논문 Ⅰ 1. 서론 송전선로가선공사에서 Come-alongless 공법적용 전력수요의꾸준한증가로인한송전선로의대용량화필요성으로현재는국내에서도 765kV 송전선로가운영중에있다. 765kV 송전선로의도입과더불어최근환경문제로인한장경간개소증가, 4 회선용철탑증가등으로인해 345kV 송전선로의건설공사도대형화되고있는추세이다. 이같이철탑의대형화, 전선의다도체화등으로규모가커지면서탑상고소작업을최소화하여시공품질과안전성을높이고, 시공의간편화로경제성을높이기위한방안의일환으로서가선공사에있어조립식또는반조립식 (Semi-Prefab) 가선공법을적용하고있다. 기존 345kV 송전선로의가선공사에서는컴어롱 (Come- along) 을사용하는일반공법을적용하고있으나, 765kV 송전선로의가선작업에서는반조립식가선공법을채택하였다. 그러나반조립식가선공법및향후적용이예측되는조립식 (Prefab) 가선공법에서긴선작업의효율성을높이기위해서는컴어롱없는공법 (comealongless) 의적극적인도입이필요하다. 따라서본 이형권한국전기연구원 연구에서는향후송전선로의보다효율적이고안전한가선공사를위해 765kV 송전선로를대상으로긴선작업에서컴어롱없는공법적용방안을제시한다. 2. 송전선로가선공법개요 최근의송전선로건설공사는철탑의대형화, 굵은전선의채용및다도체화등으로그규모가커지면 서탑상고소작업을최소화하여품질과안전성을높이고, 전문시공인력의최소화로경제성을높이기위해조립식또는반조립식가선공법에의한작업으로바뀌고있다. 345kV이하의송전선로에서일반적으로사용하고있는기존의일반가선공법은전선을표준화 ( 드럼당 1000m, 2000m) 된길이로구매하여전선을직선슬리브로압축, 접속하여연선한다. 내장철탑의긴선시에는컴어롱으로전선을잡고설계이도가될때까지윈치로당긴후철탑위에서전선절단, 인류클램프압축및애자장치에연결하는순서로작업하는데컴어롱은필수적인공구중의하나이다. 조립식가선공법은긴선구간별로제작된전선의양단을지상에서활차통과형압축인류클램프로압축하여취부한후연선하며, 내장철탑에서는지상에서압축한압축인류클램프를애자련에취부하고이도의미세조정만함으로서긴선이완료되는공법이다. 이공법은경간내에직선슬리브개소가없으므로가선작업의효율성및품질확보가가능하며탑상작업이감소되므로작업원의안전성을확보할수있다. 이공법을적용하기위해서는전선지지점간의정확한측량과각상별, 소도체별애자련길이및이도등을고려한전선실장계산, 활차통과등으로인한신장등을정밀하게계산하여전선을제작해야하는등, 고도의제작기술이필요하며또한시공에대한충분한경험과기술이요구되는공법이다. 내장철탑의긴선시에는컴어롱이필요없이긴선용부속공구 (attachment) 와세미활차에의해압축인류클램프와애자련을연결할수있다. 반조립식가선공법은기존의가선공법과조립식가선공법을절충한공법으로서조립식가선공법이인류클램프압축작업을전량지상에서실시하여긴선하는데비해반조립식가선공법은내장구간의한 쪽은지상에서압축하고, 다른한쪽은탑상에서작업하는공법이다. 내장철탑의긴선은양긴선개소와절단구분개소로구분되는데양긴선개소는기존의일반가선공법에의해탑상에서컴어롱에의한이도조정후절단, 압축, 연결작업을수행하고, 절단구분개소는조립식가 공법 기존공법 반조립식공법 조립식공법 장점단점 시공용이 내장비율낮을경우공사비저렴 연선작업일수단축 단도체작업시유리 고소작업이 50% 로감소 지상압축작업으로품질향상 무슬리브공법으로신뢰성향상 전선조장발주로전선손실감소 작업능률향상 고소작업대폭감소로안전선향상 지상압축작업으로품질향상 무슬리브공법으로신뢰성향상 기상및기후의영향적음 작업능률향상 전선조장발주로전선손실감소 표 1. 가선공법의장단점비교 탑상압축작업이많으므로안전성저하 직선슬리브사용으로신뢰성저하 탑상작업으로긴선작업일수증가 작업능률저하 연선클램프필요 드럼장에서의압축작업증가로엔진장및감시원대기시간증가 활차통과시충격하중발생 활차통과형클램프, 프로텍터, 연결와이어등새로운자재및가선금구필요 정밀측량및정확한전선실장계산등의사전작업필요 시공중철탑의휨측정, 장력관리등의어려움이있음 활차통과시충격하중발생 활차통과형클램프, 프로텍터, 연결와이어등새로운자재및가선금구필요 선공법과같이컴어롱없이연결작업만수행하면되므로탑상작업이반으로줄어들게된다. 표 1은가선공법별장단점을비교하여나타낸것이다. 3. 컴어롱공법과컴어롱없는공법 3.1 컴어롱공법반조립식가선공법의경우그림 1과같이블록통과형클램프가설치되는 A, C, E 철탑의절단구분 54 www.keca.or.kr 전기설비 2007/6 55
논문 Ⅰ A 연결 wire 연결 연결 wire 긴선용활차에자장치 인류클램프 B 양긴선개소이도관측탑상압축작업 인류클램프 C 연결 wire 연결 캄아통 D 양긴선개소이도관측탑상압축작업 인류클램프 E 인류클램프취부 발된것이컴어롱없는공법이며, 조립식가선공법에서내장철탑의긴선작업시나반조립식가선공법에서절단구분개소의긴선작업시압축인류클램프와연결와이어사이에연결되어있는특수평행크레비스링크 (clevis link) 에긴선용부착금구 (attachment) 캄아롱 #3 이동활차 SET #4 이동활차 SET 압축된인류클램프 각요크와긴선용부착금구사이에이동활차세트및긴선공구등을배치할수있어야한다. 이도조정금구의길이조정범위는 210 508[mm] 이지만긴선후이조조정이필요한경우컴어롱없는공법을적용해야하므로최소길이로의조정이가능 그림 1. 반조립식가선공법에서절단구분과양긴선개소 개소와일반형클램프가설치되는 B, D 철탑의양 를취부하고이동활차세트를애자장치와연결해전선당김작업을한후애자련장치의금구에압축인류클램프를연결하는공법이다 예자련 60cm 활차 방향전환활차 #4 원치로 #3 원치로 #2 원치로 #1 원치로 해야한다. 따라서이동활차세트및긴선공구를조합한길이가 582[mm] 이내에있어야컴어롱없는공법의적 긴선개소로구분되고, 절단구분개소의긴선작업은 그림 3 은컴어롱없는공법의개념으로서, 컴어롱 연결와이어 용이가능해진다. 그러나현재시공현장에서사용되 컴어롱없는공법, 양긴선개소의긴선작업은컴어 공법보다작업자의전선탑승거리가짧고, 탑승작업 압축된인류클램프 고있는이동활차세트및긴선작업용공구를사용 롱공법을적용할수있다. 컴어롱공법에서사용되는컴어롱은내장애자장치 이적으며, 클램프프로텍터를넘지않아도되므로작업성과안전성이좋다. #2 이동활차 SET 캄아롱 하는경우공구조합은그림 5(b) 와같이최소 1,100[mm] 의공간이필요하므로컴어롱없는공법 와전선을연결하는긴선작업에서전선을장악하기위해사용하는공구로서, 형태는그림2와같다. 컴어롱공법은탑상에서압축작업을하기위해전력선을절단점까지끌어당기는작업이나, 이도조정작업을할때전력선에컴어롱을채워서당김작업을하는공법을말하며, 지금까지내장철탑의긴선작업에일반적으로사용되는방식이며조립식 (prefab) 공법이적용되지않는가선공사에서는컴 철탑 Arm 철탑고정용 wire Comealongless금구별도사용연결 wire Block 평행클레비스링크 Clamp Protector 전력선 그림 3. Come-alongless 공법개념도 그림 4. 컴어롱공법에의한긴선작업개념도 110 210~508 582~880 89 95 (a) 765kV 내장애자장치금구의구성도 의적용이어려운상태이다. 5. 컴어롱없는공법적용방안 765kV 송전선로의반조립식가선공법에서절단개소에대한긴선작업시컴어롱없는공법을적용하기위해다음과같은방안을제시한다. 어롱공법을사용하고있다. 또한이동활차작업도애자련선단의요크위치에서작업이가능하므로작업시간이대폭감소하고, 110 660 110 110 1 긴선작업용공구를단순화하여작업공간을확보함. 2 765kV용내장애자장치금구를수정하여작업 캄아롱쐐기 고무관커버 전선과직접접촉하지않으므로전선보호를위한고무보호관의취부도필요없다. 110 1100 공간을확보함. 손잡이 탈락방지용철선 고무관커버보호길이 1~1.5m 그림 2. 컴어롱형상 전선 컴어롱공법은철탑으로부터약 20m 이상나가서 따라서조립식가선공법이나반조립식가선공법에서절단구분개소의긴선작업시에는 come-alongless 공법이필요하다. 4. 가선공사에서긴선작업현황 (b) 컴어롱없는공법적용시공구조합과최소길이 그림 5. 기존 765kV 내장애자장치와컴어롱없는공법적용시공구배치개념도 5.1 긴선작업용공구개선기존에는그림 5(b) 와같이이동활차와삼각요크를연결하는데직각크레비스-크레비스와앵커쇄클을이용하고, 이동활차와부착금구를연결하는데앵커쇄클 2개를이용하여, 소요작업공간이많이필요하게되는문제점이있다. 컴어롱및이동활차를설치해야하므로작업시간이 이같이반조립식가선공법의절단구분개소에대한 이를해결하기위해긴선용공구인부착금구를그 많이소요되는점과작업시전선이손상받을우려 기존 765kV 송전선로건설당시의가선공사에서, 긴선작업에서컴어롱없는공법을적용하지못한 림 6(a) 와같이평행크레비스에맞도록설계하고, 와안전사고의위험이높은단점이있다. 컴어롱없는공법의장점에도불구하고그림 4 와같 이유는내장애자장치의길이가긴선작업에필요한 이동활차와부착금구와의연결을하나의공구에의 3.2 컴어롱없는공법 (come-alongless) 이반조립식가선공법을적용하였는데, 이는블록통과형클램프와특수평행크레비스링크를사용한 길이보다짧기때문이다. 그림 5에서보는바와같이 765kV 내장애자장치 해연결될수있도록그림 6(b) 와같은평행크레비스-크레비스를설계함으로서소요작업공간을확보 컴어롱공법적용시의단점을보완하기위하여개 이점을충분히활용하지못하였기때문이었다. 에대해컴어롱없는공법을적용하기위해서는삼 하고공구수를줄일수있다. 이러한공구설계에 56 www.keca.or.kr 전기설비 2007/6 57
논문 Ⅰ 53 31 M22 110 M22 110 (a) (b) 그림 7. 개선된긴선작업용공구에의한최소작업공간의해그림 7과같이보다간단한공구구성을이룰수있다. 5.2 765kV 용내장애자장치금구수정컴어롱없는공법을적용하기위해서긴선작업용공구의개선방안을제시하였으나공구의개선만으로는작업공간이확보되지않으므로내장애자장치금구를수정하여작업공간을확보할필요가있는데, 충분한여유를확보하기위해애자장치의길이를약 520[mm] 정도길게수정할필요가있다. 이러한길이를확보하기위해서는내장애자장치금구중그림 5(a) 에보는바와같은이도조정금구를수정하는것이가장적정한방법이다. 본연구에서는이도조정금구를그림 5(a) 의형태에서그림 8과같이일매링크형으로설계변경하였다. 2-M22 25-424 710~970 34 34 22 16 그림 8. 일매링크형이도조정금구 60 일매링크형이도조정금구로수정된경우컴어롱없는공법의적용을위한작업공간이충분히확보되어여유있는긴선작업은물론이도조정시최소길이까지컴어롱없는공법을적용할수있도록하였다. 5.3 컴어롱없는공법모의실험내장애자장치금구에서이도조정금구를수정함으 Tower1 Tower2 50m winch string set conductor yoke 그림 9. 시험장의구성및시료설치도로서컴어롱없는공법의적용가능여부와금구간의간섭여부를확인하기위해모의실험을실시하였다. 시험장의구성및배치는그림 9와같고, 한쪽철탑에 3련내장애자장치를연결하고반대측은윈치를이용해장력을인가하여 6도체선로를가선하였다. 실험을통해확인하고자하는내용은다음과같다. 1 컴어롱없는공법을적용하기에충분한공간의확보여부 2 컴어롱없는공법으로작업시금구와긴선작업그림 10. 실험을위해설치된내장애자장치 용공구의간섭여부 3 컴어롱없는공법으로작업시금구의체결에대한작업성 4 컴어롱없는공법으로최소길이로의이도조정이가능한지여부와작업시전선의손상여부실험방법은이미가선되어있는내장애자장치에대해긴선작업용공구를이용하여이도조정금구를해체한후재조립하고, 재조립시에는최소이도조정길이로조정하여설치하였다. 실험예를보면그림 10과같다. 컴어롱없는공법에대한모의실험결과작업공간이충분했고, 금구와공구의간섭이없음을확인하였다. 5.4 금구류개선에따른코로나특성시험이도조정금구의변경에따른내장애자장치금구의조립상태에대한코로나특성시험을그림 11과같이설치하여실시하였다. 애자장치의조립은철탑부착금구대신삼각요크를사용하였으며, 애자는 400kN 28개 3련을연결하였다. 시료 3 련내장 그림 11. 765kV 내장애자장치코로나특성시험조건 시험구분 판정기준 RIV 주파수 1MHz, 시험전압 485kV 에서 84dB 이하일것 가시코로나 상용주파전압 485kV 인가시가시코로나가발생되지않을것 48.3 db 표 2. 3 련내장애자장치코로나시험결과 시험결과 가시코로나소멸전압 : 465kV 시험실의조건상내장애자장치를실선로와같이수평으로연결할수없으므로현수애자련과같이수직으로세워서시험을실시하였으며, 전선의끝부분에서의코로나집중발생을방지하기위하여쉴드장치를달아단말처리를하였다. 시험결과는표 2와같다. 5.5 인장강도시험변경된이도조정금구에대한인장강도를확인하기위해단품에대한인장강도시험을실시하였다. 2개의시료에대해서설계하중 20,000 [kgf] 에서 1분간유지시의시료상태와파괴하중시험결과를아래의표 3에나타내었다. 시료번호 1 6. 결론 설계하중 [kgf] 1 분간유지시파괴하중 [kgf] 및현상 이상없음 37,000 ( 볼트파손 ) 20,000 2 이상없음 36,400 ( 볼트파손 ) 최소파괴하중 [kgf] 36,400 표 3. 이도조정금구의인장강도시험결과 송전선로의가선공법중반조립식가선공법및향후적용이예측되는조립식 (Prefab) 가선공법에서긴선작업의효율성을높이기위해서는컴어롱없는공법 (come-alongless) 의적극적인도입이필요하다. 본연구에서는컴어롱없는공법을적용할수있도록공구와금구에대한설계변경방안을제시하였다. 또한제시된방법으로작업성실험과제품에대한전기적및기계적인실험을해본결과양호한실험결과를얻었다. 따라서앞으로시공될 765kV 송전선로에서는본연구에서제시된방법으로가선공사를수행함으로서보다효율적인작업이이루어질것으로기대된다. 58 www.keca.or.kr 전기설비 2007/6 59
논문 Ⅱ 가요성알루미늄피케이블을적용한일체형배선시스템 1. 서론 현대사회에있어전기에너지는수자원만큼이나중요한위치를점하고있는것이사실이며, 이는우리의생활주변어디에서나손쉽게전기에너지를이용할수있도록구축된인프라와고장또는사고등으로전기에너지공급체계가정상적으로동작하지않는사례를통해우리모두가경험한바있고, 지난수십년간이를해결하기위한노력이다각적으로이루어져왔다. 지난수십년간의연구개발및신규설비의투자등으로인하여천재지변등과같이장기간의정전을유발시키는특수한경우를제외하고발전에서배전에이르는전력계통의문제점들은일반인들의생활에큰영향을미치지못하고있는데반하여, 건축물내부전기배선의누전, 단락또는이들현상으로인한감전, 화재등의사고는일반사용자 구경완호서대학교교수 전인석 문영재 이병용명도전기조명 들에게상당한불편과막대한비용지출은물론사용자의생명까지도위협할수있는요소임에도불구하고건축물내부배선시스템의제반특성을개선하기위한노력은지극히미미한수준에머물러왔다. 전통적으로건축물내부의배선을위해사용되고있는방법으로는강관배선공법, 합성수지관배선공법등을들수있다. 건축물내부배선은건축시공과함께이루어지고 있으며, 전선이위치하게될부분에미리강관또는합성수지관을위치시킨후콘크리트를타설하여매립시키고, 콘크리트를양생시킨후에, 전선을상기강관또는합성수지관에삽입하는방식이적용되고있다. 이러한시공방법은그특성상배선이직각으로꺾이는부분에이음관을적용함으로써서로다른 2개의직선형관을직각으로연결시키는것이불가피하다. 즉, 종래의건축물내부의배선시공법은콘크리트를타설하기위한거푸집내에강관또는합성수지관을이음관으로각각연결하는관연결단계, 상기연결된관들이파손되지않도록콘크리트를타설하는타설단계, 상기타설한콘크리트를양생시킨후전선을삽입하여외부로부터전류가유입되는부분과건축물의내부에서전류를사용하는부분을연결하는전선연결단계등을필수적으로포함하게된다. 그리고, 관연결단계에서직각으로절곡되는부분마다이음관을사용해야하는번거로움이있고, 합성수지관을적용한경우타설단계에서콘크리트의하중에의해합성수지관이파손될수있는문제점이있으며, 강관을적용할경우콘크리트의수분으로인해부식이발생할수있는문제점이있다. 또한, 연결단계에서의전선연결은별도로다수의인력이동원하여야하는등많은인력과시간을필요로하여시공비를증대시킴은물론, 관의기계적파손또는부식, 전선외피의손상및이로인한누전, 합선, 낮은열방출효율로인한전류용량제한및절연재료의열화등건축물내부배선시스템의안정성및신뢰성을위협하는많은문제점을내포하고있는것이사실이다. 이에본논문에서는가요성알루미늄피케이블의구조및제반특성을실증적으로제시하고, 가요성알루미늄피케이블과시공의편이성을증대시킨커넥터를적용한건축물내부배선시스템 (IN-FLEX SYSTEM) 을소개하고자한다. 2. 본론 2.1 가요성알루미늄피케이블가요성알루미늄피케이블은내열비닐절연전선 (HIV) 들을연합한선심위에폴리에스터테이프를감은후고강도알루미늄인터록외장을적용한구조를지니고있다. 그림1은가요성알루미늄피케이블의구조를보이고있다. HIV: 내열비닐절연전선 그림 1. 가요성알류미늄피케이블의구조그림1의절연보호테이프는다수개로이루어진내열비닐절연전선을하나로묶는것과동시에방수및절연을목적으로사용되는고정테이프이며, 알루미늄인터록외장은외부의하중으로부터전선을보호하고휨성을부가하기위해요철의곡부를형성 (a) 가요성알류미늄피케이블의종단면 (b) 외장구조그림 2. 가요성알류미늄피케이블의종단면및외장구조 60 www.keca.or.kr 전기설비 2007/6 61
논문 Ⅱ 시킨알루미늄재질의띠로형성된다. 블과강관노출배관배선의난연성, 내열성및내화성 수있었다. 를통해서도 31% 의비용이절감됨을확인할수있 그림 2 는 F 그림 1 을통하여제시된가요성알루미 평가실험을수행하였다. 즉, 가요성알루미늄피케이블및강관노출배관배 다. 늄피케이블의종단면및알루미늄인터록외장의 그림 3 은가요성알루미늄피케이블에대한수직트 선의특성평가의경우난연성실험을통하여화재시 또한, 공기단축을고려할경우에는약 40-50% 의 구조를보이고있다. 레이불꽃실험 (VTFT, 816 ) 의결과를보이고있 배관및배선의특성을평가할수있음을확인할수 공사비절감이가능할것으로예상된다. 그림 2 를통해보인바와같이알루미늄인터록외 다. 있었다. 장은물결모양의단면을갖고있으며, 1 차적으로감 그림 3 을통해보인바와같이시험완료후즉시 긴곡면띠의함몰부에 2 차적으로감길곡면띠의만 소화됨을확인할수있었고, 강관이불꽃이닿은일 2.4 IN-FLEX SYSTEM 곡부가일부중첩되도록감겨져있고, 이와같은구 부분만손상된데비하여가요성알루미늄케이블의 2.3 경제성평가 앞서살펴본바와같이, 기존의건축물내부의 조로인하여 1 차곡면띠의함몰부일측단부가 2 차곡 경우불꽃이닿은부분의전선이즉시전소되었으 가요성알루미늄피케이블은강관노출배관배선방 전기배선공사는배관, 입선, 결선의 3 단계공정으로 면띠만곡부내에서일부유동가능하게되고이로 나전선으로인한발화는관찰되지않아화재의확 식에비해자재관리및유지보수가용이함은물론 이루어지며, 각공정은공사현장에서다시여러단 인하여케이블의구부림이가능한특징을갖음은 산또는화재의방지적측면에있어서의난연성능 배선의신뢰성을확보할수있다. 계의세부공정으로공사가진행되므로그작업의 물론, 건축시공시에케이블에인가되는기계적하 은동등한것으로판단된다. 또한, 알루미늄의경우강재질에비하여열방산 복잡성과배선공의숙련도에따라배선의품질이 중을흡수및분산시켜알루미늄인터록외장의내 그림 4 는 KS F 2257 에따른가요성알루미늄피케 특성이우수하고, HIV 전선의배열방식에따라차 일정치않다. 부에위치하는절연보호테이프및내열비닐절연전 이블및강관노출배관배선의내열성평가실험결과 폐특성이우수한것으로알려져있으나, 자재비가 또한배관은콘트리트타설시, 입선은천정공사 선를보호하는구조를지니고있다. 를보이고있다. 강관노출배관배선방식의 124% 에달한다. 이에본 전, 등기구설치는천정공사시로그시점이분할되 KS F 2257 은 15 분간 380 까지가열한후전선의 논문에서는 1,000m 를 3 선배선하는경우를가정하 어있어건축공정에따라장기간에걸쳐인원및 연소된길이 ( 가열로의벽으로부터 150mm 이하 ) 를 여가요성알루미늄피케이블과강관노출배관배선 자재를분산관리해야하는어려움이있다. 2.2 특성평가실험 기준으로판단여부를판단하며, 가요성알루미늄피 방식의경제성을비교평가하였다. 본논문에서는가요성알루미늄피케이블의특성 케이블의경우 9 분 30 초, 강관노출배관배선의경우 을평가하기위하여 KS C IEC 60332-3, IEEE 383, 8 분 30 초후각각단락이발생하였다. KS C 3341, KS F 2257, 화재안전기준등의국내외 재료비 규격 ( 정 ) 시험방법에따라가요성알루미늄피케이 노동비 (a) 가요성알류미늄피케이블 그림 6. Plug-in 방식의 IN-FLEX SYSTEM 접속부 반면, 가요성알루미늄피케이블을활용한 IN- FLEX SYSTEM 는 Plug-In 방식의접속만으로완 (b) 강관노출배관배선 벽한전기배선을구현함으로써배선공정을획기적 그림 4. KS F 2257 강관노출배관배선내열성평가실험결과 그림 5. 가요성알류미늄피케이블의경제효과 으로줄여공사비용을획기적으로절감할수있는특징을지니고있다. 그림6은 Plug-in 방식의 One Touch형 IN-FLEX 또한, 화재안전기준의내화성능시험 (750 불꽃 그림 5 는가요성알루미늄피케이블과강관노출배 SYSTEM 의접속부를보이고있다. (a) 20 분 (b) 20 분뒤에 그림 3. 가요성알류미늄피케이블의수직트레이불꽃실험결과 직접인가 ) 에따라가요성알루미늄피케이블과강관노출배관배선의내화성을비교평가하였으나, 두경우모두 1분 30초이내에단락되는특성을확인할 관배선방식의경제성평가결과를보이고있다. 그림5를통하여확인할수있는바와같이가요성알루미늄피케이블을적용하는경우단순금액비교 IN-FLEX SYSTEM은 220V/20A의정격으로전선을사용하지않고무산소동재질의소켓과플러그를이용하여결선되며, 절연체는대표적난연성 62 www.keca.or.kr 전기설비 2007/6 63
논문 Ⅱ 논문 Ⅲ 공정이필요하지않은외함접지시스템을적용하였다. 그림 7. IN-FLEX SYSTEM 의채결부단면 그림 9. 외함접지시스템 그림10은 IN-FLEX SYSTEM을이용한형광등배선시공사례개념도를보이고있다. 송전계통고조파방출한계평가프로그램개발에관한연구 부도체인폴리카보네이트를적용하여절연신뢰도를확보하고, Zinc Die-Casting 방식으로제작되어기계적특성을여유롭게확보함은물론플러그와소켓간에돌출부를형성하여오체결로인한단락사고를방지하도록하였다. 그림7은채결부의단면을보이고있다. 그림 8. Reducer의외형및회로도또한, IN-FLEX SYSTEM은 3선식배선을적용하는한편, 단일스위치로점멸되는종단부분의경우 Reducer를경우하여 3선 ( 상선, 중성선, 접지선 ) 으로만구성가능하도록하였다. 그림8은 Reducer의외형및회로도를보이고있다. IN-FLEX SYSTEM은구성을최소화하기위한방안으로그림9와같이외함용접지클램프의별도 분전반에연결 junction BOX 2 3 1 스위치에연결 6 그림 10. IN-FLEX SYSTEM 을이용한형광등배선시공사례 3. 결론 S(Starter) Dust Cap 5 F(Fixture) 6 선식 상호체결 R(Reducer) 등기구배선결선 형광등 F(Fixture) 6선식 C(Cross) F(Fixture) 3선식상호체결 본논문을통하여가요성알루미늄피케이블및그케이블을적용한 IN-FLEX SYSTEM의특성에대한고찰을통하여가요성알루미늄피케이블을적용한 IN-FLEX SYSTEM의기술및경제적우수성을확인할수있었다. 4 한국조명전기설비학회 ( 회장이광식 ) 가창립 20 주년을맞아다채로운행사를펼쳤다. 조명전기설비학회는지난 5 월 10~11 일이틀간대구인터불고호텔에서학계, 산업계, 연구계관계자 500 여명이참석한가운데춘계학술대회를열었다. 5 월 10 일에는중국조명학회, 일본전기설비학회등과함께국제심포지엄도개최됐다. 이날오후 6 시부터열린 20 주년기념행사에서는학회발전에기여한공로자에대한표창장수여식도행해졌다. 표창장은장우진서울산업대교수등정회원 13 명과김병기태화이엔지사장등특별회원 9 명이받았다. 이날행사에서는특히중국조명학회와국제교류협정을체결, 의미가더욱컸다. 양학회회원들은이로써학술대회참가, 출판물구입, 입회등이한층자유로워졌으며, 정기간행물교환, 기술활동등조직적인협력관계를맺게됐다. 이번행사에서는총 108 편의연구논문이발표됐다. 이중 2 편의논문을소개하려고한다. 왕용필, 정종원동아대학교 김세동두원공과대학 곽노홍, 전영수, 박상호한국전력공사 64 www.keca.or.kr 전기설비 2007/6 65
논문 Ⅲ 1. 서론 생하는비선형부하를단계 1 에서같은방법으로적 2 는가장핵심적인단계로서부하와시스템특성에 용할수있다. 따라표 1 에주어진계획레벨을이용하여계통과수 고조파는송전계통에존재하는공해와같은것으로각종사고및장해의원인이되고있다. 최근비선형부하의증대로이들기기로부터발생하는고조파로인해전력품질의악화가날로심화되고있다. 이에대비하기위해송전계통의고조파계획레벨을정하고, 이를기반으로고조파허용기준치를적용함으로고조파관리를할필요가있다. 따라서전력회사는양질의전압을공급해야하고, 수용가는할당된범위이내에서고조파전류를방출하여계통의전력품질을일정수준이상으로유지할수있도록할책임이있게된다. 이런이유로본논문에서는송전계통의고조파방출한계를평가하는프로그램을개발하여현장에서의실무자들이빠른시간내에직접적으로그한계를평가하는데있어도움이되고자한다. 2. 기본적인고조파제한범위와절차 2단계 : 실제네트워크특성에관계되는유출한도치 1단계기준을만족하지못한다면, 고조파와관련한송전계통의여유용량과고조파발생기기의특성이고려되어야한다. 계획레벨로표현되는여유용량은시스템특성과부하특성에따라수용가나부하용량별로나누어져고조파유출이제한된다. 3단계 : 예외적이고특수한조건에서의수용단계 2의유출제한치를만족하지못한수용가에서전력공급을요청할때전력회사는부하와시스템의특성을고려하여계통에의연결을허용할수있다. 용가의고조파방출량을결정한다. 표 1에제시된 MV, HV 계획레벨을바탕으로계통과수용가의적절한고조파제한치를결정하는것이필요하다. 홀수고조파 ( 비 3 배수 ) 홀수고조파 (3 배수 ) 차수고조파전압 (%) 차수고조파전압 (%) 차수 MV HV -EHV MV HV -EHV 짝수고조파 고조파전압 (%) MV HV -EHV 5 5.0 2.0 3 4.0 2.0 2 1.6 1.5 7 4.0 2.0 9 1.2 1.0 4 1.0 1 11 3.0 1.5 15 0.3 0.3 6 0.5 0.5 13 2.5 1.5 21 0.2 0.2 8 0.4 0.4 17 1.6 1.0 >21 0.2 0.2 10 0.4 0.4 19 1.2 1.0 12 0.2 0.2 23 1.2 0.7 >12 0.2 0.2 25 1.2 0.7 >25 0.2+1.3 (25/h) 0.2+1.3 (25/h) MV 에서 THD : 6.5%, HV 에서 THD : 3% 차수 그림 2. 변압기임피던스에따른양립성레벨의할당 홀수고조파 ( 비 3 배수 ) 양립성레벨 계획레벨 차수 홀수고조파 (3 배수 ) 양립성레벨 계획레벨 차수 짝수고조파 양립성레벨 계획레벨 5 6.0 5.0 3 5.0 4.0 2 2.0 1.6 7 5.0 4.0 9 1.5 1.2 4 1.0 1.0 11 3.5 3.0 15 0.3 0.3 6 0.5 0.5 13 3.0 2.5 21 0.2 0.2 8 0.5 0.4 17 2.0 1.6 10 0.5 0.4 국제기준의고조파제한절차는유사한개념을 표 1. IEC 61000-3-6 의계획레벨 19 1.5 1.2 12 0.2 0.2 23 1.5 1.2 바탕으로 3 단계로이루어져있어국내송전계통고 25 1.5 1.5 조파관리기준도 3단계로구성해야할것으로생각되어진다. 본연구에서중점적으로참고할 IEC 61000-3-6의고조파제한절차도그림 1에서보이는것처럼 3단계로이루어져있으며, 세부사항은다음과같다. 3. 국내송전계통의계획레벨설정 IEEE를제외한나머지기준들은양립성레벨을기반으로계획레벨을결정하고있는데다음그림처럼각전압레벨에서할당된다. THD( 양립성, 계획 ) : (8.0, 6.5%) 표 2. IEC 61000-3-6 MV 계통의양립성과계획레벨 양립성레벨 비율에따른값 계획레벨 THD 8.0 6.5 6.5 1단계 : 외란방출에의한평가일반적으로송전계통에미치는영향이작은수용가는수용가단위로고조파유출을평가받는다. 따라서송전계통인경우단락비가 0.1-0.4% 이하인수용가, 배전계통인경우단락비가 0.1% 이하인수용가는고조파관리기준의대상에서제외하고있다. 만약부하용량이단계 1을위반한다면고조파를발 그림 1. IEC 61000-3-6 의고조파제한절차 단계 1은간단히적용할수있고단계 3은정형화할수없는사례로종합적인검토가필요하다. 단계 그림 2에서보이는것처럼 HV, MV, LV는변압기임피던스의비율에따라 30, 45, 25% 의할당을받는다. 즉, 이비율로각전압레벨에서고조파를유출할수있는데 LV를포함한 MV 계통에서는 70% 정도이기때문에계획레벨은양립성레벨의 70% 내외에서결정할수있다. 이러한비율은양립성과계획레벨에공통적으로적용되어다음표 2의 3차 5.0 4.0625 4.0 5차 6.0 4.875 5.0 7차 5.0 4.0625 4.0 11차 3.5 2.8438 3.0 13차 3.0 2.4375 2.5 17차 2.0 1.625 1.6 표 3. IEC 에서의비율에따른계획레벨 66 www.keca.or.kr 전기설비 2007/6 67
논문Ⅲ IEC 61000-3-6의 계획 레벨에서 확인할 수 있다. 표 2에서 THD에 대한 계획/양립성 비 0.8125 (=6.5/8.0)를 다른 차수에 곱해보면 다음 표 2와 같 이 정리할 수 있다. 표 3에 보이는 것처럼 비슷한 비율로 계획 레벨이 결정된 것을 볼 수 있으나, 3배수 차수나 짝수 차수 에서는 이러한 방법이 부분적으로 적용되지 않았고 고차항에서는 근사 함수식이 사용된다. 논문Ⅳ 그림 7. 고조파 유출 허용치 산정 프로그램화 4 4.고조파 유출 허용치 산정 프로그램화 전기 절연물의 오염에 따른 누설전류 특성 및 사고위험성 연구 2,3의 내용을 바탕으로 고조파 유출 허용치 산정 프로그램을 엑셀화하여 그림 4에서 그림 8과 같이 작성하였다. 산업사회의 발달은 생활수준 향상 및 전기설비의 대형화, 정보화 등을 이루어졌지만, 재래시장, 제재소, 섬유공장 단지 등의 분진 및 오염발생지역에서의 전기설비사고는 줄 어들지 않고 있다. 2005년도 한국전기안전공사 통계자료에 의하면, 분진 등의 부착이나 침적으로 발생되었을 것이라 추정되는 누전화재 및 트래킹 화재는 총 507건으로 전체 전 기화재(8,560건)중 5,9%를 점유하고 있다. 또한 부하설비에 대한 설비사고가 전체사고 (5,076건)중 3,905건을 차지하였으며, 저압설비에서 대부분이 76.6%가 발생하였다. 그림 4. 고조파 유출 허용치 산정 프로그램화 1 김영석 송길목 정진수 정종욱 김선구 한국전기안전공사 부설 전기안전연구원 그림 8. 고조파 유출 허용치 산정 프로그램화 5 1. 서 론 그림 5. 고조파 유출 허용치 산정 프로그램화 2 그림 6. 고조파 유출 허용치 산정 프로그램화 3 68 www.keca.or.kr 5.결 론 본 논문에서는 국내 송전 계통의 고조파 방출 한 계를 평가하기 위하여 마이크로 엑셀을 이용하여 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 전력회사 사 업소 실무자들이 빠른 시간 내에 직접적으로 그 한 계를 평가하는데 있어 유용하게 사용 될것으로 사 료된다. 전기설비 사고의 원인이 되는 분진오염은 섬유, 금속, 목재 등에 의해 발생하고 정전기, 누설전류, 스위칭 아크등의 미소한 전기에너지에 의해 사고로 이어지거나 폭발의 위험성이 있다. 특히, 저압의 전 기설비, 예를 들면 누전 및 배선용 차단기의 1차측 노출충전부는 항상 분진 축적에 따른 사고 위험성 과 보호 장치가 구축되어 있지 않아 정전 및 대형 화재사고로 이어지게 된다. 전기 설비 노출충전부에 서의 사고는 전기절연물 표면이 분진의 종류, 오염 이 심한 환경에 습도가 있게 되면, 젖은 전도피막이 형성되어 누설전류가 흐르고 아크가 발생하여 건조 대를 형성하게 된다. 결국, 누설전류에 의한 아크 발 생으로 트래킹과 같은 전기사고로 이어지기 때문에 대비한 사고예방 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 분진 환경조건을 모의하기 위해 저전압 절연재료로 많이 사용되고 있는 아크 릴 수지, PVC, 베이클라이트에 인위적인 열화 즉, 염수분무 시험을 통한 재료의 표면변화를 시켰으며, 전기설비 2007/6 69
논문 Ⅳ 오염된절연재료에대한표면누설전류측정과사 치하였으며, 동일시료에분진을일정량으로분사하 심하므로오염정도에따른표면누설전류의측정도 고위험성에대해연구하였다. 여분진에의한시료를만들었다. 베이클라이트를대상으로실험하였다. 2. 시료제작및실험방법 3.2) 표면누설전류특성가속열화에의한시료의변화를살펴보기위해재 2.1) 시료제작 료표면의누설전류를측정하였다. 그림 5 는분진이 그림 1 에본실험에사용된 PVC, 베이클라이트, 없는경우의베이클라이트표면누설전류파형을 아크릴의 3 종류를나타낸다. 3 종류모두두께 3 mm, 나타낸다. 그림 5 (a) 는정상상태인베이클라이트 직경 70 mm φ 로동일하게제작하였다. 표면에 NaCl 수용액 1 ml를떨어뜨린후, 수용액이 건조될때까지의누설전류를측정한것으로누설전 그림 2. 가속열화를위한염수분무장치 그림 4. 표면누설전류측정실험장치 류가가장많이흘렸을때의값 (Irms) 은 190mA였다. 그림 5 (b) 는 (a) 의시료가건조되어누설전류가 0mA일때다시 NaCl 수용액 1ml를떨어뜨린후 측정은 CT(100mV/1A) 를통해정밀전력분석기 (Data Aquisition System) 에서측정하였다. 실험총 5 회를수행하였으며, 수용액이존재한상태에서건 그림 1. 실험에사용된 PVC, 베이크라이트, 아크릴 조되는과정의누설전류를측정하였다. 또한표면 누설전류의비교를위해분진이많은경우와분진 이없는경우로나누어실험하였으며, 분진량은 0.2g 그림 2는 IEC 60068-2-11에의한염수분무시험장치를나타낸다. 염수분무장치의시험조는내부의 그림 3. 염수및분진에의해열화된시료 으로하였다. 분진및 NaCl 수용액에의한절연물의변화는디지털카메라로촬영하여확인하였다. 난기류를최소화할수있고, 물방울이시료에떨어 지지않는구조로서, 내부식성의특성을가지고있으며, 온도는 35±2 로유지하였다. 시험조내의분무장치는미세하고습한안개를균일하게발생하는구조로서염용액이반응하지않는 2.2) 표면누설전류측정실험장치및방법분진에의한오염상태에서의절연물의표면누설전류를측정하기위한개략도를그림 4에나타낸다. 3. 실험결과및토의 3.1) 가속열화에의한시료의변화 (a) 1st 재료로되어있다. 염수분무는 5±1% NaCl 절연물의표면누설전류를측정하기위해인위적인 가속열화에의한시료의변화를살펴보기위해재 liquid(ph6.5~7.2) 를사용하였으며, 수온 35 이상, 가속열화를모의하였다. 그림 1 의시료를이용하였 료의표면변화에따른접촉각을측정하였으며, 그 수평채취면적 80 cm2, 16 시간이상동작되도록되어 으며, 본실험에서는베이클라이트를사용하였다. 베 결과시료마다차이가나타났다. 가속열화에의한 있다. 재료의가속열화는총 5 단계로나누어수행하 이클라이트절연물에 10 mm φ 의전극을설치하였으며, 재료의열화정도는정밀비교분석이필요하며, 여기 였으며, 100 시간, 200 시간, 300 시간, 400 시간, 500 시간 두전극사이의거리를 50mm 로유지하였다. 가속열 서는접촉각의변화만을언급하면베이클라이트에 으로시간적변화를주어가속열화를시켰다. 화를모의하기위해 Chamber 내에는다른이물질의 서가장낮은접촉각을나타내었다. 접촉각이작은 그림 3 은염수분무및분진에의해열화된시료를 영향이없도록하였으며, 5% 의 NaCl 수용액 1 ml를 것은염분등의오염에의해재료의침수성이증가 나타낸다. 염수분무에의한시료는청결한표면상 두전극사이에투입하였다. 실험은 220V, 60Hz 의 한것으로누설전류등에의한사고위험성이높다 태에서염수등의불순물이부착된상태를확인한 상용전원을절연물표면에일정하게인가하고수용 는것을알수있다. 접촉각에대한정밀분석은차 후, 세척하여 1 시간이상 2 시간미만으로그대로방 액에따른누설전류를측정하였다. 이때누설전류의 후에보고할예정이며, 베이클라이트의열화정도가 (b) 2nd 70 www.keca.or.kr 전기설비 2007/6 71
논문 Ⅳ 그림 6 은분진이있는경우의베이클라이트표면 누설전류파형을나타낸다. 그림 6 (a) 는분진 2g 이존재하는상태에서베이 클라이트표면에 NaCl 수용액 1 ml를떨어뜨린후, 수용액이건조될때까지의누설전류를측정한것이 다. 누설전류가가장많이흘렸을때의값 (Irms) 은 194mA였으며, 그림 5(a) 와큰차이는나타나지않았다. 그림 6 (b) 는그림 6(a) 의시료가건조되어 (a) Voltage waveform 누설전류가 0mA 일때다시 NaCl 수용액 1 ml를떨 (c) 3rd 어뜨린후의누설전류파형을나타낸것으로누설전류값 (Irms) 은 266mA였으며, 그림 5(b) 와비교해 (c) 3rd 서약간작은값이측정되었다. 또한그림 6(c) 와 (d) 에서도누설전류값 (Irms) 은각각 289mA 와 324mA 였으며, 그림 5 와비교해서누설전류의값은 (b) Current waveform 그림 7. 분진이없는경우, 베이클라이트표면누설전류 (d) 4rd (d) 4rd 그림 5. 분진이없는경우, 베이클라이트표면누설전류 그림 6. 분진이없는경우, 베이클라이트표면누설전류 의누설전류파형을나타낸다. 그림 (a) 와비교해 (a) 1st 크지않았다. (a) Voltage waveform 볼때전극양단의전압값은줄어들고누설전류값이 따라서전기설비노출부가수분이있는상태와건 증가하는것을알수있으며, 누설전류값 (Irms) 은 조상태가반복적으로이루어지게되면노출부양단 280mA 였다. 그림 (c) 는건조된후, 세번째로 NaCl 의염분농도는증가하게되고전기사고로일어날 수용액을떨어뜨렸을때의누설전류값을 380mA 가 가능성이높은것을알수있다. 흘렸으며, 그림 (d) 는네번째로수용액을떨어뜨렸 그림 7 과 8 은 4 번째수용액을떨어뜨렸을때의양 을때의누설전류값은 378mA 였다. 단전압과누설전류파형을나타낸다. 그림 7 의분진 따라서누설전류는 NaCl 수용액에따른염분농도의축적에의해값이증가하는것으로판단되며, 누 이없는경우에서는누설전류가약 10분간흐르고난뒤건조대를형성하였으며, 누설전류값이약 10 (b) Current waveform 설전류에의해베이클라이트표면의탄화되는것을확인할수있었다. (b) 2nd 분동안일정한값으로흐르고난뒤, 급격하게감소하는경향을나타내었다. 그림 8. 분진이있는경우, 베이클라이트표면누설전류 72 www.keca.or.kr 전기설비 2007/6 73
논문 Ⅳ 그림 8의분진이있는경우에서는누설전류가약 20분간지속적으로흐르고난뒤건조대를형성하였으며, 누설전류는초기에크게흐르고난뒤비례적으로감소하는경향을나타내었다. 이는분진이없는 NaCl 수용액만이존재할때에는누설전류값이크므로빠르게건조대를형성하며, 분진이있는경우는분진이 NaCl 수용액을흡수하여누설전류가상대적으로작기때문에건조대를형성할때까지시간이많이소요되는것을알수있다. 따라서두가지경우전기사고의위험성이높은것을알수있다. 그림 9는 4단계의과정이끝난후, 건조된베이클라이크표면을나타낸다. 그림 9(a) 의분진이없는경우에서의베이클라이트표면은전극사이의가운데부분에서크랙과탄화의흔적이발견되었으며, 이는 NaCl 수용액이가 (a) Photograph of bakelite with dust (b) Photograph of bakelite with dust 그림 9. 실험후의베이클라이트표면 운데부분에서먼저건조되면서아크방전에의해탄화와크랙이발생한것으로판단된다. 그림 9(b) 의분진이있는경우에서는전극주변으로탄화흔적이발견되었으며, 이는상대적으로분진이적은즉, 수용액이많은부분이먼저건조되면서전극주변에아크방전에의한탄화흔적이집중된것으로판단된다. 4. 결론본연구에서는분진환경조건을모의하기위해저전압절연재료로많이사용되고있는아크릴수지, PVC, 베이클라이트에인위적인열화즉, 염수분무시험을통한재료의표면변화를시켰으며, 오염된절연재료에대한표면누설전류측정과사고위험성에대해연구하였다. 가속열화에의한시료의표면변화에따른접촉각을측정한결과, 베이클라이트에서가장낮은접촉각을나타내었으며, 이는염분등의오염에의해재료의침수성이증가한것으로누설전류등에의한사고위험성이높다는것을알수있었다. 분진이없는경우의베이클라이트표면누설전류는떨어뜨린수용액에염분농도에의해서증가하는경향을나타내었으며, 누설전류에의해베이클라이트표면의탄화되는것을확인할수있었다. 분진이존재하는경우에는분진이없는경우와비교해볼때상대적으로누설전류값은크게증가하지않았지만, 누설전류가지속적으로흐르는경로를형성해주었다. 따라서전기설비노출부가수분이있는상태와건조상태가반복적으로이루어지게되면노출부양단의염분농도는증가하게되고전기사고로일어날가능성이높은것을알수있었다. 74 www.keca.or.kr