제1장 전선로

발전소에서 수용가까지 전력을 수송하기 위한 전력 전송 선로.

(가공 전선로는 주로 나선 사용, 지중 전선로는 주로 케이블 사용)

1. 전선

⑴ 전선의 구비 조건

① 도전율이 높을 것.     ② 기계적 강도가 클 것.    ③ 내구성이 있을 것.

④ 중량이 가벼울 것.     ⑤ 가요성이 클 것.         ⑥ 가격이 저렴할 것.

⑵ 중공 연선 - 전선의 두께가 커지면 코로나를 방지한다.

㈎ 표피 효과 - 교류 전류의 밀도가 도체 중심으로 들어 갈수록 작아지는 성질

[eqn: LAPLACE f TIMES mu TIMES sigma]

𝜇 : 투자율, 𝜎 : 전도율

㈏ 침투 효과 - 표피로부터 중심으로의 전류 분포 깊이

[eqn: {1} over {sqrt {f omega sigma pi }}]

𝜎 : 전도율, 𝜋 : 전선의 지름

⑶ 동, 알루미늄선

① ACSR선(Aluminum Cable Steel Reinforced : 강심 알루미늄 연선)

㈎ 경 알루미늄 : 도전율 61[eqn: LEFT [ % RIGHT ]], 인장 강도 16~25[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]

㈏ 강 알루미늄 : 도전율 10[eqn: LEFT [ % RIGHT ]] 내외, 인장 강도 55~140[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]

② 경동선 - 도전율 96~98[eqn: LEFT [ % RIGHT ]], 인장 강도 35~45[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]

③ 공기 절연 파괴 전압

㈎ 교류(AC : Alternator Current) : 21[eqn: LEFT [ kV/cm RIGHT ]]

㈏ 직류(DC ; Direct Current) : 30[eqn: LEFT [ kV/cm RIGHT ]]

⑷ 연선

① 소선의 총수 [eqn: N] = [eqn: 3n LEFT ( 1+m RIGHT ) +1]

② 연선의 바깥 지름 [eqn: D] = [eqn: LEFT ( 1+2n RIGHT ) d][eqn: LEFT [ mm RIGHT ]]

③ 연선의 단면적 [eqn: A] = [eqn: N`a][eqn: LEFT [ mm ^{2} RIGHT ]]

④ 전선의 중량 [eqn: W] = [eqn: LEFT ( 1+K _{1} RIGHT ) Nw][eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]

⑤ 연선의 저항 [eqn: R] = [eqn: LEFT ( 1+K _{2} RIGHT ) ` {r} over {N}][eqn: LEFT [ OMEGA RIGHT ]]

[eqn: n] : 총수, [eqn: N] : 소선의 총수, [eqn: a] : 소선의 단면적, [eqn: w] : 연선과 같은 길이의 소선 중량, [eqn: r] : 연선과 같은 길이의 소선 저항, [eqn: K _{1}] : 중량 연입률, [eqn: K _{2}] : 저항 연입률

⑸ 켈빈의 법칙 : 경제적인 전선의 굵기

- 전선 단위 길이당의 연간 전력 손실량의 가격과 전선 단위 길이당의 건설비의 이자와 상각비가 같게 될 때 전선의 굵기가 가장 경제적인 전선. 단위 길이 당 전력 손실량 = 전선 구입비(년 경비=이자 +상각비)

[eqn: C] = [eqn: sqrt {{WMP} over {rho N}}]

C : 경제적인 전류 밀도[eqn: LEFT [ A/mm ^{2} RIGHT ]], W : 전선의 중량[eqn: LEFT [ kg/mm ^{2} BULLET m RIGHT ]], M : 전선의 가격[eqn: LEFT [ 원/kg RIGHT ]],

P : 1년간 이자와 상각비 합계, [eqn: rho] : 전선의 저항률[eqn: LEFT [ OMEGA BULLET mm ^{2} /m RIGHT ]], N : 전선의 가격[eqn: LEFT [ 원/kW년 RIGHT ]]

2. 가공 전선

⑴ 전선의 진동과 도약

① 전선의 진동 - 바람으로 인한 전선의 진동은 주파수를 발생한다.

㈎ 전선의 고유 진동 주파수 𝑓[eqn: {} _{c}] = [eqn: {1} over {2l}][eqn: sqrt {{Tg} over {W}}][eqn: LEFT [ Hz RIGHT ]]

[eqn: l] : 루프의 길이[eqn: LEFT [ m RIGHT ]], T : 전선의 장력[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]], g : 중력의 가속도[eqn: LEFT [ m/s ^{2} RIGHT ]]

W : 전선 단위 길이당의 무게[eqn: LEFT [ kg/m RIGHT ]]

㈏ 댐퍼 - 전선의 진동을 방지하는 장치(단선 방지)

② 전선의 도약 - 전선의 주위에 빙설이 부착하였다가 탈락하는 반동.

㈎ sleet lump(전선의 도약) - 전선이 튀어 올라 상부의 전선과 혼촉하거나 단락.

㈏ off set(오프셋) - 전선의 도약시 상부 전선과 혼촉(단락) 방지를 위하여 철탑의 상부 전선 완금류의 팔의 길이와 하부 전선 완금류의 팔의 길이에 차이를 두는 것.

⑵ 전선의 하중

① 전선 자중 [eqn: W _{c}] = [eqn: {pi } over {4}]([eqn: {3.2} over {10}])[eqn: {} ^{2}][eqn: TIMES]100[eqn: TIMES]8.9[eqn: TIMES]7[eqn: TIMES](1+0.012)[eqn: TIMES]10[eqn: {} ^{-3}]

= 0.570[eqn: LEFT [ kg/m RIGHT ]]

② 빙설 하중 [eqn: W _{i}] = 0.9[eqn: TIMES][eqn: {pi } over {4}]｛(d+12)[eqn: {} ^{2}]-d[eqn: {} ^{2}]｝[eqn: TIMES]10[eqn: {} ^{3}][eqn: TIMES]10[eqn: {} ^{-6}] = 0.0054[eqn: pi](d+6)

③ 풍압 하중 [eqn: W _{w}]

㈎ 빙설이 적은 지방 풍압 하중 [eqn: W _{w}] = Pd/1,000[eqn: LEFT [ kg/m RIGHT ]]

㈏ 빙설이 많은 지방 풍압 하중 [eqn: W _{w}] = P(d+12)/1,000[eqn: LEFT [ kg/m RIGHT ]]

④ 합성 하중(W)

㈎ 빙설이 적은 지방 합성 하중 [eqn: W] = [eqn: sqrt {W _{c ^{}} ^{2} +W _{w} ^{2}}]

㈏ 빙설이 많은 지방 합성 하중 [eqn: W] = [eqn: sqrt {(W _{c} +W _{i} ) ^{2} +W _{w} ^{2}}]

⑶ 전선의 이도(dip) - 전선이 전선의 지지점을 연결하는 수평선으로부터 아래로 내려가 있는 거리.

① 이도(dip)

㈎ 이도 [eqn: D] = [eqn: {WS ^{2}} over {8T}][eqn: LEFT [ m RIGHT ]]

㈏ 고저차가 있는 경우의 이도 [eqn: D] = [eqn: {W ^{}} over {8T}]([eqn: S- {2T} over {WS} h'])[eqn: {} ^{2}][eqn: LEFT [ m RIGHT ]]

㈐ 온도 변화 후의 이도 [eqn: D] = [eqn: sqrt {D _{1} ^{2} ± {3} over {8} alpha tS ^{2}}][eqn: LEFT [ m RIGHT ]]

S : 경간[eqn: LEFT [ m RIGHT ]], W : 단위 길이 당 전선의 무게[eqn: LEFT [ kg/m RIGHT ]],

T : 수평 장력(T=[eqn: {인장``강도} over {안전율}])[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]], D[eqn: {} _{1}] : 온도 변화 전의 이도[eqn: LEFT [ m RIGHT ]],                  t : 변화 온도[eqn: LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]], [eqn: alpha] : 1[eqn: CENTIGRADE]에 대한 선팽창 계수

(경동선: 0.000017, 알루미늄선: 0.000023, 아연 도금 철선: 0.000012)

② 전선의 실제 길이

㈎ 전선의 실제 길이 [eqn: L] = [eqn: S+ {8D ^{2}} over {3S}][eqn: LEFT [ m RIGHT ]]

㈏ 고저차가 있는 경우의 전선의 실제 길이 [eqn: L] = [eqn: S] +[eqn: {W ^{2} S ^{2}} over {24T}]+[eqn: {h' ^{2}} over {2S}][eqn: LEFT [ m RIGHT ]]

㈐ 온도 변화 후의 전선의 실제 길이 [eqn: L] = [eqn: L _{1}][eqn: ±][eqn: alpha tS][eqn: LEFT [ m RIGHT ]]

S : 경간(m), W : 단위 길이 당 전선의 무게[eqn: LEFT [ kg/m RIGHT ]],

T : 수평 장력(T=[eqn: {인장``강도} over {안전율}])[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]], L[eqn: {} _{1}] : 온도 변화 이전의 실제 길이

③ 전선의 평균 높이 [eqn: H] = [eqn: h- {2} over {3} D][eqn: LEFT [ m RIGHT ]]

h : 지지물의 높이, D : 이도

④ 지지점의 전선 장력 [eqn: T _{p}] = [eqn: T+WD][eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]

T : 수평 장력 = 인장 하중/안전율[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]], W : 전선 1[eqn: LEFT [ m RIGHT ]]당의 무게[eqn: LEFT [ kg/m RIGHT ]], S(span) : 경간[eqn: LEFT [ m RIGHT ]]

⑤ 합성 탄성계수 [eqn: E] = [eqn: {A _{a} E _{a} +A _{s} E _{s}} over {A _{a} +A _{s}}] = [eqn: {mE _{a} +E _{s}} over {m+1}][eqn: LEFT [ kg/mm ^{2} RIGHT ]]

⑥ 합성 선팽창계수 [eqn: alpha] = [eqn: {alpha _{a} A _{a} E _{a} + alpha _{s} A _{s} E _{s}} over {A _{a} E _{a} +A _{s} E _{s}}] = [eqn: {m alpha _{a} E _{a} + alpha _{s} E _{s}} over {mE _{a} +E _{s}}]

⑷ 애자(insulator)

① 애자의 종류

㈎ 핀 애자 - [eqn: 30 LEFT [ kV RIGHT ]] 이하에 만 사용가능.

㈏ 현수 애자 - 우리나라 [eqn: 250 LEFT [ mm RIGHT ]] 표준(기본), [eqn: 154 LEFT [ kV RIGHT ]] : 9~11개 연결, [eqn: 345 LEFT [ kV RIGHT ]]: 18~23개 연결. 크기는 자기 부분의 지름으로 나타낸다.

ㄱ. 클래비스형

ㄴ. 볼 소켓형

② 소호 장치 - 애자가 섬락으로 인해 소손되는 것을 방지.

ㄱ. arcing horn(아킹 혼)

ㄴ. arcing ring(아킹 링, 초호환)

③ 애자의 섬락 전압 - 현수 애자 1개 기준

ㄱ. 주수(강우) 섬락 전압 : [eqn: 50 LEFT [ kV RIGHT ]]

ㄴ. 건조 섬락 전압 : [eqn: 80 LEFT [ kV RIGHT ]]

ㄷ. 충격 섬락 전압 : [eqn: 125 LEFT [ kV RIGHT ]]

ㄹ. 유(절연유)중 파괴 전압 : [eqn: 140 LEFT [ kV RIGHT ]]

④ 애자의 전압 분포 - 차단기 동작 시 충격 이상 전압은 사용 전압의 4배 이상.

ㄱ. 전선에 가장 가까운 애자 - 가장 크다(약 20%정도).

ㄴ. 전선에서 [eqn: {2} over {3}]지점, 철탑에서 [eqn: {1} over {3}]지점 - 가장 작다.

⑤ 애자의 연 효율(연 능률)

[eqn: eta] = [eqn: {V _{n}} over {nV _{1}}][eqn: TIMES]100[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]

V[eqn: {} _{n}] : n개의 애자련의 섬락 전압[eqn: LEFT [ kV RIGHT ]], V[eqn: {} _{1}] : 애자 1개의 섬락 전압[eqn: LEFT [ kV RIGHT ]], n : 1련의 애자 갯수

⑸ 지선(전주가 수직인 지선)

ㄱ. 지선의 허용 하중(T[eqn: {} _{0}]) = [eqn: {T} over {cos theta }] = [eqn: {T sqrt {H ^{2} +a ^{2}}} over {a}] = [eqn: eta][eqn: TIMES][eqn: {T _{0} '} over {K}]

ㄴ. 지선의 소선 수(n) = [eqn: {KT} over {T _{0} 'cos theta }] = [eqn: {KT} over {T _{0} '}][eqn: {sqrt {H ^{2} +a ^{2}}} over {a}]

T : 전선의 수평 장력, T[eqn: {} _{0}]' : 지선에 사용되는 소선의 인장력, K : 안전율, H : 전선의 높이, [eqn: a] : 지면 위 전주와 지선의 거리.

3. 지중 전선로

[eqn: 345 LEFT [ kV RIGHT ]] 이하 시설 가. 미관, 태풍, 보안의 이점, 건설비, 고장 수리비의 단점.

⑴ 선로 정수

① 도체 저항 [eqn: R _{c}] = [eqn: {K _{1} K _{2} K _{3}} over {58A eta }][eqn: TIMES]10[eqn: {} ^{3}][eqn: LEFT [ OMEGA /km RIGHT ]]

K[eqn: {} _{1}] : 연입에 의한 증가, K[eqn: {} _{2}] : 저항 온도 계수에 의한 증가, K[eqn: {} _{3}] : 표피 효과 및 근접 효과 증가, A : 도체 단면적(mm[eqn: {} ^{2}]), [eqn: eta] : 도전율(소수)

② 절연 저항 [eqn: R _{i}] = [eqn: {rho } over {2 pi }]log[eqn: {} _{e}][eqn: {D} over {d}][eqn: TIMES]10[eqn: {} ^{-5}] = [eqn: {2.3025} over {2 pi }][eqn: rho]log[eqn: {} _{10}][eqn: {D} over {d}][eqn: TIMES]10[eqn: {} ^{-5}][eqn: LEFT [ M OMEGA /km RIGHT ]]

[eqn: rho] : 유전체 저항률[eqn: LEFT [ OMEGA /cm RIGHT ]]

③ 인덕턴스 [eqn: L] = 0.05+0.4605log[eqn: {} _{10}][eqn: {2S} over {d}][eqn: LEFT [ mH/km RIGHT ]]

S : 도체 중심간의 거리(다심 케이블)

- 케이블의 인덕턴스는 가공선의 인덕턴스에 비하여 선간거리가 극히 작으므로 0.2~0.45[eqn: LEFT [ mH/km RIGHT ]]로 가공선의 1/5~1/2가량 된다.

④ 정전 용량 [eqn: C] = [eqn: {0.02413 epsilon } over {log _{10} {D} over {r}}][eqn: LEFT [ mu F/km RIGHT ]]

[eqn: epsilon] : 유전율(2.3~4.0)

- 케이블의 정전 용량은 0.3~1.7[eqn: LEFT [ mu F/km RIGHT ]]로 가공선에 비하면 수십 배에 이른다.

⑵ 전력 손실

① 유전체손 [eqn: W _{d}] = 2[eqn: pi][eqn: fc _{w}]([eqn: {V} over {sqrt {3}}])[eqn: {} ^{2}]tan[eqn: delta][eqn: LEFT [ W/km RIGHT ]]

C[eqn: {} _{w}] : 작용 정전 용량[eqn: LEFT [ mu F/km RIGHT ]], tan[eqn: delta] : 유전 정접(0.01~0.005)

- 케이블의 절연물 내에서 발생하는 손실

② 연피손 [eqn: W _{s}] = [eqn: {R _{s} TIMES m ^{2}} over {X _{m} ^{2} +R _{s} ^{2}}]I[eqn: {} _{s}][eqn: LEFT [ W/km RIGHT ]]

R[eqn: {} _{s}] : sheath(연피)저항[eqn: LEFT [ OMEGA /km RIGHT ]], X[eqn: {} _{m}] : 도체와 연피사이의 상호리액턴스[eqn: LEFT [ OMEGA /km RIGHT ]]

- 도체에서 발생한 자속이 연피(그물망)층과 쇄교 전자 유도 작용에 의한 손실

③ 저항손 - 도체에서 발생하는 손실

⑶ 허용 전류 [eqn: I] = [eqn: sqrt {{1} over {nR} ( {T _{c} -T _{g}} over {R _{th}} -W _{d} )}][eqn: LEFT [ A RIGHT ]]

n : 케이블의 심선 수, R : 도체의 저항[eqn: LEFT [ OMEGA /cm RIGHT ]], T[eqn: {} _{c}] : 도체의 최고 허용 온도[eqn: LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]], T[eqn: {} _{g}] : 기저온도[eqn: LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]], R[eqn: {} _{th}] : 열 저항[eqn: LEFT [ CENTIGRADE /cm RIGHT ]], W[eqn: {} _{d}] : 유전체손[eqn: LEFT [ W/cm RIGHT ]]

⑷ 고장 탐지

① 머레이 루프법 - 교류 전원 전화기와 접속하여 1선 지락을 찾음.

② 펄스 레이더법

③ 수색 코일법