가공 전선로용 애자의 정의, 구비조건, 종류

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전력 전송은 현대 사회의 필수적인 부분으로, 전선이 전기 에너지를 전달하는 역할을 담당합니다. 이 과정에서 전선을 적절하게 지지하고 절연하는 것이 중요하며, 이를 위해 애자(insulator)가 사용됩니다. 애자는 전선을 지지하는 동시에 전류가 주변 환경으로 누설되지 않도록 절연하는 역할을 합니다. 이번 글에서는 애자의 정의, 구비조건 및 종류에 대해 알아보겠습니다.

Table of Contents

애자(Insulator)의 정의 및 구비조건

애자의 정의

애자는 전선을 지지물의 완금 또는 지지재에 기계적으로 고정하면서 전기적으로 절연하는 역할을 하는 지지체입니다. 이 지지체는 전선이 전력 송전 구조물에 안전하게 부착되도록 도와주며, 동시에 전기적인 절연을 통해 전류가 전선 밖으로 누설되지 않도록 합니다.

애자의 구비조건

애자는 그 역할을 수행하기 위해 여러 가지 조건을 만족해야 합니다. 주요 구비조건은 다음과 같습니다.

절연내력: 애자는 상규 전압과 각종 이상전압에 대해 충분한 절연내력을 가져야 합니다. 절연내력은 애자가 전압에 의해 발생하는 전기적 스트레스에 견딜 수 있는 능력을 의미합니다.
전기적 표면저항: 비, 눈, 안개 등의 기후 조건에서도 충분한 전기적 표면저항을 가져야 하며, 이를 통해 누설전류가 적어야 합니다. 이는 애자가 습기나 오염으로 인해 전류가 새어나가는 것을 방지하기 위함입니다.
코로나 방지: 상규 전압에서 코로나를 일으키지 않아야 하며, 표면에 코로나 아크가 발생해도 손상이 없어야 합니다. 코로나 현상은 고전압에서 전선 주변의 공기가 이온화되며 발생하는데, 이는 전력 손실과 애자의 손상을 초래할 수 있습니다.
기계적 강도: 애자는 전선의 자중, 풍압, 착빙 등의 외력에도 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다. 전선의 무게와 자연 조건으로부터 발생하는 힘을 견디기 위해 필수적입니다.
내구성과 경제성: 애자는 내구성이 좋고 가격이 저렴해야 합니다. 장기간 사용하더라도 손상되지 않으며, 경제적인 비용으로 생산되고 유지되어야 합니다.

애자의 종류

애자는 다양한 환경과 용도에 맞게 여러 종류로 나뉘며, 각각의 특성과 용도에 따라 선택됩니다.

핀 애자

핀 애자는 가장 일반적으로 사용되는 애자 중 하나로, 갓 모양의 자기편 또는 유리편을 시멘트로 접합하고 원추형 철제 베이스에 고정된 형태입니다.

구조: 핀 애자는 갓 모양의 자기편을 시멘트로 접합하여 원추형의 철제 베이스로 자기를 지지하며, 여기에 아연도금 핀을 박아 완금 위에 고정합니다.
용도: 핀 애자는 하나의 애자로 전선을 지지하므로, 전압 계급에 따라 자기의 크기, 층수, 절연층 두께가 다르게 설계됩니다. 66kV 이상의 고전압에서는 형태가 커지고 기계적 강도에 한계가 있어 주로 33kV 이하의 선로에 사용됩니다.

현수 애자

현수 애자는 66kV 이상의 고전압 송전선로에서 주로 사용되며, 여러 개의 애자를 연결하여 사용합니다.

구조: 현수 애자는 원판형의 절연체 상하에 연결 금구를 시멘트로 부착하여 여러 개의 애자를 필요에 따라 연결해 사용하는 방식입니다.
용도: 주로 고전압 송전선로에서 사용되며, 66kV 이상의 모든 송전선로에 사용됩니다. 표준 규격으로는 250mm, 280mm, 320mm 등의 크기가 있습니다.

장간 애자

장간 애자는 긴 애자 형태로, 주로 내구성과 내열성이 중요한 곳에 사용됩니다.

구조: 장간 애자는 갓이 많은 원통형의 긴 애자로, 긴 자기봉의 양단에 연결용 금구로서 캡을 시멘트로 고정시킨 구조를 가집니다.
특징: 경년 열화가 적고 표면 누설 거리가 길어 내열성이 좋지만, 구조상 기계적 강도가 약한 단점이 있습니다.

지지 애자(라인 포스트 애자)

지지 애자는 발전소나 개폐소에서 주로 사용되며, 장간 애자와 비슷한 특징을 가집니다.

구조: 지지 애자는 상단부에 장간 애자와 유사한 구조로 되어 있으며, 바인드 홈과 도선 홈을 가진 자기봉 형태로 제작됩니다.
용도: 주로 발전소, 변전소, 개폐소의 모선 지지나 연가용 철탑의 점퍼선 지지 등에 사용되며, 88kV 이하의 송전선로에 적용됩니다. 22kV 이하의 배전선로용 절연전선에서는 핀 애자 대신 사용됩니다.

폴리머 애자(Polymer Insulator)

폴리머 애자는 고분자 화합물을 이용해 만든 애자로, 최근 많이 사용되고 있는 유형입니다.

구조 및 소재: 폴리머 애자는 고분자 재료로 제작되어 내 오손성, 경량성, 방폭성 등의 장점을 가집니다.
장점: 내 오손성, 경량성, 방폭성, 내진성, 경제성 등이 우수하며, 지지애자의 20% 무게로 기계적 강도가 좋습니다.
단점: 반면 코로나, 아크, 자외선에 취약하며, 외피가 부드러워 절연부 손상 우려가 있습니다.

이와 같이 다양한 애자의 종류와 각각의 특성은 전력 전송 시스템의 안정성과 효율성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 애자를 선택할 때는 해당 시스템의 전압 수준, 기후 조건, 물리적 스트레스 등을 종합적으로 고려하여 가장 적합한 유형을 선택하는 것이 중요합니다. 이를 통해 전력 송전의 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있습니다.

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