고압전력 견디는 수퍼 플라스틱 ‘XLPE’ 아시나요? [우리가 몰랐던 과학 이야기] (202)

Light from fibre optic cable. 3d illustration.

우리가 가정에서 보통 사용하는 전기는 220V(볼트)지만, 전신주 배전선에는 2만2900V의 높은 전압으로 흐르고 있습니다. 특히 발전소와 변전소를 잇는 고압 송전선에는 15만4000∼34만5000V의 고압으로 전기가 송전됩니다.

이렇게 고압의 전기가 흐르는 전력 케이블은 고온의 열이 발생하는 탓에 이에 강하면서도 안정적으로 전력 손실 없이 전류를 보낼 수 있는 절연재료가 핵심 역할을 수행하게 됩니다. 오늘은 고압과 고온에 강해 안정적으로 전기를 공급할 수 있는 수퍼 절연재료인 가교폴리에틸렌(XLPE·Cross Linked-Polyethylene)에 대해 알아보겠습니다.

◆절연재료란?

절연재료는 필요한 회로 외 전류가 흐르지 않도록 사용됩니다. 절연재료는 크게 공기, 질소, 탄산 가스 등의 기체, 식물성유, 광유, 합성 절연유 등의 액체, 운모, 석면, 세라믹, 유리계, 고무계 등의 무기고체로 분류할 수 있습니다.

고체 절연재료 중에서도 폴리염화비닐(PVC), 합성고무, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등 합성수지계가 널리 이용되고 있습니다.

◆전선 절연재료의 종류 및 특징

Colorful electrical cables closeup picture

전선의 절연재료로는 대표적으로 PVC와 PE, 그리고 XLPE가 있습니다. 

이들 세가지가 어떻게 다르고 특징은 무엇인지 알아보겠습니다.

1) PVC 

PVC(Polyvinyl Chloride)는 산과 알칼리 등의 화학물질, 그리고 습기 및 노화에 강한 특징을 지니고 있습니다. 

일반적으로 케이블 및 전선 등 절연에 활용되어 손상되지 않도록 보호하는 역할을 합니다.

2) PE 

PE는 전기적 특성이 우수하고 낮은 유전 손실 계수로 PVC보다 훨씬 높은 전압에서 쓰일 수 있습니다. 또한 절연 저항과 내력에도 안정적이어서 저압전력 케이블의 재료로 사용되고 있습니다. 

하지만 PE는 고온에 약해 고온고압선의 재료로는 부적합하다는 단점이 있습니다.

3) XLPE

XLPE는 PE의 우수한 절연 성능을 향상시킨 물질로, 고온에 약한 PE와 달리 열 저항성이 강합니다. 

주로 고압 케이블에 쓰이는데, 전기가 흐르는 금속 도체를 감싸 열을 차단하고 전력 손실을 방지합니다.

◆고온·고압에 강한 XLPE

XLPE는 PE에 첨가제를 넣어 절연·내열 성능을 향상시킨 재료입니다.

XLPE는 전기적, 기계적 성질이 우수하면서도 내마모성과 내오존성, 내수성, 난연성도 뛰어납니다.

고압의 전력이 흐를 때 전선의 내부 온도가 250도까지 상승해도 변형이 없어 케이블의 송전 효율과 내구성을 높이는 데 핵심적인 역할을 합니다.

◆미래 전력망 구축의 핵심 소재로 떠오른 XLPE

한화솔루션은 세계에서 세번째로 자체 기술개발을 통해 XLPE 생산에 성공했습니다. 무엇보다 제조공정에서 이물질을 최소화하여 고순도의 XLPE를 생산할 수 있는 기술로 세계 시장에서 경쟁력을 지니고 있습니다.

XLPE는 기후위기에 대응하기 위해 점점 증가하고 있는 풍력과 태양광 등 신재생 에너지 발전소에서 생산하는 수십만V의 전기를 장거리 송전하는 데에도 기여할 전망입니다.

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*이 기고는 한화솔루션·케미칼과 세계일보의 제휴로 작성되었습니다.