[논문]강 슬리브 파단 직선 슬리브의 장력 및 열적 특성 분석 연구

안상현; 김병걸; 김상수; 손홍관; 박인표; 김성규

doi:10.4313/jkem.2008.21.11.1036

[국내논문] 강 슬리브 파단 직선 슬리브의 장력 및 열적 특성 분석 연구
Study on Tension and Thermal Properties of Corrosive-fractured Steel Sleeve 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.21 no.11, 2008년, pp.1036 - 1041

안상현 (한국전기연구원 재료응용연구단) , 김병걸 (한국전기연구원 재료응용연구단) , 김상수 (한국전기연구원 재료응용연구단) , 손홍관 (한국전기연구원 재료응용연구단) , 박인표 (한국전기연구원 재료응용연구단) , 김성규 (부경대학교 소재프로세스공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

According to previous report, aged sleeves of old transmission line showed several defaulted installation patterns, which was biased or corrosive-fractured of steel sleeve installed cases. These defects can cause serious accidents such as rapid increasing of sag or falling out of overhead conductor from sleeves. Consequently, the defects lead to the major power outage. Corrosion of steel sleeve is a typical defect by aging of sleeves. And it occupied almost 25 percent of investigated aged sleeves. This paper studied thermal properties and tension for ACSR conductor in case of fractured steel sleeve model by corrosion. The temperature distribution within overhead conductor has a specific gradient. Thermal properties of splice connectors(sleeve and clamp) showed normal behavior. However, mechanical properties were worse than normal sleeves. The detailed results were presented in the text.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 접속개소의 가설이력을 조사한 앞선 발표에 이어 내부 부식이 발생한 접속 개소의 열적 특성 및 장력 특성을 조사하였다.

가설 설정

가공송전선으로 실시하였다. 시험전선의 길이는 약 10 m이며 장력 및 전류 인가를 위하여 양 끝에 압축인류클램프를 가설하였다. 직선 슬리브는 전선의 정중앙에 가설하였으며 강 슬리브의 파단을 모의하기 위하여 임의로 강 슬리브의 중앙을 절단하였다.
시험전선의 길이는 약 10 m이며 장력 및 전류 인가를 위하여 양 끝에 압축인류클램프를 가설하였다. 직선 슬리브는 전선의 정중앙에 가설하였으며 강 슬리브의 파단을 모의하기 위하여 임의로 강 슬리브의 중앙을 절단하였다.

제안 방법

접속개소(슬리브, 압축인류클램프)와 가공 송전선에 대한 열적, 기계적 특성 시험은 ACSR 410 mm2 가공송전선으로 실시하였다. 시험전선의 길이는 약 10 m이며 장력 및 전류 인가를 위하여 양 끝에 압축인류클램프를 가설하였다.
가공송전선의 열적 특성은 초기장력 3, 100 kgf에서 연속 및 장시간, 단시간허용전류를 인가하여 온도 및 장력의 거동 변화를 토대로 평가하였다. 온도 측정은 열전대를 사용하였으며 도체 및 접속 개소 내부로 약 15 mm 삽입된 지점과 표면부에 대하여 측정을 실시하였다.
평가하였다. 온도 측정은 열전대를 사용하였으며 도체 및 접속 개소 내부로 약 15 mm 삽입된 지점과 표면부에 대하여 측정을 실시하였다. 온도 및 장력은 HP 34970A와 수평인장시험기에 의해 30초 간격으로 수집되어 컴퓨터에 자동 저장되었다.
것이다. 온도는 끝단에서 10 mm, 150 mm, 그리고 정중앙 380 mm에 대하여 슬리브 내부 약 15 mm 지점(강심이 위치하는 지점)을 측정하였다. 연속허용전류 850 A에서 강 슬리브 파단모델의 10 mm 지점 온도는 약 61 ℃, 150 mm 지점은 56 ℃, 380 mm 지점의 온도 또한 56℃를 나타내었다.

대상 데이터

강 슬리브의 재질은 KS D 3752의 SM 10C에 의거하였다. 강 슬리브는 표 1에 나타낸 바와 같이 수분에 대한 내부식 특성이 취약한 저탄소강의 조성으로 구성되어 있다.
삽입깊이와 밀접한 관련이 있다. 본 연구에서 모의한 불량 모델은 강 슬리브의 파단만을 모의하였으며 전선의 삽입량은 정상 슬리브와 동일하다.

성능/효과

즉, 전선의 온도는 상대적으로 낮은 온도로 발열하는 알루미늄 슬리브로 전도되었다. 그 결과, 슬리브의 영향을 받지 않는 2000 mm 지점의 온도에 비해 슬리브와 가까운 지점의 전선 온도는 상대적으로 감소하였다.
이와 동일한 이유로 슬리브와 가까운 쪽 도체의 온도는 슬리브의 영향을 받지 않은 2000 mm 지점의 온도에 비해 약 20~ 30 ℃ 낮게 나타났다. 도체의 온도는 접속 개소에 가까울수록 감소하는 경향을 보이다가 약 2000 mm 이상 이격된 지점에서는 일정하게 유지되었다.
강 슬리브 파단 모델 도체의 최대 온도는 연속허용전류 850 A에서 약 83 ℃, 슬리브와 클램프는 61 ℃와 55 I로 나타났다. 단시간허용전류 1, 100 A가 인가되면 도체의 온도는 약 126 ℃까지 상승하며 슬리브와 클램프의 온도는 각각 89 ℃ 와 79.4 笆 까지 상승하였으며 슬리브와 전선 간의 온도 차는 전류가 상승할수록 커지는 것으로 나타났다.
5 ℃의 차이를 나타내었다. 인가전류에 따른 온도 변화 거동은 두 모델 모두 전류 상승분에 대하여 선형적으로 증가하는 경향을 나타내며 정상모델과 강 슬리브 파단 모델은 거의 유사한 열적 거동을 나타내었다.
무부하에서 초기장력은 3, 100 kgf를 인가했으며 차후 인가되는 전류에 따라 장력은 감소하였다. 정상 모델의 장력은 연속 및 장시간, 단시간 허용 전류에서 1020 kgf, 790 kgf, 482 kgf를 나타내며 직선적인 감소거동을 나타내었다.
무부하에서 초기장력은 3, 100 kgf를 인가했으며 차후 인가되는 전류에 따라 장력은 감소하였다. 정상 모델의 장력은 연속 및 장시간, 단시간 허용 전류에서 1020 kgf, 790 kgf, 482 kgf를 나타내며 직선적인 감소거동을 나타내었다. 반면에 강 슬리브 파단 모델의 장력은 연속허용전류 및 장시간 허용 전류가 인가되면 장력은 364 kgf, 238 kgf까지 감소하고 단시간허용전류 1100 A에서는 50 kgf로 감소하여 거의 zero에 가까운 급격한 장력 감소 거동을 나타내었다.
정상 모델의 장력은 연속 및 장시간, 단시간 허용 전류에서 1020 kgf, 790 kgf, 482 kgf를 나타내며 직선적인 감소거동을 나타내었다. 반면에 강 슬리브 파단 모델의 장력은 연속허용전류 및 장시간 허용 전류가 인가되면 장력은 364 kgf, 238 kgf까지 감소하고 단시간허용전류 1100 A에서는 50 kgf로 감소하여 거의 zero에 가까운 급격한 장력 감소 거동을 나타내었다. 이처럼 급격하게 장력이 감소하는 원인은 다음과 같은 가공송전선 하중 분담 기구에서 유추할 수 있다.
1) 정상 모델과 비교하여 볼 때, 전선 및 접속 개소의 온도는 연속 및 장시간, 단시간 허용전류 하에서 최대 4.5 ℃ 미만의 온도차를 나타내었다. 또한 각 지점의 온도는 부하전류의 증가에 대하여 선형적인 상승거동을 나타내면서 정상모델과 강슬리브 파단 모델은 거의 유사한 열적 거동을 나타내었다.
5 ℃ 미만의 온도차를 나타내었다. 또한 각 지점의 온도는 부하전류의 증가에 대하여 선형적인 상승거동을 나타내면서 정상모델과 강슬리브 파단 모델은 거의 유사한 열적 거동을 나타내었다. 즉, 전선 및 접속개소의 열적 특성은 강슬리브의 파단과는 무관한 것으로 나타났다.
또한 각 지점의 온도는 부하전류의 증가에 대하여 선형적인 상승거동을 나타내면서 정상모델과 강슬리브 파단 모델은 거의 유사한 열적 거동을 나타내었다. 즉, 전선 및 접속개소의 열적 특성은 강슬리브의 파단과는 무관한 것으로 나타났다.
2) 전반적으로 강 슬리브 파단 모델의 장력은 정상모델에 비해 낮은 값을 나타내었다. 특히, 인가 전류가 상승할수록(전선 온도가 상승할수록) 급격한 장력 감소를 나타내었다.
비해 낮은 값을 나타내었다. 특히, 인가 전류가 상승할수록(전선 온도가 상승할수록) 급격한 장력 감소를 나타내었다. 이와 같은 장력 감소는 강 슬리브 파단 모델의 내부 구조상 알루미늄 도체가 모든 하중을 담당해야하기 때문에 정상 모델 보다 낮은 장력이 나타나며 통전에 의해 전선의 온도가 상승하면 알루미늄 도체의 선팽창 계수에 따라 전선의 장력은 Zero에 가깝게 급격히 감소하는 거동이 나타났다.

후속연구

따라서 알루미늄 슬리브 내의 수분침투를 방지하기 위한 기술적인 방법과 슬리브 내부의 상황을 예측하기 위한 후속적인 연구가 필요하다.

참고문헌 (8)

김병걸, 김상수, 손홍관, 박인표, 장태인, 김진환, "노후 송전선로의 가공송전선 직선 슬리브 분석 연구", 한국전기전자재료학회 2007하계학술대회논문집, p. 538, 2007
김병걸, 김상수, 안상현, 손홍관, 박인표, 이동일, 장태인, "정상 시공된 가공송전선 접속개소에서의 전류에 따른 온도변화 거동", 한국전기전자재료학회 2007추계학술대회논문집, p. 518, 2007
김병걸, 박수동, 김상수, "STACIR/AW 송전선의 장시간 운전에 따른 기계적 물성 변화", 한국전기전자재료학회 2004하계학술대회논문집, p. 1258, 2004
김상수, 김병걸, 장태인, 강지원, 이동일, 민병욱, "환경적 요인에 의한 노후 가공송전선의 특성 변화", 전기전자재료학회논문지, 19권, 3호, p. 287, 2006

원문보기 상세보기
Overhead Electrical Conductors-Calculation Methods for Stranded Bare Conductors, IEC Standard 1597
심응보 외, "송전 설계기준 제.개정 및 보완연구", 한국전력공사 전력연구원, p. 191, 2001
P. H. Schwabe and D. Pike, "The Measurement of Corrosion in Overhead Power Lines", ANTI-Corrosion, 1988
Persson, "Corrosion attack in midspan joints in ACSR transmission conductors", L.I. Electricity Distribution, 10th International Conference, Vol. 3, p. 259, 1989

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