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20kV 배전선용 LP애자 속류차단 아크혼의 개발  당사에서는 20kV급 배전선에 전주방식<그림1>을 채용하고 있다. 20kV급 배전선에 우뢰에 의한 과전압이 발생해도 라인포스트 애자를 설치한 아크혼 사이에 아크가 발생해 과전압을 억제하고 있다. 이렇듯 아크혼의 섬락동작에 의해 우뢰의 과전압 피해에서 선로를 보호하고 있다.그러나, 상용전원에 의해 아크가 계속(속류)하기도 하는데, 이런 경우는 전기소 보호계전반이 동작해 1분간의 정전(재폐로사고)이 발생했었다. 그래서 이 속류를 차단하고 1분간 정전을 일으키지 않고, 선로를 우뢰로부터 보호할 수 있는 속류 차단 아크혼을 개발했다. 개발은 (재)전력중앙연구소, 니혼카탄(주), 오오토이치(주)와 공동으로 실시했다.연구의 배경, 목적 20kV급 선로 전주 완금에 설치되고 있는 전선을 파지하는 라인포스트 애자(이하 LP애자)에는 우뢰피해에서 전선을 보호하기 위해 아크혼을 설치하고 있다<그림2>.아크혼은 우뢰 과전압을 억제함과 동시에 애자가 아크열로 파괴되는 것을 방지하는 기능을 가지고 있지만, 아크가 계속(속류)한 경우에 뇌류를 차단하는 기능은 없다. 때문에 우뢰에 의한 과전압에서 아크혼이 섬락동작하고, 상용전원에 의해 아크가 계속(속류)하면 선로가 한번 더 정전하기 때문에 다시 한번 송전(재폐로)하지 않으면 안 된다<그림3>. 이와 함께 종래에 아크혼에서는 뇌피해에서 선로를 보호할 수 있더라도 재폐로 성공 사고로 1분간 정전이 여의 없이 되고 있다. 그러나 최근 반도체나 정밀기구의 생산라인, 사무실의 컴퓨터 등 IT(정보기술) 관련기구에 의해서는 ‘1분의 정전이라도 피하고 싶다’라고 전력품질 필요성이 높아져 가고 있다.한편, 77(66)kV 철탑방식의 송전선에서는 종래의 아크혼 대신에 절연통체를 아크혼 선단에 설치해 아크 속류 시에 절연통체에서 가스를 분출해 속류를 차단하는 자기소호형의 속류차단 아크혼이 개발됐다.이 기술을 사용하면 아크속류를 1사이클 이내에서 차단하는 것이 가능하고, 재폐로 사고에 의한 단시간 정전을 방지할 수 있을 뿐더러 재폐로 순시 등 비용절감이 가능해 지금까지의 대책보다도 싼 값에 우뢰 과전압에 의한 단시간 정전을 억제할 수 있는 20kV급 배전선용 LP애자속류차단 아크혼을 개발했다.속류차단 아크혼의 개요1. 구성과 재질 현수애자에 설치한 77(66)kV 송전선용 속류차단 아크혼에 비해 20kV급 배전선에서 LP애자의 설치는 길이 상 제약이 있다. 송전용에서는 속류차단 아크혼을 선로측 및 접지측으로 양쪽 모두 장착하고 있지만, LP애자용은 선로측에만 장착하는 구조로서, 접지측의 혼은 종래의 혼을 그대로 유용하고 있는 것이다.개발된 아크혼은 아크가 속류하면 절연통체의 내부를 녹이고, 통선의 구멍에서 기세 좋은 가스가 분출한다. 그 가스로 인해 속류를 차단하는 것으로, 속류차단 성능은 절연통체의 길이(차단부분)와 혈경에 관계한다.여기에서, 이것들을 파라미터(parameter)에 차단성능 시험을 되풀이 할 때, 차단부 내의 압력상승과 소호가스 발생량이 적절해져 차단부 길이, 혈경, 외경의 최적의 조합을 얻었다.또, 송전용 아크혼의 아크 통과개소의 구조는 전극부 선단에서 절연통 선단까지 같은 지름이 되기 때문에 전류가 제로가 될 때에 차단부 내 전압상승에 의한 가스분출이 종료하고, 재기전압으로 아크가 재점호하기 쉽다.이 때문에 절연통내의 가스를 일시적으로 쌓는 것이 가능한 구조로서 그 분출시간을 늦춰, 전류가 제로인 때에도 가스가 분출할 수 있는 차단부를 개발해, 속류차단 성능을 향상시켰다. 이 차단부의 구조에 대해서는 특허 신청중이다.속류차단 아크혼의 속류차단 성능은 차단부의 재료에서도 좌우되고 있지만 차단성능, 비용의 양면에서 최적의 재료로 검사하고 실험해서 절연통체에 최적의 재료를 개정했다. 그 결과 성능을 떨어뜨리지 않고 송전용보다 싼값으로 폴리아미드(polyamide) 수지계를 채용했다.2. 속류차단성능22kV용 속류차단 아크혼 속류차단성능은 <표1>에 표시한 대로이다. 실험에서는 전류에 의해서는 4회까지 차단할 수 있지만, 과거 10년간 동일 기둥에 우뢰습격으로 인해 애자파손사고는 2회 정도 밖에 일어나지 않았고, 3회 속류를 차단할 수 있는 대부분의 경우 보수·유지가 무료로 가능하다고 고려해 속류차단회수 사양을 3회로 했다.또 종래 아크혼에서는 전선낙하와 관련 우려가 있는 몸통을 가로로 자른다고 하는 LP애자 파괴는 예방하더라도 갓파편이라는 LP애자 일부 손상이 발생하고 후일 LP애자를 교환할 필요가 있었다. 그러나 개발품에서는 애자 갓파편이 일어나지 않아, 종래품에서 필요했던 ‘아크혼 동작 후에 LP애자 교환이 필요없다’라는 이점을 얻을 수 있었다.게다가 본 아크혼은 구조도 원래의 아크혼보다 우수한 조해방지 효과를 기대할 수 있다. 종래의 아크혼은 혼커버가 훼손되기 쉬워 그 부분 커버 교환을 실시하고 있었다. 그러나 이번 개발품은 종래의 것보다도 커버가 단단하고 그 위로 금속부, 그 위로 절연체인 차단부가 설치되었기 때문에 종래 아크혼 동작 후 충전부 노출이 없고, 조해방지 효과도 기대할 수 있다.3. 전기성능개발한 22kV용 속류차단 아크혼은 <표2>에 표시한 대로 종래의 아크혼에 적당한 당사규격과 같은 성능을 만족하고 있다. 또 아크혼 차단부(절연통체)에서는 오손내 전압성능을 만족하기 위해 주름진 커버를 설치했다.4. 주변에 영향 전주방식에 의한 20kV급 배전선로에서는 바로 밑에 가로수나 고압전선이 있다. 개발한 22kV용 속류차단 아크혼은 아크속류에 의해 차단부에서 발생한 가스를 기세 좋게 분출하기 때문에, 속류 차단으로 인해 분출된 가스의 주변 가로수나 전선에 대한 악영향이 염려됐다.보통 상태에서는 20kV급 선로와 바로 밑에 설치하지 않도록 하기 때문에 안전하지만 가스 영향을 검증하기 위해서는 최악조건을 고려해서 <그림5>와 같이 전선이나 수목을 아크혼의 바로 밑에 설치해 실험을 하고 식수가 타거나 전선에 절연피복이 손상하지 않을 것 등 분출가스가 주변에 영향을 미치지 않도록 확인하고 있다.현장성능검증 효고현 및 시가현 22kV 배전선 2회선에 대해 종래 이미 설치된 아크혼을 개발한 속류차단 아크혼을 교환해 공사를 하고, 개발품이 자연조건에서도 실험실과 동등하게 속류차단성능을 발휘하는 것인가 검증하고 있다.2004년 8월부터 속류차단 아크혼의 동작 회수와 차단전류를 관측·측정하고 있지만, 2004년 12월 현재 그 선로에 뇌피해 없이 동작실적도 얻을 수 없었다. 또 작업시간은 1주3상분의 취급 외부터 설치까지 시간이 약 15∼20분이었다.앞으로의 계획과 과제22kV 배전선 속류차단 아크혼에 대해서는 변전소부터 설치해 보고, 단락전류가 12kA 이하인 개소이원을 상용범위 안에 있는 것부터 시작해, 배전선 전개소에 상용할 수 있도록 아크혼의 기계적 강도에 대해 검사를 실시해 개량을 행할 것이다.33kV배전선의 속류차단 아크혼에 대해서는 차단부의 개발이 가능해져 3상 단락전류 9kA을 3회 차단할 수 있는 것을 확인하기 때문에 33kV LP애자에 설치를 위해 길이를 결정하고 50% 충격섬락전압 등 전기성능시험을 실시해, 현장 사용할 수 있도록 제품화 해 나갈 것이다. 또 22kV 배전선 속류차단 아크혼 동작실적이 얻을 수 없는 것부터 2005년도에 지속적인 성능검증을 실시한다.
< Energy News >
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