다도체 송전선로의 전선교체 가이드장치를 이용한 전력선 교체공법

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다도체 송전선로의 전선교체 가이드장치를 이용한 전력선 교체공법

2007년 10월 2일 (화) 01:37:00 | 지면 발행 ( 2007년 9월호 - 전체 보기 )

다도체 송전선로의 전선교체 가이드장치를 이용한 전력선 교체공법GS네오텍(02)2630-5105미동이엔씨(02)587-6015개요(1) 개발동기발전소에서 전력을 생산하여 공급하는 송전선로는 154kV(단도체, 복도체), 345kV(복도체, 4도체), 765kV(6도체)로 이루어져 있다. 이들 초고압 전력선은 시설공사 시 발생할 수 있는 기술적, 환경적 문제를 해결하면서 시공해야 하기 때문에 많은 시간과 비용을 수반하고 있으며, 준공 후에도 기존의 성능을 유지하려면 많은 주의와 관리가 필요하다. 이에 GS네오텍(주)와 미동이엔씨(주)가 합작하여 전력선 유지관리 시 전력선의 훼손 또는 노후화된 접속개소 불량 지정된 전력선을 교체하는데 있어서 발생하는 환경적 문제와 시간 및 경제적 손실을 최소화하는 ‘다도체 송전선로의 전선교체 가이드장치를 이용한 전력선 교체공법’ 기술을 개발하였다. (2) 기존 기술의 문제점송전선로에서의 전력선 교체 시 도로나 철도 등 장애물을 통과해야 할 경우 전선의 처짐이 발생하기 때문에 발받침을 설치하여 작업을 해야 하는데,발받침을 설치하는 데에는 시간적·경제적 손실이 발생한다. 또한 도로나 철도변에 설치한 발받침 구조물로 인하여 주변 경관을 해치는 것은 물론 주거지역에서 차량이나 주민의 안전사고의 우려가 있으며, 발받침 설치공간을 확보하기 위해 토지소유주와의 협상이 필요하고 만일 협상이 여의치 않는 경우 불법으로 토지를 이용하게 되어 토지소유주가 민원을 넣을 수도 있다.

① 시간적·경제적 손실발받침을 설치하거나 철거하는데 많은 시간적·경제적 손실을 가져온다. 현장여건에 따라 그 시간과 경제적 손실이 차이가 나긴 하지만, 06년 345kV 신보령 T/L 공사 시 적용된 설계기준은 <표 1>과 같다또한 발받침을 설치하기 위해 토지 소유자와의 협의도 필요하며 여건에 따라 토지사용에 따른 임대료를 지불해야 하는 경우도 발생하게 된다.

② 안전사고 위험발받침이 설치된 장소에서는 안전사고 발생 우려가 높다. 발받침은 대부분 도로나 주택가 등 사람이나 차량이 오고가는 곳에 설치되기 때문에 발받침 접촉 또는 발받침 붕괴 등에 따는 안전사고가 발생할 우려가 높아 발받침 설치장소에는 항상 보선원을 두어 비상사태에 대비하여야 하는데, 이 또한 인력운영의 어려움과 공사비용의 상승을 수반하게 된다.③ 경우에 따라 불가능송전설로가 철도, 주택가, 공장지대를 횡단할 경우에는 발받침도 설치할 수 없게 될 수도 있다. 따라서 선로 중간에 크레인을 배치하여 작업을 하게 되지만 이로 인한 사고가 빈번하게 발생하고 있어 대책마련이 시급한 실정이다. 신기술의 내용(1) 신기술이 속하는 기술 분야이 기술은 전력선 교체공사에 사용되는 전선 교체용 가이드 장치에 관한 것으로, 전선의 교체작업 시 전선이 처지지 않도록 함과 동시에 교체를 위한 전선의 이동이 원활하도록 하는 전선 교체용 가이드장치에 관한 것이다. 일반적으로 발전소에서 생산된 전기는 송전시설과 배전시설을 통해서 수요자에게 공급되는데, 송전은 최종 변전소까지 전기를 수송하는 과정이고, 배전은 최종 변전소에서 각 수요자에게 전기를 공급하는 과정을 말한다. 이러한 전기의 공급에 사용되는 송전선의 연결에는 직선슬리브가 설치되거나 손상부분의 보수를 위하여 보수 슬리브가 설치되었으나, 슬리브의 시공개소에 단선 등으로 인한 고장이 발생하게 되었다. 전기의 공급 원활 및 손실 감소를 위하여 손상된 송전선은 사용주기를 다한 전선과 마찬가지로 교체되며, 이렇게 교체를 해야 하는 전선의 수는 점점 더 늘어나는 추세이다.(<표 3>참조)송전선의 교체 시 전선 드럼에 권선된 신규 전선을 교체하고자 하는 송전선에 연결 후 엔진 플러를 구동시켜서 교체하고자 하는 전선을 감게 되면, 전선 드럼으로부터 풀어지는 신규 전선이 철탑과 철탑 사이에 설치된다. 이와 같은 전선의 교체 작업은 전선이 도로나 철도 등의 시설물을 통과함으로써 전선의 처짐이 발생하는 경우, 이를 방지하기 위해 지상에 철골로 된 발받침이나 비계 등의 구조물 설치가 필요하며, 이러한 구조물의 설치로 인해 주변 경관을 해치고, 구조물의 설치 공간 협소로 인해 타인 토지를 허락 없이 사용하게 됨으로써 민원을 야기시키는 등 여러 가지 문제점을 발생시켰다.(2) 목적이 기술은 앞서 말한 여러 가지 문제를 해결하기 위한 것으로, 전선 교체용 가이드 장치를 제공하는 데 있다. 이것은 전선의 교체 작업 시 전선이 처지는 것을 방지함과 동시에 교체를 위한 전선의 이동이 원활하게 이루어지도록 한다. 이에 따라 신규 전선에 가해지는 응력을 최소화 하여 시공 품질을 향상시키고, 작업을 보조하기 위한 발받침과 같은 구조물을 설치할 필요 없도록 하며, 경간의 크기에 상관없이 전선의 교체가 용이하도록 하여 전선의 교체 작업에 소요되는 시간과 비용을 최소화하여 경제적인 시공이 되도록 한다.(3) 구성 및 동작원리

<그림 2>는 4도체용 전선 교체용 가이드장치를 도시한 사시도이고, <그림 3>은 4도체용 전선 교체용 가이드장치에서 가이드 수단이 개방된 모습을 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 이 기술에 따른 전선 교체용 가이드 장치(100)는 다수로 배열되는 전선의 교체에 사용되는 전선을 가이드하기 위한 장치로서, 전선 중 어느 하나의 전선에 고정되는 키퍼(110)와 그 키퍼(110)에 연결된 전선 중 다른 하나의 전선을 가이드 하는 가이드수단(120)을 포함한다.(복도체용 및 4도체용 전선 가이드장치)

키퍼(110)와 가이드수단(120)은 서로 직접적으로 결합되어 각각 고정되는 전선과 가이드 되는 전선간의 간격이 일정하게 유지되도록 할 수 있는데, 여기에서는 키퍼(110)와 가이드수단(120)을 서로 연결시켜 키퍼(110)에 고정되는 전선과 가이드수단(120)에 가이드 되는 전선의 간격을 일정하게 유지시키는 별도의 스페이서(130)가 마련된다.스페이서(130)는 다각형, 원형, 타원형 뿐만 아니라 곡선과 직선으로 조합되는 형상을 가질 수 있는데, 이 그림에서는 사각형 형상으로 어느 한 모서리에 키퍼(110)가 결합되며, 나머지 세 개의 모서리에 가이드수단(120)이 각각 결합된다. 따라서 스페이서(130)는 사각형 형상을 가지고 네 개의 모서리에 전선이 가각 위치하게 되어 응력이 균형있게 가해짐으로써 편심하중에 의한 변형이 최소화되며 내구성을 높일 수 있다.스페이서(130)는 키퍼(110) 및 가이드수단(120)과의 결합을 위하여 내부에 공간을 가질 수 있으며, 내부 공간을 개폐시키기 위하여 두 개의 몸체로 이루어질 수 있다. 또한 키퍼(110) 및 가이드수단(120)은 고정 및 가이드 되는 전선의 유동에 의한 충격을 완화하고자 스페이서에 힌지 결합되어 일정 각도의 범위에서 회전할 수 있다. 이 때 스페이서(130)는 모서리에 설치된 키퍼(110) 및 가이드수단(120)이 회전할 수 있도록 모서리 부분이 곡률을 가지도록 형성된다.키퍼(110)는 철탑(또는 전주)과 철탑사이에 다수로 배열되는 전선 중 하나에 착탈 가능하게 고정되는데, 일측이 개방되도록 서로 마주 대하는 제1/제2 클램프(111/112)와 제1/제2 클램프(111/112)간의 간격을 조절하는 조임볼트(113)를 포함한다.제1/제2 클램프(111/112)는 서로 하나로 연결되거나 각각 개별적으로 형성될 수 있는데, 개방된 측의 반대측이 스페이서(130)에 결합되며, 대향되는 면에 전선의 외주면과 상응하는 곡률을 가지는 전선 장착부(111a/112a)가 각각 형성됨으로써 전선이 개방된 일측을 통하여 전선 장착부(111a/112a)에 장착될 수 있다. 또한 제1 클램프(111)는 끝단에 마련되는 힌지축(111b)이 스페이서(130)가 모서리에 힌지 결합되어 키퍼(110)를 스페이서(130)에 결합되도록 한다.제1/제2 클램프(111/112)는 마주보는 면, 특히 전선 장착부(111a/112a)에 클램핑되는 전선이 집중 하중에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여 탄성을 가진 고무나 합성수지 등으로 제작되는 보호패드가 부착되었다. 조임볼트(113)는 제2 클램프(112)를 관통하여 제1 클램프(111)에 나사 결합되고, 제1/제2 클램프(111/112)간의 간격을 조절하여 전선 장착부(111a/112a)에 전선이 출입 및 고정되게 한다.가이드수단(120)은 적어도 하나 이상으로 이루어지는데 여기에서는 3개로 이루어져 있으며, 키퍼(110)에 스페이서(130)를 통하여 연결되고, 키퍼(110)에 고정되는 전선을 제외한 다른 전선의 이동을 가이드하여 처짐을 방지한다.가이드수단(120)은 가이드 하고자 하는 전선의 양측을 회전 지지하는 제1/제2 롤러(121/122), 제1/제2 롤러(121/122)가 서로 마주보도록 각각 설치되는 제1/제2 브라켓(123/124), 제1/제2 브라켓(123/124)을 서로 체결하는 체결수단(125)을 포함한다.제1/제2 롤러(121/122)는 외주면을 따라 전선의 외주면과 상응하는 곡률을 가지는 가이드홈(121a/122a)이 각각 형성되어 이 가이드홈 사이에 형성되는 공간이 전선이 위치하게 된다.제1/제2 브라켓(123/124)은 ‘ㄷ’자의 단면 형상을 가지고, 내측에 제1/제2 롤러(121/122)가 회전축(123a/124a)에 의해 각각 회전 가능하도록 설치되며, 개방된 측이 서로 마주보는 상태로 일측끼리 힌지 결합되어 타측이 개폐되도록 하여 제1/제2 롤러(121/122)사이에 전선이 출입할 수 있도록 한다.제1 브라켓(123)은 끝단에 마련되는 힌지축(123b)에 의해 스페이서(130)의 모서리에 힌지 결합된다. 체결수단(125)은 제1/제2 롤러(121/122)가 마주보는 상태, 즉 제1/제2 롤러(121/122) 사이에 가이드되는 전선이 측방향으로 이탈되지 못하도록 제1/제2 브라켓(123/124)의 타측을 서로 체결시킨다.체결수단(125)은 제1 브라켓(123)의 측면에 돌출되는 체결볼트(125a), 체결볼트(125a)에 걸리도록 제2 브라켓(124)의 측면에 회전 가능하게 설치되는 걸림편(125b), 체결볼트(125a)에 걸린 걸림편(125b)을 고정시키도록 체결볼트에 나사 결합되는 나비너트 등과 같은 체결너트(125c)를 포함한다.체결볼트(125a)는 제1 브라켓(123)에 제1 롤러(121)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(123a)과 일체를 이루어 회전축(123a)으로부터 연장되도록 형성된다.걸림편(125b)은 제2 브라켓(124)에 제2 롤러(122)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(124a)에 회전 가능하도록 결합되며, 체결볼트(125a)에 걸리도록 끝단에 걸림홈이 형성된다.이와 같은 구조로 이루어진 전선 교체용 가이드 장치의 작용은 다음과 같다.

다수로 배열된 전선의 교체가 필요한 구간에 전선간의 간격유지를 위한 댐퍼 등과 같은 부재들을 철거한 다음, 키퍼(110)의 전선 장착부(111a/112a)에 다수의 전선 중 하나를 위치시키고 조임볼트(113)의 조임에 의해 전선을 키퍼(110)에 고정시킨다. 이 때 키퍼(110)에는 교체가 불필요한 전선 또는 최종적으로 교체할 전선의 고정되어야 한다. 키퍼(110)에 전선이 고정되면 <그림 3>과 같이 제1 브라켓(123)으로부터 제2 브라켓(124)을 회전시켜 서로 이격되는 가이드홈(121a/122a)에 교체가 필요한 전선을 위치시킨다. 그 후, 제 2 브라켓(124)을 제1 브라켓(123)과 마주 접하도록 원위치시키고, 걸림편(125b) 회전시켜 체결볼트(125a)에 걸림홈(125b)이 걸리도록 한 다음, 체결너트(125c)를 조여 제1/2 롤러(121/122)사이에 가이드 되는 전선이 측방향으로 이탈되지 못하도록 한다.이런 방법으로 철탑(또는 전주)과 철탑 사이에 설치되는 다수의 전선에 전선 교체용 가이드장치를 설치하게 된다. 이러한 전선 교체용 가이드장치는 교체되는 전선과 신규 전선간의 처짐을 고려하여 송전선로의 경우, 경간당 4~5개 정도가 설치되며 길이로 고려하면 70~80m의 간격마다 설치되는 것이 바람직하다. 전선 교체용 가이드장치의 설치를 마치면 엔진 플러의 구동에 의해 가이드수단에 가이드 되는 교체가 필요한 전선을 권선하고, 이로 인해 교체가 필요한 전선에 연결되는 신규 전선은 전선드럼에서 풀려 제1/제2 롤러에 의해 가이드 되어 원활하게 이동하여 원하는 위치에 설치된다.한편, 키퍼(110)에 고정된 전선이 교체가 필요한 전선인 경우, 이 전선은 최종적으로 교체하게 되며 이 전선을 교체하기 위해 권선하게 되면 교체를 마친 전선에 가이드수단이 역으로 가이드되고, 키퍼(110)에 고정된 전선은 처짐이 방지된 상태로 전선 교체용 가이드장치와 함께 원활하게 이동하여 권선되며, 전선 교체용 가이드장치는 수거되어 재사용하게 된다.이처럼 이 기술은 다수로 배열되는 배전선로 뿐 아니라 154kV 또는 345kV 이상 송전선로에서 전압 강하를 최소화하면서 등가적으로 굵은 도선을 사용한 것과 같은 효과를 가지기 위해 채택되는 복도체나 4도체 방식으로 시공된 다수의 전선 교체에 유용하다. 그리고 나아가 최근 시공하는 765kV 송전선로에 채용되는 6도체 방식으로 시공되는 다수의 전선 교체에도 유용하게 사용할 수 있다.

(4) 시공방법가. 스페이서 댐퍼 철거 및 가이드장치 설치

① 기존선로에 설치되어 있는 스페이서 댐퍼(Spacer Damper)의 1m 이내에 가이드 장치를 설치한다. 가이드장치 롤러에 하선 내외측 도체와 상선 외측도체를 통과시켜 나사를 조절하여 연결하고, 상선 내측도체는 가이드장치의 키퍼에 통과시켜 나사를 조절하여 고정하고 폐쇄한다. ② 가이드장치가 설치되면 스페이서 댐퍼를 철거하여 스페이서 카에 두고 다음 스페이서 댐퍼가 설치된 장소로 스페이서 카를 이동하여 가이드장치 설치 및 스페이서 댐퍼 철거작업을 계속한다.③ 작업구간에 있는 모든 스페이서 댐퍼를 철거하고 가이드장치를 설치한다.

나. 신규전선 가선(하선 내외측, 상선 내측)① 전선교체 순서는 하선내측, 외측, 상선내측 순으로 하고 상선외측을 마지막에 가선한다.② 교체할 도체를 블래이드 클램프와 메신저 와이어를 이용하여 엔지장의 엔진 풀러와 드럼장의 신규전선과 연결하여 연선을 준비한다.③ 엔진풀러를 서서히 구동시켜 기존전선을 풀링하여 신규전선을 가선한다.④ 연선이 완료되면 적당한 이도(dip)가 유지되도록 가긴선한다.⑤ 동일한 방법으로 전선교체 순서에 따라 하선외측, 상선내측 도체를 가선한다.

다. 신규전선 가선(상선 외측)① 가이드장치의 키퍼가 연결되어 있는 마지막 상선외측 도체의 연선은 첫 번째 가이드장치가 엔진장 쪽 철탑에 도달하면 철거하고, 드럼장 쪽의 철탑에서는 가이드장치를 추가로 설치한다.② 추가로 설치되는 가이드장치는 기존에 설치되어 있는 장치(또는 상선외측 도체)가 풀링에 의해 엔진장 쪽으로 이동할 때 전선의 처짐을 방지한다.③ 동일한 방법으로 상선외측 도체가 엔진장쪽에서 모두 철거될 때까지 위 방법으로 계속 연선한다.

(5) 기존 기술과의 비교① 기존 기술전선에 작용하는 하중으로 인해 가전 시 전선의 처짐이 발생하게 되며 400m 이상의 장경간일 경우, 전선의 처짐이 지상에까지 이르게 되어 선하지의 농작물이나 도로, 배전선로 등을 접촉하게 되면, 그림과 같이 발받침을 설치하여 선하지의 안전을 확보한 후 전선교체를 위한 가선작업을 할 수 있다.② 신기술‘다도체 송전선로의 전선교체 가이드장치를 이용한 전력선 교체 공법’을 적용하여 전선 교체 작업을 시행하면, 기존의 스페이서를 철거하고 그 자리에 같은 간격(40m~50m)으로 전선 가이드장치를 설치하여 가선 시 신규전선으로 하여금 전선가이드 장치를 통과하도록 하여 그림과 같이 전선의 처짐을 방지하고 선하지의 어떠한 장애물이 있다 해도 발받침을 설치할 필요가 없다.국내 전력시설물 공사 활용실적과 전망(1) 활용분야가공 송전선로의 철탑기초공사, 철탑 조립공사, 가선공사 중 가선공사의 전력선 교체공사에 사용되며, 154kV 복도체 선로에서 사용할 수 있을 뿐 아니라 345kV 4도체 선로에서도 사용할 수 있다.직선 슬리브 외에 보수 슬리브는 파악이 되지 않을 정도로 많으며 접속 개소가 아니더라도 선로의 고장으로 인한 교체공사 시 사용할 수 있다.(2) 활용실적

(3) 기술적 파급효과앞에서 설명한 것과 같이, 전선 교체용 가이드장치는 전선의 교체작업 시 전선이 처지지 않도록 함과 동시에 교체를 위한 전선의 이동이 원활하도록 하여 신규전선에 가해지는 응력을 최소화하는 등 시공 품질을 향상시킨다. 또한 작업을 보조하기 위한 발받침 등과 같은 구조물을 설치할 필요가 없을 뿐만 아니라 경간의 크기에 상관없이 전선의 교체가 용이하도록 하여 전선의 교체작업에 소요되는 시간과 비용을 최소화하여 경제적인 시공이 되도록 한다. 또 주변 토지나 건축물 등의 사용이 불필요하게 되어 민원발생의 원인을 제거하는 효과도 가지고 있다.