[논문]가스절연 송전선로의 허용전류에 대하여

남석현; 심성익; 안미경; 박신우; 장태인

가스절연 송전선로의 허용전류에 대하여
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남석현 (LS 전선(주)) , 심성익 (LS 전선(주)) , 안미경 (LS 전선(주)) , 박신우 (LS 전선(주)) , 장태인 (한국전력공사 전력연구원)

본 논문에서는 345kV 가스절연 송전선로(GIL)의 도체, 외함 및 절연가스에 대한 열전달 특성을 검토하여 목표 허용전류를 충족하는 GIL 규격 설정 및 이의 제품 설계에 반영한 결과를 보고한다.

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문제 정의

국내에서는 아직 혼합 절연가스 및 가스절연 송전선로에 대한 연구가 미약하나, 가공송전선과 일대일 매칭이 가능한 대용량 제품인 점과 자동 재폐로가 가능한 점 등으로 인하여 연구가 시작되고 있다. 본 연구에서는 345kV 친환경 가스절연 송전선로의 허용전류를 검토하여 목표 허용전류를 충족하는 도체, 외함 및 혼합절연가스의 규격을 설정하여 연구개발에 반영하고자 한다.

제안 방법

2차 계산 시에는 이 역산된 온도를 바탕으로 다시 각 파라메타의 값을 구한 후 상시허용전류를 구하고, 이를 다시의 열모델에 적용하여 도체 및 외함 온도를 역산하였다.
따라서, 본 연구에서는 1차 계산 시 도체 및 외함의 최고 허용온도인 10 5C와 70℃를 입력하여 상시허용전류를 구하고, 이 전류를의 열모델에 적용하여 도체온도 및 외함 온도를 역산하였다.
하지만, 도체의 두께는 본 연구의 상시허용전류에 따라 결정될 수 있으며, 외함의 두께는 상시허용전류와 밀접한 관련을 갖는다. 본 연구에서는 혼합가스 및 에폭시 절연 물의 절연 특성과 발생 이물의 거동을 억제할 수 있는 전기적 특성 및 기타 외함과 관련된 기계적 특성을 고려하여 도체 외경은 180mm, 외함 내경은 500mm로 결정하였다. 이후 상시허용전류 4000A를 만족하는 도체 두께를 결정하기 위하여 도체 두께를 변경시키며 상시허용전류를 구한 결과를 그림 3에 표시한다.

대상 데이터

본 연구에서 검토한 GIL은 전력구 포설 345kV 4000A급 단상 GIL로서 절연 가스는 SF6 20%, N₂ 80%의 친환경 절연가스를 사용한다. 내부 도체는 대전류가 흐를 때 표피효과예 의한 열손실을 최소화하고 무게가 가벼운 튜브 형태의 고전도성 알루미늄 합금이며, 외함은 도체와 동심원을 형성하며 도체를 둘러싼 튜브 형태의 알루미늄 합금이다.

성능/효과

2.2절의 상시허용전류 계산 수식을 살펴보면 모든 파라메타가 도체와 외함의 온도에 의존성을 띄고 있음을 알 수 있다.
정립할 수 있었다. GIL 내부 및 외부의 열전달은 고체와는 달리 대류 및 복사에 의존하며, 이는 도체 및 외함의 온도와 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다. 따라서, GIL 허용전류 계산에 있어 반복 계산을 통한 이전 계산 온도와 이후 계산 온도의 오차가 최소가 되도록 하여야 함을 알 수 있었다
GIL 내부 및 외부의 열전달은 고체와는 달리 대류 및 복사에 의존하며, 이는 도체 및 외함의 온도와 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다. 따라서, GIL 허용전류 계산에 있어 반복 계산을 통한 이전 계산 온도와 이후 계산 온도의 오차가 최소가 되도록 하여야 함을 알 수 있었다
본 연구를 통하여 GIL의 상시허용전류의 계산과 이를 설계에 응용하는 프로세스를 정립할 수 있었다. GIL 내부 및 외부의 열전달은 고체와는 달리 대류 및 복사에 의존하며, 이는 도체 및 외함의 온도와 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다.
본 연구를 통하여 향후 국내 도입이 가능한 345kV 4000A 급 GIL 설계를 성공적으로 수행할 수 있었다.
2차 계산 시에는 이 역산된 온도를 바탕으로 다시 각 파라메타의 값을 구한 후 상시허용전류를 구하고, 이를 다시<그림 2>의 열모델에 적용하여 도체 및 외함 온도를 역산하였다. 이 과정을 반복하여 이전 차수의 도체 및 외함 온도와 이후 차수의 도체 및 외함 온도의 차이가 O.OOFC 이내의 오차가 생길 때까지 반복 계산하여 상시허용전류 및 도체온도, 외함 온도를 산출할 수 있었다.

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