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ⓒ픽사베이

 

우리가 전력을 사용하기 위해서는 발전소에서 생산된 전력을 멀리 있는 공장이나 일반 가정 등으로 수송, 공급하는 과정이 필요합니다. 이런 송배전 과정을 전력손실 없이 이루어질 수 있도록 도와주는 기술이 바로 전력 케이블입니다. 전력 케이블은 크게 전류를 흘려주기 위한 도체와 전압에 견디고 전류가 도체 외부로 누설되는 것을 방지하기 위한 절연체로 구성되어 있습니다. 오늘은 케이블에 사용되는 절연체에 종류에 대해 알아보고 각각의 케이블이 환경에 미치는 영향에 대해 알아보겠습니다!

 

70년간 전력 케이블을 책임진 가교 폴리에틸렌(XLPE)

가교 폴리에틸렌 ⓒLS전선 홈페이지

 

가교 폴리에틸렌은 1950년대 미국에서 최초로 개발한 절연재료로 현재까지 가장 많이 사용되고 있는 절연체 중 하나입니다. XLPE가 개발되기 전까지는 절연체로 폴리에틸렌을 많이 사용하였지만, 열적 제약에 의해 사용이 제한되는 경우가 많았습니다. 열적 제약에 대해 풀어서 설명해보자면, 폴리에틸렌의 경우 다른 소재에 비해 녹는점이 낮다는 특징이 있습니다. 즉, 폴리에틸렌은 상대적으로 더 낮은 온도에서 고체에서 액체로의 상태변화를 일으키기 때문에 높은 온도에서 절연체로 사용하기에 약간의 제약이 있었습니다. 따라서 폴리에틸렌에 유기과산화수소를 첨가하여 가교 반응을 일으킴으로써 화학구조를 변화시켜 XLPE를 만들었습니다.

 

가교 반응 ⓒ김보경 제작

 

가교 반응이란 고분자 사이에 화학적 첨가제를 사용하여 새로운 화학 결합을 만드는 것으로 쉽게 말하자면 분자와 분자 사이에 다리를 놓는 방식입니다. 위 그림에서 알 수 있듯이 두 개의 폴리에틸렌 분자 사이에 다리를 놓아 두 분자가 연결된 것을 볼 수 있죠? 이처럼 가교 반응을 통해서 폴리에틸렌의 단점을 극복하면서도 더 좋은 절연체로 활용될 수 있게 되었습니다. 가교 반응을 통해 만들어진 XLPE는 어떤 특성을 갖고 있을까요?

 

XLPE의 가장 큰 장점은 바로 열가소성 물질에 비해 상승한 온도에서 높은 안정성을 가지고 있다는 것입니다. 폴리에틸렌의 경우 높은 온도에서 안전성이 떨어졌지만 가교 반응을 통해 열의 자극 아래에서 서로에 대한 분자 이동을 하면서 안정성을 개선하였습니다. 두 번째 장점은 다른 케이블보다 가볍고 반경이 작아 단자 처리가 간단할 뿐만 아니라 유전 손실이 적어 에너지 손실을 막을 수 있습니다.

 

이처럼 XLPE는 전력 케이블의 절연체로 사용되기에 적합한 장점들을 많이 갖고 있습니다. 하지만 제조과정에서 메탄가스가 발생할 뿐만 아니라 재활용이 불가능하다는 특징 때문에 환경에 안 좋은 영향을 미치고 있습니다. 하지만 이런 단점을 가진 XLPE를 대체할 수 있는 친환경 케이블이 개발되었습니다!

 

친환경 케이블 개발 성공, 폴리프로필렌(PP)

PP케이블 ⓒLS전선 홈페이지

 

PP케이블은 메탄가스가 발생하지 않고 이산화탄소 배출량도 줄인 친환경 케이블입니다. 우리나라는 세계에서 2번째로 PP케이블을 개발하는데 성공했죠. 이 케이블은 절연체로 XLPE 대신 PP를 사용한 것으로 PP는 생수통, 젖병 등 우리 일상생활 속에서 플라스틱 소재로 많이 사용되는 재료입니다. 따라서 PP케이블을 폐기하더라도 절연체로 사용된 PP를 각종 플라스틱 제품으로 재활용할 수 있다는 장점을 갖고 있습니다. 또한 제조과정에서 가교 과정이 필요하지 않아 메탄가스 등의 유독물질과 각종 부산물이 발생하지 않고 제조 시간이 50% 이상 줄어들어 생산성 면에서도 높은 평가를 받고 있습니다. 기능적으로도 XLPE 케이블보다 열에 강해 전력을 10% 이상 많이 보낼 수 있습니다.

 

PP케이블 사용 확대를 위한 한국전력의 노력

2015년에 PP케이블을 개발한 이후로 도심지, 번화가 등 전력 과부하 지역에 이를 도입하기 위한 노력이 계속되고 있습니다. 2017년 한국전력공사는 PP 지중배전 케이블을 남서울, 대구 경북, 부산 울산 지역 본부 등에 설치하여 성능을 검사하였습니다. 시범 도입 결과 PP가 기존 XLPE에 비해 내열 성능 및 전기적 특성 면에서 우수하다는 평을 받았습니다. 특히 성능 검토 결과 PP는 XLPE에 비해 내열 성능이 56%가량 우수했으며 허용 전류 또한 10~13% 높이는 결과를 얻을 수 있었습니다.

 

또한 PP케이블을 시공하고 현장에 적용하는 과정도 XLPE와 유사하여 문제점이 없었습니다. PP케이블의 사용을 확대한다면 송전용량 증대를 통해 연간 73억여 원, 폐기물 처리 비용 절감 연간 2억 원, CO₂ 배출량 감소 등 경제성 및 환경적인 면에서도 뛰어난 결과를 보일 것으로 예상됩니다. 현재 한국전력은 PP케이블을 XLPE 절연케이블과 병행 사용 후 단계적으로 PP케이블 사용을 확대하는 방안을 고려하고 있습니다.

 

최근 그린 뉴딜과 탈탄소 바람에 힘입어 전력 설비에 대해서도 친환경과 재활용에 대한 사회적 인식이 증가하고 있습니다. 이에 걸맞게 한국전력에서도 좋은 품질의 PP케이블을 확대하기 위해 노력하고 있습니다. 하지만 아직까지 PP케이블이 수요가 많지 않아 대량생산이 어려워 가격이 비싸다는 단점이 있는데요. 탄소 제로에 대한 관심이 커지는 만큼 시장에서도 친환경 케이블에 대한 관심이 높아져 PP 케이블의 사용이 확대되길 응원합니다.

 

 

 


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