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전기 마당/전력공학

전력공학 1장 - 전선의 조건 및 진동 도약 (feat. ACSR)

by 『★√★』 2022. 12. 25.

전력공학-전선조건-진동-도약-썸네일
전력공학-전선조건-진동-도약-썸네일

 이번 포스팅은 전력공학 1장 - 전선의 조건 및 진동 도약 대해서 제가 공부한 내용을 기반으로 설명드리도록 하겠습니다. 전기가 만들어지고 해당 전기가 배전이 되는 과정에서 꼭 필요한 전선의 조건에 대해서 자세히 다뤄보도록 하겠습니다.

목차

1. 발전 송전 배전

2. 전선의 조건

3. 전선의 종류

4. ACSR (강심 알루미늄 연선)

5. 전선의 진동과 도약

 

발전 송전 배전

 

:  전력공학에서 다루는 부분은 발전소에서 전기를 만들면 해당 전기를 전기가 필요한 곳에 보내고 받은 전기를 필요한 곳에 효율적으로 나눠주는 과정입니다. 이를 발전, 송전, 배전이라고 합니다. 

 

  • 발전 : 발전소에서 전기를 만드는 과정
  • 송전 : 전기를 전기가 필요한 곳에 보내는 과정
  • 배전 : 받은 전기를 필요한 곳에 효율적으로 나눠주는 과정

 

 

전선의 조건

전선로
전선로

: 그럼 전선로의 주요 항목인 전선의 조건 대해서 알아보도록 하겠습니다. 전선로는 전기가 운반되는 길이라고 이해하시면 됩니다. 여기에서 전선로는 전선뿐만 아니라 철탑과 부속설비까지  포함한 개념입니다. 

 

 이 전선로에서 가장 중요한 것은 전선입니다. 해당 전선은 도전율이 커야 하며 비중이 작아야 효율적으로 전기를 전달할 수 있습니다. 

 

 여기에서 말하는 도전율은 전류가 잘 흐르는 정도를 나타내는 수치이고 비중은 전선의 무게를 나타내는 수치입니다. 즉 전선의 조건으로 전류를 잘 흐르면서 가벼운 전선이 전기를 효율적으로 잘 전달할 수 있습니다. 

 

 비중에 대해서 조금 더 설명 드리면 비중이 크면 무게가 무겁고, 무거운 것을 설치하는 과정에서 해당 무게 때문에 끊어지거나 전선을 공사하는데 인건비부터 시작해서 공사비가 많이 발생할 수 있습니다. 

 

 

- 효율적인 전기 전달을 위한 전선의 구비조건

  •  도전율이 클 것
  •  비중이 작을 것

 

 위에서 설명 드린 전선의 구비 조건인 도전율과 비중은 전기기사 시험에도 잘 나오는 항목이니 암기해두시면 도움이 되실 겁니다.

 

 그리고 전선의 굵기에 따라 전류가 흐르는 양이 달라집니다. 그리고 전선의 굵기는 전압강하까지 고려해서 선정을 해야 하기 때문에 전선의 굵기 선정은 정말 중요한 전선 설계 항목 중에 하나입니다. 

 

  전선의 굵기 선정시 고려할 사항으로는 허용전류, 전압강하, 기계적 강도로 효율적인 면에서 보면 허용전류는 커야 하며, 전압강하는 작아야 하고, 기계적 강도는 커야 합니다. 

 

- 전선의 굵기 선정 시 고려해야 할 사항

  • 허용전류
  • 전압강하
  • 기계적강도

 여기에서 말하는 허용전류는 말 그대로 허용되는 전류, 흐를 수 있는 전류를 말하는 것이며 전압강하는 전압이 떨어지는 정도를 나타내는 수치이고 기계적 강도는 해당 전선이 얼마나 튼튼하냐를 말하는 척도입니다. 

 

 

전선의 종류

전선
전선

: 그럼 다음으로 전선의 종류 대해서 설명드리도록 하겠습니다. 전선의 종류는 절연 피복에 따른 분류, 재료에 따른 분류, 구조에 따른 분류로 크게 나뉘어서 설명 드리도록 하겠습니다. 

 

 

1) 절연 피복에 따른 분류

 

: 절연 피복의 경우에는 전선에 전류가 흐르는 부분을 감싸줌으로써 사람이 만져도 감전을 당하지 않게 절연을 하는 역할을 합니다. 여기에서 말하는 절연의 의미는 전기가 통하지 않게 차단을 해준다라는 의미입니다. 

 

 이런 절연 피복 유무 및 피복을 얼마나 씌웠냐에 따라서 나전선, 절연전선, 케이블로 나뉘게 됩니다. 

  • 나전선 : 도체만으로 된 전선
  • 절연전선 : 도체 바깥에 피복을 1번 씌운 전선
  • 케이블 : 도체 바깥에 피복을 2번 이상 씌운 전선

나동선-절연전선-케이블
나동선-절연전선-케이블

 

해당 전선은 설치되는 장소에 따라 알맞게 적용해서 사용을 하시면 됩니다. 나전선의 경우에는 피복이 없기 때문에 사람이 닿지 않는 장소에 설치하는 것을 권장하며 보통 하늘 높이 있는 전선을 가공전선용으로 사용하게 됩니다. 

 

 반면 땅에 묻는 전선을 지중전선이라고 하는데 지중전선용으로는 보통 절연을 2번 이상 해준 케이블을 사용하게 됩니다. 필요시 알루미늄이나 철로 보호 피복을 적용하는 것도 있습니다. 

 

2) 재료 및 구조에 따른 분류

 

: 다음으로는 재료에 따른 전선의 종류에 대해서 설명드리도록 하겠습니다. 대표적으로 경동선, 연동선, 알루미늄선으로 구분하여 설명드릴 수 있습니다. 

 

  • 경동선 : 순도 99.9% 구리, 단단함
  • 연동선 : 경동선을 열처리한 것, 부드러움
  • 알루미늄선 : 가벼움

 

 사실 한글 용어를 먼저 접하신 분들에게는 낯설지 않을 수 있지만 영어로 용어를 먼저 접하신 분들에게는 경동선 연동선 등의 용어가 낯설게 느껴질 수 있습니다. 

 

 그래서 추가적으로 설명드리면 연동선은 부드러운 전선이며 경동선은 구부리기 힘든 단단한 전선이라고 이해하시면 됩니다. 

 

 그리고 전선의 구조인 전선의 가닥수에 따라 단선과 연선으로 나뉘는데 도체 1가닥으로 이뤄진 전선을 단선이라고 하며 도체 2가닥 이상의 전선을 연선이라고 합니다. 

 

 

  • 단선 : 도체 1가닥으로 이뤄진 전선
  • 연선 : 도체 2가닥 이상으로 이뤄진 전선 

단선-연선
단선-연선

 

 

ACSR (강심 알루미늄 연선)

 

: 그럼 전선 중에 하나인 ACSR(강심 알루미늄 연선) 대해서 추가적으로 설명드리도록 하겠습니다. ACSR은 실제 가공전선로에서 가장 많이 쓰이는 전선으로 강심의 "강"은 철을 의미하며 중심부가 철로 이뤄진 전선입니다. 

 

 중심에 철로 이뤄져 있고 주위에 알루미늄 연선으로 구성이 되어 있는 구조로 되어 있는 전선입니다. 알루미늄이 가벼운 대신 기계적 강도가 약하다는 단점을 가지고 있기 때문에 중심부에 철을 넣음으로써 보완한 구조입니다.

 

ACSR-강심알루미늄연선

 

 

 구리로 되어 있는 경동선에 비해 알루미늄으로 구성된 ACSR은 전선의 바깥지름을 더 크게 할 수 있는데 이렇게 전선의 바깥지름을 크게 하면 코로나 방지에 효과적입니다. 또한 공사 시에도 가볍기 때문에 용이합니다.

 

 추후 코로나 임계전압 공식에 보면 지름이 커지면 커질 수도록 임계전압이 높아지므로 코로나가 발생하는 상황을 방지할 수 있습니다. 참고로 코로나가 발생하게 되면 전선이 부식이 되고 전력 손실이 발생하게 됩니다. 

 

 

전선의 진동과 도약

 

 

: 다음으로는 전선 설계 및 시공을 할 때 고려해야 할 점이 바로 전선의 진동과 도약 부분입니다. 전선은 부는 바람 등의 영향으로 전선이 진동하거나 움직이게 되면 이때 심할 경우에는 단선사고가 발생할 수 있습니다

 

 그렇기 때문에 철탑 등 지지물 근처에 전선의 진동을 방지하는 장치를 설치하게 되는데 이를 댐퍼(Damper)라고 합니다. 댐퍼를 검색을 해보시면 여러 가지 의미가 나오는데 여기에서 말하는 댐퍼는 추를 달아 전선의 진동을 최소화하는 역할을 하는 것을 말합니다.

 

 또한 진동과 더불어 전선에 쌓인 눈이 녹으면서 아래로 쳐져있던 전선이 반동해서 위로 올라가는 도약이 발생하는데 이때 상부의 전선과 접촉하는 사고가 발생할 수 있습니다. 

 

 전선과 전선이 직접 접촉하면 단락상태가 되어 큰 전류가 흐르는 위험한 상황이 되는데 이를 방지하기 위해 아래쪽 전선이 위로 도약해도 상부전선과 접촉하지 않도록 수평거리의 차를 두는데 이를 오프셋(Off-set)이라고 합니다

 

- 전선의 진동과 도약 방지 대책

  • 전선의 진동 : 댐퍼(Damper) 적용, 댐퍼는 추를 달아 전선의 진동을 최소화하는 역할
  • 진선의 도약 : 오프셋(Off-set) 적용, 상부전선과 접촉하지 않도록 수평거리의 차 

 

 여기까지 작성하도록 하겠습니다. 지금까지 전력공학 1장 - 전선의 조건 및 진동 도약 및 ACSR 대해서 설명드렸습니다. 전기 공부하시는데 조금이나마 도움이 되었으면 합니다. 

 

 추가적으로 해당 글은 개인적으로 분석한 내용이니 오류가 있을 수 있는 점 참조 부탁 드립니다. 감사합니다.

 

 

 

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