우리나라의 경우 대부분의 가공 송전선은 산간지역에 가설되어 있다. 산간지역에 산불이 발생할 경우에 불길 속에 노출되었거나 인근에 있는 송전선로의 아연도금 강선 및 알루미늄 연선은 산불의 화염과 높은 온도에 의하여 열화될 것이다. 열화(deterioration)는 전선의 재질, 제조방법 및 가설상태와 선로의 노출환경 등 매우 다양한 요소들의 상호작용에 의하여 진행된다. 일반적으로 산불에 의한 도체의 특성은 정확한 산불의 모델링과 그 영향을 알 수 있어야 해석이 가능하지만, 송전선로에 대한 산볼 모형이 연구된 실적이 많지 않으며, 실제 산불에 노출되었던 시료에 대한 분석이 이루어진 적이 없는 실정이다. 본 논문에서는 산불로 인한 전선의 열화특성을 모의 하기 위하여 건전전선에 인공화염장치를 이용하여 일정 시 간 간격으로 화염을 가하는 실험을 하였다. 그 결과분석 항목으로 도체의 인장강도 및 비틀림 시험을 수행하였다. 또한, 포항지역에 가설되어 운전중이던 ACSR 480[$\textrm{mm}^2$]가 산불로 인하여 철거된 관계로 이 전선을 수거후 시료로 채택하여 기계적 특성 시험을 시행하여 그 분석결과와 인공화염장치를 이용한 실험결과를 비교$.$분석하였다. 이 두 개의 분석자료를 이용하여 향후 산불에 의하여 열화된 전선의 상태를 예측할 수 있는 데이터베이스를 만들어 산불로 인한 ACSR 전선의 수명 진단에 필요한 자료를 제공하고자 한다.
우리나라의 경우 대부분의 가공 송전선은 산간지역에 가설되어 있다. 산간지역에 산불이 발생할 경우에 불길 속에 노출되었거나 인근에 있는 송전선로의 아연도금 강선 및 알루미늄 연선은 산불의 화염과 높은 온도에 의하여 열화될 것이다. 열화(deterioration)는 전선의 재질, 제조방법 및 가설상태와 선로의 노출환경 등 매우 다양한 요소들의 상호작용에 의하여 진행된다. 일반적으로 산불에 의한 도체의 특성은 정확한 산불의 모델링과 그 영향을 알 수 있어야 해석이 가능하지만, 송전선로에 대한 산볼 모형이 연구된 실적이 많지 않으며, 실제 산불에 노출되었던 시료에 대한 분석이 이루어진 적이 없는 실정이다. 본 논문에서는 산불로 인한 전선의 열화특성을 모의 하기 위하여 건전전선에 인공화염장치를 이용하여 일정 시 간 간격으로 화염을 가하는 실험을 하였다. 그 결과분석 항목으로 도체의 인장강도 및 비틀림 시험을 수행하였다. 또한, 포항지역에 가설되어 운전중이던 ACSR 480[$\textrm{mm}^2$]가 산불로 인하여 철거된 관계로 이 전선을 수거후 시료로 채택하여 기계적 특성 시험을 시행하여 그 분석결과와 인공화염장치를 이용한 실험결과를 비교$.$분석하였다. 이 두 개의 분석자료를 이용하여 향후 산불에 의하여 열화된 전선의 상태를 예측할 수 있는 데이터베이스를 만들어 산불로 인한 ACSR 전선의 수명 진단에 필요한 자료를 제공하고자 한다.
In Korea, a large portion of aerial power-transmission cables is installed in the mountains. In the case of a fire in the mountains, steel wires coated with zinc and aluminum wires of those power cables exposed to the fire or near around will be deteriorated by the blaze and the high temperature. De...
In Korea, a large portion of aerial power-transmission cables is installed in the mountains. In the case of a fire in the mountains, steel wires coated with zinc and aluminum wires of those power cables exposed to the fire or near around will be deteriorated by the blaze and the high temperature. Deterioration proceeds by interactions of a variety of factors like quality, manufacturing process, the condition of installation and exposure environment of a wire, and so on. Generally, the characteristic of a conductor affect by a forest fire can not be analyzed without the effect through simulating a forest fire. However, there are little research accomplishments of that kind of simulation about it, and there's been no analysis of a sample exposed to an actual forest fire. This thesis shows the experimental results that apply to a new wire by an artificial flame-maker because it's difficult to directly analyze the characteristic of deterioration by a forest fire. Those results include the intensity of extension and wrench for a conductor. In addition, there's been an experiment and analysis about the mechanical characteristics of the wire of ACSR 480[$\textrm{mm}^2$] which was removed from Pohang area by a forest fire. Then, the database will be made to predict the state of deteriorated wires by a forest fire using those two data, and data necessary to diagnose the life state of an ACSR wire affected by a forest fire will be given.
In Korea, a large portion of aerial power-transmission cables is installed in the mountains. In the case of a fire in the mountains, steel wires coated with zinc and aluminum wires of those power cables exposed to the fire or near around will be deteriorated by the blaze and the high temperature. Deterioration proceeds by interactions of a variety of factors like quality, manufacturing process, the condition of installation and exposure environment of a wire, and so on. Generally, the characteristic of a conductor affect by a forest fire can not be analyzed without the effect through simulating a forest fire. However, there are little research accomplishments of that kind of simulation about it, and there's been no analysis of a sample exposed to an actual forest fire. This thesis shows the experimental results that apply to a new wire by an artificial flame-maker because it's difficult to directly analyze the characteristic of deterioration by a forest fire. Those results include the intensity of extension and wrench for a conductor. In addition, there's been an experiment and analysis about the mechanical characteristics of the wire of ACSR 480[$\textrm{mm}^2$] which was removed from Pohang area by a forest fire. Then, the database will be made to predict the state of deteriorated wires by a forest fire using those two data, and data necessary to diagnose the life state of an ACSR wire affected by a forest fire will be given.
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문제 정의
본 연구에서 실험한 건전전선, 모의산불 장치에의해 열화시킨 시료 및 산불화염에 의해 열화되어시료로 채택된 전선에 대하여 인장강도, 연신율 및비틀림 수를 실험한 결과를 종합하여 화염시간과 화염 접촉정도에 따른 경향을 분석하고자 하였으며, 이로 인하여 실제 산불에 의해 열화된 전선의 열화정도를 파악하고자 한다.
제안 방법
No.183 T87)에서 산불에 열화되어 철거된 ACSR 480W 를 건전전선과 동일한 방법으로 실험하여 그 결과를 비교 분석하였다. 본 논문의 주요한 연구 결과는 다음과 같다.
따라서, 본 연구에서는 직접적인 방법으로는 산불에 의한 열화특성을 분석하기 불가능하므로 산불을 가정하여 건전전선에 인공화염장치로 모의 산불을 형성하여 일정 시간 간격으로 화염을 가하여 ACSR 도체의 인장강도 연신율 및 비틀림 시험 등으로 기계적 특성 변화를 분석하고, 또한 실제 포항지역에 (345[kV] 신포항巩 No.183-187) 산불에 노출되었던 ACSR 480[顽]의 전선을 수거하여 건전전선과 똑같은 방법으로 기계적 특성 시험 및 분석을 행하였다.
또한 산불에 의한 시료로 채택된 열화 전선을 수거하여 똑같은 조건으로 50[cm]씩 가공하여 시료를 만들었다.
도체들을 실험에 채택 하였다. 산불로 인해 열화된 전선을 50[m] 수거한 후 50[cm]씩 100개로 절단한 후 이를 5[m]구간마다 한 개씩을 시료로 이용하였으며, 각 구간별 시료의 번호를 01, 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91로 명하였다. 이때 수거된 전선은 A T/L #B 철탑에 가설되어 철거된 실제 화염에 노출되었던 전선이다.
실험에 앞서 산불로 인해 열화된 전선이 ACSR 480[顽]이므로 건전전선도 같은 규격을 사용하였으며 기계적 실험을 하기 위하여 각각 50[cm]씩 가공하였다. 또한 산불에 의한 시료로 채택된 열화 전선을 수거하여 똑같은 조건으로 50[cm]씩 가공하여 시료를 만들었다.
일반적으로 산불 모형이나 산불모의실험에 대한 어떤 기준도 마련되어 있지 않으므로 본 논문에서는 인공화염장치를 설계하고 제작하여 프로판 가스램프로 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 40분씩 시간 간격을 두고 각각 구분하여 화염을 가하였다. 이때 시료에 화염의 접촉정도는 접촉, 10[cm] 이격 및 20[cm] 이격으로 구분하여 각각 실험하였다.
하였다. 인공화염실험이 끝난 시료들은 상온에서 냉각시켰으며, 도체의 기계적 특성을 확인하기 위하여 KS 규정에 따라 인장시험과 비틀림 시험을 수행하였다. 이때 강심을 제외하고, 3개씩 인장시험을 하여 평균값을 취하고, 데이터 오차를 줄이기 위하여 같은 조건으로 세 번 수행하여 얻은 평균 데이터를 결과 분석에 이용하였다.
따라서, 사용되지 않은 건전전선을 대상으로 화염실험을 수행하였다. 일반적으로 산불 모형이나 산불모의실험에 대한 어떤 기준도 마련되어 있지 않으므로 본 논문에서는 인공화염장치를 설계하고 제작하여 프로판 가스램프로 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 40분씩 시간 간격을 두고 각각 구분하여 화염을 가하였다. 이때 시료에 화염의 접촉정도는 접촉, 10[cm] 이격 및 20[cm] 이격으로 구분하여 각각 실험하였다.
대상 데이터
부적절하다. 따라서, 사용되지 않은 건전전선을 대상으로 화염실험을 수행하였다. 일반적으로 산불 모형이나 산불모의실험에 대한 어떤 기준도 마련되어 있지 않으므로 본 논문에서는 인공화염장치를 설계하고 제작하여 프로판 가스램프로 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 40분씩 시간 간격을 두고 각각 구분하여 화염을 가하였다.
산림 화재로 인한 가공 도체인 ACSR 480血if] 의기계적 특성 분석을 위하여 가설되어 일정기간 사용되었던 도체들을 실험에 채택 하였다. 산불로 인해 열화된 전선을 50[m] 수거한 후 50[cm]씩 100개로 절단한 후 이를 5[m]구간마다 한 개씩을 시료로 이용하였으며, 각 구간별 시료의 번호를 01, 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91로 명하였다.
실험에 사용된 ACSR 480[祝전선은 그림 1(a)에나타난 바와 같이 아연도금 강심과 여섯 가닥의 강연선층, 3층의 경알루미늄 소선 45개로 구성되어 있다. 외층 알루미늄 연선은 대기 중에 노출되어 오염원과 같은 부식원에 직접 접촉되어 있으나 가설초기에는 습윤 기간 등이 짧아 부식이 어느 정도 차단되며, 내부층은 외부 알루미늄 연선층으로 둘러싸여수분이 침투하기 어려우나 일단 수분이 침투되면 습윤 기간이 길어 부식속도를 촉진시키기도 한다.
인공화염실험이 끝난 시료들은 상온에서 냉각시켰으며, 도체의 기계적 특성을 확인하기 위하여 KS 규정에 따라 인장시험과 비틀림 시험을 수행하였다. 이때 강심을 제외하고, 3개씩 인장시험을 하여 평균값을 취하고, 데이터 오차를 줄이기 위하여 같은 조건으로 세 번 수행하여 얻은 평균 데이터를 결과 분석에 이용하였다.
데이터처리
수행하였다. 시료 3개에 대해 각각 인장시험을하여 평균값을 취하였고, 데이터의 오차를 줄이기위하여 같은 조건으로 세 번 측정하여 얻은 결과의평균값을 이용하여 기계적 특성분석을 수행하였다.
이론/모형
도체의 기계적 특성분석을 위해 건전전선과 똑같은 방법으로 KS 규정에 따라 인장시험 및 비틀림 시험을 수행하였다. 시료 3개에 대해 각각 인장시험을하여 평균값을 취하였고, 데이터의 오차를 줄이기위하여 같은 조건으로 세 번 측정하여 얻은 결과의평균값을 이용하여 기계적 특성분석을 수행하였다.
한편, 본 논문의그림 표기에서 00은 시료와 인공화염(모의 산불)을접촉시킨 상태를 10은 10[cm僵, 20은 20[(前를 이격시킨 것을 나타낸 것이다. 또한 3.2의 기계적 특성시험은 KS 규정에 따라 실험 하였다.
성능/효과
(1) 모의산불에 노출되었던 ACSR 건전전선의 기계적 특성을 확인하기 위해 인장강도의 변화량과 연신율을 측정한 결과 아연도금 강선은 내부에 존재하기 때문에 처음 화염을 인가할 시에는 화염의 영향이 작아 인장강도와 연신율의 변화가 거의 나타나지 않음을 확인하였다. 또한, 화염에 비교적 영향이 적은 내층의 알루미늄 소선들의 기계적 손실도 그 다지 크지 않았으나 외층에 존재하는 알루미늄 연 선의 경우 가열시간이 길어질수록 인장강도의 감소가 뚜렷하게 나타났고, 연신율이 증가하고 있음을 확인할 수 있었다.
(2) 포항지역에서 산불이 발생한 지점에 가설되었던 ACSR 480[顽]의 기계적 특성 변화는 모의산불장치에 의해 10[cm] 정도 이격시의 기계적 특성과 유사함을 확인할 수 있었다
따라서 이러한 각 경우의 비틀림 수를 비교한 결과 산불에 의해 열화된 전선의 비틀림 수는 인공화염 10[cm] 이격시와 화염시간 2~15분 사이의 비틀림 수와 거의 비슷함을 알 수 있다. 비틀림 수의 변화만으로 볼 때 이러한 경향은 포항지역 #B 철탑구역에서 발생한 산불과 거의 유사하다고 추정된다.
또한 건전전선의 연신율은 모의산불 10[cm] 이격시, 20[cm] 이격시 및접촉시와 화염시간에 따라 변화되어지며, 2~15분 사이의 값은 거의 변화가 없으나 15분을 초과하면 좀 더 많은 연신율의 감소 현상을 볼 수 있다. 따라서 이러한 각 경우의 연신율을 비교한 결과 산불에 의해 열화된 전선의 연신율은 모의산불 10[Cm] 이격 시와 화염시간 2~15분 사이의 연신율과 거의 비슷함을 알 수 있었다. 연신율의 변화만으로 볼 때 이러한 경 향은 포항지역 #B 철탑구역에서 발생한 산불과 거의 유사함을 확인하였다.
또한 비틀림 수를 측정한 결과도 연신율의 변화와거의 유사한 경향을 보이고 있음을 확인하였다.
확인하였다. 또한, 화염에 비교적 영향이 적은 내층의 알루미늄 소선들의 기계적 손실도 그 다지 크지 않았으나 외층에 존재하는 알루미늄 연 선의 경우 가열시간이 길어질수록 인장강도의 감소가 뚜렷하게 나타났고, 연신율이 증가하고 있음을 확인할 수 있었다.
산불로 인해 열화된 전선의 인장강도는 모의산불 10[cm] 이격시와 화염시간 2~15분 사이의 인장강도와 유사한 값을 가짐을 확인하였다. 또한 모의산불 접촉시의 경우 모의산불 20분에서 인장강도가 다른 경우에 비해서 약하게 나타난 것은 실험시 슬립에 의한 현상으로 볼 수 있으며, 인장강도의 변화만으로 볼 때 이러한 경향은 포항지역 #B 철탑구역에서 발생한 산불과 거의 유사하다고 추정할 수 있을것이다.
외측 알루미늄 연선(AL-3)에 비해 내측에 있는알루미늄 연선(AL-2 및 AL-1)은 아연도금 강선 보다는 많게, 외측 알루미늄 연선(AL-3)에 비해서는적게 열을 받았기 때문에 인장강도의 변화가 시간에따라 서서히 변화하고 있으므로 연신율 또한 화염시간이 짧을 때는 변화량이 적다가 시간이 늘어남에따라 커짐을 확인하였다.
이 값들을 보면 각 구간별로 비틀림 수의 변화량이 유사한 특성을 나타냄을 알 수 있으며, 아연도금강선과 알루미늄 연선에 대한 비틀림 수의 변화량은각 구간별로 큰 변화가 없는 것으로 보여지며, 이 실험 결과로 인장강도 및 연신율의 실험결과와 같은특성을 가짐을 알 수 있다.
이 실험 결과에서 알 수 있듯이 화염시간이 길수록 알루미늄 연선의 연신율은 변화하나 아연도금 강선에 대한 연신율은 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 연신율은 인장강도의 변화에 따라 변화되는 양이며 아연도금 강선의 경우 인장강도의 변화가 거의 없으므로 연신율의 변화량도 크지 않음을 알 수 있다
평균 비틀림 수는 47회이다. 접촉시의 비틀림수는 2분 인공화염부터는 급격하게 증가함을 알 수있고 모의산불 10[cm] 이격시 및 20[cm]이격시는 거의 같음을 유지하다가 10[cm] 이격시 30분 모의산불부터 비틀림 수가 증가하는 것을 알 수 있었다.
60[%]이다. 특히 접촉시의 알루미늄 연선(AL-3)은 2분 가열 후부터는 연신율이 급격하게 증가함을 알 수 있으며 lOfcm] 이격시는 25 분 인공화염 후에 연신율이 증가 함 을 알 수 있고, 20[cm] 이격시는 25분 모의산불부터 증가하다가 30 분 모의산불부터는 감소함을 알 수 있다.
후속연구
두 개의 분석자료를 이용시 향후 산불에 의해 열화된 전선의 열화상태를 분석할 수 있는 데이터베이스를 만들어 열화에 의한 ACSR 전선의 교체수명 진단에 필요한 자료로 활용할 수 있으리라 사료된다.
향후 온도개념, 노출시간 및 화염의 방향 등과의 관계를 정 립하여 실제의 산불과 같은 조건의 연구를수행함으로서 산불에 의한 열화전선의 교체수명진단연구의 기초 자료로 활용 가능 할 것이다.
참고문헌 (9)
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대기오염이 전력설비에 미치는 영향 연구, 전력연구원, KRC-92C-SO5, 1993.
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The Development of System for ACSR Life-Time Estimation, KEPRI, TR.97EJ02. J2000.16, 2000.
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