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문제 정의
- 이러한 각각의 인자에 의한 영향을 파악하는 것은 대단히 중요하다 할 수 있다 [1,2]. 본 연구에서는 국내 산불 환경에 대한 정확한 자료 조사를 토대로 실제 산불의 온도 범위를 모의하여, 산불이 발생하였을 때 가공송전선의 Al(aluminium, 알루미늄) 도체가 받는 기계적, 전기적 특성의 변화에 대해서 확인하였다. 또한 전선의 종류에 따라 발생하는 직경차이에 의해 어떠한 차이가 발생하는지 ACSR (aluminium conductor steel reinforced, 강심 알루미늄 연선) 410, 240, 480 ㎟ 3종류 송전선의 Al 도체에 대해서 각각 결과를 비교해 보았다.
제안 방법
- 화염에 의해 열화 된 전선의 도전율 시험은 KSC 3002, IEC 1232 시험규정을 준하였으며, 300℃～800℃의 열화온도에서 각 시간대별로 시험편을 채취하여 도전율 시험을 실시하였다. 도전율은 더블브리지 또는 전위차계를 사용하였으며 시험편의 측정 길이는 규정에 따라 50 ㎝로 하였다. 측정 시 시험실 온도는 25℃로 일정하게 유지하였으며 9회 반복하여 평균을 산출하였다.
- 하지만 ACSR 410 ㎟ 가공송전선을 대상으로 한 실험에서 500℃ 보다 높은 노출 온도에서는 송전선의 수명이 너무 빨리 감소하여, 온도에 따른 영향을 조사하는 것이 큰 의미가 없다고 판단되었다 [3,4]. 따라서 ACSR 240, 480 ㎟ 가공송전선은 최대 500℃까지 온도에 따른 특성 변화를 확인하였다. 각각의 노출온도에 따른 열화 시간은 60분 안에 대부분 특성 변화에서 포화가 발생하였으므로 최대 60분 까지로 제한하였다 [5].
- 본 연구에서는 국내 산불 환경에 대한 정확한 자료 조사를 토대로 실제 산불의 온도 범위를 모의하여, 산불이 발생하였을 때 가공송전선의 Al(aluminium, 알루미늄) 도체가 받는 기계적, 전기적 특성의 변화에 대해서 확인하였다. 또한 전선의 종류에 따라 발생하는 직경차이에 의해 어떠한 차이가 발생하는지 ACSR (aluminium conductor steel reinforced, 강심 알루미늄 연선) 410, 240, 480 ㎟ 3종류 송전선의 Al 도체에 대해서 각각 결과를 비교해 보았다.
대상 데이터
- ACSR 가공송전 구성소재의 인장강도와 연신율을 측정하기 위하여 사용된 인장 시험기는 전선 전용 인장시험기인 3톤 용량 Zwicks사의 Z030시험기 (Zwick Roell AG, Germany)를 이용하였다[6].
- 시편은 국내에서 많이 사용되고 있는 가공송전선인 ACSR 410, 240, 480 ㎟의 Al conductor를 사용하였다. 시편 길이는 도전율 시험에서의 규정과 인장강도 시험의 규정에 적합하게 하기 위해 80 ㎝로 선정하였다.
- 시편은 국내에서 많이 사용되고 있는 가공송전선인 ACSR 410, 240, 480 ㎟의 Al conductor를 사용하였다. 시편 길이는 도전율 시험에서의 규정과 인장강도 시험의 규정에 적합하게 하기 위해 80 ㎝로 선정하였다.
- 시험편은 JIS Z 2201시험편규정을 따라 전체길이는 약 350 mm이며 시험편의 중심부에 100 mm의 extensor meter를 부착하였다. 시험실의 온도는 25℃로 일정하게 유지하였다.
데이터처리
- 시험실의 온도는 25℃로 일정하게 유지하였다. 시험은 7회 반복하여 인장강도와 연신율을 평균적으로 산출하였다. 시험의 진행과 결과는 컴퓨터에 의해 자동적으로 제어가 되고 시험이 진행되는 동안의 하중과 시험편의 길이변화는 자동적으로 저장된다.
이론/모형
- 화염에 의해 열화 된 전선의 도전율 시험은 KSC 3002, IEC 1232 시험규정을 준하였으며, 300℃～800℃의 열화온도에서 각 시간대별로 시험편을 채취하여 도전율 시험을 실시하였다. 도전율은 더블브리지 또는 전위차계를 사용하였으며 시험편의 측정 길이는 규정에 따라 50 ㎝로 하였다.
성능/효과
- 1. Al 도체가 300℃이상의 산불에 노출된 경우, 외관상으로 건전하더라도 실제 인장강도는 상당히 감소한 경우를 확인하였으며 이러한 강도 감소는 가공송전선의 하중 분담에 영향을 주어 전선 단선 및 수명 감소에 많은 영향을 줄 것이라 판단된다.
- 2. Al 도체가 산불에 노출된 경우, 도전율은 증가하는 거동과 증가 후 감소하는 거동을 나타내는데 도전율이 감소하는 거동이 나타났다면 그 전선은 수명이다 한 것으로 판단된다.
- 3. Al 도체의 직경에 따라 산불에 노출되었을 때 기계적 특성에 대한 영향을 살펴본 결과, ACSR 410 ㎟ 송전선의 Al 도체의 인장강도 특성과 다른 ACSR 480, 240 ㎟ 송전선의 Al 도체의 인장강도 특성이 많은 차이를 나타냈지만, ACSR 480 ㎟과 ACSR 240 ㎟ 송전선의 Al 도체의 인장강도 특성은 큰 차이가 발생하지 않은 것을 확인 할 수 있었다.
- 4. Al 도체의 직경에 따라 산불에 노출되었을 때 전기적 특성에 대한 영향을 살펴본 결과, 기계적 특성과는 상이하게 ACSR 410, 480 ㎟ 송전선의 Al 도체의 도전율 특성과 ACSR 240 ㎟ 송전선의 Al 도체의 인장강도 특성이 많은 차이를 나타냈지만, ACSR 410 ㎟과 ACSR 480 ㎟ 송전선의 Al 도체의 도전율 특성은 큰 차이가 발생하지 않은 것을 확인 할 수 있었다.
- 이 경우 역시 ACSR 480㎟ 전선과 동일하게 2가지 거동이 나타났다. 감소거동은 열화온도가 약 400℃를 넘어서면서 나타났으며, 열화시간은 약 10분을 경과하면서부터 나타나는 것을 확인 할 수 있다. 이러한 열화조건은 이미 인장강도 측면에서 충분히 수명이 다하는 조건임을 미리 확인하였다.
- 그림 3은 300℃～800℃ 인공열화 온도에서 열화시간에 대한 알루미늄도체의 전기전도도 변화를 나타낸 것이다. 건전한 알루미늄도체의 전기전도도는 61.3%IACS(International annealed copper standard, 국제구리협회에서 제정한 도전율 표기방식)로 한전규정 61.0%IACS를 충족하였다 [8]. 전반적으로 800℃열화 이외의 열화 온도에서 전기전도도는 약 0.
- 높은 열에도 불구하고 한전규정인 61%IACS 도전율을 만족하여 비교적 우수한 전기전도도 특성을 나타내었다. 다만 800℃ 1분 이상의 열화에서는 전기전도도가 감소하였다.
- 그리고 400℃의 경우, 약 24초가 소요되었으며 300℃의 경우는 약 188초가 소요되었다. 시험에 적용한 가장 낮은 온도인 200℃의 경우 ACSR 480 ㎟의 알루미늄 도체는 열화시간이 약 1시간이 경과해도 수명이 유지되는 특성을 확인 할 수 있었다.
- 0%IACS를 충족하였다 [8]. 전반적으로 800℃열화 이외의 열화 온도에서 전기전도도는 약 0.3% IACS 정도 증가한 후 변화를 나타내지 않았다.
- 열화온도가 증가하면 알루미늄 도체의 10% 인장강도 저하시간이 급격하게 빨라짐을 알 수 있다. 전체적인 수명감소 거동은 ACSR 480 ㎟과 ACSR 240㎟은 거의 유사한 거동을 보였고 ACSR 410 ㎟은 400, 500℃의 높은 온도에서 수명유지 시간이 월등히긴 것을 확인 할 수 있었다. 표 1은 알루미늄도체의 수명이 다한 교체시기를 열화 온도에 따라 나타낸 것이다.
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