아낌없이 주는 나무

▣ 일반적으로 3상 3선식 송전선로에서 복도체 방식을 사용하고 있는데

    복도체 방식은 어떤 특징과 장점이 있는지 알아 보자.

  ⊙ 우선 3상 3선식에서 한상을 기준으로 알아 보자.

⊙ 단도체 방식은 전선 한가닥을 사용하는 것이고 복도체(다도체)방식은 소선 2가닥 이상

    을 꼬아서 사용하는 것이다. 이는 단선과 연선의 개념과 유사한 개념이다.

⊙ 위 그림에서 소선 중심과 다른 소선의 중심까지의 거리를 선간거리라고 하며

   복도체 전체의 반지름을 등가반지름이라고 한다.

  ※ 복도체의 등가 반지름은 단순히 단도체의 반지름에 소도체 수를 곱한 것보다 클 수 있다.

     이는 소도체간에 공간이 있거나 절연물로 피복되어 있는 경우에는 피복까지 포함되므로

     복도체의 등가반지름이 커질 수 있다.

​

【 복도체 방식의 특징】

  ① 복도체 방식은 3상 송전선로에서 한상의 전선을 2본 이상으로 분할한 전선이다.

  ② 복도체 방식은 전선 단면적을 증가시키지 않으면서 직경을 크게 한다.

     여기서 전선의 직경은 복도체에서는 등가반지름(Re)을 말한다.

  ③ 단도체 방식에 비해서 작용인덕턴스는 작게 하면서 작용정전용량은 크게 한다.

  ※ 복도체는 소선이 같은 방향으로 전류가 흐르게 되므로 전선에는 전류의 흐름을

     방해하는 방향으로 회전하는 자속이 발생하게 되는데 이 회전하는 자속은 소선과

     소선사이에서는 상호 교차하여 자속이 상쇄되어 없어지므로 복도체는 단도체에

     비해 작용 인덕턴스는 작아진다. 한편 작용정전용량은 복도체는 단도체에 비해

     전선의 단면적이 크므로 단도체에 비해 복도체가 작용정전용량은 커진다.  

④ 코로나 현상을 방지할 수 있다.

   ※ 코로나 현상의 원인 : 전압이 높기 때문이다.

   ◈ 초고압 : 200[kV] 이상 ⇒ 345[kV], 765[kV]

       초고압 송전선에서는 코로나 현상방지를 위하여 복도체 방식을 사용한다.

⑤ 전위경도를 경감시킬 수 있다.

⑥ 임계전압을 높일 수 있다.

⑦ 복도체를 사용하면 계통에 안정도를 높이고 송전용량을 증가시킨다.

   ※ 안정도 = 송전용량 P

   ※ 복도체를 사용하면 인덕턴스가 감소하고 정전용량이 증가하므로

      송전용량이 증가하고 안정도가 향상된다.

⑧ 같은 전류용량에 대하여 단도체보다 전선의 단면적을 작게 할 수 있다.

   ※ 복도체를 사용하면 같은 단면적으로 많은 전류를 흘릴 수 있기 때문에

      같은 전류를 작은 단면적으로 송전할 수 있다. 다른 말로 같은 허용전류라면

      전선의 굵기를 작게 할 수 있다는 의미이다.

⑨ 복도체의 경우 소도체 사이에 같은 방향으로 전류가 흐르게 되므로 소도체간에는

    흡인력(당기는 힘)이 발생한다.

  ※ 전류가 흐르는 도체에는 힘이 작용한다 : 자속밀도 大 ⇒ 小 방향으로

      플레밍의 왼손법칙​

▣ 오늘날 우리나라의 전력사용량이 급증함에 따라 송전용량(전력)도 급격히 증가하고

    이에 따라 송전전압을 계속하여 높이는 추세에 있다.

⊙ 발전소에서 15,000[V]의 전력을 생산하여 송전계통을 통해 수용가에 공급하고 있는

   데 증가되는 송전용량에 맞추어 많은 전력을 공급하기 위해 송전전압을 높이고 있다.

   송전전압을 높이면 송전손실은 전압의 제곱배로 감소되니까 높은 전압으로 송전하는

   것이 경제적이고 유리하지만 높은 전압으로 인한 문제점도 발생하고 있다.

  ※ 우리나라는 전력사용량이 많아 지면서 송전선에 154[kV] 이상의 고전압을 유지하고

      있으며 345[kV], 765[kV]까지 송전전압을 높이고 있다.

      또한 예전에 우리 가정에서 사용하는 전압이 110[V]였으나 현재는 220[V]로 높인 것도

      송전용량과 전압과의 관계와 무관하지 않다.

​

1. 송전전압이 높아짐에 따른 문제점

   ① 변압기, 차단기 등의 절연내력이 높아지기 때문에 전력기기의 가격이 높아진다.

   ② 철탑, 애자 등의 절연 내력이 높아지므로 선로의 건설비가 증가된다.

   ③ 송전선 주위의 전위경도가 커지면서 전선 주위의 공기절연이 파괴되는

       코로나 현상이 발생하기 쉽다.

​

2. 파열극판 전위경도

 ▣ 전위경도

  ⊙ 보통 공기는 절연물질이지만 그 절연내력에는 한계가 있으며, 공기의

      표준온도 20˚C, 표준기압 760[Hg]에 있어서는 직류에서 30[kV/cm], 교류에서는

      21[kV/cm]의 전위경도가 되면 공기는 절연이 파괴된다.

      이 때의 대지전압값을 전위경도라고 한다.

   ⊙ 송전선의 대지전압이 21[kV/cm] 가 넘으면 송전선 주변의 공기의 절연이 파괴가

       나타나게 된다.

   ※ 파열극판 전위 경도 : 교류 21[kV/cm]

      ⊙ 공기의 절연을 파괴시키는 전위경도

​

3. 코로나 현상

  ▣ 전선로 주변에 임계전압이 가해졌을 때 전선 주위 공기의 절연이 파괴되면서

      낮은 소리와 엷은 빛을 내면서 방전하는 현상을 말한다.

      코로나 현상의 주된 원인은 송전전압이 높기 때문이다.

    ※ 코로나 현상이 발생하려면 기본적으로 임계전압 21[kV/cm]가 넘어야 하므로

       코로나 현상의 근본원인은 송전전압이 높기 때문이다.

※ 코로나 현상의 영향

① 불꽃 발생 (아크 발생) : 높은 전압으로 인해 공기의 절연이 파괴되어 방전될 때

                                  아크가 발생한다. (아크는 공기에 전기가 통하는 현상이다)

② 오존이 발생하여 전선이 부식된다.

   ⊙ 공기의 절연이 파괴되면서 산소가 O로 원자분해되고 이 산소원자가 공기중의 산소

       와 결합하여 오존이 되며 오존은 다시 비가 오거나 안개가 끼었을 때의 주위의 습기

       와 결합하여 초산이 되는데 이 초산이 송전선을 부식시키게 된다.

③ 코로나로 인한 전력손실이 발생한다.

⊙ 높은 전압으로 인하여 송전선의 피크전압에서 송전선 상호간에 방전이 발생하게 되는

    데 방전현상으로 인하여 피크부분이 짤리게 되고 전압의 파형이 구형파 즉 비정현파

    로 파형이 일그러지게 된다.

    비정현파는 직류분, 기본파, 고조파로 구성되는데 피크부분 전압이 짤리면서 구형파

    가 되어 전력의 손실이 발생하게 된다.

  ※ 코로나 손실 (피크(Peek) 실험식) : Peek라는 사람이 실험을 통해 얻어낸 식이다.

⊙ 송전선간 방전현상으로 전압파형이 왜곡되면서 고조파가 발생하게 되는데

    송전선에 고조파 특히 제3고조파, 3의 배수 계열 고조파는 통신선에 유도장해를

    일으키는 주요 원인이 되고 있다.​

4. 코로나 임계전압 (= 코로나 방전개시전압)

                             ↔ 전위경도와 반대개념

   ⊙ 전위경도 : 공기의 절연을 파괴시키는 전압

  ▣ 코로나 임계전압이란 : 전선로 주변의 공기가 견딜 수 있는 전압

▣ 전선에 전력을 공급하면 선간에 전압이 걸리게 되는데 이 때 공기의 절연을 파괴하는

    전압을 전위경도라고 말한다.

▣ 반면에 전선 상호간에 전압이 걸리면 전선사이에 공기는 절연체 역할을 하게 되며

    이 때 공기가 견딜 수 있는 전압을 임계전압이라고 한다.

▣ 따라서 코로나 현상을 방지하려면 전위경도는 낮어야 하고 코로나 임계전압은

    높여야 한다.

    코로나 임계전압은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

m0 : 전선표면계수(표면상태) - 표면이 잘 다듬어진 전선 : 1

      - 표면이 거친(낡은) 전선 : 0.93 ~ 0.98

m1 : 날씨 계수 - 맑은 날 : 1

                    - 우천시 : 0.8

δ : 상대 공기밀도

d : 전선의 지름

​

⊙ 코로나 현상을 방지하기 위해서는 코로나 임계전압을 높여야 한다. 코로나 임계전압을

    높이기 위해서는 전선의 표면이 매끄럽고 새것으로 바꾸어야 하고, 날씨의 영향도 받게

    되는데 맑은 날이 흐르거나 비오는 날보다 임계전압을 높이게 된다.

    또한 공기밀도도 영향을 미치는데 공기밀도가 낮은 여름철이나 고도가 높은 곳은 공기

    밀도가 낮으므로 코로나 현상을 발생시키기 쉽다.

    그러나 이들 전선표면계수, 날씨계수, 상대공기밀도는 인위적으로 바꾸기가 경제적으

    로나 현실적으로 어렵다. 따라서 코로나 현상을 방지하기 위해서는 전선의 지름등과

    같은 현실적인 방안을 강구하게 된다.

​

<코로나 현상 방지대책>

① 지름이 큰 굵은 전선을 사용한다.

   ⇒ 다도체(복도체) 방식을 채용한다.

② 다도체(복도체) 방식을 채용한다.

③ 가선금구를 개량한다 ⇒ 낡은 애자를 새 애자로 교체한다.

   ⇒ 코로나현상은 전선의 선간 뿐만아니라 애자에서도 발생한다.

       따라서 가선금구(전선을 가선하는데 필요한 금속제)를 개선해야 한다.

④ 낡은 전선을 새 전선으로 교체한다.

⑤ 전위경도를 낮게 한다.

⑥ 코로나 임계전압을 높인다.

▣ 정전용량 [C] - 선로정수

​

선로정수중에서 정전용량에 대하여 알아 봅시다.

전력계통에서 정전용량 [C]는 콘덴서와 관련이 있습니다.

여기서 콘덴서란 콘덴서 제품을 말하는 것이라기 보다는 콘덴서 역할을 하는

것들의 작용에 의한 것입니다.

콘덴서는 아래 그림과 같이 도체사이에 절연물질이 있는 것입니다.

전력계통에서는 정전용량은 2가지 경우에 나타납니다.

선로와 대지사이는 두 도체 사이에 절연물인 공기가 있어 콘덴서 역할을 하고

전선과 전선사이에도 두 도체사이에 절연물인 공기가 있으므로 콘덴서 역할을 하여

각각 정전용량이 발생하게 됩니다.

​

⊙ 정전용량도 인덕턴스와 마찬가지로 3가지가 있습니다.

    자기(대지)용량, 상호(선간), 작용(합성)정전용량이 있습니다.

각각의 정정용량을 그림으로 나타내면 다음과 같습니다

1. 전기공급방식에 따른 작용정전용량

   ▣ 송전계통에서 작용정전용량은 전기공급방식에 따라 산정식이 달라집니다.

       단상의 경우에는 상호정전용량을 2배, 3상은 3배를 하며 이것은 한상분의 정전용량입

       니다.

   ⊙ 단상 : 작용 정전용량 Cw = Cs + 2 Cm

   ⊙ 3상 : 작용 정전용량 Cw = Cs + 3 Cm

​

[단상2선식]

⊙ 상호정전용량은 콘덴서가 직렬연결과 같습니다. (저항의 병렬연결)

    따라서 합성 정전용량인 작용정전용량은 다음과 같습니다.

※ 개인적인 생각으로는 상호정전용량인 Cm은 a선의 전압에 의한 Cm과 b선의 전압에

   의한 Cm의 합이므로 2Cm이 되어야 하는 것이 아닌가 생각한다. (이렇게 외우고 이해

   하는 것이 쉽지 않을까 생각한다.)

​

[3상 3선식]

▣ 3상 3선식 송전선로에서 상호정전용량 Cm은 △결선에 해당하므로 각 상의 상호정전

   용량을 각 상의 정전용량으로 나누기 위해 △결선을 Y결선으로 등가변환한다.

   △결선에서 Y결선으로 등가변환하면 저항(R), 리액턴스(x), 임피던스(Z)는 1/3배로

   줄어든다. 따라서 △결선의 Cm은 Y결선의 3Cm과 같고 한상의 상호정전용량은

   3Cm이 된다.

※ 3상의 경우에도 한상에 걸리는 상호정전용량 Cm은 자신의 전압에 의한 상호정전용

   량Cm, 다른 2선에 의한 전압에 의한 상호정전용량을 합하여야 하므로 3Cm이다

   이렇게 이해하는 것이 암기하기도 쉬운 것 같다.

​

2. 전선의 종류에 따른 작용정전용량​

3. 충전전류 (앞선전류 = 진상전류)

​

   ▣ 충전전류 : 정전용량(콘덴서)에 흐르는 전류 : 한상분을 말함

▣ 송전선과 대지간에는 대지전압이 걸리게 되며 이 전압에 의하여 정전용량이 발생한다.

    송전선과 대지간에는 전압차가 있기 때문에 전류가 흐르게 되는 이를 충전전류라 한다.

   ⊙ 충전전류의 구하는 식은 전압을 저항 즉 작용정전용량으로 나누어 산정한다.

   ※ 정태시 : 고장이 나지 않은 정상적인 운전상태

​

4. 충전용량 (진상용량)

​

   ※ 콘덴서는 양 극간 전압을 모으고, 에너지를 충전한다.

​

▣ 충전용량은 정전용량(C)을 말하며 쉽게 말하면 콘덴서용량이라 할 수 있다.

    송전계통의 충전용량 즉 정전용량을 말할 때는 3상 전체값을 일컬는다.

  ※ 변압기 용량을 [kVA] 로 나타 내듯이 용량이란 말이 나오면

     피상용량[VA] = 전압 × 전류 를 말한다.

     Qc = 3 E × Ic = 3 E × ω CE = 3 ω CE2 = ω CV2 [VA] × 10-3 [kVA]

5. 누설컨덕턴스

​

▣ 송전선로에서 컨덕턴스는 누설저항값이다. 누설저항으로는 애자표면의 누설전류가

    대부분이므로 그 값은 대단히 크고 그 역수인 누설컨덕턴스는 대단히 작아서 선로

    정수로는 실용상 고려할 필요가 적다. 따라서 누설컨덕턴스는 무시하는 것이 보통이다.

저항 (R) : 송전계통에서 저항은 전류가 흐르지 않아도 전선이 주어지면 정해진다.

인덕턴스(L) : 송전계통의 전선에 전류가 흐르면 그 전선 주위에 자속이 발생하고

                 발생된 자속에 의하여 유도성 리액턴스가 발생한다.

정전용량(C) : 송전계통의 전선에 전압이 걸리면 선로와 대지간, 그리고 선로 상호

                 간에 정전용량이 발생한다.

누설컨덕턴스 (G) : 송전선로에서 컨덕턴스는 누설저항값이다. 누설저항으로는 애자표면

                의 누설전류가 대부분이므로 그 값은 대단히 크고 그 역수인 누설컨덕턴스는

                대단히 작아서 선로정수로는 실용상 고려할 필요가 적다. 따라서 누설컨덕턴스

                는 무시하는 것이 보통이다.

​

⊙ 누설컨덕턴스는 애자를 통하여 전류가 새는 것을 말하는 것으로 애자는 철탑을 통하여

    대지로 연결된다. 그러므로 송전계통에서 누설컨덕턴스는 전선과 대지간의 저항값이

    라고 할 수 있다.

​

▣ 이렇게 하여 송전선로가 주어지면 전력의 송전에 영향을 주는 선로정수 R, L, C,G가

    정해지고 얼마나 영향을 주는지 그 영향정도를 선로정수라고 한다.

⊙ 이들 선로정수중 저항(R)과 인덕턴스 (L)은 전선에서 발생하므로 R과 L은 직렬로

    연결되어 있다고 볼 수 있고

⊙ 정전용량과 누설컨덕턴스는 전선과 대지간에 발생하는 것으로 병렬로 연결되어 있다

    고 볼 수 있다.

​

이러한 4가지 선로정수를 종합하여 등가회로로 구성하면 다음 그림과 같다.

저항과 인덕턴스는 전선에 의해 발생하므로 직렬로 연결되고 합하여 선로임피던스를

구성한다. 정전용량과 누설컨덕턴스는 전선과 대지간에 발생하므로 선로에는 병렬연결

개념으로 어드미턴스를 구성한다. 정전용량과 인턱턴스는 송전로 1[km]를 단위로 하며

이에 따라 합성 등가회로는 1[km]를 단위로 구성되고 전선로의 길이가 100[km]라면

이러한 등가회로가 100개가 있는 것과 마찬가지 인데 이를 종합하여 분포정수회로라고

부른다. 이들 [km]당 선로정수와 100[km]의 합성선로 정수의 산정식은 다음과 같다.

이들 송전계통의 선로정수를 하나의 등가회로로 나타내는 것이 집중정수회로이며

이는 아래 그림과 같다.

이 집중정수회를 분석하기 위하여

임피던스(Z)를 송전단과 수전단의 둘로 양분하여 분석하는 것이 4단자 정수 T형이고

어드미턴스(Y)를 송전단과 수전단 둘로 양분하여 분석하는 것이 4단자 정수 π형이다.

▣ 송배전 선로에서는 저항 (R), 인덕턴스(L), 정전용량(C), 누설컨덕턴스(G)의

    4가지 정수로 이루어진 연속된 전기회로이며, 이 4가지 정수를 선로정수라고 한다.

   ※ 선로정수는 선로의 성능에 영향을 주는 주요요소로서 당연히 저항과 인덕턴스,

       정전용량, 누설컨덕턴스 등으로 구성된다.

    ※ 송전선는 장거리에 펼쳐저 있고 전압이 매우 높아 송전선에 영향을 미치는 것은

       대부분 인덕턴스와 정전용량이며 저항과 누설컨덕턴스는 인덕턴스와 정전용량에

       비해 매우 작으므로 무시할 수 있는 정도이다.

  ① 송배전 선로의 전압강하, 수전전력, 송전손실, 안정도 계산 등에 선로정수가 사용된다.

  ② 선로정수는 전선의 굵기, 종류, 배치에 의해 결정된다.

  ③ 송전전압, 전류, 역률 등의 영향을 받지 않는다.

​

1. 선로(전선)의 저항

 ▣ 전선에 저항에 영향을 미치는 것은 세가지이다.

    첫째는 고유저항이다. 전선의 재질에 따라 원자배치가 균일하게 배치되어 전류의 흐름인 전자가

    상호 충돌 없이 잘 이동하는 재질에 따른 저항의 정도인 고유저항이 저항에 영향을 미치게 된다.

    둘째와 세째는 전선의 형태에 따라 저항에 영향을 미치게 되는 전선의 길이가 길면 저항은 커지고

    전선의 길이가 짧으면 저항은 작아진다. 또한 전선의 단면적이 굵으면 저항이 작아지고 단면적이

    작으면 저항은 커진다. 따라서 저항은 전선의 길이에 비례하고 전선의 단면적에 반비례한다.

   ⊙ 경동선 : ρ = 1/55 [Ω·㎟/m]

   ⊙ 연동선 : ρ = 1/58 [Ω·㎟/m]

   ⊙ AL선 : ρ = 1/35 [Ω·㎟/m]

2. 인덕턴스(L)

인덕턴스는 비례상수이다.

이 말의 의미는 인덕턴스는 자속과 전류와의 관계를 나타내는 상수라는 말이다.

▣ 인덕턴스 : 자속의 발생정도를 나타내는 상수

                 전선에 전류(I)가 흘렀을 때 그 주변에 자속(φ)이 얼마나 발생되었는가를

                 나타내는 비례 상수이다.

                 인덕턴스가 크다는 말은 같은 전류가 전선에 흐르더라도 더 많은 양의

                 자기장(자속)을 발생시킨다는 것을 의미한다.

 ▣ 전자기학에서 나오는 Nφ = LI 라는 식이 있다. 여기서 N은 회전수 이므로 제외를 하면

    Nφ = LI 라는 식이 된다. 이것을 L으로 정리를 하면 L = φ/I 가 된다.

   따라서 인덕턴스 L은 전류 I에 반비례하고 자속(φ)에 비례한다고 할 수 있다.

따라서 코일을 많이 감으면 리엑턴스가 많아진다.

코일을 많이 감으면 인덕턴스가 동일한 전선을 여러겹으로

설치한 것과 마찬가지이므로 리액턴스가 많이 발생하게 된다.

또한 코일은 자속을 일정한 방향으로 발생시키는 역할도 하므로

일정한 자속이 필요할 때 쓰이는 전자석을 만들 때 사용한다.

​인덕턴스가 크다는 것은 전선에 전류가 흘렀을 때

그 주변에 자속이 많이 발생한다.

▣ 인덕턴스(L)을 가지도록 만든 소자 : 리엑터(L) ⇒ 철심 + 코일

인덕턴스를 가지도록 만드는 소자로는 먼저 리액턴스를 많이 발생하도록 하는

코일이 필요하고 발생한 자속이 잘 흐르도록 하는 자속의 통로인 철심이 필요하다.

3. 전자유도에 관한 법칙

​

1) 페러데이법칙

  ⊙ 전자유도에 의하여 발생된 기전력의 크기 법칙으로 코일내부에서

      자속의 변화가 생기면 자속의 변화에 비례하여 기전력이 발생한다.

2) 렌쯔의 법칙 : 전자유도에 의한 기전력의 방향에 관한 법칙

   ▣ 전자유도에 의한 기전력은 자속의 변화를 방해(-)하는 방향으로

       발생한다.

① 자속의 변화

② 비례하여 기전력 발생(페러데이)

③ 코일의 감은 권수를 N배로 하면 기전력도 N배로 증가한다.

④ 자속의 변화를 방해하는 방향으로 기전력 발생(렌쯔법칙)

​

4. 표피효과 및 리액턴스

​

▣ 표피효과 : 전류가 전선의 바깥쪽으로 흐르려는 현상

 ※ 표피효과가 발생하는 이유로는 전선에 전류가 흐르게 되면 전류의 흐름을

    방해하는 방향으로 자속이 발생하게 되는데 전선을 기준으로 보았을 때

    전선의 중심에는 전류를 방해하는 자속이 밀집하게 되고 상대적으로 전선의

    바깥 쪽은 전류의 흐름을 방해하는 자속의 밀도가 낮으므로 전류는 전선의

    바깥으로 흐르려고 하는 것이다.

▣ 표피효과 방지 대책

   ⊙ 중공연선이나 ACSR(강심알루미늄연선)를 쓴다.

▣ 침투깊이

​

【 현수애자 】

1. 애자의 역할

 ▣ 전선을 지지물에 고정시킬 때 전선과 지지물간 절연하는 절연체 역할을 하는

     것이 애자이다.

※ LP애자 : Line Post

​

(1) 애자의 설치 목적

   ① 전선과 대지간(지지물)의 절연

   ② 전선을 지지물에 고정

​

(2) 애자의 구비조건

   ① 충분한 절연내력을 가질 것 [V/m], 클수록 좋다.

   ② 충분한 절연저항을 가질 것 R = 1000[MΩ]

   ③ 충분한 기계적 강도를 가질 것

   ④ 누설 전류가 적을 것

   ⑤ 온도변화에 잘 견디고 습기를 흡수하지 않을 것

   ⑥ 가격이 싸고 다루기가 쉬울 것

​

(3) 애자의 종류

​

① 현수 애자 : 송전선로에 대부분 채용

   ⊙ 전선을 아래로 늘어 뜨리거나 잡아 당겨 지지하는 것으로써

      어떻게 연결하느냐에 따라 클리비스(나사, 끼움), 소켓형(고리를 거는 것)으로 분류됨

   ⊙ 원판 모양의 자기절연체의 양쪽에 연결용 쇠붙이를 시멘트로 접착하고 이들을 여러개

      연결하여 철탑 아래로 늘어 뜨려 큰 하중에 대하여 2련 또는 3련으로 전선을 가설하

      도록 하는 장치

    ※ 배전계통(전주를 지지물로 쓴다) : 현수애자와 핀애자를 쓴다.

      ◎ 요즘은 핀애자를 쓰지 않고 LP애자(Line Post)를 쓴다. (점퍼선에 사용)

    ※ 완금 : 3선은 2,400[mm]를 쓴다.

※ 애자의 갯수

   ⊙ 22.9kV -Y : 2~3개

   ⊙ 66 kV : 4~5개 - 최근에는 자주 사용하지 않음

   ⊙ 154kV : 9~11개

   ⊙ 345kV : 18~23개

   ⊙ 765kv : 40개 이상

​

【현수애자】

   ▣ 종류 : 클레비스형, 볼 소켓형 (주로 사용)

     ⊙ 큰 하중에 대하여 2련 또는 3련으로 사용할 수 있다.

​

     ※ 현수애자의 크기는 자기부의 직경 즉 지름으로 나타내는데

        254[mm]를 표준으로 하고 있다. 250[mm]라 하기도 함

        중성선을 지지하는 것은 180[mm]를 사용하고 있다.

⊙ 현수애자는 상부에 소켓(도체)과 하부 볼(도체)사이에 절연체인 공기가 있는 구조로

     콘덴서와 똑같은 구조를 갖추고 있어서 전력계통에서 콘덴서로 똑같이 취급한다.

​

② 핀애자 : 직선 전선로를 지지하기 위한 곳에 사용

  ⊙ 갓 모양의 자기편을 시멘트로 접착하고 철재베이스를 써서 자기를 지지한 후에

      아연도금한 핀을 박아서 완금에 고정하여 사용한다.

    ※ 33(30)[kV]이하에서만 사용한다. 결국 핀애자는 22.9[kV]에서 사용한다.

   ⊙ 사용전압 : 이론상 66[kV]이하, 실제 30[kV]이하

   ⊙ 사용전압별 애자의 색상 : 저,고압용(백색), 특별고압용(자주색)

     ※ 기저에 수직으로 설치한다

③ 장간 애자

   ⊙ 자기재 봉에 갓을 설치하여 그 양단에 cap을 취함

   ⊙ 장견간이나 해안 지역에서 염진 해 대책 및 코로나 방지 목적으로 사용

​

④ LP 애자 : 선로용 지지 애자 (일반적인 전선)

​

⑤ 폴리머 애자 : 빗물에 의한 세척효과가 좋음, 사기 유리 대신 실리콘 고무 사용

                    (합성수지로 만듬)

​

(4) 현수 애자의 시험 [250mm] ※ 섬락 : 불꽃 = 아크 = 절연파괴

  ⊙ 현수애자의 양단의 쇠붙이에 전압을 걸어서 전압을 서서히 올리면 어느 순간 애자표면

     에 있는 공기를 통해서 아크방전이 일어나게 되는데 이를 섬락전압이라 한다.

① 건조 섬락 시험 : 건조한 상태에서의 절연파괴전압 80 [kV] ⇒ 80kV까지 견뎌야 한다

    (건조한 날)

② 주수 섬락 시험 : 젖은 상태에서의 절연파괴전압 50[kV]

    (비온 날)

③ 유증 섬락 시험 : 절연유 속에 넣은 상태에서의 절연파괴 전압 140[kV]

④ 충격 섬락 시험 : 표준파형의 충격파(서어지, 벼락 등) 상태에서의

                          절연파괴전압 125[kV],

                         ※ 1.2 × 50 [μsec] (벼락)

(5) 애자련의 능률

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(6) 애자련의 전압 분담

⊙ 전선과 애자, 애자와 지지물간의 정전용량은 애자의 그 위치에 따라

    각각 다르게 나타나므로 각각의 전압분담도 달라지게 된다.

  ① 전압분담이 가장 큰 애자 : 전선에서 가장 가까운 애자

  ② 전압분담이 가장 작은 애자 : 전선에서 지지물 쪽으로 약 2/3 이상 지점에 위치한 애자

    ex) 5련 애자 : 철탑에서 두번째, 10련 애자 : 철탑에서 3번째 애자

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(7) 애자련의 보호 : 아킹혼(링), 소호각(환)

【 지지물과 전선보호 】

1. 지지물

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(1) 지지물의 종류

  ① 목주 : 말구 지름 (끝부분 지름) 12[cm]이상, 지름의 증가율 9/1000 이상

  ② 철근 콘크리트주 : 말구 지름 14[cm]이상 (14, 17, 19 [cm] ) 지름 증가율 1/75 이상

  ③ 철주 : 66[kV] 이하의 송전선로에 많이 사용

  ④ 철탑 : 4각 철탑, 방형 철탑, 우두형 철탑, 문형 철탑 등

     (아연 도금한 형강 등을 볼트 등으로 조립하여 사용 : 녹슬지 않게)​

(2) 사용장소 및 용도에 의한 분류

① 직선형(A) : 평지에 사용, 수평각도 3˚이하인 직선 전선로 부분에 사용

② 경각도형(B) : 수평각도 3˚ ~20˚ 이하에서 사용

③ 중각도형(C) : 수평각도 20˚ 초과시 사용

④ 인류형(D) : 전선로가 끝나는 부분에 사용 - 60˚ 까지 적용, 가파른 산지 같은 곳에 사용

※ 억류 지지 철탑 : 전선을 끌어 당겨 지지하는 것

⑤ 내장형(E) : 전선로 양쪽의 경간차가 큰 곳에 사용 (시험 자주 나옴)

⊙ 직선형은 10기 이하 마다 내장 애자를 설치하여 전선으로 보강

⑥ 보강형 : 전선로 직선 부분을 보강할 경우에 사용

​

(3) 지지물의 기초 강도

⊙ 가공 전선 지지물의 기초 강도는 안전율 2 이상으로 할 것

⊙ 지지물의 전장이 15[m]이하인 경우에는 땅에 묻히는 깊이를

전장의 1/6 이상으로 할 것

2. 전선의 보호

① 전선의 진동 방지 : 댐퍼(Damper) : 아연도금한 강연성의 양단에 추를 붙여 놓은 것

※ 진동은 가벼울 수록 경간이 길수록 진동이 많음

⊙ 스톡브릿지 댐퍼 (Stock bridge damper) : 전선의 좌우 진동방지

⊙ 토셔널 댐퍼 (Torsional damper) : 전선의 상하 도약 방지

⊙ 베이트 댐퍼(Bate damper) : 클램프 전후에 첨선을 감아 진동을 방지하는 것

​

② 전선 지지점에서의 단선 방지 : 아머로드 (Armaor rod)

※아마로드 : 전선 지지점에 대한 보호 : 테이핑 작업

(전선과 같은 종류의 선(연선)을 여러번 꼬아 줌)

​

③ 오프셋 : 전선 도약에 의한 상하부 전선의 단락 방지

(Off : 벗어나다, Set : 설치) 중심부를 벗어나서 설치

전선에 쌓였던 눈이 떨어지거나 하면 전선이 도약할 수 있는데

이렇게 되면 전선과 전선이 단락할 수 있어 이를 방지하기 위함

※ 혼촉 방지 : 혼촉 잘못된 접촉

​

3. 이도 (Dip)

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⊙ 이도 (Dip) : 전선 자체의 중량으로 인해 전선이 아래로 쳐진 정도를 나타내는 곡선

                    (커티너리 곡선)의 수직거리

(8) 전선의 하중

​

① 전선 자체 하중 : Wo ⇒ 아래로 작용

② 빙설 하중 (Wi) i = Ice ⇒ 아래로 작용

전선 주위에 두께 6[mm], 비중 0.9[g/㎤]의 빙설이 균일하게 부탁된 상태에서의 하중

W​i = 0.0054 π (d + 6) [kg/m] (d [mm] : 전선의 바깥지름)

​

③ 풍압 하중 (Ww) : 철탑 설계시의 가장 큰 하중

P: Pressure, k : 전선의 표면계수

​

③ 합성 하중

4. 지선

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(1) 지선의 설치 목적

① 지지물의 강도 보강 (철탑에서는 임시용인 경우만 시설)

② 전선로의 안정성 증대

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(2) 지선의 종류

① 보통지선(인류지선) : 전선이 끝나는 부분에 사용

② 수평지선 : 도로나 하천 등을 횡단하는데 사용

③ 가공지선 : 직선로에 선로방향으로 불편균 장력이 발생하는 경우 수평지선 대신에

                  지지물을 사용하여 시설

④ 공동지선 : 장력이 비슷한 인류주, 분기주, 곡선로주가 인접한 경우, 양주간 공동으로

                  수평하게 시설

⑤ Y지선 : 다수의 완금을 설치하거나 장력이 큰 경우 또는 H주 등에 시설하는 지선

⑥ 궁지선 (A, R) : 주위의 건조물 등으로 인하여 지선의 밑넓이를 충분히 넓게 할 수 없는

                       경우에 시설하는 지선

(3) 지선의 구비조건 (전기설비기준에서 자세히 다룬다)

​

① 안전율(여유계수)은 2.5이상일 것 (단 목주나 A종은 1.5 이상)

② 소선은 지름 2.6[mm]이상의 금속선을 3조 이상 꼬아서 시설할 것

     (단, 인장강도 70[kg/㎟] 이상인 아연도금강연선은 2.0[mm]

③ 허용 인장하중의 최저는 440[kg] 이상일 것

④ 지중의 부분 및 지표상 30[cm]까지의 부분은 아연도금한 철봉 등을 사용할 것

⑤ 도로 횡단시 지선의 높이는 5[m] 이상으로 할 것

1. 전선

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(1) 전선의 종류

  ① 가공전선로 : 공중에 설치하는 전선

  ② 지중전선로 : 지하에 설치하는 전선

  ③ 옥상전선로 : 건물의 위에 설치하는 전선

  ④ 옥측전선로 : 건물, 구조물의 측면에 설치하는 전선

  ⑤ 수상전선로 : 물위, 수면 위에 설치하는 전선

  ⑥ 수저전선로 : 물속에 설치하는 전선

  ⑦ 터널내전선로 : 터널내에 설치하는 전선

​

(2) 전선의 구비조건

① 도전율(k)이 클 것, 저항율이 작을 것, 전류가 잘 흐를 것

    도전율은 저항의 역수이므로 도전율이 크게 되면 저항은 작게 된다.

    * 기준 : 연동선 k = 100[%]

              경동선 k = 97[%]

         ex : 철사 k = 10[%] 미만

② 기계적 강도가 클 것

③ 가요성이 클 것(잘 구부러질 것, 유연성이 있을 것)

    옥내용   >  옥외용

    연동선       경동선

   * 옥내에서는 기계적 강도가 크지 않아도 되므로 연동선을 사용하고

     옥외에서는 기계적 강도를 요구하므로 경동선을 사용한다.

④ 내구성이 클 것 (내식성, 내열성)

   * 내식성 : 해안지방의 송전선 (염분 등의 영향 - 내식성 : "동선 > 알루미늄")

⑤ 가격이 싸고 신장율(팽창율)이 클 것, 대량생산이 가능할 것

⑥ 가벼울 것 (비중이 작을 것)

⑦ 가선이 용이할 것 (전선의 설치가 용이해야 한다)

​

2. 전선의 구조에 따른 분류

​

(1) 가닥수에 따른 분류

  ◎ 단선 : 단면이 원형이면서 한줄로 된 전선(지름이나 공칭단면적으로 표기)

     1가닥 - 전선이 굵어지면 다루기 힘들어지고 경제성 기타 특성상 송전에

               적합하지 않아 잘 사용되지 않는다.

◎ 연선 : 단선을 수내지 수십선을 꼬아 놓은 선, 여러가닥의 소선으로 되어 있다.

            작은 전선(실세선)이 꼬아져 있는 전선을 말한다. 단선과 상대되는 전선이다.

   ※ 소선의 총가닥수 N = 1+ 3 n (n+1) n : 중심소선을 뺀 소선의 층수

       소선 층수        소선가닥수

            1                 7 가닥

            2               19 가닥

            3               37 가닥

            4               61가닥

    계산법

       1 + 6 + 12 + 18 + 24 + .....

       7    19    37    61 .....

  ※ 연선의 지름 D = 2 (2n+1) × d n : 소선의 층수

​

◎ 중공연선 : 가운데 비어 있는 것

  ⊙ 200[kV] 이상의 초고압에서는 코로나 현상을 방지하기 위하여 지름이 큰 전선을

      사용하지 않으면 안된다.

  ※ 특징 : 지름이 크다. (가운데가 비어 있기 때문에 지름이 크다)

(3) 피복에 의한 분류

   ◎ 나전선 :  전선에 피복이 없는 것을 나전선이라 한다. 피복 X

   ◎ 절연전선 : 피복 하나 : 절연피복 한번한 것을 절연전선이라 한다.

   ◎ 케이블 : 피복 2 번이상 : 케이블은 절연피복과 케이블 시스가 함께 있다.

​

(4) 전선의 재질에 따른 분류

   ① 단금속선 : 구리선 - 연동선, 경동선, 금속선 하나로 구성되어 있는 전선이다.

⊙ 연동선 : 부드러움 (가전제품(옥내)), 비쌈, 강도는 작지만 잘 구부러지고

                저항이 작아 전류가 잘 흐른다.

​⊙ 경동선 : 딱딱함(옥외 송전), 비쌈, 강도가 세고 고유저항이 연동선보다 커서

               도전율은 연동선 보다 낮다.

⊙ 알루미늄선 : 저렴 - 알루미늄선은 강도도 있으면서 가벼워서 하중 경감이 필요한

                              전선 등에 사용된다. 연동선, 경동선에 비해 고유저항이 크다.

  ※ 고유저항 : 연동선 < 경동선 < 알루미늄

  ※ 인장강도 : 경동선 > 연동선 > 알루미늄

  ※ 무게는 알루미늄이 구리보다 가볍다. 일반적으로 1/3배

​

⊙ 강심알루미늄연선 (ACSR) : 장경간 송전선로, 온천지역 채용, 코로나 방지 목적

    도전율이 양호한 알루미늄 강도를 증가시키기 위하여 가운데 아연도금 강선이 들어가

    있는 강심 알루미늄연선이 대표적이다.

    구리선에 비해서 중량이 작고, 직경이 커졌다.

⊙ 합금선 : 규동선 (Cu + Si), 카드뮴동선 (Cu + Cd), 알루미늄합금선 (Al + Mg)

⊙ 쌍금속선 (동복강선) : 장경간 송전선로, 가공지선 (낙뢰방지 목적으로 사용)

​

(5) 전선의 굵기 선정

​

① 고려사항 : 허용전류, 전압강하, 기계적 강도, 전력손실, 경제적 조건

  ⊙ 허용전류 - 전선에 최대로 흘릴 수 있는 전류

                  - 전선이 버틸 수 있는 전류

  ⊙ 전압강하 : e = I × R ⇒ 전선의 저항만큼 전압강하가 발생하므로 이를 고려하여 선정

  ⊙ 기계적 강도 : 전선단면적 A ↑

  ​⊙ 전력손실 : Pl = I2·R

  ⊙ 경제적 조건

​

(6) 가장 경제적인 전선의 굵기 선정방법

   ⊙ 캘빈의 법칙 : 건설에 구입한 전선시설비에 대한 1년간의 이자 및 감가상각비 =1년간

                         전력 손실량에 대한 환산전기요금이 같을 때의 굵기

     ◎ 전선 1[m]의 연간 손실 전력 금액

     ◎ 전선 1[m]의 이자와 감가상각비를 가산한 연 경비 총액

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[송전선의 전선 굵기 선정] 허용전류, 전압강하, 기계적 강도, 전력손실(코로나손),

                                  경제성

  ◎ 허용전류(안전전류) : 전선에 전류가 연속적으로 흐를 때 도체의 수명적 관점에서

                                 실용상 안전하게 흐를 수 있는 전류를 말함

     ※ 표피 효과 발생

<표피효과의 영향>

  ⊙ 전선의 유효 단면적 축소

    ※ 표피효과는 전선 표면가까이에서만 전류가 흐르는 현상으로

       표피효과가 크게 되면 실제 전류가 흐르는 단면적은 작게 된다.

  ⊙ 저항값은 직류일 때 보다 증대 :  표피효과로 인해 실제 전류가 흐르는

                                              단면적이 작아지므로 저항은 높아지게 된다.

   ◎ 송전용량 감소 ↑ Pc = I2 R : 표피효과가 발생하면 전선의 단면적이 작아져

                                             저항이 높아지므로 전력손실이 많아지고 송전용량은

                                             감소하게 된다.

   ◎ 전선의 단면적, 주파수, 도전율, 투자율이 클수록 표피효과 증대

   ◎ 코로나 손실 증대 : 표피효과로 인해 전선의 단면적이 작아지므로 코로나 손실도 증대한다.

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전선의 지름이 큰 것

① 복도체 (다도체) 방식

② 중공연선

③ ACSR : 강심알루미늄 연선

​

사용하는 주된 이유 : 코로나 현상을 방지하기 위하여

1. 승압의 필요성

​

▣ 최근 우리나라는 전력 사용량이 급격히 늘어나고 있습니다. 급격한 전력사용량 증가에

   대비하기 위해서는 이에 맞는 전력공급 능력을 갖추어야 하고 또한 많은 전력량을 송전

   하는 능력도 갖추어야 합니다.

▣ 동일한 발전량과 송전시설을 가지고 위의 2가지 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 방법

    이 바로 전압의 승압방법입니다. 전압을 승압하면 동일한 발전용량이라 하더라도

    전력공급 능력을 향상시킬 수 있고 동일한 송전선로에서 전류량을 늘리지 않고 송전량

    을 늘릴 수 있기 때문입니다.

▣ 하지만 단점도 있겠지요. 전압을 높이려면 송전시설의 높이를 높게 해야 하고 시설물의

    절연내력을 증가시켜야 하며 전압증가로 인한 위험도 높아지는 단점도 있습니다.

​

2. 전압승압 효과, 장단점

​

가. 전압승압의 장점 (전압 n배 승압시)

​

▣ 공급능력 VA (시설용량) : n배 증가

  ⊙ 공급능력은 시설용량을 말하는 것으로 시설용량 Pa = VI [VA] 이다.

      공급능력은 무부하 상태의 시설용량 VA를 의미한다.

      따라서 전압이 n배 증가하면 공급용량도 n배 증가한다.

​

▣ 공급전력 P(W) : n2 배 증가

  ⊙ 공급전력은 부하가 있는 상태에서의 전력을 말하는 것으로

이상의 관계를 종합하면

나. 전압승압의 단점 (전압 n배 승압시)

​

▣ 지지물의 높이 증가 등 시설비가 많이 든다.

▣ 애자의 수가 증가 등 시설 보강이 필요하다.

▣ 절연내력의 증가로 인한 시설비가 증가한다.

▣ 고전압으로 위험성이 증가한다

고장계산은 %임피던스에 의한 고장계산과 대칭좌표법에 의한 고장계산을 다룬다.

​

1. 고장계산

▣ 가공송전선로는 비,눈,바람 등의 자연재해에 영향을 받아 이로 인한 고장이 발생하기

    쉬운 만큼, 이에 대응하기 위하여 직접 접지 방식 등을 채택하고 있다.

    사고중에는 1선 지락사고의 빈도가 가장 높으며 선간단락이나 3선 단락 및 단선사고가

    발생하는 경우도 있다. 이러한 사고발생시에 대처하기 위해 적정한 차단기를 선정해야

    하는데 차단기 용량결정을 위해 고장계산은 필수적이다.

​

2. %임피던스 (백분율 임피던스)

▣ 백분율 임피던스(%Z)는 기준전압(상전압)에 대한 임피던스 전압강하의 비를 백분율

    로 나타낸 것이다. %Z는 이를 이용하여 단락전류와 단락용량을 계산하고 3상기준

    정격용량, 충전용량, 단락용량 등을 계산하는데 사용된다.

​

3. 대칭좌표법에 의한 고장계산

▣ 대칭좌표법은 1선 지락사고와 같이 불평형 고장에서 전압이나 전류의 계산에 사용되며

    전류를 이용하여 3상 평형시 (정상시) Ia + Ib + Ic = 0 이므로 a상을 기준으로 계산

    하면 전류의 합은 0이 됩니다.

▣ 그러나 3상 불평형시 (사고시) 전류의 합은 0이 아니므로 대칭분을 이용하여 정상분을

    계산할 때는 영상분과 역상분을, 역상분을 계산할 때는 영상분과 정상분을 제거하고

    해석하고자 하는 성분만 남겨 주게 됩니다.

​

▣ 고장의 종류

⊙ 지락사고 (80%) : 대칭좌표법

⊙ 단락사고 (과전류, 위험) : %임피던스법, 대칭좌표법, PU법, 오옴법

⊙ 단선사고

​

▣ 고장계산의 목적

  ① 차단기의 용량 결정

  ② 보호계전기의 정정

  ③ 통신선의 유도장해 감소

​

1. 단락고장 계산 (%Z 법)

​

[단상 : Z%]

  ※ %Z임피던스는 상전압(수전단 전압)을 기준으로 산정한다.

[3상 %Z]

  ※ 퍼센트 임피던스(%Z)는 상전압(수전단 전압)을 기준으로 산정한다.

   또한 3상의 경우에는 한상을 기준으로 산정한다.

2. 단락전류 계산 (차단기의 용량결정)

​

▣ 단락사고 발생시 선로를 차단하는 차단기의 용량을 결정하기 위하여

    앞에서 계산한 %Z를 활용하여 단락전류를 계산하게 된다.

​

⊙ 단상 단락전류

⊙ 3상 단락전류

★ 단락전류는 3상에서도 한선에 흐르게 되므로 1선을 기준으로 계산하게 된다.

    따라서 단락전류 I​s = E / Z 가 된다.

종합해 보면

3. 단락용량

[단락용량 구하기]

4. 1선 지락사고 고장계산

[ 고장조건 ]

​

①

  [A] (1선지락시 차단기 내려 Ia, Ib는 전류가 흐르지 않는다고 가정)

② Ia = I​g

③ a상의 대지전위는 零에 가까움 Va =0

    Ib = Ic = 0, Va = 0 --------- 식1

    Ia = Ig --------- 식2

      a 상에 흐르는 전류가 우리가 구할 지락전류이다.

   발전기 기본식

    V0 = - Z0 I0

    V1 = E1 - Z1 I1

    V2 = - Z2 I2 -------------------- 식 3

Va = V1 + V2 + V3 = 0 ---------- 식 5

지락전류 Ia = I​g를 구하기 위해 식 5에 식3을 대입하면

5. 2선단락 고장계산

접지선에는 전류가 흐르지 않고 b상과 c상으로만 전류가 흐른다.

b상과 c상에는 서로 다른 방향으로 전류가 흐른다.

6. 3선단락 고장계산

7. 영상회로, 영상임피던스

​

Z0, Z1, Z2 이러한 임피던스값을 어떻게 구하는가?

대칭분 회로를 이용하여 영상회로, 영상임피던스 구하기

3상을 일괄한 것과 대지간에 단상교류 전압을 인가했을 때, 전류가 흐를 수 있는

범위의 회로를 영상회로라고 하며

이 때 한상에 대한 임피던스를 영상임피던스라고 한다.

따라서 한 상의 영상전류의 3배가 흐르는 중성점 저항 접지방식에서

한 상분에 대한 영상전류를 취급하는 경우

중성점 접지저항은 3배로 한다.

​