수치해석을 이용한 AC&DC 해저 케이블의 매설조건별 허용전류 비교분석 연구

Abstract

해저 전력 케이블은 대륙과 대륙, 대륙과 섬 간 장거리 대용량 전력 전송을 위해 개발되어 현재까지 여러 AC 및 DC 시스템에서 이용되고 있다. 해저 케이블 설계 시 고려되어야 하는 주요 사항으로는 허용전류를 꼽을 수 있다. 허용전류는 케이블의 온도가 지정된 값을 통과하지 않는 상태에서 케이블이 통전할 수 있는 전류의 최대값으로, 케이블 내부에서 손실로 인해 발생하는 열과 케이블 외부 환경에 의한 냉각 조건에 따라 그 값이 결정된다. 현행 IEC 60287 규정은 등가 열 저항 계산법을 이용한 해저케이블의 허용전류 산출 방법에 관해 서술하고 있다. 하지만 등가 열 저항 계산법을 이용한 허용전류 산출은 직접 매설 방식으로 포설된 케이블에서는 높은 정확도를 보이나, 공기 대류 및 열 복사와 같은 복잡한 열 전달 현상에 대한 분석 능력이 떨어져 기타 매설 방식에 따른 영향을 고려하기 어렵다는 문제가 있다. 또한 AC 해저 케이블은 IEC 60287을 기반으로 하여 설계가 가능하나 DC 케이블은 현재 IEC 60287에서 5kV 이하의 DC 케이블의 허용전류 산정에 대해서만 명시하고 있으며 HV급 DC 케이블에 대해서는 별도의 규정이 존재하지 않는다. 즉 현행 IEC 규정은 직매방식 외의 매설방식에 대한 허용전류 산출 정확도가 떨어지며 HVDC급 케이블에 대해서는 관련 규정조차 미비한 실정으로, 이를 보완하기 위해 AC 및 DC 케이블의 허용전류 산출에 대한 연구가 필수적으로 요구되는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 AC 및 DC 해저케이블의 허용전류 산출을 위한 수치해석법 적용 기법에 대해 연구를 수행하였다. 시스층 접지 방식, 주 도체 연선 구성으로 인한 효과 및 2.5D 구성 등 여러 조건을 고려하여 직접 매설 방식, 파이프 포설 방식으로 포설된 220[kV] AC 및 DC 해저케이블의 허용전류를 산출하였다.