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가공 송전선용 폴리머 그리스- 신형 방식(防食) 그리스에 의한 전선의 부식대책비스캐스 주식회사_아사노 유지서론일반적으로 가공 송전선용 전선에는 강심(鋼心) 알루미늄 보다 선(ACSR)이 이용되고 있다. ACSR의 주재료의 하나인 알루미늄은 대기중에서 화학적으로 안정된 산화 피막을 형성하기 때문에 뛰어난 내식성을 가지고 있다. 하지만 일본은 다른 나라에 비해 고온다습하므로 송전선이 해안이나 공장지대에 가까운 장소에 건설되는 등 일본 특유의 척박한 부식 환경에서 사용되고 있는 경우가 많아 전선의 고내식화(高耐食化)로 의한 신뢰성의 향상은 앞으로 중요한 과제가 될 것이라고 예상된다.이전부터 전선의 부식대책의 하나로 방식(防食) 전선이 이용되었다. 방식 전선의 구조의 한 예를 <그림 1>로 나타내었다. 방식 전선은 전선의 소선(素線)사이 극간(隙間)에 방식 그리스를 충전하기 때문에 해염 등의 부식 원자가 전선 내부에 침입하는 것을 막는 전선이다. 그러나 해염 등의 부식 환경에서는 기존의 방식 그리스로는 방식효과가 충분치 않는 경우도 있다. 이에 따라 그리스의 성분 조성을 재조정하여 기존의 방식 그리스보다 훨씬 뛰어난 방식 효과를 가진 ‘폴리머 그리스’를 개발했다.
 전선 부식의 메커니즘과 부식 대책① 전선의 부식 메커니즘 전선의 부식은 여러 가지 요인에 의해 발생하는데, 특히 바다의 염분과 공장 매연이 주된 요인이라고 일컬어진다. <그림 2>는 해염에 의한 부식 모의실험, 염수분무(鹽水噴霧)실험 후 ACSR의 횡단면이다. 해염에 의한 ACSR의 부식 현상도 다른 부식현상과 같이 전기화학적 기구에 의해 일어나는 금속의 이온화 반응이다. 해수 중에 각종 금속의 부식 전위는 다음과 같다.
 ● 아연(Zn) -1.07(V) ● 알루미늄(Al) -0.78(V) ● 철(Fe) -0.45~-0.65(V) 부속 전위가 다른 2종류의 금속을 조합하면 전위가 낮은 금속이 양극, 전위가 높은 금속이 음극이 되어, 이종(異種) 금속 접촉부식이 일어나 전위가 낮은 금속이 부식된다. ACSR 내부에 염분을 함유한 수분이 침투하면, 먼저 아연과 알루미늄 사이의 이종 금속 접촉부식에 의해 아연 도금이 소실된다. 게다가 아연 도금의 소실에 의해 철이 노출되면 알루미늄과 철 사이에 이종 금속 접속부식이 발생하여 부식 전위가 낮은 알루미늄이 부식된다. 이처럼 해염에 의한 ACSR의 부식은 내부에서 진행되는 특징이 있다. 한편, <그림 3>은 공장매연 모의실험인 염화수소가스 부식실험 후 ACSR의 횡단면이다. 공장지대나 화산지대에서는 전선이 산성물질을 함유한 공장매연에 노출된 상태로, 특히 매연 수분에 염화물 이온이 존재하는 경우 외층의 알루미늄선이 급격히 부식하게 된다. 공장매연에 의한 부식은 부식이 전선의 외측에서부터 진행하는 경우와 부식 원자에 노출된 부분이 집중적으로 부식되는 경우가 있다. 또 매연 성분에 따라서 부식의 진행속도가 상당히 빠르게 진행된다는 것도 매연에 의한 부식의 특징이다.
 ② 전선의 부식 대책 이전부터 전선의 부식 대책의 하나로 방식 그리스가 이용되어 왔다. 하지만 해안지대, 공장지대와 같은 부식 환경에서는 그 방식 효과가 충분하지 않는 경우도 있다. 이에 따라 전선의 고내식화를 목적으로, 각종 부식 대책의 검토 및 득실을 비교하였고, <표 1>에 그 검토결과를 나타내었다. 최근, 부식 대책으로 방식 그리스에 착안, 그리스의 성분조성을 재조정하여 방식성능 향상을 목표로 개발을 진행하였다.폴리머 그리스기존의 방식 그리스와의 차이점을 <그림 4>로 나타내었다. 보통의 방식 그리스는 기유(베이스 오일), 증장제 및 각종 첨가제로 구성된다. 기유는 금속표면에 차수성(遮水性)의 피막을 만들어 부식 원자가 금속표면과 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다. 증장제는 기유의 점성을 높여 그리스 안에 기유를 보존 유지한다.
 기존의 방식 전선용 그리스는 기유로 광물유를 이용하지만, 시간의 경과와 함께 기유 내에 수분이 침투한다는 문제점이 발생한다. 그렇기 때문에 장기간 사용하면서 해염 등의 부식 원자가 빗방울 등의 수분과 함께 그리스 내에 조금씩 침투하여 방식 성능이 저하되거나 비바람에 의해 그리스가 조금씩 씻겨나가는 결점이 있다. 또, 기존의 그리스는 증장제로 금속비누를 이용하는데, 금속비누는 비교적 산에 약하여 산성일 때 분해되기 쉬운 결점이 있다. 이에 따라, 기유를 유지 보전할 수 없게 되어 방식 성능이 줄어들게 된다. 그래서 그리스의 성분조성을 재조정하여 내수성, 차수성 및 내산성의 향상을 도모하였다.이번에 개발된 폴리머 그리스는 베이스 오일(기유)에 수분 투과율이 낮은 액상 폴리머를 적용하여 그리스 내부로 수분이 투입되는 것을 억제함과 동시에 내수성을 향상시켰다. 또, 증장제 사용에 있어서도 화학적으로 안정되고 내열성 및 내산성이 뛰어난 재료를 선정하였다.폴리머 그리스에 사용되는 전술의 베이스 오일과 증장제는 환경에 대해 무해하다. 따라서 만일 전선에서 흘러나온다고 해도 환경을 오염시킬 걱정이 없다.평가시험결과(1) 폴리머 그리스의 시험결과폴리머 그리스의 각종 특성 평가시험결과를 <표 2>로 나타내었다. 그리스는 화학적으로 중성이고 내열성 및 내한성을 충분히 가지고 있는 것이 확인되었다.
 내수성을 검증하기 위해 인공강우 실험을 실시했다. <그림 5>의 내수성 시험 장치를 사용하여 폴리머 그리스를 중방식(重防食)으로 충전한 ACSR에 약 150㎜/h의 강우 강도로 30일간 물을 뿌렸다. 강우량으로는 도쿄 연평균 강우량의 72년간 분량에 해당한다.시험의 결과는 <그림 6>으로 나타내었다. 그림에서 그리스 잔존량은 전선 표면의 그리스 잔존 중량을 실험 전의 그리스 중량에 대한 비율로 나타낸 것으로, 폴리머 그리스는 보통의 그리스와 비교하여 감소량이 적고 내수성이 뛰어나다는 것을 확인할 수 있었다. 또, 30일간 경과 후 그리스 잔존량은 99.5%이상으로, 내수성이 뛰어나다는 사실을 검증하였다.
 (2) 내식성 평가 시험 결과① 염수분무시험 해염에 대한 내식성을 확인하기 위해 JIS Z 2371에 준거하여 5% NaCl에 의한 중성염수분무시험을 실시했다. 시료는 그리스를 중방식으로 충전한 ACSR 160㎟이고 시험시간은 5000시간(약 7개월)으로 하였다.
 시험 후 시료의 횡단면을 <그림 7>로 나타내었고, 최대 공식(孔食) 깊이를 측정한 결과를 <그림 8>로 나타내었다. 그리스를 충전하지 않는 시료에서는 내부에 백색의 부식 생성물이 퇴적되고, 내층 알루미늄선에는 부식에 의한 가는 선이 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 최대 공식 깊이는 250㎛이었다. 이에 비해 보통의 그리스를 충전한 시료의 최대 공식 깊이는 170㎛, 폴리머 그리스를 충전한 시료에서는 공식(孔食)이 거의 확인되지 않았다. 이런 결과를 보면 해염에 대한 부식대책으로, 특히 폴리머 그리스의 충전이 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다.
 ② 염화수소가스 부식 시험 산성을 띠는 곳에서의 내식성을 확인하기 위해 염화수소가스에 의한 부식가속실험을 실시하였다. 데시케이터(물체가 건조상태를 유지하도록 보전하는 용기) 하부에 염산을 붙이고, 상부에는 시료를 수평으로 배치했다. 이 형태로 각 데시케이터를 항온조(恒溫槽)에 넣어 15~40℃의 히트사이클(heatcycle)을 실시하였다. 시료는 그리스를 중방식으로 충전한 ACSR 160㎟으로 하고 시험 시간은 3800시간(약 6개월)으로 하였다.
 시험 후 시료의 외관 및 횡단면을 <그림 9>로 나타내었고, 최대 공식 깊이의 측정결과를 <그림 10>으로 나타내었다. 그리스를 충전하지 않는 시료 및 보통의 그리스를 충전한 시료에서는 외층에 심한 부식이 나타났지만, 폴리머 그리스를 충전시킨 시료는 거의 부식되지 않았다. 각 시료의 최대 공식 깊이를 측정한 결과, 그리스를 충전하지 않은 시료에서는 950㎛, 보통의 그리스를 충전한 시료에서는 680㎛였던 것에 비해, 폴리머 그리스를 충전한 시료에서는 350㎛였다. 이상의 결과로 산화에 대한 부식대책으로서 폴리머 그리스의 충전이 효과적이라는 것이 검증되었다.
 (3) 부속품 적용성 시험결과폴리머 그리스를 충전한 전선에 보통의 압축 클램프을 적용할 수 있는지 확인하기 위해, 압축 클램프 부착 형태에서의 인장하물(引張荷物) 및 전기저항을 측정하였다. 이것은 <그림 11>로 나타내었다.
 폴리머 그리스를 중방식으로 충전시킨 ACSR 410㎟에 JEC형 압축 클램프를 붙이고, 인장시험기로 클램프 부착 후 시료의 인장하중을 측정했을 때, 그리스의 유무에 의한 유의차는 나타나지 않았다. 마찬가지로 전압 강하법으로 전기저항을 측정했을 때 역시 전기저항에서 그리스의 유무에 의한 유의차는 없었다.위의 결과로 폴리머 그리스를 충전시킨 전선에서 보통의 압축 클램프를 적용할 수 있으므로, 기존과 같은 압축방법이 적용될 수 있는 것을 확인하였다.맺음말폴리머 그리스는 기존의 그리스와 비교하면 해염 부식에 있어 뛰어난 방식 성능을 가진데다 내산성도 뛰어나다. 또 폴리머 그리스를 충전한 전선의 전기적·기계적 성능은 보통의 ACSR과 동등하며 기설된 전선과 상호 호환이 가능하다. 게다가 그리스의 성분이 광물유를 포함하지 않고 환경에 뛰어난 그리스로 되어 있다.가공 송전선의 신뢰성 향상이라는 명제에 있어, 전선의 내식 성능의 향상은 중요한 테마로 앞으로 더욱 그 요구가 높아질 것이라고 예상된다. 최근에 개발된 폴리머 그리스가 전선의 내식성 향상에 도움이 될 것이다.
< Energy News >
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