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문제 정의
- 본 연구에서는 국내 산불 환경에 대한 정확한 자료 조사를 토대로, 실험 조건을 실제 국내 수목 지역 산불 조건과 유사하게 모의하였다. 그리고 인공 화염 장치를 이용하여 산불과의 이격거리에 따라가공송전선과 대기가 받는 영향을 온도거동과 외관 변화, 전기적, 기계적 특성 변화를 통하여 확인하여 보았다.
- 이러한 가공송전선 설계 높이는 그 목적이 수목과 가공송전선의 접촉에 따른 피해 즉, 방전 및 손상 등을 막기 위한 것이다. 하지만 산불이 발생하게 되면 고려되지 않은 화염이 발생하게 되고 그평균 높이는 약 15 m 이상이다.
제안 방법
- 가공송전선은 화염에 대해 0~80 cm까지 10 cm간격으로 설치되었다. 결과는전체적으로 비슷한 거동을 보였으므로 가장 대표적인 거동인 20, 50 an 위치조건을 비교하였다. 온도는 미리 실험방법에서 제시했듯이 표면과 내층 A1 도체와 아연도금강심의 접촉점, 2위치에서 살펴보았다.
- 산불 조건과 유사하게 모의하였다. 그리고 인공 화염 장치를 이용하여 산불과의 이격거리에 따라가공송전선과 대기가 받는 영향을 온도거동과 외관 변화, 전기적, 기계적 특성 변화를 통하여 확인하여 보았다.
- 나타내고 있다. 노출시간은 발화 후 자연연소까지로 하였다. 가공송전선은 화염으로부터 20 cm와 50 cm 위치에 고정하였다.
- 대기온도는 인공화염 시험기내에 화염으로부터위쪽으로 10 cm간격으로 약 15개의 열전대를 부착하여 측정하였으며, 가공송전선의 온도는 각 시편당 2개의 열전대를 부착하여 측정하였다. 가공송전선의 온도측정위치는 2군데였는데 그 첫 번째 위치는 전선표면이었고 두 번째 위치는 아연도 금강심과 내층알루미늄 도체의 접촉면이었다.
- 장치 내부에는 전선 및 대기온도를 측정할수 있게 10 cm간격으로 거취대를 설치하였다. 따라서 실제 산불의 온도와 유사하게 모의 되어진 산불에 대해서 10 cm간격으로 0 ~ 80 cm까지 가공송전선의 외관 및 온도, 전기적, 기계적 특성 변화를 확인할 수 있게 제작하였다. 그림 1은 인공화염 시험 장치의 외관과 내부의 사진이다.
- 온도는 가공송전선과 화염의 방향에 따라서도 상당히 상이한 분포를 나타내었다. 따라서 화염과 열전대는 항상 수직(90。)각도를 유지하며 온도를 측정하였다.
- 따라서 가공송전선은 산불 발생시 충분히 화염에 노출이 가능하다는 결론에 도달한다. 본 실험에서는 화염과 전선이접촉한 조건을 이격거리 0으로 판단하여 조사하였다.
- 410 i血에 적용하였다. 시험편의 길이가 길면 시험장치가 대형화 되어야 하는 문제가 있기 때문에 시험용 가공송전선의 길이는 인공화염 시험장치의 크기를 고려하여 50 cm로 축소 설정하였다.
- 결과는전체적으로 비슷한 거동을 보였으므로 가장 대표적인 거동인 20, 50 an 위치조건을 비교하였다. 온도는 미리 실험방법에서 제시했듯이 표면과 내층 A1 도체와 아연도금강심의 접촉점, 2위치에서 살펴보았다. 열원은 자작나무를 사용하였다.
- 열전대는 전선을 구성하고 있는 소선을 벌려 삽입하였다. 이과정에서 전선의 손상이 발생할 수도 있으므로 같은 조건에서 시편의 종류를 온도 측정용 시편과전기적, 기계적 특성 확인용 시편으로 제작하였다.
- 예산에서발생된 산불의 연소진행속도는 75 m/min으로 측정되었다. 하지만 연소진행속도는 바람에 의한 영향을 고려할 때 시험의 인자이지만 본 인공 화염 시험 장치에서는 바람에 의한 영향을 고려하지 않아 산불의 이동이 없기 때문에 적용하기가 적합하지 않다는 판단 아래 본 연구에서는 인위적인 풍속이나 풍량을 가하지 않은 자연연소상태에서 실험 하였다. 시험 시간은 발화로부터 자연 냉각되어 가공 송전선의 온도가 100 ℃이하로 감소할 때까지였다.
- 열원은 자작나무와 LPG, 2가지를 사용하였다. 화염과의 이격거리는 화염과 접촉한 상태인 이격거리 0에서 10 cm단위로 조사하였으며 결과는 전체적으로 거동이 비슷하여 대표적인 거동을 보이는 이격거리 0, 50, 80 cm 3가지 조건을 비교하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 국내 산불의 특징을 조사하고 이를 모의하여 국내에서 많이 사용되고 있는 가공송전선인 ACSR(Aluminum Strand Conductors Steel Reinforced) 410 i血에 적용하였다. 시험편의 길이가 길면 시험장치가 대형화 되어야 하는 문제가 있기 때문에 시험용 가공송전선의 길이는 인공화염 시험장치의 크기를 고려하여 50 cm로 축소 설정하였다.
- 따라서 내부온도는 화염 중심부 주변 대기최고온도를 약 800 ℃로 제어 하였다. 열원으로 사용한 연료는 국내 대표 수종 중 한가지인 자작나무였다.
- 온도는 미리 실험방법에서 제시했듯이 표면과 내층 A1 도체와 아연도금강심의 접촉점, 2위치에서 살펴보았다. 열원은 자작나무를 사용하였다. 그리고 50 cm 이격조건에서 온도 최고점 부분에서 약간의 흔들림이 발생하였다.
- 열원은 자작나무와 LPG, 2가지를 사용하였다. 화염과의 이격거리는 화염과 접촉한 상태인 이격거리 0에서 10 cm단위로 조사하였으며 결과는 전체적으로 거동이 비슷하여 대표적인 거동을 보이는 이격거리 0, 50, 80 cm 3가지 조건을 비교하였다.
이론/모형
- 인공 화염 시험장치의 내부 온도는 선행연구[1] 를 참고로 하여 설정하였다. 선행연구에서 국내 수목 지역 산불의 최 고 온도는 약 1200 ℃ 였고 대기 온도는 약 800 ℃ 였다.
성능/효과
- 4. 산불에 노출되어진 가공송전선의 인장강도는 약 400 "C의 전선표면온도를 보인 이격거리 20 cm 의 경우, A1 도체 내부와 외부 모두 신전선의 39~42 %의 인장강도 잔존율을 보였다. 그리고 전선 표면의 온도가 300 ℃ 정도까지 상승하는 이격거리 50 cm의 경우, A1 도체의 인장강도 잔존율은 81.
- 1. 인공화염 시험장치를 이용하여 온도 분포를 측정하였을 때, 대기 온도는 약 10분간의 온도 상승 구간을 형성한 후 약 5분간 최고 온도 구간을 유지하고 그 이후 감소하는 거동을 보였다. 산불과의 이격거리가 증가함에 따라 약 750 ℃ 에서 감소하였다.
- 2. 산불에 노출되었을 때, 그으름에 의한 코팅층은산불과의 이격거리 20 cm에서는 외부, 내부 A1 도체까지 형성되었고 이격거리 50 on에서는 외부 A1 도체에만 형성되었다. 아연도금강심은 두경우 모두 코팅층이 형성되지 않았다.
- 3. 산불에 노출되어진 가공송전선의 도전율은 그으름에 의해 코팅층이 형성되어진 시편의 경우 약 0.5-1 %IACS 정도 감소하는 거동을 보였다. 하지만 코팅층이 형성되지 않은 시편의 경우 약 0.
- LPG를 열원으로 사용한 경우, 대기온도는 급격한 온도상승이후 약 900 ℃에서 일정하게 유지되면서 시간에 무관하게 지속적인 경향을 보였고 자작나무를 열원으로 사용한 경우, 대기온도는 이격거리에 따라 약 5~10분이 경과한 후 최고 온도까지 상승하였고 그 온도가 약 5분간 유지된 후 서서히 감소하는 거동을 보였다. 최고온도는 이격거리 증가에 따라 감소하는 거동을 보였는데, 화염과 접촉하는 이격거리 0조건에서는 최고온도가 약 750 ℃였고 이격거리 80 cm조건에서는 약 500 ℃ 였다.
- 산불과의 이격거리가 증가함에 따라 약 750 ℃ 에서 감소하였다. 가공송전선의 온도는 산불과의 이격거리가 증가함에 따라 약 400 ℃에서 감소하는 거동을 보였으며 가공송전선 내부에서도약 20 -40 笆사이의 편차를 보였다. 그리고 가공송전선의 온도는 대기 온도의 약 55 - 65 %로나타났다.
- 따라서 이격거리 30 cm 증가에 약 100 ℃ 의 온도 감소를 보였다. 같은 이격거리 가공송전선의 측정 위치(표면과 아연도금강심과 A1 도체의 접촉점)에 따라서도 약 20 -40 ℃의 편차를 보였으며 이격거리가 증가함에 따라 내부 편차도 증가함을 알 수 있었다. 따라서 산불에 의한 열은 가공송전선에 침투하는 과정에서 어느정도 온도 감소가 일어나고 이격거리가 증가함에 따라 더욱 침투하는 것이 어려
- 대기온도는 약 1000 ℃ 에서 400 ℃까지 감소하였고가공송전선 온도는 약 500 ℃ 에서 260 笆 까지 감소하였다. 두 온도는 공통적으로 이격거리에 따라감소하는 유사한 거동을 나타내었으며 가공송전선온도는 대기온도의 55 ~ 65 % 사이에서 발현되었다. 이것은 대기와 가공송전선의 열용량 차이에따른 것으로 판단된다.
- 하지만 산불이 발생하게 되면 고려되지 않은 화염이 발생하게 되고 그평균 높이는 약 15 m 이상이다. 따라서 가공송전선은 산불 발생시 충분히 화염에 노출이 가능하다는 결론에 도달한다. 본 실험에서는 화염과 전선이접촉한 조건을 이격거리 0으로 판단하여 조사하였다.
- 이것은 대기와 가공송전선의 열용량 차이에따른 것으로 판단된다. 따라서 국내 수목지역 산불발생시, 가공송전선은 약 500 P이하로 열화 되어진다는 결론을 얻었다.
- 8 %를 보였다. 따라서 코팅층은 인장강도에 영향을 주지 않고 열만 영향을 준다는 결론을 얻을 수 있었다.
- 이격거리 50 cm에 위치한 가공송전선의 인장강도는 신전선에 비하여 알루미늄 도체가 약 81.5- 82.8 % 수준을 유지하고 있으며, 아연도금 강심이 99 %이상으로 높게 나타났다. 아연도금 강심의 경우 열화가 진행되지 않았다.
- 하지만 온도가 증가하는 시간대가더 길고 온도 감소 시간이 더 길다는 차이가 있었다. 이격거리가 증가함에 따라 최고 온도는 감소하는 거동을 보였으며 온도가 가장 높은 가공송전선표면의 온도를 비교해보면, 이격거리 20 cm일대 약 400 ℃였고 이격거리 50 cm일때 약 300 ℃였다. 따라서 이격거리 30 cm 증가에 약 100 ℃ 의 온도 감소를 보였다.
- 전체적인 거동은 서서히 온도 증가 후 최고점에서 약간 유지되고 서서히 감소하는 대기온도 거동과 비슷하였다. 하지만 온도가 증가하는 시간대가더 길고 온도 감소 시간이 더 길다는 차이가 있었다.
- 따라서 코팅층이 도전율 감소에 영향을 미친다는 것을 검증한 결과라 할 수 있다. 코팅 층이 형성되지 않은 아연도금 강심의 도전율은 이격거리에 무관하게 도전율이 신전선의 도전율과 유사하거나 약 0.2 %IACS 증가하였다. 이는 앞에 설명한 열에 의한 도전율 변화 거동과 유사한 결과로 원인은 동일하다 할 수 있다.
- 시편은 이격거리 20 cm에서 볼 수 있듯이 불꽃이 지속적으로 가열이 되면 매끈한 온도 곡선을 나타내지만 불꽃이 흔들리는 현상이 발생하면 온도가 올라가다 감소하는 거동을 연속적으로 나타내며 전체적인 온도 증가 구간에서 약간의 흔들림 구간을 형성하게 된다. 하지만 여러번의 반복 실험을 통하여 이러한 흔들림 구간이 전체적인 시편의 특성에는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 흔들림 구간은 불꽃이 존재하지 않거나 불꽃이 많이 약해지는 온도 감소 구간에서는 나타나지 않는것도 이러한 이유이다.
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