[논문]이도 측정에 의한 가공송전선 도체의 교체수명 진단

김성덕

doi:10.5207/jieie.2008.22.4.139

이도 측정에 의한 가공송전선 도체의 교체수명 진단
A Refurbishment life Diagnosis for Overhead Transmission Conductors using Dip Measurement 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.22 no.4, 2008년, pp.139 - 146

김성덕 (한밭대학교 전기.전자.제어공학부)

초록
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가공송전선 도체는 장기간 동안 다양한 환경조건에 노출되어 있으므로 공기오염원이나 열적 이력에 의하여 서서히 열화된다. 노화도체는 전력시스템의 신뢰성과 공중 안전을 감소시키다. 따라서 운용 중인 노화도체의 진단은 적정한 용량으로 전력을 안전하게 공급하거나 노화도체의 교체 또는 새로운 선로의 건설이라는 관점에서 매우 중요한 관심사가 되었다. 본 논문에서는 이도를 측정하여 노화도체의 교체수명을 진단하고 잔존수명을 추정하는 새로운 방법을 제안한다. 도체온도, 도체전류 및 장력 사이의 관계를 해석함으로써 이도가 노화도체의 기계적 인장손실을 정확하게 나타낼 수 있다는 것을 확인하였다. 몇 가지 수치해석결과를 토대로 제안된 방법이 가공도체의 교체수명이나 잔존수명을 진단하는데 효과적으로 사용될 수 있음을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Conductors in overhead transmission lines are exposed under various environmental conditions for a long period of time, so that they may be slowly degraded due to air pollutant or thermal history. Aged conductors may reduce power system reliability and public safety. Therefore, diagnosis of aged conductors in service becomes more important concerns with respect to keeping power delivery stable with a proper capability, replacing aged conductors, or constructing a new line. In this paper, we posed a new method to diagnose the refurbishment life and estimate the remaining life of aged conductors by measuring dips. As analyzing some relations of conductor temperature, conductor current, and tension load, it could be verified that dip exactly shows mechanical tension loss for aged conductor. Based on several simulation results, it was shown that the proposed method may be effectively used to diagnose the refurbishment life or remaining one of overhead conductors.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

도체전류, 기상조건으로부터 도체온도, 이도를 구하고 교체수명이도 개념을 도입한다. 본 연구에서는 비파괴적인 수명진단 방식으로 실제선로에 대한 데이터로부터 이도를 구하고 이 이도를토대로 도체수명을 예측하는 방법을 제안한다.
일반적이다. 이와 같은 인장감소는 이도 증가로 나타나며 따라서 본 연구에서는 가공송전선 도체의 잔존수명을 추정하기 위하여 이도 측정 진단법을제안한다. 도체수명에 관련된 기준을 검토하여 교체수명시기를 설계장력의 10[%]가 감소되는 시기로가정하였다.

가설 설정

따라서 이도를 추정할 경우에는 연일수와 태양시간도 정확히 이용하는 것이 필요하다. 하지만 고도는 그림 3 (b)에서와 같이 도체온도에는 큰 영향을미치지 않는다. 도체의 흡수율, 방사율은 도체온도에미치는 중요한 요소 중 하나이지만 경년에 의한 추정흡수율 계산식을 이용하여 구하거나 도체의 상태를 감안하여 엔지니어의 판단으로 적당한 수치로 가정할 수밖에 없다.
일반적으로 풍압조건에따라 도체의 천이온도, 임계경간이나 이도 등이 결정되며 도체종류, 경간, 설치지역 등에 따라 매우 복잡하게 계산된다. 그러나 본 연구에서는 도체수명에관계된 장력 및 이도만 검토하기 위하여 고온계 I 지역의 표준경간 도체라 하고 지지점의 고도차도 없는것으로 가정한다.
이와 같은 인장감소는 이도 증가로 나타나며 따라서 본 연구에서는 가공송전선 도체의 잔존수명을 추정하기 위하여 이도 측정 진단법을제안한다. 도체수명에 관련된 기준을 검토하여 교체수명시기를 설계장력의 10[%]가 감소되는 시기로가정하였다. 기온, 풍속과 같은 기상요소와 도체규격, 선로의 지리적 조건 및 도체 전류로부터 도체온도를 구하고 이 도체온도와 장력으로부터 이도를 계산하였다.
그렇지만 이 기준도 도체수명을 정량적인 값으로 평가하는데에는 객관성과 타당성이 부족하다. 따라서 본 연구에서는 도체수명을 일정기간으로 규정하지 않고인장이 설계하중의 10[%]가 감소되는 시기를 교체수명으로 가정하여 진단법을 제안한다. 이때 이도를교체수명이도(refurbi아iment life dip)라 하고 설계인장에 해당하는 이도를 설계수명이도(design life dip)라 정의한다.
설계이도와 교체수명이도 특성을 검토하기 위하여 ACSR 410 도체가 경간 S=300[m]인 154[kV] 선로가 풍압조건이 고온 I 지역으로 이도설계기준에따라 건설되었다고 가정한다. 우선, 무풍조건에서 도체온도에 대한 이도 특성을 그림 1에 나타낸다.
이와 같은 방법 중 가장 간편한 방법으로, DLR시스템 운용과 유사한 형태로 24시간 기온, 풍속, 태양시각을 측정하여 연속적으로 이도를 측정하여 평균적인 잔존수명을 추정함으로써 추정결과의 신뢰도를 높이는 방법이다. 이때 추정도체전류는 682[A]로 일정한 것으로 가정하였으며 일사량은 계산치를 이용하였다. 그림 5는 일일 기온과 평균풍속을 실시간으로 측정하고 이 데이터로 추정한 이도특성을 나타낸다.

제안 방법

도체수명에 관련된 기준을 검토하여 교체수명시기를 설계장력의 10[%]가 감소되는 시기로가정하였다. 기온, 풍속과 같은 기상요소와 도체규격, 선로의 지리적 조건 및 도체 전류로부터 도체온도를 구하고 이 도체온도와 장력으로부터 이도를 계산하였다. 이렇게 계산된 이도는 가정된 조건에서초기가선 시에 주어지는 설계이도이다.
따라서 실제 이도를 정확하게 측정하여 설계이도와 비교함으로써 도체의 교체수명을예측할 수 있다. 도체전류, 기상조건으로부터 도체온도, 이도를 구하고 교체수명이도 개념을 도입한다. 본 연구에서는 비파괴적인 수명진단 방식으로 실제선로에 대한 데이터로부터 이도를 구하고 이 이도를토대로 도체수명을 예측하는 방법을 제안한다.
장력은 이도에 반비례하고 이도는 도체온도에 직접 비례한다. 수치해석 조건으로 앞의 예와 같은 선로에대하여 도체전류 682[A], 기온 30TC], 평균풍속 0.9[m/sec], 태양시각 14[시], 연일수 120[일], 고도 lOOtml이고 나머지 조건은 SLR을 구할 경우에 가정하였던 조건들을 이용하였다. 이 경우에 도체온도를구하면 55.
실시간으로 이도를 추정하기 위하여, 측정기온과풍속을 사용하여 도체온도를 계산한 다음 이 온도를사용하여 이도를 계산하고 실제 이도를 측정한다. 이때 추정이도로부터 교체수명이도를 구한다.
그결과, 1999년 3월에 노후 전선의 교체기준이 한국전력공사의 송변전처에서 마련되었다U2]. 이 기준은 ACSR의 한계수명을 50년으로 하여 경년을 선형함수로 하고 이에 부하율, 정전요인, 송전전압, 공급능력 등을 일정한 비율로 고려하여 일정 기준점수 이상의 선로를 우선 교체대상으로 판정하였다. 그렇지만 이 기준도 도체수명을 정량적인 값으로 평가하는데에는 객관성과 타당성이 부족하다.
그렇지만 이러한 요소들 중에는 즉정 불가능하거나측정하기 쉽지 않은 요소들이 있으므로 이도추정에중요한 영향을 주는 요소들을 측정, 이용해야 한다. 이도에 미치는 중요도를 분석하기 위하여 기상요소들 중 몇 가지 요소들을 고려하여 도체이도에 미치는 영향을 조사하였다. 기상조건 변화에 대한 도체온도 특성이 그림 2 및 3이다.

성능/효과

이렇게 계산된 이도는 가정된 조건에서초기가선 시에 주어지는 설계이도이다. 이 설계이도로부터 현재 도체의 교체수명이도를 구하고 실측이도 사이의 관계로부터 평균잔존수명이나 경년을 추정할 수 있음을 확인하였다.

참고문헌 (12)

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D.G. Harvard, et. al, "Aged ACSR conductors. II. Prediction of remaining life", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 7, No. 2, pp. 588-595, 1992

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J.M. Ferguson, and R.R. Gibbon, "Overhead transmission lines-refurbishment and developments", Power Engineering Journal, Vol. 8, No. 3, pp. 109-118, 1994

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송전운용업무기준, 한국전력공사 송변전처, 1999

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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