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스프링제본 노트 5부
전력 계통에서 고전압을 절연하기 위해 사용하는 현수 애자련 전압 분포 및 각 애자에 전압이 균등하게 분담되지 않는 이유를 설명하고, 이러한 문제를 해결하기 위한 방법을 제시하겠습니다.
1. 현수 애자련 전압 분포
1) 애자의 정전용량
현수 애자련은 각 애자의 자기 정전용량(Cm) 외에도 애자 금구와 철탑 사이의 상호 정전용량(Ce), 그리고 애자 금구와 전선 간의 상호 정전용량(Cdl)로 구성된 복합 회로로 이루어져 있습니다. 이러한 복합적인 정전용량 때문에 애자련에 걸리는 전압이 균등하게 분포되지 않습니다. 특히, 전선에 가까운 쪽의 애자가 더 높은 전압을 받게 되고, 철탑에 가까운 애자는 상대적으로 낮은 전압을 받게 됩니다.
2) 애자련의 전효율
애자련의 전효율은 다음 식으로 표현됩니다:
$$
\text{련 효율} (\%) = \frac{V_n}{V_1} \times 100
$$
여기서,
- $V_n$ : 애자련 전체에 걸리는 전압 (kV)
- $V_1$ : 애자 1개의 전압 (kV)
- $n$ : 애자련에 사용된 애자의 개수
애자 1개에 걸리는 전압이 전체 애자에 걸리는 전압보다 더 높기 때문에 전압 분포가 불균형하게 나타납니다.
3) 애자의 전압 분담
현수 애자련을 구성하는 각 애자의 전압 분담은 균등하지 않기 때문에, 애자의 개수를 늘린다고 해서 절연 내력이 그에 비례하여 증가하지 않습니다. 애자 개수가 많아질수록 전압 분담의 불균형은 더 심화될 수 있습니다.
4) 전압 분포 불균등의 문제점
전압 분포가 불균등할 경우, 분담비가 큰 애자는 전기적 스트레스가 많이 가해져서 더 빨리 열화될 가능성이 큽니다. 이로 인해 애자 전체의 절연 성능과 내구성도 저하됩니다.
2. 전압 분담을 균등하게 하는 방법
현수 애자련의 전압 분담을 균등하게 하기 위해서는 몇 가지 방법이 사용됩니다.
1) 소호각(Arching Horn) 및 소호환(Arching Ring) 설치
소호각 또는 소호환을 설치하면 전선에 대한 정전용량($C_U$)을 증가시키는 효과가 있어, 철탑에 대한 정전용량($C_e$) 및 선로에 대한 정전용량($C_a$)을 상쇄시켜 줍니다. 즉, 정전용량의 불균형을 완화하여 각 애자에 걸리는 전압을 보다 균등하게 분배하게 됩니다.
또한, 전선에 이상 전압이 가해져서 섬락이 발생하는 경우, 소호각 또는 소호환에서 아크가 방전되어 애자 자체를 보호하는 역할을 합니다.
2) 전효율이 개선된 애자의 개발 및 사용
전압 분담을 균등하게 하기 위해, 애자의 정전용량을 크게 하여 전압 분포에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다. 또한, 애자의 정전용량 값이 서로 다른 애자들을 조합하여 전압 분포를 균등하게 만드는 방법도 효과적입니다.
3) 단애자(Graded Insulator) 사용
각 애자의 정전용량이 다르게 조합된 단애자(Graded Insulator)를 사용하면, 전압 분담을 균등하게 할 수 있습니다. 이는 각 애자에 걸리는 전압을 고르게 나누어 전압 불균형을 해소하는 데 도움이 됩니다.
결론
현수 애자련은 정전용량이 복합적으로 형성된 회로로 인해 전압이 균등하게 분포되지 않는 문제를 가지고 있습니다. 이러한 불균등한 전압 분포를 해결하기 위해 소호각과 소호환을 설치하거나, 애자의 정전용량을 개선한 제품을 사용하며, 단애자를 도입하는 방식이 효과적입니다. 이로써 전압 분포를 보다 균등하게 하여 애자련의 절연 성능을 향상시키고, 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있습니다.
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