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연입률의 개념과 전선에 미치는 영향 – 연선 구조의 필수 요소

K기술사 2025. 3. 5. 11:33

전력선과 통신선 등의 연선(繞線, Stranded Wire)은 여러 개의 단선을 꼬아 만든 구조로, 전기적·기계적 특성을 향상시키는 역할을 합니다. 이 과정에서 중요한 개념 중 하나가 연입률(K, Lay Factor)입니다. 연입률은 연선 제작 시 소선(개별 가닥)의 길이가 얼마나 증가하는지를 나타내며, 이는 전선의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

Ⅰ. 연입률(Lay Factor)의 개념

연선(Stranded Wire)과 소선(Element Wire)
- 하나의 도체를 단선(Solid Wire)이라 하며, 여러 개의 단선을 일정한 방식으로 꼬아 만든 선을 연선(Stranded Wire)이라고 합니다.
- 이때 연선 내부에서 사용된 개별 단선을 소선(Element Wire)이라고 부릅니다.
Pitch와 연입률(K)의 정의
- Pitch: 연선 구조에서 한 개의 소선이 중심축을 따라 한 바퀴 회전하는 동안 나아가는 축 방향의 거리.
- 연입률(K): 연선이 형성될 때 소선이 직선형 상태보다 얼마나 더 길어지는지를 나타내는 비율입니다.
연입률 공식
- 연입률(K)은 다음과 같이 정의됩니다. 즉, 연입률이 높을수록 소선이 더 많이 꼬여 길이가 늘어남을 의미합니다.

Ⅱ. 연입률이 전선에 미치는 영향

연입률은 전선의 기계적·전기적 성질에 중요한 영향을 미칩니다.

1. 전선의 중량 증가

소선이 꼬아지면서 원래의 길이보다 더 길어지므로 동일한 단면적을 가진 전선이라도 무게가 증가합니다.
이는 송전선로 및 가공선로에서 지지 하중을 계산할 때 고려해야 하는 요소입니다.

2. 전기적 특성 변화

연입률이 높아질수록 소선의 길이가 증가하여 전기 저항이 커지는 효과가 나타납니다.
전력 전송 시 손실 증가로 이어질 수 있으므로, 적정 연입률을 유지하는 것이 중요합니다.

3. 기계적 특성 변화

연입률이 너무 낮으면 소선의 밀착성이 떨어져 기계적인 강도가 감소할 수 있습니다.
반대로 너무 높으면 전선이 너무 뻣뻣해져 가요성(Flexibility)이 저하되므로 배선 작업이 어려워집니다.

4. 가공선로(Aerial Line)에서의 적용

가공 송전선(ACSR: Aluminum Conductor Steel Reinforced)의 경우 일반적으로 연입률을 2~3%로 설정합니다.
이는 전선의 내구성을 유지하면서도 전기적 손실을 최소화하기 위한 최적값으로 판단됩니다.

Ⅲ. 연입률의 실제 사례 및 응용

1. 송전선(Transmission Line)에서의 연입률 적용

345kV 이상의 초고압 송전선로에서는 연선 구조가 필수적이며, 연입률을 최적화하여 내구성 및 전력 손실 간 균형을 맞추는 설계가 이루어집니다.
예를 들어, 한국전력공사에서 사용되는 대표적인 ACSR(강심 알루미늄 연선)의 경우, 연입률을 약 2.5% 수준으로 맞추고 있습니다.

2. 전력 케이블(Power Cable)에서의 연입률 조정

가요성을 필요로 하는 이동형 전력 케이블의 경우, 연입률을 다소 높여 유연성을 확보합니다.
산업용 로봇, 크레인, 항공기 전선 등에서는 연입률이 4~6% 수준까지 적용되기도 합니다.

3. 자동차 및 전자기기 배선

자동차용 전선(Automotive Wire)과 전자기기 배선(Wiring Harness)에서는 연입률을 높여 진동 및 외부 충격에 대한 내성을 강화합니다.
특히, 전기차(EV) 및 하이브리드 자동차 배선에서는 연입률 최적화를 통해 경량화와 내구성 향상을 동시에 달성하고 있습니다.

Ⅳ. 최적의 연입률을 결정하는 요소

연입률을 결정할 때는 용도에 따라 최적화된 값을 선택하는 것이 핵심입니다.

적용 분야연입률(K) 범위특징

초고압 송전선(ACSR)	2~3%	기계적 강도 유지, 저손실
일반 전력선	3~5%	유연성 확보, 적정 손실
이동형 케이블	4~6%	높은 가요성 요구
전자기기 배선	5~8%	진동 및 충격 저항성 향상

Ⅴ. 결론 및 마무리

연입률은 전선 설계에서 매우 중요한 요소이며, 전선의 무게, 전기적 손실, 기계적 강도 및 유연성에 영향을 미칩니다.
적절한 연입률을 설정하면 효율적인 전력 전송과 내구성을 동시에 확보할 수 있으며, 특히 송전선로, 자동차 배선, 전력 케이블 등 다양한 분야에서 최적의 설계값을 결정하는 핵심 요소가 됩니다.

연입률이 전선 성능에 미치는 영향과 실제 사례를 고려하여 최적의 설계를 적용하는 것이 중요합니다.