[논문]절연내전압 증대를 통한 낙뢰고장 저감효과 분석

민병욱; 김태영; 박봉규; 최진성; 강연욱; 박광욱; 배현권

절연내전압 증대를 통한 낙뢰고장 저감효과 분석
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민병욱 (한국전력공사) , 김태영 (한국전력공사) , 박봉규 (한국전력공사) , 최진성 (한국전력공사) , 강연욱 (한국전력공사) , 박광욱 (한국전력공사) , 배현권 (한국전력공사)

최근 15년간의 우리나라에 발생했던 낙뢰데이터를 분석해 보면 매년 낙뢰빈도와 낙뢰크기가 증가하고 있다. 154kV 송전선로의 경우 낙뢰고장률이 '01년도 0.93건/c-km 년에서' 10년도 2.75건/c-km 년으로 급증하였다. 이에 낙뢰고장을 저감하기 위한 다방면의 검토가 요구되고 있다. 본 논문에서는 낙뢰고장 저감 대책 중 하나로 낙뢰고장의 다수를 차지하고 있는 역섬락을 감소시키기 위하여 역섬락을 발생시키는 절연거리를 증가시키는 방안을 검토해보고자 한다. 또한 현재 운영 중인 아킹혼 설치기준 및 애자련 보호효과 등에 대해서도 체계적인 검토가 필요한 시점이다.

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문제 정의

본 검토에서는 적정한 혼 능률을 유지하고, 애자수량 증가에 맞춰 아킹혼 간격을 증대함으로써 154kV 송전선로 낙뢰고장 저감효과를 분석하고자 한다. 현재 154kV 송전선로의 아킹혼 간격은 1,120[mm]로 일정하게 적용하고 있으나 철탑 모형의 변경 없이 애자증결 및 적정 혼능률 76.
본 논문에서는 낙뢰에 의해 자주 발생하는 역섬락 고장을 줄이기 위한 노력의 일환으로 절연내전압 증대를 고안하였다. 절연설계기준의 변경이 없는 조건에서 낙뢰고장을 저감하기 위한 방안으로는 애자증결을 통하여 아킹혼 간격을 조정하는 것이다.

제안 방법

2.3 아킹혼 간격 조정 검토조건에서의 CASE1∼CASE6의 조건에 따른 뇌사고율을 154kV의 2회선과 4회선으로 구분하여 그 결과를 산출하였고 그 결과는 와 같다.
우리나라의 경우도 일본과 같이 최근 4년간의 아킹혼 섬락 및 애자섬락 고장의 비율을 통계적으로 분석하였으며 그 결과는 에서 보여주고 있다.
일본의 경우에는 적정한 혼능률 결정을 위해 아킹혼 운영실적 분석자료를 활용하였는데, 일본의 동경전력, 관서전력, 중부전력에서 발생한 섬락사고를 종합분석하여 와 같이 혼능률에 따른 애자사고 발생 비율을 산출하였다.

성능/효과

그 결과에 따르면 아킹혼의 혼능률은 75∼80%가 적정함을 알 수 있으며, 상기의 연구보고서에서도 이 자료를 근거로 154kV 송전선로의 적정 혼능률을 76%로 정하였고, 애자수량에 관계없이 아킹혼 간격을 1,120[mm]로 일정하게 적용하여 운영하고 있다.
송전설비 운영 현장에서는 아킹혼 편회선 설치를 통한 차등절연을 시행할 계획이지만, 검토결과 편회선 설치의 효과는 미비한 것으로 나타났다. 이킹혼 길이와 아킹혼이 없는 애자련의 길이와의 편차 정도로 역섬락을 현저히 줄여줄 정도의 차이는 아니며 오히려 미설치 부분에서의 애자련 탈락으로 영구고장 발생 가능성이 높아진다.
<표 4>의 결과와 같이 오손지구별로 1개 애자련에 설치된 애자수량에 무관하게 아킹혼 간격을 혼능률 기준으로 통일화한 결과 154kV 2회선의 경우 약 39%, 4회선의 경우 약 31%의 뇌사고율 저감효과를 나타냈다. 혼능률은 애자련 보호 효과를 보증하는 한도내에서 오손지구에 관계없이 일정하게 운영하는 것이 낙뢰고장을 최소화하는 방안임을 시뮬레이션을 통하여 알 수 있었다.
이를 혼능률 76.5%로 통일화하여 검토한 결과 뇌사고율을 30~39%까지 줄일 수 있었다. 또 아킹혼은 설치 목적인 애자련 보호를 위해 2회선 동시설치가 필요하며, 한쪽 회선에 송전용 피뢰기를 설치하면 양회선 동시고장 예방과 더불어 차등절연의 효과도 얻을 수 있다.
<표 4>의 결과와 같이 오손지구별로 1개 애자련에 설치된 애자수량에 무관하게 아킹혼 간격을 혼능률 기준으로 통일화한 결과 154kV 2회선의 경우 약 39%, 4회선의 경우 약 31%의 뇌사고율 저감효과를 나타냈다. 혼능률은 애자련 보호 효과를 보증하는 한도내에서 오손지구에 관계없이 일정하게 운영하는 것이 낙뢰고장을 최소화하는 방안임을 시뮬레이션을 통하여 알 수 있었다.

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