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275kV용 간이형 피뢰장치 개발
2005년 10월 3일 (월) 19:33:00 |   지면 발행 ( 2005년 9월호 - 전체 보기 )

이 원고는 일본 《電氣現場技術》誌에서 번역 전재한 것입니다.275kV용 간이형 피뢰장치 개발개발 개요275㎸ 송전용 피뢰장치는 1988년에 개발돼 당초부터 실시되고 있는 시험적인 설치뿐만 아니라 실제 우뢰사고 대책으로 일부 가공송전선에 설치되고 있다. 이제까지의 실적을 통해 우뢰사고방지효과 및 장기신뢰성이 확인되고 있지만 비용이 높기 때문에 설치를 확대하기가 곤란한 상태다.따라서 이번 275㎸ 송전용 피뢰장치를 보다 경제적인 것으로 개선하기 위해 종래와는 다른 장주방식을 적용했다. 본문에서는 275㎸를 생략하고 특히 전압계급을 표시하지 않는다. 또 피뢰장치를 설치하는 방법을 장주방식(裝柱方式)이라 한다.개선목표개발당초 피뢰요소부(종래형)는 질량 80㎏, 전장 1,995㎜이었는데 그 후 산화아연소자의 V-I특성 향상과 고분자 외피의 오손특성 향상, 사양 값 재검토 등으로 개선하고 질량 32㎏, 전장 1,394㎜로 소형·경량화를 목표로 하고 있다.

<표1>에 종래형과 개량형의 피뢰요소부 비교를 나타냈다.종래형에서는 중량 및 크기 제약에 따라 우선 철탑을 개조해 고정 금속기구를 설치하고 여기에 피뢰장치를 설치했었다. 이와 같은 장주방식에는 철탑 개조에 수반되는 설계비와 자재비, 시공비가 필요하다.이에 비해 개량형에서는 소형·경량이기 때문에 기존에 설치한 애자에 붙인 아크혼을 제거하고 거기에 피뢰장치를 설치하는 방식을 생각할 수 있었다. 애자련에 직접 설치하는 장주방식(개량형 장주방식)에서는 철탑을 개조하기 위한 설계비, 자재비 및 시공비의 절감으로 대폭적인 비용절감화를 가져올 수 있다.<표2>에 종래형 장주방식과 개량형 장주방식의 비교를 나타냈다. 같은 표에는 개량형 장주방식의 비용절감 효과에 대한 검토 결과를 나타내고 있으며 종래형 장주방식에 필요한 비용에 비해 약 40% 절감될 것으로 전망한다.

개량형 장주방식의 기술적 과제와 검토결과개량형 장주방식의 기술적 과제는 우선 피뢰장치의 배치가 변경된다는 점에서 절연협조나 코로나 특성 등 전기적 성능을 확인할 필요가 있다. 종래의 철탑에 고정하는 방식과는 달리 전선의 진동에 영향을 받는 애자련에 피뢰장치를 설치하기 때문에 기계적 성능에 대해 확인할 필요가 있다. 따라서 개량형 장주방식의 피뢰장치에 관해서 전기적 성능시험 및 기계적 성능시험을 실시했다. 이하 그 결과를 나타냈다.1. 전기적 성능시험개량형 장주방식을 적용하기에 앞서 전기적인 과제 중 확인이 필요한 사항은 다음과 같다.① 개폐임펄스 내전압특성② 뇌임펄스 절연협조특성③ 코로나특성이들 특성을 시험한 결과, 문제는 인지돼지 않았으며 시작품은 양호한 성능을 보였다.2. 기계적 성능시험개량형 장주방식의 적용에 앞서 기계적인 과제 중 확인이 필요한 사항은 ① 현수장치가 옆으로 흔들림·꼬임, ② 미풍진동, ③ 갤러핑 진동 에 대한 성능이다. 이들 시험을 피뢰장치를 설치한 애자련과 일반 아크혼을 설치한 애자련 양측(이하, 각각을 피뢰장치가 있음, 피뢰장치가 없음 이라 한다)에 실시, 비교했다.① 현수장치가 옆으로 흔들림·꼬임현수(懸垂)철탑의 애자련은 강풍을 받고 옆으로 크게 흔들리거나 꼬인다. 이 현상을 시험선으로 모의하고 애자련 각 부에 손상을 주는 응력의 발생 및 거동의 유무를 확인했다.그 결과 피뢰장치 있음은 피뢰장치 없음과 비교해 애자련 각 부의 발생응력이 약 2~3배 높아졌지만 손상을 주는 응력은 발생하지 않았다. 또 문제되는 이상 거동이 발생하지 않는다는 점을 확인했다.이러한 결과에서 옆으로 흔들림·꼬임으로 인해 손상될 가능성은 없다.② 미풍진동가공송전선의 미풍진동은 풍속 7m/s정도의 그렇게 강하지 않은 바람으로 전선이 진동하는 현상이다. 이 현상을 피로진동시험기로 모의하고 애자련 각 부에 손상을 주는 응력의 발생 및 거동의 유무에 관해 확인했다.그 결과 피뢰장치 있음은 피뢰장치 없음과 비교해 애자련 중앙부의 금구류(시험에서 최대응력이 발생한 곳)의 발생응력이 10%정도 높아졌지만 손상을 주는 응력은 아니었다. 또 문제가 되는 이상 거동이 발생하지 않는 것을 확인했다.이러한 결과에서 미풍진동으로 손상될 가능성은 없다.③ 갤러핑 진동가공송전선의 갤러핑 진동(짧은 시간에 빠르게 진동하는 일)은 “눈이 얼어붙은 전선에 바람이 작용했을 때(그 단면 모양이 바람에 대해 비대칭이라는 점에서) 전선의 움직임으로 상대 영각의 변화와 함께 공기력이 변동하고 각 고유 진동 수와 맞물려서 진동하는, 큰 진폭 또는 저 주파수의 자여진동”이라 정의되는 현상이다. 이 현상을 시험선에서 모의하고 애자련 각 부에 손상을 주는 응력 발생 및 거동의 유무에 관해 확인했다.시험은 구경간장 80m의 시험선으로 유압가진기 및 인력으로 전선에 진동을 가해서 실시했기 때문에 실제보다 낮은 전선장력으로 시험하게 됐다.이 시험으로 피뢰장치 있음은 피뢰장치 없음과 비교해 애자련 중앙부의 금구류(시험에서 최대응력이 발생한 곳)의 발생응력이 낮아진다는 사실을 알았다. 이것은 피뢰장치가 애자련의 움직임을 제어하기 때문이라고 생각할 수 있다. 문제가 되는 이상 거동이 발생하지 않는다는 사실도 확인할 수 있었다.개량형 장주방식의 피뢰장치를 시작하고 전기적 성능 및 기계적 성능에 관해서 시험을 실시했다. 본 고에서 소개한 것 이외에 오손속류차단시험 등 송전용 피뢰장치에 요구되는 다른 시험도 실시해 문제가 없음을 확인하고 있다.현재는 시가현과 후쿠이현의 경계에 위치한 쿠로가와 산에 건설된 츠루가 시험선에 시작품을 설치하고 필드 시험에서 내갤러핑 성능을 확인 중이다.

<Energy News>

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