송전선로에서 스페이서지그(Spacer Jig)를 이용한 스페이서댐퍼 유지보수공법(기술)

개요 1. 가공송전선로용 스페이서댐퍼 일반적으로 가공송전선로에는 풍속, 풍향, 지형, 기후조건 등에 따라 다양한 진동현상이 나타나며, 이러한 진동현상은 전선의 마모 또는 단선사고를 일으켜 전기적 사고를 유발할 수 있다. 따라서 전선을 보호하기 위해 가공송전선로에는 댐퍼나 스페이서댐퍼 등을 설치한다. 이 중 스페이서댐퍼는 다도체 방식 가공송전선로에 설치되는 방진장치로, 각 소도체 간의 간격을 유지시키고 진동발생을 저감시키는 역할을 하는 매우 중요한 송전설비 중 하나이다. 345kV 가공송전선로에는 4도체용 스페이서댐퍼가, 765kV 가공송전선로에는 6도체용 스페이서댐퍼가 <그림 1>과 같이 각각 설치되어 있으며, 4도체용 스페이서댐퍼와 6도체용 스페이서댐퍼는 평균 약 45~50m 간격으로 설치되어 있다.

2. 스페이서댐퍼의 유지보수 및 교체 다도체방식 가공송전선로는 일반적으로 정다각형 구조로 도체가 배열되는 관계로, 바람이 불면 바람이 부는 방향에 있는 도체의 공기역학적인 작용에 의해 전선이 진동을 하며, 이러한 진동으로 인해 전선이 마모 또는 단선되거나 스페이서댐퍼가 손상을 입게 되는 사고가 발생한다. 실제로 345kV 4도체 송전선로와 765kV 6도체 송전선로에서 이러한 현상으로 인해, 전선 단선사고, 스페이서댐퍼의 클램프 조임볼트 풀림 사고 등이 발생하였다. 특히 345kV 4도체 송전선로는 진동에 가장 취약한 구조를 가지고 있어 진동사고가 빈번하게 발생하고 있으며, 765kV 6도체 송전선로에서도 스페이서댐퍼에 대한 유지보수가 진행되고 있다. 이처럼 바람에 의한 전선의 진동현상은 자연적인 현상이므로 근본적으로 방지할 수는 없지만, 스페이서댐퍼로 진동현상을 최대한 저감시키는 것은 가능하다. 진동으로 인해 전선이나 스페이서댐퍼가 손상 받게 되면 즉시 유지보수를 실시하거나 교체해야 한다. 이런 측면에서 스페이서댐퍼의 유지보수 및 교체는 송전선로 유지보수에 있어 매우 중요하며, 다음과 같은 상황에 실시한다. · 진동으로 스페이서댐퍼 클램프의 조임볼트가 풀렸거나 벌어진 경우 · 진동으로 스페이서댐퍼 자체가 손상되거나 파손된 경우 · 스페이서댐퍼가 시공불량으로 잘못 설치된 경우 · 잦은 진동에 의해 스페이서댐퍼 클램프 주위에서 전선이 손상된 경우 · 기타 사고로 유지보수가 필요한 경우 3. 기존기술의 문제점 기존 스페이서댐퍼 유지보수 및 교체공법은 작업자가 새로운 스페이서댐퍼를 가지고 전선 위의 작업위치로 이동을 하여 작업을 하는데, 여기에는 다음과 같은 문제점이 있다. ① 765kV 6도체의 경우 기존 스페이서댐퍼 위치에 새로운 스페이서댐퍼를 설치할 수 없기 때문에 약 2.5~3m 정도 떨어진 위치에 가조립 상태로 조립한 후, <그림 2>와 같이 강제로 밀어 최대한 기존 스페이서댐퍼 1~2m 위치에 근접시켜 고정하여 설치한다. 그러나 가조립하는 작업과 가조립 후 스페이서댐퍼를 밀고 나가는 작업이 매우 어렵고 작업시간이 많이 소요되며 작업자 2인 이상이 필요하다.

② 345kV 4도체의 경우, 장력이 크게 걸리지 않는 짧은 경간에서는 일반적인 작업용 로프로 전선이 벌어지지 않게 묶은 후 교체하거나 유지보수 할 수 있지만, 장력이 크게 걸리는 장경간 개소의 경우에는 기존 스페이서댐퍼 위치에 새로운 스페이서댐퍼를 인접시켜 설치할 수 없기 때문에 약 1~1.5m 정도 떨어진 위치에 가조립 상태로 설치한 후, 최대한 밀고 들어가 인접한 위치에 고정하여 설치한다. ③ 위와 같이 새로운 스페이서댐퍼를 가조립 상태로 설치한 후, 기존 스페이서댐퍼 위치로 밀고 들어갈 때, 원활한 이동이 되지 않아 무리한 힘을 가하게 되고 이로 인해 <그림 4>와 같이 전선 표면이 크게 손상되는 문제점이 발생한다. 특히 전선은 알루미늄 재질로 쉽게 기계적 손상을 받는다. 전선표면이 손상 받게 되면 코로나가 발생하여 전력손실 발생, 가시코로나 및 가청소음 발생 등의 원인이 되어 선로 운영에 좋지 않은 현상을 초래한다.

④ 교체하고자 하는 스페이서댐퍼를 설치할 때나 유지보수를 한 후 스페이서댐퍼를 재설치할 때, 작업자가 전선 위에 앉아 있기 때문에 작업자의 무게로 인해 전선 위치를 조정하기가 매우 어려워 작업 시간이 많이 소요되며, 스페이서댐퍼의 수직, 수평이 정확히 맞도록 설치하기가 어렵다는 문제점이 있다. 4. 신기술 개발동기 스페이서댐퍼를 유지보수 또는 교체하기 위해서는 작업자가 전선 위로 올라간 후, 기존의 스페이서댐퍼를 해체하여야 한다. 그러나 기존 스페이서댐퍼를 해체할 경우, 전선이 벌어져 다시 조립하기가 어려워지기 때문에 새로운 스페이서댐퍼를 가져가서 전선이 벌어지지 않도록 기존 스페이서댐퍼에 인접하여 새로운 스페이서댐퍼를 설치한 후 기존 스페이서댐퍼를 해체하는 것이 가장 적정한 방법이다. 그러나 송전선로는 매우 큰 장력이 가해져 있는 상태이기 때문에 새로운 스페이서댐퍼를 기존 스페이서댐퍼에 인접하여 설치하는 것이 매우 어렵다. 이러한 현상은 특히 765kV 6도체 송전선로에서 가장 심하게 나타난다. 이런 문제로 인해 스페이서댐퍼를 교체할 때 많은 작업시간이 요구되고 있으며, 장시간 작업으로 작업자는 많은 피로를 느끼고 이로 인해 작업의 안전성이 크게 저하된다. 또한 765kV 6도체 송전선로의 경우 스페이서댐퍼를 기존 스페이서댐퍼의 위치에 새로운 스페이서댐퍼를 설치해야 하지만, 기존 위치에 설치하지 못하고 약 1~2m 이상 떨어진 위치에 새로운 스페이서댐퍼를 설치하여 당초 진동저감 성능을 저하시키는 문제점도 있으며, 6도체의 경우에는 작업자 1인 작업이 불가능하여 2인 이상이 작업해야 한다. 또한 향후 765kV 송전선로는 활선공법으로 유지보수가 수행될 전망인데, 활선공법에서 가장 중요한 것이 작업자의 안전성 확보이며, 이를 위해선 활선작업시간을 최소화해야만 한다. 대원전기(주)와 현대건설(주)에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 작업자 1인이 스페이서댐퍼를 쉽게 빠르게 탈착할 수 있고 정확한 교체위치에 설치할 수 있는 스페이서지그(Spacer Jig)와 이를 이용한 스페이서댐퍼 유지보수 및 교체공법을 개발하게 되었다. 신기술 내용 1. 개요 345kV 4도체 송전선로와 765kV 6도체 송전선로에서 스페이서댐퍼를 유지보수하거나 교체할 때, <표 1>과 같은 문제점이 나타나는 것은 전선의 장력으로 인해 작업자가 전선의 위치를 쉽게 조정할 수 없기 때문이다. 즉, 손상된 전선이나 스페이서댐퍼를 유지보수 하기 위해서 기존 스페이서댐퍼를 해체하여야 하는데, 이를 해체하기 위해서는 먼저 스페이서댐퍼가 해체된 후 전선이 벌어지지 않도록 조치해야 한다. 이러한 조치를 위해서는 새로운 스페이서댐퍼를 가지고 가서 기존 스페이서댐퍼에 근접하여 설치해야 하지만, 실제 설치하고자 하는 위치에 설치하는 것이 어렵다. 신기술 ‘송전선로 스페이서지그를 이용한 스페이서댐퍼 유지보수 공법(기술)’은 장력이 걸려있는 각 전선의 간격을 쉽게 벌리고 좁힐 수 있는 스페이서지그와 이를 이용한 유지보수 및 교체공법으로, 개발한 스페이서지그는 <그림 5>, <그림 6>과 같다. 그림에서 보는 바와 같이 전선을 파지하는 클램프가 클램프암의 끝단부에 있는 회전부나 6각머리 볼트를 돌리면 쉽게 방사방향으로 이동할 수 있는 구조이기 때문에 작업자가 전선을 쉽게 벌리고 좁힐 수 있다. 따라서 이와 같은 스페이서지그를 사용함으로써 작업시간이 크게 단축될 뿐만 아니라, 기존 기술에서의 여러 가지 문제점을 동시에 해결할 수 있게 되었다. 2. 신기술 설계 (1) 스페이서지그 설계 ① 스페이서지그 형상 및 구조 설계 앞에서 서술한 바와 같이, 스페이서지그 설계를 위한 기본조건과 1차 시제품을 이용한 실험결과 등을 토대로 보다 세부적인 스페이서지그 설계를 하였다. 주요 설계내용은 다음과 같다. ㄱ. 제품의 경량화 제품의 경량화를 위해 가급적 모든 재질은 알루미늄재질을 사용하여 설계하였다. 크게 힘을 받는 부분은 일부 철을 사용하였으나, 나머지 모든 부분은 알루미늄재질로 설계하였다. 철을 사용하는 경우에도 경량화를 위해 불필요한 부분은 파내거나 빈 공간이 형성되도록 설계하였다. ㄴ. 설치 및 해제의 간편화 스페이서지그는 일종의 공구로 볼 수 있기 때문에, 설치 및 해제가 매우 용이해야 한다. 따라서 전선을 잡는 부분인 클램프의 설계가 중요하다. 이런 점에 착안하여 클램프를 볼트조임 방식이 아닌 원터치식 잠금장치 구조로 설계하였다. 그 설계된 형태는 <그림 7>과 같다. ㄷ. 클램프암과 클램프 연결점의 회전 자유도 확보 전선의 간격을 조정하기 위해, 클램프암을 스크류식으로 설계하여 클램프암을 회전시키면 클램프암이 길이방향으로 이동하도록 설계를 하였다. 따라서 클램프가 전선을 파지하고 있는 상태에서 클램프암을 회전시키기 때문에 클램프암이 회전해도 크램프는 회전하지 않아야 한다. 이런 설계방식으로는 베어링을 삽입하여 설계하는 경우가 일반적이다. 그러나 베어링 삽입구조로 설계할 경우에는 제품의 중량이 커지는 문제점이 있다. 따라서 이 신기술에서는 제품의 경량화를 위해 베어링을 삽입하지 않는 구조로 <그림 8>과 같이 설계하였다. 즉, 클램프암 끝단부에 홈을 만들고, 이 홈 사이에 플레이트를 삽입시켜 고정시키면 회전 자유도를 가지면서 이탈하지 않는 구조를 갖게 되며, 중량이 크게 증가하지 않는 장점을 갖게 된다. ㄹ. 길이변위 조작의 편리성 스페이서댐퍼의 교체를 편리하게 하기 위해서는 다도체 전선을 쉽게 벌리고 좁힐 수 있어야 한다. 이러한 조작기능을 편리하게 하기 위한 구조로 <그림 9>와 같은 스크류 방식 구조로 설계하였다. 사각너트를 몸체에 고정시킨 후, 나사부가 있는 클램프암을 사각너트 내부에 삽입하여 핸들부 또는 6각 머리볼트를 돌리면 쉽게 클램프암이 길이방향으로 변위를 가질 수 있다. ㅁ. 클램프암 변위폭 설계 스페이서지그 클램프암의 변위폭은 스페이서댐퍼를 쉽게 탈착하는데 있어 중요한 사양이다. 즉, 전선의 간격을 얼만큼 벌리고 좁히는가에 따라 작업의 편리성이 결정되기 때문이다. 따라서 적정한 변위폭을 설계하기 위해 <그림 10>과 같이 직접 실험을 하였으며, 실험으로부터 다음과 같은 변위폭을 얻었다. - 6도체용 스페이서지그 클램프암의 변위폭 : ±50mm - 4도체용 스페이서지그 클램프암의 변위폭 : ±40mm ㅂ. 장력 불균등에 의한 전선위치 불일치 흡수 기능 확보 이것은 1차 실험에 의해 얻어진 사항으로 전선 장력이 불균등하거나 작업자가 전선 위에 있게 되면 6도체나 4도체가 정확하게 정다각형 구조를 갖지 못하게 되고, 스페이서지그 클램프를 전선에 고정시킬 때 위치가 잘 맞지 않는 경우가 있다. 이러한 설치조건을 흡수하기 위해 클램프가 좌우로도 이동할 수 있는 구조를 가져야 한다. 이러한 기능을 갖도록 하기 위해 <그림 11>과 같이 6도체용 2개, 4도체용 1개의 클램프암이 회전할 수 있도록 설계하였다. ② 스페이서지그 제작 위와 같은 설계내용을 토대로 6도체 및 4도체용 스페이서지그가 제작되었다. 스페이서지그 제작상태는 <그림 12>와 같다. (2) 스페이서지그를 이용한 공법설계 작업자 1인이 스페이서지그를 갖고 스페이서댐퍼 유지보수 또는 교체 위치로 접근하여, 스페이서지그를 유지보수할 스페이서댐퍼에 접근시켜 설치한 후, 전선 간격을 벌리거나 좁히면서 작업을 쉽게 진행할 수 있는 공법이다. 765kV 6도체 가공선로를 모델로 스페이서지그를 이용한 스페이서댐퍼 유지보수 및 교체공법 설계의 흐름은 <그림 13>과 같다. 이것을 토대로 공법을 설계하면 다음과 같다. 먼저 <그림 14>의 (a)위치에 있는 스페이서댐퍼를 유지보수해야 하는 경우, 기존 작업방법과는 달리 작업자 1인이 스페이서지그를 갖고 작업 위치까지 접근한다. 유지보수할 스페이서댐퍼 위치까지 접근한 후, <그림 14>의 (b)와 같이 스페이서댐퍼 바로 옆에 스페이서지그를 설치한다. 이때 작업자 1인은 혼자서 스페이서지그의 클램프 간격 조정을 통해 쉽게 설치할 수 있다. 스페이서지그를 설치한 후, 전선이 클램프에서 이탈하지 않도록 클램프를 원터치방식 잠금장치로 닫는다. 스페이서지그 설치 후, 작업자는 <그림 14>의 (C)와 같이 기존 스페이서댐퍼의 클램프 볼트를 풀고 스페이서지그의 클램프암을 회전시켜 전선의 간격을 벌린다. 전선의 간격이 어느 정도 벌어지면, 스페이서댐퍼를 전선으로부터 쉽게 해체하여 꺼낼 수 있다. 전선 또는 스페이서댐퍼를 유지보수 할 경우에는 작업을 한 후 다시 역순으로 스페이서댐퍼를 재설치하면 된다. 스페이서댐퍼를 교체할 경우에는 해체된 상황에서 역순으로 새로운 스페이서댐퍼를 설치하면 된다. 한편, 6도체에 대한 스페이서댐퍼 유지보수 및 교체공법은 4도체에 대해서도 같은 공법이 적용된다. 3. 기존기술과의 비교 스페이서댐퍼 유지보수 및 교체공법에 있어 기존기술과 신기술의 기술적 특성을 비교해보면 <표 2>와 같다. 신기술 활용실적 및 전망 1. 신기술의 활용 (1) 활용분야 이 기술은 345kV 4도체 송전선로와 765kV 6도체 송전선로에서 스페이서댐퍼의 유지보수 및 교체작업과 스페이서댐퍼의 클램프 부분에서 전선 유지보수 시 적용될 수 있는 기술이다. 활용분야를 요약해보면 다음과 같다. · 765kV 6도체 및 345kV 4도체 가공선로 스페이서댐퍼 교체작업 시 · 765kV 6도체 및 345kV 4도체 가공선로 스페이서댐퍼 자체 유지보수 시 · 765kV 6도체 및 345kV 4도체 가공선로 스페이서댐퍼 클램프 주변 전선 유지보수 시 · 765kV 6도체 송전선로 활선작업 시 (2) 활용실적 <표 3>과 같이 실선로에 적용한 실적이 있다. (3) 활용전망 345kV 및 765kV 가공선로와 같이, 4개 또는 6개의 전선이 한 상을 구성하는 다도체 방식 가공선로는 항상 자연환경에 그대로 노출되어 있기 때문에, 바람이 불면 전선의 공기역학적인 작용에 의해 다양한 진동현상이 나타나게 된다. 이러한 환경조건 때문에 가공송전선로에서 유지보수 사항이 발생하면 전선 손상, 스페이서댐퍼의 클램프 덮개 이탈사고, 스페이서댐퍼 몸체손상, 전선의 클램프 이탈 사고 등이 대부분이다. 이처럼 진동에 의한 스페이서댐퍼 관련 유지보수 건수가 가공송전선로의 유지보수 건수의 대부분을 차지하는 만큼, 이 신기술이 활용될 전망이 매우 크다고 할 수 있다. 특히, 765kV 6도체 송전선로 활선작업 시 활선작업 안전성은 작업시간에 비례하여 떨어지는 만큼, 활선작업시간 단축은 활선작업 안전성을 증대시키는 데 매우 중요한 요소이다. 따라서 이 기술은 향후 765kV 송전선로 활선작업에 활용될 가치가 매우 크다. 2. 신기술의 기술적 파급효과 ① 765kV 및 345kV 송전신뢰도 향상에 기여 송전선로 운영 측면에서 시공품지이 향상되고 유지보수 시간이 단축됨에 따라 송전신뢰도가 그만큼 향상될 수 있다. ② 송전설비 보호효과 전선 손상방지, 스페이서댐퍼의 진동저감 성능유지, 스페이서댐퍼 손상 방지 등으로 송전설비 보호 효과가 크다. ③ 작업의 안전성 확보 작업시간이 단축되고 작업자 1인으로 충분히 작업 가능한 기술로서 작업자에게 주는 작업피로도가 매우 적어 전체적인 작업 안전성이 매우 향상된다. ④ 송전선로 유지보수 기술향상에 기여 국내 전기공사 시공업체에 송전선로 유지보수 기술향상에 크게 기여한다. ⑤ 새로운 공구 및 공법 개발로 인한 송전선로 유지보수 기술력 향상 ⑥ 스페이서지그를 이용한 교체공법으로 시공품질 향상.