복도체 가공 송전선로 서브 스판 진동(Subspan Oscillation)

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복도체 가공 송전선로 서브 스판 진동 현상에 대해서 알아보겠습니다. 복도체는 다도체 방식으로 전력을 전송하는 고압 송전선로에서 흔히 사용됩니다. 이러한 송전선로에서 발생할 수 있는 서브 스판 진동(Subspan Oscillation)은 송전선의 안정성을 저하시킬 수 있는 중요한 문제입니다. 이번 글에서는 서브 스판 진동의 정의와 특성, 그리고 이 현상이 왜 4도체 송전선로에서 더 취약한지에 대해 설명하고, 서브 스판 진동을 경감하기 위한 대책에 대해 자세히 알아보겠습니다.

Table of Contents

서브 스판 진동의 정의

1. 서브 스판 진동의 개념

서브 스판 진동은 다도체 방식의 가공 송전선로에서 발생하는 진동 현상으로, 주로 바람이 불어오는 방향에 위치한 소도체(풍상 측 도체)의 후류역에 의해 발생합니다.

후류역과 진동 발생: 바람이 불어오면서 풍상 측 도체의 후류역이 형성되는데, 이로 인해 풍하 측 도체에 양력이 발생하고, 이 양력에 의해 풍하 측 도체가 진동을 시작합니다. 이 진동 에너지는 스페이서를 통해 다시 풍상 측 도체에 전달되며, 결국 두 소도체가 함께 진동하게 됩니다.
진동 특성: 서브 스판 진동은 스페이서와 스페이서 사이의 경간에서 발생하며, 1~2개의 루프를 형성하면서 풍상 측 도체와 풍하 측 도체의 위상이 180도 차이를 가지며 타원형 궤적을 그리며 진동하는 것이 특징입니다.

서브 스판 진동의 특성

서브 스판 진동은 여러 특성을 가지고 있으며, 이는 송전선로의 설계와 운용에 중요한 영향을 미칩니다.

1. 전선의 직경과 진동 발생

직경의 영향: 전선의 직경이 클수록 진동이 발생하기 쉽습니다. 이는 큰 직경의 전선이 바람에 대한 저항이 크기 때문입니다.

2. 수평 방향 진동

진폭과 풍속의 관계: 서브 스판 진동은 주로 수평 방향으로 발생하며, 풍속이 커질수록 진폭이 증가합니다. 이는 바람의 힘이 커지면서 진동 에너지가 더 많이 전달되기 때문입니다.

3. 스페이서 간격과 장력

진동 현상에 미치는 영향: 스페이서의 설치 간격과 전선의 장력은 서브 스판 진동의 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 스페이서 간격이 짧을수록 진동의 에너지가 쉽게 감쇠되지만, 간격이 길어지면 진동이 더 쉽게 발생할 수 있습니다.

4. 발생 조건

풍속의 영향: 서브 스판 진동은 주로 풍속이 10[m/s] 이상에서 발생합니다. 이 정도의 바람은 전선에 충분한 양력을 제공하여 진동을 유발할 수 있습니다.

복도체보다 4도체 송전선로에서 서브 스판 진동이 더 취약한 이유

4도체 송전선로는 복도체 구성에 비해 서브 스판 진동에 더 취약한 구조적 특징을 가지고 있습니다.

1. 소도체 수와 배열

낮은 풍속에서도 진동 발생: 일반적으로 서브 스판 진동은 8[m/s] 이상의 풍속에서 발생하지만, 4도체 구성에서는 4[m/s] 정도의 낮은 풍속에서도 진동이 발생할 수 있습니다. 이는 4도체 구성에서 소도체 수가 많고 간격이 가까워지면서 진동에 더욱 민감해지기 때문입니다.

2. 소도체 간격

소도체 간격의 영향: 소도체 간격은 서브 스판 진동 발생에 직접적인 영향을 미칩니다. 소도체 간격이 좁을수록 소도체들 간의 상호작용이 강해져 서브 스판 진동이 쉽게 발생할 수 있습니다. 345[kV] 4도체 송전선로는 특히 이러한 진동에 취약한 구조를 가지고 있습니다.

3. 다도체 구성

풍상 측 도체의 차폐 효과: 다도체 구성에서 풍상 측 도체에 의해 발생하는 공기역학적 차폐 효과가 풍하 측 도체에 미치는 영향은 후류역 내에서 풍하 측 도체의 위치에 따라 달라집니다. 복도체 구성에서는 두 소도체가 수평으로 배열되어 진동이 약해지는 경향이 있지만, 4도체 구성에서는 수평과 수직이 혼재되어 있어 서브 스판 진동에 취약해집니다.

4. 지형 특성

진동 발생 지역: 서브 스판 진동은 광활한 지역이나 바다 또는 호수 근처, 그리고 경과지 지형에 기복이나 장애물이 없는 지역에서 자주 발생합니다. 345[kV] 송전선로는 이러한 지형에서 경과지가 선정되기 때문에 진동 발생이 더 심할 수 있습니다.

서브 스판 진동 경감 대책

서브 스판 진동을 효과적으로 경감하기 위해서는 특정 소경간에서 발생하는 진동에 대한 맞춤형 대책이 필요합니다.

1. 서브 스판 진동 발생 다발 소경간

다발 소경간의 정의: 특정 선로 구성이나 경과지 조건에 따라, 특정 소경간에서만 서브 스판 진동이 빈번하게 발생하는 경우가 있습니다. 이를 서브 스판 진동 다발 소경간이라 하며, 이 구간에 대한 특별한 대책이 필요합니다.

2. 진동 발생 다발 소경간 진동 저감 방안

1) 일반적인 진동 저감 방안

소도체 수와 배열 조정: 서브 스판 진동을 줄이기 위해 소도체 수와 배열을 조정합니다.
다도체 구성 비틀림 조정: 다도체 구성의 비틀림 정도를 조정하여 진동을 감소시킬 수 있습니다.
스페이서 설치: 해당 소경간에 복도체용 스페이서를 설치하거나, 스페이서 댐퍼의 설치 간격을 재조정하거나 추가 설치하여 진동을 억제합니다.

2) 4도체 가공선로에서 서브 스판 진동에 의한 단선사고 방지 대책

특수 지역 적용: 서브 스판 진동이 특히 심하게 발생하는 구간에서는 스페이서 댐퍼 설치방법을 일반 지역과 특수 지역으로 구분하여 적용합니다.
진동 에너지 흡수: 진동에너지 흡수 능력을 가진 스페이서 댐퍼를 설치하고, 서브 스판 진동이 심하게 발생하는 구간에서는 스페이서 간격을 짧게 설치합니다.
볼트 이완 방지: 볼트 이완 현상을 방지하기 위해 볼트레비스형 스페이서 댐퍼를 설치하며, 정기적으로 스페이서 댐퍼의 설치 상태를 점검합니다. 또한, 스페이서 댐퍼의 구매 규격을 강화하고 보완하여 진동 저감 효과를 극대화합니다.

결론

복도체 가공 송전선로에서 발생하는 서브 스판 진동은 송전선의 안정성과 효율성에 큰 영향을 미칠 수 있는 중요한 문제입니다. 특히, 4도체 송전선로는 소도체 수와 간격, 다도체 구성의 차이로 인해 서브 스판 진동에 더 취약합니다. 이러한 진동을 경감하기 위해서는 소도체 수와 배열 조정, 스페이서 설치, 진동 에너지 흡수 장치 도입 등의 다양한 대책이 필요합니다. 이러한 대책을 통해 송전선로의 안정성을 유지하고, 전력 공급의 신뢰성을 높일 수 있습니다.

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