초록 ▼

가공송전선을 이루고 있는 Al 도체, 강심의 성능을 개선함과 전선 설계 기술을 확보함으로 전력에너지 수송의 효율성 제고와 에너지 절감을 위해 본 연구를 수행하였다. 먼저 Al 도체 기술은 Al 도체의 전기전도성을 개선하고, 고온에서의 내열성을 확보하는 것을 목표로 하고 있다.
제조된 송전선용 Al합금 도체는 가공공정과 석출물 종류 및 형상을 제어를 기본으로 하여 제 3원열 특성을 구현하였을 뿐만 아니라 재결정온도는 $61{\sim}62%$ IACS이며 도체 연속사용온도가 $230^{\circ}C$<

가공송전선을 이루고 있는 Al 도체, 강심의 성능을 개선함과 전선 설계 기술을 확보함으로 전력에너지 수송의 효율성 제고와 에너지 절감을 위해 본 연구를 수행하였다. 먼저 Al 도체 기술은 Al 도체의 전기전도성을 개선하고, 고온에서의 내열성을 확보하는 것을 목표로 하고 있다.
제조된 송전선용 Al합금 도체는 가공공정과 석출물 종류 및 형상을 제어를 기본으로 하여 제 3원열 특성을 구현하였을 뿐만 아니라 재결정온도는 $61{\sim}62%$ IACS이며 도체 연속사용온도가 $230^{\circ}C$인 고전도 고내열 특성을 구현하였을 뿐만 아니라 재결정온도는 $450^{\circ}C$. 단시간 사용온도는 $310^{\circ}C$, 인장계수는 179MPa. 선팽창계수는 $25{\times}10^{-6}/^{\circ}C$인 우수한 물성을 나타냈다. 이 합금을 이용하여 고전도, 고강도, 고내열성의 특성을 갖는 송전선용 Al합금전선을 개방하였다.
고질소강을 이용한 강심 개발에 있어서 가장 큰 난제는 질소의 함유량을 몇 %까지 높일 수 있는가하는 것이 관건이다. 질소는 철강에 고용시키는 것이 어려운 원소로 질소의 고용을 위해서는 망간을 첨가함으로서 가능하다. 상용화되어 있는 강종에서 질소의 농도는 양 2300ppm 정도이지만, 본 연구에서는 합금설계와 진공유도 용해법을 적용하여 질소의 농도를 약 8900ppm까지 높였고, 설계된 합금의 조서에서 다양한 기계적, 전기적 특성을 파악하여 전선으로 사용하기 위해 선재화를 이루었으며, 전선의 강심으로 적용 시 발생할 여러 요소에 대해 연구를 진행한 결과, 저손실 전선용 강심으로 적용할 수 있는 것으로 판단되었다.
전선 설계 프로그램 연구에서는 초기에 전선의 저손실화를 이루기 위한 알고리즘을 개발하였고, 이 알고리즘을 통하여 round type의 설계 프로그램을 제작하였고, 2단계에서는 저손실용 전선중에서 smooth body type의 전선 설계 프로그램을 완료하였다.
이상의 연구를 통하여 고온에서 전도성이 우수한 Al 합금 도체와 저손실 특성과 기계적 특성이 우수한 고질소강 강심을 적용하고, 또한 전선 형상의 최적화를 통하여 전력 에너지 수송시 발생하는 전기에너지의 절감에 기여할 수 있다고 예상된다. 또한 개발된 각각의 요소 기술들은 일부는 전선 제조사로 기술이 이관되었고, 추후 계속적인 기술이전을 통하여 개발된 기술의 상용화을 기하고자 한다.

Abstract ▼

The present work are carried out to save electric energy and improve efficiency of electric power supply. To satisfy the goal, the improvement methods of heat resistance and electrical conductivity of Al conduct wire and strength and manufacturing process of steel core material for power line were i

The present work are carried out to save electric energy and improve efficiency of electric power supply. To satisfy the goal, the improvement methods of heat resistance and electrical conductivity of Al conduct wire and strength and manufacturing process of steel core material for power line were investigated. in addition to these, design program for low loss conduct wire is developed.
As the result of present works,
for the property improvement of Al conductor wire, alloy design featuring Mm(misch metal) addition and control of phase precipitation. and deformation have been studied. as a result of that, new Al conductor for power line satisfied heat resistance and electric conductivity at the same time was developed and its properties were that continuous permission temperature was $230^{\circ}C$ and electrical conductivity was $61%{\sim}62%$IACS (International Annealed Cu Standard) and recrystallization temperature was $450^{\circ}C$ and tensile strength was 179MPa and linear thermal extension coefficient was $25{\times}10^{-6}/^{\circ}C$.
And As new the core steel for power line, high N contented steel is developed and the possibility as core steel of power line was estimated. from the present work, it is able to increase N solute content in matrix to maximum 8900ppm by alloy deign featuring Mn addition and using of VIM (vacuum induction-melting furnace) and success to apply for electric wire.
for the deign of low loss conduct wire, the algorism for low loss was developed. from the this algorism, the program for round type wire was developed and, finally, the deign program for smooth body type and compact type are developed.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...10
• CONTENTS...12
• 목차...14
• 제 1 장 연구개발의 개요...18
• 제 1 절 연구배경...18
• 제 2 절 연구개발 목표...21
• 제 3 절 연구추진 방법...21
• 1. 고전도 고내열 Al합금 도체 제조기술 개발...21
• 2. 고강도 비자성 강심 제조기술 개발...22
• 3. 전선 설계기술 개발 : 저손실 전선 설계용 프로그램 개발...23
• 제 4 절 연구개발의 필요성...23
• 1. 연구개발의 경제.사회.기술적 중요성...23
• 가) 기술적 측면...23
• 나) 경제.산업적 측면...25
• 다) 사회.문화적 측면...26
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...27
• 제 1 절 국내의 기술동향 및 수준...27
• 1. 고내열 고전도 Al합금 도체 제조기술 개발...27
• 2. 고강도 비자성 강심 제조기술 개발...27
• 3. 전선 설계기술 개발 : 저손실 전선 설계용 프로그램 개발...27
• 제 2 절 국외의 기술개발 현황...28
• 1. 고내열 고전도 Al합금 도체 제조기술 개발...28
• 2. 고강도 비자성 강심 제조기술 개발...29
• 3. 전선 설계기술 개발 : 저손실 전선 설계용 프로그램 개발...29
• 4. 전망...29
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...31
• 제 1 절 고내열 고전도 Al합금 도체 제조기술 개발...31
• 1. 개요...31
• 2. 주요 연구내용 요약...32
• 가) 제 1단계 연구요약...32
• 나) 제 2단계 1차년도 연구요약...33
• 다) 제 2단계 2차년도 연구요약...34
• 3. 연구 방법...36
• 가) 합금설계...36
• 나) 시편제조...37
• 다) 열처리...39
• 라) 냉간가공...39
• 마) 기계적 성질 측정...39
• 바) 열팽창계수의 측정...39
• 사) 전기비저항 측정...40
• 아) 전선의 신선에 따른 집합조직 형성 모의...41
• 4. 최적 합금설계를 위한 제 3원소 첨가량(Be, Mm) 제어...43
• 5. 냉각속도에 따른 강화원소 Zr성분의 변화 연구...47
• 가) 기술개요...47
• 나) 실험방법...48
• 다) 실험결과 및 고찰...52
• 라) 요약...56
• 6. 장시간 시효에 따른 Al-0.24wt% Zr 합금의 부위별 잔류응력 변화...62
• 7. 신선 가공된 전선의 집합조직...64
• 가) 개요...64
• 나) 신선공정조건에 따른 유한요소해석...66
• 다) 변형률 특성에 따른 집합조직의 변화...117
• 라) 요약...131
• 제 2 절 고강도 비자성 강심 제조기술 개발...132
• 1. 가공송전선의 특성...132
• 가) 가공송전선의 구성...132
• 나) 송전과 배전...133
• 2. 가공송전선의 기계적 특성...134
• 3. 가공송전선의 형태에 따른 특성...135
• 가) 조사연구대상의 기계적 특성...136
• 나) 전선의 신율의 종류와 정의...136
• 다) 전선의 영구 변형과 발생 기구...139
• 4. 응력과 연신...149
• 가) 단선...149
• 5. 가공송전전용 강심 재료...155
• 가) 스테인리스강의 진보...155
• 나) 스테인리스강의 특성...156
• 6. 가공송전선용 강선의 특성...164
• 가) 고탄소강과 고강도 비자성강의 특징...164
• 나) 고탄소강과 고강도 비자성 강선의 특성...176
• 7. 가공송전선용 강선의 연선 특성...227
• 가) 단선과 연선의 특성...227
• 나) 고탄소강 및 고강도 비자성강의 연선 특성...235
• 8. AW 고강도 비자성강의 특성...245
• 가) 단전의 AW 기술과 특성...245
• 나) AW 소선의 특성...249
• 9. AW 연선의 특성...266
• 가) 인 제 3 절 저손실 대용량 전선 설계용 프로그램 개발...271
• 1. 전선설계의 일반적인 고려사항...271
• 가) 점적율(Fill factor)...271
• 나) Clearance Factor...271
• 2. 저손실 대용량설계 기법 및 알고리즘...275
• 가) 심선에서 발생되는 자계계산...275
• 나) 불균형 토크계산...276
• 다) 형상 구성 알고리즘 및 파라메터...279
• 3. 형상구성을 위한 파라메터...279
• 가) clearance factor...279
• 나) 연정 (lay factor)...279
• 다) 연입률(lay ratio)...280
• 라) 소선의 외경...281
• 4. 특성계산 방법 및 적용...281
• 가) 허용 전류의 계산...281
• 나) 인장강도의 계산...282
• 다) 전기 저항의 계산...282
• 라) 중량 계산...282
• 5. 형상구성 알고리즘...282
• 6. 설계 프로그램...285
• 가) 프로그램의 개요...285
• 나) 프로그램의 구성 및 사용법...286
• 7. 설계된 저손실 대용량 전선의 특성 및 검토...294
• 8. 요약...303
• 제 4 절 고강도 비자성강의 강심 적용...303
• 1. 고강도 비자성강의 강심 적용성 검토...303
• 가) 강심알루미늄 연선(ACSR)...303
• 나) 알루미늄 피복 강심 알루미늄 연선(ACSR/AW)...306
• 다) 고강도 비자성강의 적용성...308
• 라) 고강도 비자성강의 강심 설계 적용...309
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...316
• 제 1 절 목표달성도...316
• 제 2 절 관련분야의 기여도...317
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...318
• 제 1 절 기술적 측면...318
• 제 2 절 경제.산업적 측면...318
• 제 3 절 활용 분야...319
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...321
• 제 7 장 참고문헌...322