최근에 미국이나 러시아를 중심으로 가공승전선의 승전효율을 증대시키고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있으며 어느 정도 성과를 거두고 있다. ACSR가공송전선에서 교류전류의 흐름에 의하여 코어 (Core)에 자기장이 발생되어 투자율이 증가되고 이로 인하여 알루미늄층에서 전류밀도의 재 분포, skin effect 등으로 인하여 전력손실이 발생된다. 본 연구에서는 기존의 ACSR가공송전선의 코어 (Core)인 고탄소강선 대신에 비자성이면서 고강도인 새로운 강선을 코어재료로 채택한 ACNR(Aluminum Conductor Nonmagnetic Steel Reinforced)가공송전선을 개발하여 전력손실을 감소시켰다.
ACSR전력선의 송전용량 증가를 위해 개발된 증용량저이도 송전선인 STACBUAW(Super Thermal-resistant Aluminum alloy Conductors, aluminum-clad Invar-Reinforced)전선은 초내열 Al도체 및 인바강선의 사용으로 비교적 고온에서의 안정적 운전이 가능하다. 그러나 고온 환경에서 장시간 노출된 STACIR/AW전선의 안정적 관리를 위해서는, 열화 된 STACIR/AW 전선의 인장강도, 각 구성소재의 탄성 계수, 비틀림 계수 둥과 같은 기계적 물성이 장기 운전 모의를 위해 설정된 열화온도, 열화시간 등에 대해 종합적으로 평가될 필요가 있다. 또한 크립 등과 같이 고온응력 부하상태에서의 변형거동과 탄성계수 및 선 팽창계수의 온도의존성 등은 전선의 이도관리와 예측을 위해서도 명확히 규명되어야할 중요한 관리 인자이다. 그러나 현재까지는 이들에 대해 수행한 어떠한 연구결과들도 보고 되어 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 STACIR/AW $410mm^2$ 송전선을 장시간 운전의 모의를 위해 가속열화 시키고 가속열화에 따른 STACIR/AW전선 및 그 구성소재의 강도, 비틀림 특성의 변화를 조사하여 장시간 운전에 따른 STACIR/AW전선의 안정성을 평가하여 보고하고자 하였다.
ACSR전력선의 송전용량 증가를 위해 개발된 중용량저이도 송전선인 STACIR/AW(Super Thermal-resistant Aluminum alloy Conductors, aluminum-clad Invar-Reinforced)전선은 초내열 Al도체 및 인바강선의 사용으로 비교적 고온에서의 안정적 운전이 가능하다. 그러나 고온 환경에서 장시간 노출된 STAClR/AW전선의 안정적 관리를 위해서는, 열화 된 STACIR/AW 전선의 인장강도, 각 구성소재의 탄성계수, 비틀림 계수 등과 같은 기계적 물성이 장기 운전 모의를 위해 선정된 열화온도, 열화시간 등에 대해 종합적으로 평가될 필요가 있다. 또한 크립 등과 같이 고온응력 부하상태에서의 변형거동과 탄성계수 및 선팽창계수의 온도의존성 등은 전선의 이도관리와 예측을 위해서도 명확히 규명되어야할 중요한 관리 인자이다. 그러나 현재까지는 이들에 대해 수행한 어떠한 연구결과들도 보고 되어 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 STACIR/AW $410mm^2$ 송전선을 장시간 운전의 모의를 위해 가속열화 시키고 가속열화에 따른 STACIR/AW 전선 및 그 구성소재의 강도, 비틀림 특성의 변화를 조사하여 장시간 운전에 따른 STACIR/AW전선의 안정성을 평가하여 보고하고자 하였다.
수명예측을 하기 위한 기초 자료로 ACSR의 기계적 시험의 일종인 인장시험이 필요하다. 이 인장시험의 결과들이 경년 변화에 대해 어떤 상관관계가 있는가를 파악하여 통계적으로 처리함으로써 수명예측을 해 볼 수 있다. 통계적 처리기법으로는 회귀분석 방법이 일반적이다. 본 연구에서는 ACSR의 인장시험을 건전 전선과 인공화염으로 열화시킨 전선과, 산불 화염 의해 수거된 열화된 전선에 대해 실시하였다. 수명예측의 한계는 캐나다 Ontario Hydro Research의 기준인 정격 인장강도의 20[%] 손실점을 택하였다. 본 연구에 이용된 ACSR의 규격은 ACSR $480[mm^2]$을 대상으로 하여 비선형 회귀분석을 실시하여 예측수명을 제시하였다.
송전선로의 송전능력은 크게 연속허용용량과 단시간 허용 용량으로 구분되는데, 단시간 허용용량은 전선의 수명에 영향을 미치므로 이에 대한 명확한 기준과 관리가 필요하다. 단시간 운영기준의 정립을 위해서는 송전선 도체의 과부하 시간에 따른 도체수명평가 기술이 필요하며, 선로의 취약지점인 접속개소에 대한 열특성 분석이 수반되어져야 한다. 본 논문에서는 과부하시나 돌발적 위급상황시 송전선의 단시간 운영과 관련된 도체 및 접속개소의 열특성을 파악하기 위하여 전선 및 접속슬리브의 고온인장강도시험과 가속열화시험을 통해 단시간 허용 온도특성을 살펴보고, 그 결과에 대하여 분석 및 검토한다. 분석 및 검토결과는 ACSR계 도체의 단시간허용온도가 현행의 100$^{\circ}C$에서 120$^{\circ}C$ 이상으로 상향조정이 가능함을 보여준다.
가공송전선의 수명은 가설 후 경과된 기간(약 36년)으로 정하는 것이 일반적이나 가설된 지역의 환경적 요인이나 전선의 재질상의 특성, 전력공급량 등에 의하여 열화상태가 다양하게 진행된다. 따라서 현재와 같이 모든 전선에 대하여 일정기간으로 정해진 교체 시기는 현실적이지 못하다. 실제로 전선의 단선사고는 경년과 같은 전선의 이력보다는 부식 환경에 노출된 전선의 취약성으로 인하여 초래되는 경우가 많다. 정확한 전선의 수명을 진단하기 위해서는 가공송전선이 노출되어 있는 환경 하에서 경년에 따른 기계적, 전기적 특성의 변화를 조사하여 복합적 인자들을 정량적으로 처리하는 것이 필수적이다.
본 논문에서는 직접적인 방법으로는 산불로 인한 전선의 열화특성을 분석하기 어려우므로 인공화염장치를 이용하여 건전 전선을 일정 시간 간격으로 화염을 가하는 실험을 하였다. 기계적 실험은 인장강도, 연신율 및 비틀림 수 실험을 수행하였다. 또한, 포항지역에 가설되어 운전 중이던 ACSR 480[$\textrm{mm}^2$]가 산불 열화로 인하여 철거된 전선을 수거하여 기계적 특성 시험 및 분석결과와 인공화염장치를 이용한 실험결과를 비교$.$분석하였다. 이 두 개의 분석 자료를 이용하여 향후 산불에 의해 열화된 전선의 상태를 예측할 수 있는 데이터베이스를 만들고, 또한 산불로 인한 ACSR 전선의 수명 진단에 필요한 자료를 제공하고자 한다.
The overhead transmission wires operating both at warm temperature and tighten state for a long period of time in a power transmission plant are degraded by air pollution, wind, creep and slip between steel wire and aluminium conductor. The objective of this study is to investigate to investigate the characteristics of fatigue properties with tension and bending loading of a high carbon steel wire. The fatigue behaviors have been carried out by tension-tension, 4 points bending and 3 points bending loading. In the present study, a conventional fatigue strengths between 4 points bending and tension-tension fatigue were determined by Gerber, Sorderberg and Goodmans theory and we investigated S-N diagram for bending and tensile loading.
The overhead transmission wires operating both at warm temperature and tighten state for a long period of time in a power transmission plant are degraded by air pollution, wind, creep and slip between steel wire and aluminium conductor. The objective of this study is to investigate a high carbon steel wire. We tested for basic mechanical properties and 3 types fatigue behavior, tension-tension, 4 points bending and 3 points bending fatigues. In this study, a conventional fatigue strengths between 4 points bending and tension-tension fatigue were determined by Gerber, Sorderberg and Goodman's theory and we investigated S-N diagram for bending and tensile loading.
본 논문에서는 산불에 의한 가공송전선의 열화에 대한 몇 가지 특성들과 비파괴 검사를 다룬다. 노화된 ACSR 도체에 대한 대기부식과 전해부식과 같은 부식기구를 설명한 후에 부식검출에 대해서 기술한다. 솔레노이드 코일의 임피던스 해석을 통하여 와류센서가 도체의 싱한 결함과 국부부식을 검사하는데 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다. 시험 도체를 코일 내부에 삽입한 경우에 센서코일의 임피던스가 변하므로, 산불에 의해 초래된 열화 정도를 측정하는 것이 가능하였다. 인공화염에 의해 열화 된 몇 개의 시료들을 사용하여 인장강도, 신장율과 센서 임피던스가 측정되었다. 화염 기간을 어느 정도 증가시키면, 알루미늄 소선의 인장은 현저하게 감소하기 시작하나 아연도금 강소선은 약간의 아연층이 부식되지만 인장은 초기와 유사하게 유지하였다. 일반적으로 도체의 인장하중이 감소하고 반대로 신장율이 증가하면 센서 임피던스는 감소하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 센서의 출력은 도체의 기계적 특성 변화를 나타내므로 이 센서는 산등성이에 가설된 ACSR 도체에 대해 산불로 인한 열화상태를 검출하는데 이용할 수 있다. 결국, 산불에 의한 심한 열화상태에 대한 중요한 정보를 얻는데 솔레노이드 코일을 응용할 수 있다는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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