[하계 전기설비의 자연재해 대책②] 송전선의 뇌해대책

낙뢰에 의한 영향을 줄이기 위한 방책으로는 [그림 3]에서와 같이 여러 가지 관점에서 생각해볼 수가 있으며, 실제 적용 시 이 방법들을 조합하는 경우가 많다. 송전선의 뇌해대책에서 우선적으로 고려해야 할 사항은 낙뢰가 전력선에 직격하는 것을 막는 것이다. 앞서 말한 차폐실패의 사고를 막기 위해서는 중요한 송전선에 가공지선을 2개 내지 3개 설치하는 경우가 많다. 이 대책은 「뇌(雷) 차폐 모델」, 「뇌(雷) 어태치먼트(attachment)」라고 하는 이론적 검토 결과를 토대로 이루어지고 있으며, 이 분야의 연구는 오랜 역사를 지니고 있다. 옛날에는 미타(三田) 이론 및 뇌격거리의 개념을 토대로 한 A-W 이론에서 최근에는 웁살라 대학(Uppsala University)의 한 연구단체 등이 새로운 가설을 내놓는 등, 「낙뢰가 어디로 떨어질까」라고 하는 소박한 의문에 대해서도 연구가 계속되고 있다. 최종적으로는 실제의 낙뢰 관측을 통해 낙뢰양상과 전류파형을 정밀하게 측정하여 많은 이론 및 가설의 진위를 확인할 필요가 있다. 역 플래시오버에 대한 대책은 [그림 3]에서와 같이 다양하게 나타나지만, ‘접지저항의 저감’과 ‘애자장치의 절연레벨 강화’가 주가 되고 있다. 또 근 10여년 사이에 널리 보급된 송전용 피뢰장치는 애자 간에 발생한 과전압을 일정전압으로 억제할 수 있기 때문에 역플래시오버 사고 저감에 유효하다.







송전용 피뢰장치
송전용 피뢰장치는 낙뢰에 의한 과전압을 안전하게 지면에 흘려주고, 낙뢰의 전압이 소멸한 후에는 사고전류의 속류(續流)를 스스로 차단하여 원래의 절연상태로 회복시키는 자체 회복 기능을 가지고 있다. 피뢰장치에 큰 전류를 흘려도 피뢰장치의 전압은 그다지 커지지 않고, 이 작용에 의해 과전압으로부터 전력설비를 보호한다. 기존에는 변전소의 기기보호 및 고압배전선의 사고방지대책으로 활용되어 왔지만, 최근 송전선에서도 널리 적용되게 되었다.([그림 4] 참조) 또 경책무형(輕責務型)의 송전용 피뢰장치 및 속류의 소호원리가 다른 아크-블로아웃(불어끄기)형 피뢰장치도 최근 가격의 저렴함 등의 이유로 개발이 활발하다.





순시전압저하의 문제
순시전압저하의 발생
송전선에 낙뢰하여 애자 및 아크 혼이 플래시오버하게 되면 계통에 연결된 수요가에서는 수전전압이 순간적으로 저하되는 현상이 발생한다. 변전소에서 차단기를 개방하여 사고회선을 분리하면 전압이 회복되지만, 그 전의 수 밀리초에서 수 100밀리초 사이에 수전단 전압이 저하된다. 이를 순시전압저하, 줄여서 ‘순저’라고 부른다. 최근의 조사에 따르면 전압저하폭이 20% 이상인 순저의 발생빈도는 약 10~20회/년으로, 미국의 조사에서도 약 20회/년으로 보고되고 있다. (재)전력중앙연구소에서는 전력회사의 협조을 얻어 송전선 낙뢰사고로 인한 수요가 단전압의 순저 정도를 해석하는 ‘순저 해저드맵 프로그램’을 개발하고 있다.

순시전압저하 대책
지금까지의 순시전압저하 대책은 뇌운의 접근에 따라 중요부하를 자가용 발전설비로 전환하는 방식이 사용되고 있었다. 최근에는 파워 일렉트로닉스를 활용해 순저를 검출, 중요부하에서 상용전원을 고속으로 분리하고 축전장치의 전원으로 전환하는 방식이 보급되어 왔다. 이에 따라 고속으로 스위칭함으로써 순저의 영향을 거의 받지 않고 전압의 회복을 기대할 수 있게 되었다. 수요가에서 실시하는 순시전압저하 대책에서는 어느 정도의 축전설비가 필요한지를 결정하는 것이 중요하다.