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안녕하세요.
이번 포스팅에서는 송전공학 중 “전선의 진동과 도약”에 대해 알아보겠습니다. 전선이 겪는 다양한 진동 현상과 그로 인한 문제, 그리고 이를 예방하기 위한 대책까지 자세히 정리해 보았습니다.
I. 전선의 진동 (Conduct Vibration)
1. 정의
- 현상 설명:
매초 수(m) 정도의 미풍이 전선과 직각에 가까운 방향으로 불면, 전선 뒤쪽에 공기의 소용돌이가 생깁니다. 이로 인해 전선의 수직 방향에 교번력이 작용하여 상하로 진동하게 됩니다. - 공진 현상:
전선의 경간, 장력, 단위 길이 당 무게 등과 관련된 고유 진동수와 진동 주파수가 일치할 경우 공진이 발생하여 진동이 지속됩니다.
2. 장해현상
- 피로 및 단선:
- 가벼운 전선, 긴 경간, 낮은 가선장력, 큰 바깥지름의 전선은 진동이 쉽게 발생합니다.
- 지속적인 진동은 지지점에서 반복되는 응력을 유발, 피로 누적으로 인해 결국 단선 사고로 이어질 수 있습니다.
- 진동 특성:
- 진동 주파수:
- 중공동선: 약 4~15 Cycle
- ACSR: 약 6~25 Cycle
- 루프 길이 (절점 간 거리): 약 3~10 m
- 진폭: 전선 지름의 0.5~2배 정도
- 진동 주파수:
3. 방지대책
- 아머로드 (Armour Rod):
전선과 동일 재질의 테이프를 이용해 1~3m 길이의 것 8~10가닥을 전선 지지점 부근에 감아 붙여 진동을 억제합니다. - 댐퍼 (Damper):
스톡브리지, 토오셔널, 스페이서 댐퍼 등으로 전선 지지점 부근에 추를 달아 진동을 감소시킵니다. - 베이트 댐퍼 (Bate Damper):
가공지선의 진동 방지에 활용되며, 지선이 단선된 경우 보강 효과가 있습니다. - 스페이서 댐퍼 (Spacer Damper):
전선 사이의 간격을 유지하면서 진동을 줄이는 역할을 합니다.
II. 전선의 도약 (Sleet Jump)
1. 정의
- 도약 현상:
전선에 부착된 빙설이 어떤 원인으로 떨어지면서 전선이 갑자기 장력을 잃고 반동적으로 튀어오르는 현상을 말합니다.
2. 장해현상
- 단락 사고 유발:
도약한 전선이 상부 전선과 접촉하여 단락사고를 발생시킬 수 있습니다.
3. 방지대책
- 수평배치 철탑:
1회선 철탑을 사용하여 전선을 수평으로 배치합니다. - 전선 오프셋 (Off-Set):
전선 간의 간격을 충분히 주어 도약 현상을 예방합니다.
III. 갤러핑 (Galloping)
1. 정의
- 갤러핑 현상:
전선 표면에 형성된 착빙설이 비대칭적으로 분포할 경우, 피빙이 날개처럼 작용하여 수평풍에 의한 인양력과 전선 자중의 상호작용으로 전선이 저주파로 진동하는 현상입니다.
2. 장해현상
- 단락 및 사고 위험:
갤러핑은 일반 진동보다 주파수가 낮고 진폭이 커서 선간 단락 사고를 유발할 수 있습니다. - 진동 특성:
- 진동 주파수: 약 0.1~5 Hz
- 진폭: 수십 m에 달할 수 있음
3. 방지대책
- 상간 스페이서 설치:
전선 사이에 간격을 유지하기 위한 스페이서를 설치합니다. - 철탑 오프셋:
철탑의 배치를 조정해 전선의 오프셋을 충분히 줍니다. - 철탑 형식 개선:
방형, 문형, 우두형, 회전형 등 1회선 수평배치 철탑을 사용하여 갤러핑 현상을 억제합니다.
추가: 지중 송전케이블에서의 오프셋
1. 정의 및 목적
- 정의:
케이블의 신축량을 곡률 변화로 흡수하도록, 맨홀 내에서 관로부터 접속부까지 케이블을 곡선 형태로 설치하는 것을 의미합니다. - 목적:
주위 온도와 부하 변화에 따른 케이블의 수축 및 팽창(열신축)으로 인해 발생할 수 있는 금속시스, 접속함 연공부, 절연체 손상을 방지합니다.
2. 오프셋 관련 요소
- 오프셋 길이:
곡률 부분의 수평 거리 차 - 오프셋 폭:
케이블의 배치 폭 - 오프셋 곡률반경:
곡선의 곡률을 결정하는 반경
결론
전선의 진동, 도약, 갤러핑 등은 모두 전력 송전 시스템에서 발생할 수 있는 중요한 문제들입니다.
- 전선의 진동은 공진 현상으로 인한 피로 및 단선을 초래할 수 있으므로 적절한 댐퍼와 아머로드 등으로 예방해야 합니다.
- 전선의 도약은 빙설에 의한 장력 손실로 단락 사고로 이어질 수 있어 수평배치와 오프셋이 필요합니다.
- 갤러핑은 비대칭적인 빙설 분포로 인한 저주파 진동으로, 적절한 스페이서 및 철탑 설계로 방지할 수 있습니다.
- 지중 케이블의 오프셋은 케이블의 열신축을 흡수하여 구조물의 손상을 예방하는 중요한 방법입니다.
이와 같은 전선 및 케이블 관리 기술은 전력 시스템의 안전성과 효율성을 높이는 데 필수적입니다.
실제 설계와 운영 시 이 내용을 참고하여 문제를 사전에 예방하고, 안정적인 전력 송전을 유지하시길 바랍니다.
감사합니다!
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