로의 중심선과 도로 중심선이 교차하지 않도록 하며 도로 중앙에의 시설을 피하고 지중시설물이 적은 지역에 시공한다. 압력을 받는 도로구간에서는 1.2m 이상을 유지 시켜야 하며 기타의 경우는 0.6m 이상을 유지시켜야 한다.

3. 현행 관로식 시공 방법

(1) 도로를 굴착한다.설계도면상의 관로 중심선을 따라 지표면에 굴착예정선을 표시하고 차도에서는 1.2m 보도에서는 0.6m 깊이로 굴착한다.

(2) 관로의 구배를 설정한다.관로내로 유입된 물이 충분히 흘러 나갈 수 있는 점과 장애물 등으로 방향을 바꾸는 경우를 감안한 유지보수에 의한 편의성과 만곡에 의한 케이블의 측압과 포설장력을 고려하여 설정하여야 한다. 대체로 평탄한 지역에서는 1/5000이상의 구배를 유지하며 장애물통과지역에서는 수직다공배열로 변화가 곤란한 경우는 수평배열을, 상부교차가 어려워 하부교차를 하여야 할 경우는 충분한 방수처리를 하여야 한다.

(3) 합성수지 파형관(PE)를 포설한다.모래를 5cm정도 깔고 관을 포설하며 굴곡부 포설시 허용 곡률반경은 관 외경의 10배 이상을 유지하되 관이 직선에 가깝도록 한다.

(4)파형관을 서로 접속을 한다양관의 마개를 벗긴 뒤 철선을 풀어서 바르게 편 뒤, 내장철선을 4-5cm정도 연결한 후 PVC접착 테이프로 매끄럽게 감아 철선을 당긴다. 이음관에 한쪽 관을 돌려 이음관 중앙에 오도록 하고 연결스리브끝부분은 수밀테이프를 이용하여 수밀되게 한다. 만약 내장철선의 단선이 우려될 시는 절단하고 재 연결하여 사용한다.

(5) 되메우기와 다짐을 행한다.관과 관 간의 표준간격은 10cm정도로 하고 3m 마다 관의 상호 간격을 일정하게 유지하기 위하여 간격재를 설치한다. 되 메우기와 다짐이 다 끝난 후에 간격재를 제거 한다.

(6) 관로의 도통시험을 행한다.관의 포설과 접속이 다 끝난 뒤는 1차 도통시험을 행하며 되메우기와 다짐이 완료된 후는 2차 도통시험을 행하는데 그 절차는 다음과 같다.

- 관내부에 내장된 철선에 나이론줄이나 로프를 묶어 관을 통과 시킨후 내장철선을 풀어놓는다.- 나이론줄이나 로프에 와이어를 연결하여 다시 관통시킨 뒤 나이론줄이나 로프를 풀어 놓는다.- 내장철선을 시험봉 반대편에 묶는다.- 와이어를 잡아당겨 시험봉을 관내부로 통과시켜 이상이 없음을 확인한다.- 도통시험이 끝나면 내장철선을 풀어 원위치인 관로 양단에 고정시킨다.

(7) 관로에 케이블을 포설한다.케이블의 인입방향은 아래 요령으로 행한다.

- 지표에 고저차가 있는 경우는 높은쪽에서 낮은 쪽으로 한다.- 굴곡이 있는 경우는 굴곡이 있는 곳의 가까운 곳에서부터 시작한다.- 맨홀의 길이가 짧고 긴 경우는 짧은쪽에서 긴쪽으로 인입한다.

한편, 포설전에 반드시 유의하여야 할 점으로는,

- 맨홀내의 가스검출, 산소측정, 환기등을 행하여 폭발사고나 질식사고가 없도록 점검을 충분히 하여야 한다.- 기자재의 정리 정돈- 드럼측과 인치측의 연락체계 점검- 배수 및 청소- 외상방지책, 와이어 강도와 소선단선여부,킹크(전선의 꼬임현상)등의 확인을 하여야 한다.

또, 포설시 유념할 점으로는,

- 윈치의 용량이 적정한 규격이 되도록 확인- 케이블의 인입속도가 10 m/min 정도가 되도록 유지- 와이어로프와 관내의 비닐피복 철선간에 충분히 연결되어 도중에 풀림이 없도록 확인- 풀링아이와 와이어로프 사이에 회전금구를 사용하여 마찰력을 줄임- 풀링그립의 하중이 균등분포가 되도록 조정- 맨홀 입구에 케이블 보호용 파이프를 설치하여 케이블의 보호를 충분히 함 - 드럼의 풀림속도를 적절하게 조정

끝으로, 포설후 조치사항으로는,

- 맨홀내의 케이블에 외상이 없는지 면밀히 관찰- 케이블 종단부의 수밀방지,방수처리의 철저- 케이블 노출부의 외상방지 및 보호조치 마련- 케이블을 잘 식별할 수 있는 표시찰 부착 - 기타사항

4. 현행 시공상의 문제점

현행의 작업방법에 대하여 시공상의 문제점을 분석해 보면 와이어로프 사용이 고장을 촉진시키고 있음을 알 수 있고 개별선조대의 사용도 크게 불편하고 작업능률을 저하시킨다.

1. 케이블의 고장 분석

현장에서 발생하는 고장의 형태를 살펴보면,

(1) 고장이 발생한 케이블을 살펴보면, 외피의 결합 부분이 절단 되거나, 외피가 벗겨졌거나, 구멍이 뚫리며, 구부러짐이나 진동에 의한 균열도 있는데 이는 케이블에 기계적인 외상의 흔적이 크게 존재했기 때문이다.

(2) 관로의 도통시험시 와이어로프와 파형관의 마찰로 인한 관로 손상으로 수분 침투현상이 가능하고 케이블의 기계적 외상도 이때 초래되는 경우가 많다. 따라서 케이블의 고장의 근본 원인인 수분 침투가 가능해져 절연체가 열화되어 고장을 유발한다.

2. 시공품질의 저하

지중배전선의 관로로 많이 사용하고 있는 합성수지 파형관은 주름관으로 직경 175mm규격이다. 굴착후 파형관을 포설시 양관의 마개를 벗기고 파형관내의 피복철선을 풀어서 바르고 편후, 관을 연결하기 전에 내장철선을 4-5cm정도로 연결하고 PVC 접착테이프를 매끄럽게 감아 철선을 끌어당길 때 관내부에 상처를 주지 않도록 규정하고 있다. 그러나, 관로의 도통시험시 마닐라 로프에 와이어로프를 연결하여 관을 관통할때, 파형관의 포설 루트가 S자 모양이나 굴곡각이 심한 경우 와이어로프와 파형관 주름산과 심한 마찰로 파형관이 닳아져 구멍이 생기고 이로 수분이 침투하여 수트리에 의한 케이블 열화를 촉진시킨다. 그런데 이같은 시공불량은, 관 매설후 도통시험시 발생하기 때문에 시공과정에서는 확인이 불가능하며, 시간이 지난 뒤에야 케이블 열화에 의한 고장으로 나타난다.

또, 파형관산과 와이어로프와의 접촉으로 파형관이 닳아지는 과정에서 와이어로프의 쇠가루가 발생하여 관로내에 분포되며 이는 케이블 표면에 분포되어 전기적 스트레스가 가해질 때 전계 집중을 가중시켜 코로나를 유발하고 코로나 방전에 의한 스트레스로 케이블 표면의 전식과 트레킹에 의한 열화를 가속시킨다.

3. 개별선조대 사용의 문제점

개별선조대를 이용한 배전용 지중 케이블 시공을 위한 준비작업을 살펴보면, 지중케이블을 조장별 드럼으로 수령하여 상차, 포설현장으로 이동한뒤 케이블 포설 지점에서 하차, 포설위치로 이동시킨후 드럼별 개별선조대에 장치한다. 그런데 이같은 공정은,

(1) 개별선조대를 케이블 드럼별로 현장에서 설치하는 관계로 작업차에서 상차, 하차, 맨홀까지 이동등 포설작업 준비시간이 많이 소요된다.(2) 케이블 드럼이 중량물인 관계로 이동시 안전사고가 우려된다.

5. 현행 작업방법의 개선대책

상술한 현행 공법의 문제점을 개선하여 시공품질의 향상과 작업 능률의 향상을 위하여는 와이어로프 대체 사용과, 개별선조대의 개량을 들 수 있다.

1. 하이만로프의 사용

파형관 도통시험시 시험봉과 연결하는 와이어를 유연성과 탄력성이 있는 재질인 하이만로프를 사용하면 굵기가 크고 인장력이 높아 파형관의 마모를 방지하여 전술한 문제에 의한 케이블의 열화촉진의 예방이 가능하다.

>;표1 하이만 연심로프<;

2. 트레일러의 사용

개별선조대 대신 케이블 드럼 3개를 1조로 장착할 수 있는 하나의 트레일러를 사용하여 아래 요령으로 작업을 행할 시 크게 작업효과를 높일 수 있다.

(1) 케이블 드럼 3개를 일렬로 위치시키고 트레일러를 드럼외부로부터 끼워서 축 홈에 드럼을 안착시킨 후 실린더를 상승시킨다.(2) 작업차를 크레일러 후크와 고정한다.(3) 현장으로 이동 사용한다.

이같은 방법은,

- 3개 드럼을 1 세트로 이동할 수 있어 간편하며 작업준비의 공정이 크게 단축된다.- 작업자가 중량물에 대한 심적 부담이 적어 보다 편안한 상태에서 작업할 수 있다.- 드럼의 이동이 자유롭다.

6. 결 론

오늘날 배전선로의 지중케이블 시공방법으로 널리 쓰이는 주름관의 합성수지 파형관(PE)에 의한 관로식에 대하여 현장에서의 야기되는 문제점을 분석하고 이의 개선대책을 제시하였다. 이를 개선하여 시공품질의 향상과 작업능률의 향상을 위해서는, 와이어로프 대신 하이만연심로프를 사용할 것을 권하며 개별선조대에 의한 케이블 포설의 후진성을 트레일러식에 의해 안정된 작업 분위기와 업무 효율을 기할 것을 실증적으로 검증하고 추천하는 바이다.

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