개념 한 쪽
이 개념의 문항은 전선로의 지지물과 가선 조건, 전선 재료, 절연 부품을 다룬다. 경간 차에 따른 철탑 선택, 이도의 의미와 계산, 전선의 연속 사용 온도, 장경간용 전선, 가공지선과 풍압하중, 현수애자 개수를 판단하는 내용이 중심을 이룬다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「지중전선로의 배전방식」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 경간 차와 철탑 종류 | 1 | 불평형 장력을 지지하는 E 철탑을 가린다 |
| 이도의 의미와 영향 | 1 | 이도 크기에 따른 장력과 지지물 높이를 판단한다 |
| 전선 연속 사용 온도 | 1 | 일반 전선의 연속 사용 최고 온도를 고른다 |
지중전선로의 배전방식이라는 개념명 아래에서 재료는 전선로를 구성하는 지지물과 전선의 가선 조건을 묻는다. 전선로의 지지물 양쪽 경간 차가 크면 한쪽으로 당기는 힘이 달라져 불평형 장력이 생긴다. 이 불평형 장력을 버티도록 설계된 표준 철탑이 내장형이며, 형상이 알파벳 E자를 닮아 E 철탑이라고도 부른다. 직선형은 평탄한 직선 구간, 각도형은 선로가 꺾이는 곳, 인류형은 선로 끝에서 전선을 당겨 매는 곳에 쓰인다.
이도는 전선이 중간에서 아래로 처지는 정도이다. 이도가 크면 전선 장력은 줄지만 지면과의 안전거리를 확보하려고 지지물을 높여야 한다. 이도가 작으면 전선이 팽팽해져 장력이 커지고 바람이나 진동에 끊어질 위험이 생긴다. 이도가 크면 전선이 좌우로 크게 흔들려 상호 접촉이나 감김 현상이 생길 수 있다. 따라서 이도의 대소는 지지물 높이를 좌우한다.
전선에 전류가 계속 흐르면 열이 나고, 온도가 지나치게 올라가면 절연 피복과 접속 부분이 열화된다. 일반 전선의 연속 사용 최고 온도는 90℃로 제한된다. 120℃, 150℃, 200℃는 일반 전선 기준으로는 너무 높아 특수 내열 케이블에서나 볼 수 있는 값이다.
장거리 경간을 갖는 송전선로에서는 자중과 풍하중에 의한 인장하중이 커지므로 단선을 막을 인장강도가 필요하다. ACSR은 알루미늄 도체 안에 강선 심을 넣은 전선으로, 겉의 알루미늄이 전류를 옮기고 속의 강심이 무게를 지탱한다. 그래서 인장강도가 커서 장거리 송전선로에 널리 쓰인다. 경알루미늄선은 인장강도가 약해 장경간에 부적합하고, 중공전선은 코로나 손실을 줄이기 위한 것이라 인장강도와는 관련이 없다.
가공지선은 철탑 꼭대기에 설치하는 접지된 도선이다. 탑 최상부에 있으므로 번개는 주로 지선에 떨어지고, 전선을 정전용량적으로 감싸 유도뢰 전압을 낮춘다. 가공지선이 생기면 전선과 지선 사이 정전용량이 추가되어 대지용량은 증가하고 유도 전압은 감소한다. 1선지락 사고 때는 지락전류의 일부가 지선을 통해 돌아가므로 인근 통신선의 전자유도 장해를 덜어 준다.
풍압하중은 바람이 전선에 미는 힘으로, 풍압과 바람받는 면적과 표면계수를 곱해 구한다. 빙설이 적은 지방에서는 전선 지름 그대로 계산하여 Pkd/1000 kg/m가 된다. 빙설이 많은 지방에서는 얼음 두께를 고려해 지름에 2t를 더한 식을 쓴다. 현수애자는 전압이 높을수록 개수를 늘려 전압을 분담시키며, 345kV 1연 현수는 약 18~20개를 사용한다.
경간 200m의 수평 가공전선로에서 전선 1m의 하중이 2kgf이고 풍압하중이 없으며, 전선이 버티는 최대 장력이 4000kgf이고 안전율이 2.2이면 이도를 구한다. 허용 인장하중 T는 4000÷2.2≈1818kgf이고, 이도 D는 2×200²÷(8×1818)≈5.5m이다. 안전율로 나누는 것을 빠뜨리면 이도가 작게 나와 다른 보기로 빠진다.
경간 300m에서 이도를 8m로 유지할 때 지지점 간 전선 길이를 구한다. L=S+8d²/(3S)에 대입하면 300+8×8²÷(3×300)≈300.6m이다. 이도가 있으면 실제 전선 길이는 경간보다 조금 길어진다.
풍압하중 계산에서는 자중과 빙설하중을 수직 방향, 풍압하중을 수평 방향으로 구분한다. 두 방향의 하중을 단순히 더하지 않고 제곱합의 제곱근으로 합성해야 한다. 합성하중을 구한 뒤 이도 공식에 대입한다.
지중전선로인 전력케이블의 고장을 검출하는 방법으로 머리(Murray)루프법이 있다. 이 방법을 사용하되 교류전원, 수화기를 접속시켜 찾을 수 있는 고장은?
정답 ④ · 머리(Murray) 루프법은 전력 케이블의 1선 지락 고장 위치를 찾는 데 주로 사용되는 브리지 회로 방식입니다. 다만, 문제에서 교류 전원과 수화기(전화기)를 사용한다고 명시되어 있는데, 이는 일반적인 저항 브리지 방식인 머리 루프법의 특성과는 거리가 있으나, 수험생의 답안 선택과 기출 문제의 맥락을 고려하여 제시된 정답을 검증합니다.
머리 루프법에 교류전원+수화기를 쓰면 소리로 단선 고장점을 찾는다(직류+검류계는 지락).
가공 전선로의 전선 진동을 방지하기 위한 방법으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 가공 전선로의 진동 방지를 위해서는 진동 에너지를 흡수하는 댐퍼 설치, 클램프의 무게를 가볍게 하는 방법 등이 사용됩니다. 경동선을 ACSR(강심 알루미늄 교연선)으로 교체하는 것은 선로의 인장 강도나 허용 전류를 높이기 위한 목적이지, 진동 방지를 위한 대책으로는 거리가 멉니다.
전선 진동 방지는 댐퍼 설치·클램프 경량화 등 에너지 흡수 대책이고, ACSR 교체는 인장강도 향상이 목적이다.
송전선로는 장시간 연속 사용할 경우에 전선 접속 장소의 열화 등을 고려해서 허용 온도를 억제하고 있다. 다음 중 전선의 연속 사용 최고 온도로 가장 적절한 것은?
정답 ① · 송전선로를 포함한 전력 케이블의 허용 최고 온도는 전선의 절연 피복 재질과 열화 특성에 의해 결정됩니다. 일반적으로 송전용 가공 전선이나 특수 케이블을 제외한 일반적인 전력용 전선의 연속 사용 최고 온도는 약 60~90℃ 수준으로 규정되어 있습니다.
전선의 연속 사용 최고 온도는 절연재와 접속부의 열화를 고려해 90℃로 제한된다.
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