전력공학 1장 – 전선의 이도 및 애자

 이번 포스팅은 전력공학 1장 – 전선의 이도 및 애자 대해서 제가 검토 및 공부한 내용을 기반으로 작성하도록 하겠습니다.

전선의 이도는 전선이 처진 정도를 나타내며, 애자는 전선을 지지물에 고정하는 역할과 동시에 절연체의 역할하는 요소입니다.

전선의 이도

: 먼저 전선의 이도 대해서 설명드리도록 하겠습니다. 전신주를 보시면 전선이 직선으로 팽팽하게 설치가 되어 있는 게 아니고 아래로 약간 처진 상태로 설치가 되어 있는 것을 확인하실 수 있습니다.

 이렇게 처진 상태로 전선을 설치한 이유는 너무 팽팽하게 설치를 하게 되는 경우에 전선에 작용하는 장력으로 인해 전선이 끊어질 수 있기 때문입니다. 이런 전선의 처진 정도를 나타내는 것이 전선의 이도라고 합니다.

 수치적으로 표현할 때는 수평위치에서 가장 멀리 떨어진 거리를 나타냅니다. 그럼 이런 이도는 어느 정도를 해야 적당한지에 대해서 물음을 가질 수 있습니다.

 왜냐하면 전선이 너무 쳐지면 전선끼리 부딪혀 단락이 되거나 나무나 차량에 부딪힐 수 있기 때문입니다. 뿐만 아니라 이전에 설명 드렸던 전선의 진동이 커져 전선이 꼬이는 현상도 발생할 수 있습니다.

 그렇다고 너무 팽팽하면 전선에 작용하는 장력으로 인해 끊어질 수 있는 문제도 있습니다. 그래서 이도에 대해서 구하는 식에 따라 이도를 적당하게 적용을 시켜 주셔야 합니다.

– 이도 계산하는 식

: D=WS^2/8T [m]

위에 식에서 사용하는 D는 이도,  W는 전선무게 이자 전선의 하중이고 S는 경간, 즉 지지물 사이의 거리를 말하면 전선을 지지하는 전봇대 사이의 거리라고 이해하시면 됩니다. 그리고 T는 수평장력을 말합니다.

– 이도 (D) 계산 시 필요한 요소

• W : 전선무게 이자 전선의 하중
• S : 경간, 즉 지지물 사이의 거리를 말하면 전선을 지지하는 전봇대 사이의 거리
• T : (전선에 가해지는)수평장력

참고로 수평장력은 인장하중과 안전율로 구할 수 있는데 인장하중에서 안전율을 나눠주면 수평장력을 구할 수 있습니다. 인장하중에서 안전율이라는 여유분을 고려해서 나눠주기 때문에 인장하중을 장력과 비슷하게 이해하시면 됩니다.

  전기기사 시험에도 종종 출제되는 문제이기 때문에 이도에 대해서 제대로 이해하고 계산식을 외우고 있으시면 도움이 되실 겁니다. 추가적으로 전기기사에서 종종 지표면에서 전선까지의 평균적인 높이를 구하라는 문제가 나옵니다.

 이도가 적용이 되더라도 수평면과 전선까지 일률적으로 평평한 게 아니기 때문에 지표면에서 전선까지의 높이가 장소에 따라 상이할 수 있습니다. 이런 상황을 고려해서 전선의 지표상 평균높이를 구해서 적용을 한다고 합니다.

 만약 전기기사 시험에서 전선의 지표상 평균높이를 구하라는 문제가 나오면 아래 식을 이용해서 문제를 푸시면 됩니다.

– 전선의 지표상 평균높이 구하는 식

: H=h−(2/3 x D) [m]

• h : 지지물 높이
• D : 이도

애자

: 다음은 애자 대해서 설명드리도록 하겠습니다. 전선과 전선로를 구성하는 요소 중에 하나가 바로 애자입니다. 애자는 전선을 전봇대나 전선관과 같은 전선 지지물에 고정하는 역할과 동시에 절연체의 역할을 하는 설비입니다.

 위에서 설명드린 대로 애자는 절연체 역할을 하는데 절연이라는 의미가 전기가 흐르지 못하게 막는 것이므로 이 애자 또한 전기가 흐리지 못하게 막는 역할을 합니다. 즉 전선을 지지하는 지지물에 전기가 흐리지 않게 절연을 하는 역할을 합니다.

 전기가 흐른다는 것은 전류가 흐르는데 이 전류가 전선으로만 흘러야지 전봇대 쪽으로 타고 흘러가면 지나가던 사람에게 감전의 위험도 생길뿐더러 전선을 타고 목적지까지 가야 될 전류가 새어나가는 현상 (누설) 이 발생합니다.

 그렇기 때문에 전선과 지지물 간 절연을 위해 애자를 설치합니다. 그리고 애자를 설치할 때는 송전선로에 흐르는 전압에 맞게 애자 설계를 해야 합니다. 그렇지 않으면 일정 전압이 넘어가게 되면 절연을 하지 못해 전류를 흘려버리는 현상이 발생합니다.

 보통 송전선로에 흐르는 전압은 154kV, 345kV, 765kV 등으로 구성이 되는데 전압이 높은 전선로일수록 애자를 여러 개 연결하는 방식을 통해 설계 및 설치를 하게 됩니다.

 여기에서 여러 개의 애자 묶음을 애자련이라고 하는데 154kV를 예로 들면 10개 정도를 한 묶음으로 사용한다고 합니다. 즉 345kV 나 765kV의 경우에는 더 많은 애자가 묶여서 적용이 되는 것을 예측하실 수 있습니다.

 즉 전압 때문에 애자련을 적용하게 되는데 애자를 묶음으로 적용하였다고 하더라도 모든 애자에 동일한 전압이 부담되는 게 아닙니다.

 154kV를 기준으로 보면 전압 부담이 가장 큰 애자는 전선에서 가장 가까운 애자이고 전압 부담이 가장 작은 애자는 철탑에서 3번째 애자라고 합니다.

– 애자 최대 최소 전압 부담 

• 최대 전압부담 애자 : 전선에서 가장 가까운 애자
• 최소 전압부담 애자 : 철탑에서 3번째 애자 (전선에서 봤을 때는 8번째 애자)

 추가적으로 애자련 보호에 대해서 설명드리도록 하겠습니다. 애자 애자련은 전선과 지지물 사이에 절연을 형성하여 전기가 지지물에 흐르지 않게 합니다. 누설과 지지물에 전기가 흐르게 하지 않음으로써 사람들의 감전 피해를 막는 역할을 하는 것입니다.

 그런데 이런 애자 애자련도 낙뢰 등과 같은 매운 큰 전압이 전선으로 들어오게 되면 버티지 못하고 절연이 파괴되어 지지물에 전류가 흐르거나 누설 전류가 발생할 수 있다고 합니다.

 그래서 이런 상황을 대비해서 애자련의 보호 설비로 소호환과 소호각을 적용한다고 합니다. 소호환과 소호각은 동일한 기능을 가지고 있는지만 모양은 약간 상이합니다.

한국에서는 초호환과 초호각이라고 하고 영어로는 각각 이 킹링, 아킹혼 이라고도 하니 구글 검색이나 다른 문헌을 참조하실 때 참조 하시면 좋을 거 같습니다.

 여기까지 작성하도록 하겠습니다. 지금까지 전력공학 1장 – 전선의 이도 및 애자 대해서 제가 개인적으로 공부한 내용을 기반으로 설명드렸습니다. 전기 공부하시는데 도움이 되셨으면 합니다.

 제 개인적으로 공부한 사항이라 오류가 있을 수 있는 점 참조 부탁 드립니다. 감사합니다.