가공전선의 굵기 결정 시 검토사항

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가공전선의 굵기 결정 시 검토사항 고려는 전력 송전에서 매우 중요한 요소로, 전선의 선택에 따라 전력 손실, 기계적 안정성, 경제성 등이 결정됩니다. 전선의 굵기를 결정할 때는 여러 가지 기술적, 경제적 요인을 종합적으로 고려해야 하며, 이 과정에서 허용전류, 기계적 강도, 전압강하, 전력손실 및 코로나손, 그리고 경제성이 중요한 역할을 합니다. 이번 글에서는 가공전선의 굵기를 결정할 때 고려해야 할 주요 사항들을 자세히 살펴보겠습니다.

Table of Contents

허용전류

1. 전선의 허용전류 개념

가공전선에 전류가 흐를 때, 전선의 저항으로 인해 발열이 발생합니다. 이 발열로 인해 전선의 온도가 상승하며, 이 온도가 일정 한계치를 초과하면 전선의 성능이 저하되거나 손상될 수 있습니다. 이 한계온도를 전선의 최고 허용 온도라고 하며, 이때의 전류를 최대 허용 전류라고 합니다.

안전전류: 전선이 굵어질수록 저항이 작아지고 발열이 적어지므로 허용전류는 커집니다. 따라서 굵은 전선일수록 더 많은 전류를 안전하게 전달할 수 있으며, 이를 안전전류라고 합니다.

2. 허용전류와 송전 용량

단거리 송전선로에서는 허용전류가 전선의 송전 용량을 결정짓는 중요한 요소입니다. 전선의 굵기를 결정할 때는 송전하려는 전류량에 맞춰 전선이 과열되지 않도록 적절한 굵기를 선택해야 합니다.

기계적 강도

1. 가공전선의 기계적 강도 요구사항

가공전선은 다양한 외부 하중에 견딜 수 있어야 합니다. 전선의 자중, 착빙설(눈이나 얼음의 축적), 부착 금구의 무게, 풍압 하중 등으로 인해 전선에는 다양한 기계적 하중이 가해집니다. 따라서 전선의 단선이나 파손을 방지하기 위해 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다.

2. ACSR 전선의 기계적 강도 강화

경알루미늄과 강연선의 조합: ACSR(Aluminum Conductor Steel Reinforced) 전선은 경알루미늄 소선이 도체 역할을 하지만, 기계적 강도가 약합니다(약 20[kg/mm²]). 이를 보완하기 위해 전선의 중심에 강연선(약 125[kg/mm²])을 삽입하여 전체 기계적 강도를 높입니다. 이렇게 강화된 기계적 강도는 전선이 외부 환경에 의해 파손되지 않도록 도와줍니다.

전압강하

1. 전압강하의 정의 및 영향

전선이 전류를 운반할 때, 전선의 저항으로 인해 전압이 감소하는 현상이 발생합니다. 이는 전압강하라고 하며, 전압강하는 전선의 길이와 단면적에 의해 크게 좌우됩니다. 단면적이 클수록 전압강하는 줄어들며, 송전 효율을 높일 수 있습니다.

2. 전압강하율 유지

일반적으로 전압강하율은 5% 이하로 유지하는 것이 바람직합니다. 이는 전선의 굵기를 결정할 때 중요한 기준이 됩니다. 전선의 굵기가 충분히 크다면 전압강하를 최소화할 수 있습니다.

전력손실 및 코로나손

1. 저항에 의한 전력손실

전선의 저항으로 인해 발생하는 전력손실은 전력 송전의 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다. 전선의 저항이 크면 전력손실이 커지며, 이는 송전 효율을 저하시킵니다.

2. 코로나손 방지

고전압 송전에서 전선 주변의 전기장이 매우 강해지면 코로나 현상이 발생할 수 있습니다. 이는 공기의 절연 성능이 부분적으로 파괴되며 발생하는 방전 현상으로, 전력 손실과 전선의 손상을 유발합니다. 코로나손을 줄이기 위해 굵은 도체를 사용하는 것이 일반적입니다.

전력손실률 유지: 전력손실률이 5% 이하가 되도록 전선의 굵기를 선택하는 것이 바람직합니다. 이는 전선의 효율적인 운영을 위해 필수적인 요소입니다.

경제성

1. 켈빈의 법칙

켈빈의 법칙은 경제적으로 최적의 전선 굵기를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 법칙에 따르면, 전선의 굵기는 건설 후 1년 동안 발생하는 손실 전력량의 금액과 전선 구입비용에 대한 이자와 상각비를 고려하여 결정해야 합니다.

켈빈의 법칙 적용: 켈빈의 법칙에 따라 결정되는 굵기는 허용전류만으로 결정되는 굵기보다 작아지는 경향이 있습니다. 이는 경제적인 관점에서 전선의 굵기를 결정할 때 중요한 요소로 작용합니다.

2. 켈빈의 법칙 적용 예

켈빈의 법칙을 적용하여 전선의 굵기를 결정할 때는 다음과 같은 식을 사용합니다:
[
I^2RN = GAMp
]
여기서, N은 1년 요금, G는 전선의 단위 길이당 무게, A는 전선의 굵기, M은 1kg당 가격, P는 1년간의 이자와 상각비의 합입니다. 이 식을 통해 전선의 경제적인 굵기를 계산할 수 있습니다.

결론

가공전선의 굵기를 결정하는 과정에서는 허용전류, 기계적 강도, 전압강하, 전력손실 및 코로나손, 그리고 경제성을 모두 고려해야 합니다. 각 요소는 전선의 효율성과 안정성에 중요한 영향을 미치며, 이들 요소의 균형을 맞추는 것이 최적의 전선 굵기를 결정하는 데 필수적입니다. 따라서 전력 송전의 안정성과 효율성을 극대화하기 위해서는 이러한 요인들을 종합적으로 검토하여 전선의 굵기를 신중하게 결정해야 합니다.

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