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가공전선 미풍 진동 현상과 착빙 및 강풍으로 인한 갤러핑(Galloping) 현상은 전선의 안정성에 큰 영향을 미치며, 심각한 경우 송전선로의 손상과 전력 공급 장애를 초래할 수 있습니다. 이러한 현상들을 방지하기 위해서는 각 진동의 원인을 이해하고, 적절한 대책을 마련하는 것이 중요합니다. 이번 글에서는 미풍 진동 현상과 갤러핑 현상의 발생 원인, 그리고 이를 방지하기 위한 대책에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
전선의 미풍 진동 현상
1. 미풍 진동의 발생 원인
미풍 진동 현상은 가공전선이 낮은 속도의 바람에 의해 진동하는 현상을 말합니다. 이 진동은 비교적 약한 바람에 의해 발생하지만, 지속되면 전선에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
- 칼만 와류 발생: 가공전선이나 가공지선에 약 5[m/s] 정도의 미풍이 직각으로 불어올 때, 전선의 뒤쪽에 공기의 소용돌이(칼만 와류)가 형성됩니다. 이로 인해 전선은 상하 방향으로 진동하게 됩니다.
- 공진 현상: 이 진동의 주파수가 전선의 고유진동수와 일치할 경우 공진 현상이 발생하여 진동이 증폭되고 지속됩니다. 공진은 특히 전선의 경간, 단위 길이당 무게, 및 설치 조건에 따라 달라질 수 있습니다.
- 특정 기후 조건에서 발생: 미풍 진동은 주로 태양이 뜨기 직전이나 진 후, 대기와 지면의 온도가 같아지고 바람이 일정한 속도로 불 때 발생합니다.
- 진동 진폭: 미풍 진동 시 전선의 진폭은 전선 지름의 0.5배에서 2배 정도로 다양합니다. 전선이 굵고 가벼울수록 진동이 더 크게 발생하며, 특히 ACSR 전선은 경동선보다 가볍기 때문에 미풍 진동에 더 취약합니다.
2. 전선 진동 방지 대책
미풍 진동을 효과적으로 방지하기 위해서는 다음과 같은 대책이 사용됩니다.
1) 아머로드(Armour Rod)
- 역할: 아머로드는 클램프로 고정된 전선이 소선으로 절단되는 것을 방지하기 위해 전선과 같은 재질로 만들어진 보강선입니다. 전선을 감싸는 형태로 설치되어 전선의 피로를 줄이고, 진동으로 인한 손상을 방지합니다.
2) 스톡 브리지 댐퍼(Stock Bridge Damper)
- 역할: 스톡 브리지 댐퍼는 전선에 부착되어 진동 에너지를 흡수하는 장치입니다. 일반적으로 전선 지지점에서 진동 루프 길이의 1/2에서 1/3 지점에 설치되며, 전선의 진동을 감소시키는 데 효과적입니다.
- 작동 원리: 댐퍼는 전선의 진동에 따라 무게추가 움직이며 진동 에너지를 흡수하여 전선의 진동을 줄입니다.
3) 토셔널 댐퍼
- 역할: 토셔널 댐퍼는 스톡 브리지 댐퍼와 유사하게 진동 에너지를 감쇠시키지만, 무게추가 서로 반대로 부착되어 비틀림을 이용한 진동 저감을 목표로 합니다. 이로 인해 특정한 진동 모드에 더 효과적으로 작용할 수 있습니다.
4) 베이트 댐퍼(Bate Damper)
- 역할: 베이트 댐퍼는 가공지선의 지지점 부근에 설치되는 장치로, 가공지선과 동일한 선으로 5.5~7[m] 정도의 첨선을 추가하여 진동을 억제합니다. 또한, 가공지선의 단선 시 보강 효과도 제공합니다.
5) 스페이스 댐퍼(Spacer Damper)
- 역할: 스페이스 댐퍼는 스페이서와 댐퍼의 기능을 동시에 수행하는 장치로, 전선을 일정 간격으로 유지하면서도 진동을 감쇠시킵니다. 스페이서와 댐퍼를 별도로 설치하는 것보다 경제적이며, 전선의 안정성을 높이는 데 효과적입니다.
갤러핑(Galloping) 현상
1. 갤러핑 현상의 정의
갤러핑 현상은 전선이 착빙설에 의해 비대칭적인 단면을 가지게 되어 발생하는 저주파, 고진폭의 진동 현상입니다. 이 현상은 전선 간의 단락 사고를 일으킬 수 있을 정도로 심각한 문제입니다.
- 착빙설과 공기역학적 불안정성: 갤러핑 현상은 착빙설이 전선에 비대칭적으로 부착되면서 발생합니다. 착빙설이 날개 역할을 하여 전선의 단면에 비대칭성이 생기고, 이로 인해 수평풍에 의한 인양력이 작용하여 전선이 상하로 진동합니다.
- 진동 특성: 갤러핑은 미풍 진동과 달리 주파수가 낮고 진폭이 큽니다. 이로 인해 전선이 심하게 진동하며, 송전선 간의 간격을 좁히고, 단락 사고의 원인이 될 수 있습니다.
2. 갤러핑 현상의 원인
갤러핑 현상은 주로 다음과 같은 요인에 의해 발생합니다.
- 공기역학적 비대칭성: 착빙설의 비대칭적인 부착, 고드름, 진눈깨비 등이 전선의 단면을 비대칭적으로 만들어 공기역학적 불안정성을 초래합니다.
- 기상 조건: 고드름의 부착, 상승 기류, 사풍 등 다양한 기상 조건도 갤러핑 현상을 유발할 수 있습니다.
3. 갤러핑 현상의 대책
갤러핑 현상을 방지하기 위해서는 다음과 같은 대책이 고려됩니다.
- 상간 스페이서(Interphase Spacer) 취부: 상간 스페이서는 전선 간의 간격을 일정하게 유지하면서, 전선이 진동할 때 전선 간의 접촉을 방지합니다. 이 장치는 전선의 갤러핑을 억제하고, 전선 간의 단락 사고를 예방하는 데 효과적입니다.
결론
가공 송전선로에서 발생하는 미풍 진동과 갤러핑 현상은 전선의 안정성에 큰 영향을 미치는 중요한 문제입니다. 미풍 진동은 약한 바람에서도 발생할 수 있으며, 갤러핑 현상은 착빙설과 같은 특정 조건에서 발생하는 고진폭 진동입니다. 이러한 현상을 방지하기 위해 아머로드, 스톡 브리지 댐퍼, 토셔널 댐퍼, 베이트 댐퍼, 스페이스 댐퍼와 같은 다양한 장치들이 사용됩니다. 이러한 대책을 통해 전선의 안정성을 유지하고, 전력 공급의 안전성을 보장할 수 있습니다.
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