KR20120133766A - 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배전선로 시공공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 겸용선로(가공지선 겸용 중성선을 갖는 선로)를 이용한 배전선로 시공시 매 전주마다 112~300Ω의 접지 저항값으로 각각의 전주에 접지 시공하므로, 직격뢰는 물론 유도뢰에 의한 선로에 미치는 영향을 최소화 할 수 있으며, 접지시공시 저감제나 심타용 접지봉 또는 도전성콘크리트 접지봉 등의 사용 없이도 접지 시공이 가능하게 하며, 토질과 주변 환경에 따른 영향에도 견딜 수 있는 저항치를 얻을 수 있으며,
또한, 충분한 접지 저항값의 확보로 계절에 따른 또는 기타의 원인으로 생기는 저항치의 상승에 따른 보강공사의 발생을 방지하고, 이로 인한 접지 시공 및 보강에 따른 경제적인 손실을 감소시킬 수 있게 한 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법에 관한 것이다.

Description

매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법 {Method for installing overhead earth wire which severs as distribution line by earthing every utility pole}

본 발명은 배전선로 시공공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중성선 다중접지 방식의 가공지선 겸용 중성선을 갖는 배전선로의 각각의 전주에 접지시공을 하고, 그 접지시공에 따른 접지 저항값을 높게 형성하더라도, 직격뢰와 유도뢰에 의한 선로에 미치는 영향을 최소화 하면서도, 접지시공시 그 접지 저항값의 확보가 매우 용이하게 한 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법에 관한 것이다.

전기는 우리의 생활에 필수 수단으로서 문명의 발전과 더불어 현대사회는 시대적으로 고품질의 전력을 요구하고 있어 작업정전은 물론이고 순간적인 불시정전도 국민생활에 큰 불편과 기업생산 활동에도 막대한 지장을 초래하고 있어 정전을 방지하고자 국가적인 차원의 노력을 하고 있는 실정이다.

이러한 정전사고 방지노력의 일환으로 전국의 호당 평균정전시간이 년간 100분대에서 19분대로 매우 크게 감소하여 현재에 이르고 있으나,

첫째로 가장 큰 비중을 차지하던 작업정전은 무정전공법의 개발과 적용으로 해결되었고,

둘째로 기자개 불량으로 인한 정전을 고품질의 자재개발 및 보급으로 크게 감소되었으며,

셋째는 외물 접촉으로 인한 정전인데 이는 선로의 절연화 및 단순 조류고장 회피형 장주[점퍼선 하향장주 및 L.H.C 시공법 등]과 구제(驅除: 까치를 총으로 쏘아 없애는 방법)로 다소나마 해소되었으나, 아직도 순간정전의 원인으로 추정되며,또한 총기 사용으로 인한 안전사고 위험 및 환경보호단체의 민원도 무시할 수 없는 현실이며,

넷째는 낙뢰로 인한 정전사고로서 이는 1990. 2. 7 한국전력공사의 설계기준[3800] 배전선내뢰기준[잠정]을 제정운영하여 배전선로의 낙뢰방지를 위한 배전선로의 내뢰대책은 유도뢰뿐만 아니라 직격뢰도 보호대상으로 하여 가공지선 설치를 기본으로 하고, 공급신뢰도를 높이기 위해서 피뢰기 등의 설치를 병행함으로서 크게 해결되었다.

다섯째는 기타 정전사고가 태풍, 수해등의 자연재해와 고객설비 불량, 일반인과실, 작업자과실, 원인불명 등이 차지하고 있는 현실이다.

상기에서 열거한 바와 같이 아직도 정전사고 방지를 위하여 해결해야 할 산적한 문제점들이 아주 많다는 사실을 알 수 있다.

그 중에서, 첫째는 아직도 "까치와의 전쟁"을 치러야 하는 현실과 원인 불명이라고 치부하는 사고의 대부분이 조류로 인한 외물접촉사고로 추정되고 있는 현실이며, 단순 조류고장 회피형 장주설치로 인하여 구조역학적으로 지지물과 전선의 설치하중이 편심되어 불안정하게 시공하거나 낙뢰차폐 보호각을 벗어나는 시공으로 인하여 태풍과 수해등의 자연재해에 구조역학적 취약성을 드러낸 상황에 처한 것이다.

둘째는 한국전력공사에서 전력품질향상을 위하여 1990. 2. 7. 배전선내뢰기준을 제정하고, 배전선로의 낙뢰사고 방지를 위한 배전선로의 내뢰대책을 유도뢰 뿐만 아니라 직격뢰까지도 보호대상으로 하여 가공지선 설치를 기본으로 변경하여 시행였으나 기존의 배전선로에 가공지선을 추가로 시공하기 위하여 부득이 전주위에 완금으로 계주(전주와 완금을 묶어서 연장함)하여 가공지선을 설치하게 되었고, 또한 가공지선지지대(소형 강판주)를 개발하여 전주를 잇는 공법을 계속하여 사용함으로서 이어 올린 완금이나 강판주가 기초 안전율이 부족한 경우에는 지선등에 의하여 안전율을 보지할 수 있도록 보강하여야 하나 이에 미흡하여, 태풍과 같은 재해에 쉽게 붕괴되는 취약성이 있다.

이는, 과거 자금이 부족한 경제개발시대의 어려운 환경에서 필요한 지상고를 얻기 어려운 경우에 할 수 없이 사용하던 단계주나 인형주의 구시대적인 시공법을 경제력이 있는 현재에도 누더기처럼 사용하는 현실일 뿐만 아니라 편출용 가공지지대까지 개발하여 전선로에 적용하고 있으나 완전편출장주에는 낙뢰보호 차폐각을 확보하지 못하는 한계가 있는 등 이들 문제점을 모두 해결할 더욱 견고하고 완벽한 공법을 필요로 하게 되었다.

또한 정전사고 중 까치의 산란기에 발생하는 외물접촉사고와 원인불명사고가 전체고장의 약 43％를 차지하고 있으나, 사고방지 노력에도 불구하고 사고는 줄지 않고 있으며 방지대책 또한 엽사를 동원하여 까치를 구제하는 환경생태계 보호에 역행하는 방법과, 배전선로의 시공방법(일명 L.H.C. 공법, 하향점퍼시공) 또한 충분한 과학적 검토 없이 무분별한 시공으로 인하여 오히려 위해설비를 확대하고 있는 실정이며, 새로운 기자재의 개발과 더불어 재활용이 가능한 철거자재를 무조건 폐기함으로서 자원의 낭비는 물론이고 환경오염을 부채질하고 있고, 22.9KV 다중접지 방식에서 가공지선과 중성선은 매 전주마다 서로 연결되어 있어 위치만 다를 뿐 같은 기능으로 중복 투자되고 있어 불필요한 가공지선 설비로 지지물에 하중을 증가시킬 뿐만 아니라, 계주방식의 시공으로 불안정한 전력시설물로 자연재해에 취약하며 지지물의 지상고 확보에도 문제점이 있다.

상기와 같은 종래의 전주 및 이를 이용한 배전선로를 살펴보면 도 1의 도시와 같이, 상단에 가공지선 지지대(22)가 설치되고, 그 하측에는 다수의 애자(24)를 구비한 완금(23)이 설치되며, 그 하부에 랙크(26)가 설치된 전주(10)를 지면에 다수 설치하고, 가공지선 지지대(22) 상단에는 가공지선(21)을 연결하고, 완금(23)의 애자(24)에는 전력선(25)을 연결하며, 랙크(26)에는 중성선(20)을 결합한 것이다.

상기와 같이 구성된 종래의 전주 및 이를 이용한 배전공법의 문제점을 상세히 설명하면 다음과 같다.

첫째로 불안정한 조류고장 회피형 시공으로 전력시설물이 취약하게 되어 자연 재해 피해가 확대되는 데 그 이유를 상세히 설명하면 다음과 같다.

우리나라의 배전선로는 각종 공학적, 과학적 근거에 따라 한국전력공사에서 1975. 7. 1. 부터 배전분야 설계기준을 제정하여 공사품질을 확보하고, 자연재해에 충분히 견딜 수 있도록 설계, 시공, 검사에 다음과 같이 적용하고 있는데, 전선로의 지지물로 사용하는 콘크리트주와 완철류의 강도는 가섭선(가설하여 당겨지는 힘을 받는 전선)의 외경합계, 경간 및 풍압하중에 따라 적정 설계하중의 것을 선정한다는 것이 바로 그것이며, 이 경우 장래의 회선증가, 장체, 절연화에 의한 전선의

외경합계의 증가를 고려해야 하며, 각 부재에 대한 이들의 하중 중 그 부재에 큰 응력이 생기는 부분의 하중을 채택하도록 하고 있다.

또한, 풍압이 전선로 직각의 방향에 가해지는 경우의 하중은 수직하중 및 수평 횡하중이 동시에 가해지는 것으로 하며, 풍압이 전선로의 방향에 가해지는 경우의 하중은 수직하중, 수평종하중 및 수평각하중이 동시에 가해지는 것으로 하고, 지지물에서 가섭선의 배치가 비대칭인 경우에는 수직편심 하중도 가산하고 인류주, 내장주에는 염력(비틀림의 힘)에 의한 하중도 가산해야 하며, 전선로에는 다음과 같은 각종 하중이 작용하고 있다.

1. 수직하중

가) 주체, 완철류, 애자장치 및 가섭선의 중량

나) 수직 각도가 큰 경우에는 가섭선 장력의 수직분력

다) 지선장력에 의한 수직분력

2. 수평횡하중

가) 주체, 애자장치 및 가섭선에 가해지는 풍압하중

나) 전선로에 수평각도가 있을 경우 가섭선의 상정최대장력에 의하여 생기는 수평횡분력(이하, 수평각하중이라 함).

3. 수평종하중

가) 주체, 애자장치 및 완철류에 가해지는 풍압하중

나) 인류주에서 가섭선 상정최대장력과 같은 불평균 장력

다) 내장주에서는 가섭선 상정최대장력의 1/3의 불평균장력

라) 보강주에서는 가섭선 상정최대장력의 1/6의 불평균장력

그러나, 이와 같은 각종 하중의 작용을 고려하지 않고 단순히 조류로 인한 외물 접촉사고만을 방지할 목적으로 점퍼선 하향장주 및 L.H.C.[LONG(멀리), High(높이), Cover(덮개)] 시공방법을 모든 배전선로에 적용하고 있으나, 가섭선의 배치를 비대칭으로 시공할 때에는 더 많은 종류의 하중에 대하여 추가로 보강해야 함에도 불구하고 이를 고려하지 않고 시공하여 매우 취약한 배전선로를 전국에 만들어 놓아 태풍이나 수해 등의 자연재해에 쉽게 붕괴되고 엄청난 피해가 발생하여 국가적으로 큰 경제적손실을 보게 되는 것이다.

또한, 전기한 바와 더불어 배전기자재 불량으로 인한 정전사고 방지의 노력으로 우수한 새로운 기자재가 개발되어 기존의 현수애자와 라인포트애자 등이 폴리머류 재료의 신개발 자재로 교체되면서 엄청난 물량의 자재가 폐기물 처리되는 상황으로 재활용이 가능함에도 불구하고 폐기물 처리되어 폐기물로 인한 환경파괴와 자원이 낭비되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 단순 조류고장 회피형 장주설치는 각종 하중을 고려하지 않고 단순히 조류로 인한 외물 접촉사고만을 방지할 목적으로 시공함으로서 다음과 같은 문제점이 도출되었다.

첫째로 편심하중 문제로서 점퍼선을 하향으로 시공하기 위해서는 현수애자 장주를 전주의 중심부에 설치하지 못하고 전주를 피하기 위해서 일측으로 편심되게 현수애자를 걸어 가섭선의 염력하중이 크게 작용할 뿐만 아니라 점퍼선이 전주의 측부로 가까이 하향 통과하여 태풍과 같은 바람으로 전주에 접촉되는 사고가 빈발하며 특히, 2단 선로의 경우에 상하단의 이격거리가 부족하여 표준이격거리보다 크게 설치하다 보니 전주장척이 더 크고, 중하중용 전주를 추가로 설치해야 한다.

둘째는 단순회피형 장주의 대표격으로 L.H.C.[LONG(멀리), High(높이), Cover(덮개)] 시공방법을 모든 배전선로에 적용하고 있으나, 이는 가섭선의 배치가 비대칭으로 시공된 상태에서 가섭선을 지지물로부터 더 멀리 시공하여 편심하중과 비틀림 하중 등이 더욱 가중되고 거리가 멀어져 인력시공이 어려워져서 안전사고위험이 있고, 점퍼선을 더 높이 시공함으로서 가공지선 차폐각을 벗어날 뿐만 아니라 수평횡하중 등의 악영향과 시공의 어려움만 가중시키면서 전주를 중하중용으로 사용하여 공사원가를 상승시키고, 무분별한 카바류시공으로 선로유지보수 점검만 어렵게 하는 결과 등으로 공사원가를 상승시키는 문제가 있다.

셋째는 신개발자재로 조류고장 방지용 단일형 내장완금의 사용인데 이것은 단순회피형 시공방법이 아니라 적극회피형 시공방법으로서 상기에 열거한 모든 문제점을 내포하고 있어 효과가 없음은 물론이고 우리나라 배전선로의 완철금구류의 자재규격을 모두 변경시켜야 되는 심각한 문제와 주상작업자는 자재가 무겁고 작업이 어려워 안전사고 위험이 있고 전선로의 각종하중 등을 고려하지 않아, 자연재해에 더욱 취약하여 그 피해가 확대하여 발생하게 되어 국가적 예산낭비와 엄청난 손실을 가져오게 되는 것이다.

또한, 종래의 공법은 가공지선과 중성선이 매 전주마다 연결되어 동일 기능의 전선로 병렬운영으로 중복투자에 의한 공사원가 상승의 문제점이 있으며 그 이유는 다음과 같다.

전력품질향상을 위하여 배전선로의 낙뢰사고 방지를 위한 배전선로의 내뢰대책을 유도뢰 뿐만 아니라 직격뢰까지도 보호대상으로 하여 가공지선 설치를 기본으로 현재의 가공지선은 전주 상단 등에 설치하고, 가공지선의 차폐각도는 45°로 하

고 있으며, 장경간 개소 등 혼촉의 우려가 있는 곳은 이격거리를 증가시키고 있으며, 가공지선의 지지대로 지지하며 공사상 부득이할 경우에는 완철(랙크에 저압애자로 지지)을 계주하여 시공하고 있다

가공지선의 접지는 50m마다 시공된 전주의 매 200m 이내마다 중성선과 공용하여 접지저항을 5OΩ이하로 접지하고 매 전주마다 가공지선과 중성선을 상호 접속하여 사용하고 있다.

여기에서, 가공지선과 중성선이 공용하여 사용되고 있음을 알 수 있다.

특고압(또는 고압)의 다중접지된 중성선은 동일계통의 저압중성선 또는 접지측 전선과 공용하며, 이 경우 공용중성선의 굵기 선정은 특고압 중성선 굵기와 저압중성선 굵기 중 큰 것으로 하면 되는 것으로서 가공지선을 중성선으로 공용하여 사용할 수 있으므로 동일 기능의 배전선로의 중복투자로 공사원가가 상승되고 있는 것이다.

또한, 엽사를 동원한 까치 구제로 자연생태계 파괴의 문제가 발생된다.

은혜에 보은 한다는 전설의 새 까치, 기쁜 소식을 전해준다는 까치를 2000년에는 환경부에서 유해조수로 지정하여 수렵협회 엽사들까지 동원한 청부 구제를 하고 있다. 이것은 분명한 환경 생태계의 파괴로 이어질 수 있다.

분명한 것은 인간이 자연을 파괴하면 알지 못하는 사이에 큰 재앙을 받는다는 사실이다.

전력설비 관리기관에서 까치를 엽사를 동원한 청부구제를 하면서 자체적으로 수렵허가를 받아 연중 내내 수렵기간 및 장소의 제한을 받지 않고 항상 무기를 휴대하여 언제 어디서든지 즉시 사살하는 상황으로서, 일부 지역에서는 엽사가 오발로 사망하는 사고가 발생하고, 일부지역에서는 밀렵하다가 검찰에 적발되어 조사를 받는 등 항상 위험하고 사회적으로 물의가 확산되고 있다.

다음은 종래 배전공법의 전력설비 관리기관 측면에서의 문제점을 알아본다.

L.H.C.공법은 단순 조류고장 회피형 환경배타적 배전공법으로서 전선로의 각종하중을 고려하지 않고 단순히 조류로 인한 외물접촉사고를 회피할 목적으로 환경배타적으로 시공함으로서 다음과 같이 문제점이 도출되었다.

첫째로 점퍼선을 하향으로 시공하기 위해서 전주중심부에 일측으로 편심되게 현수애자를 걸어 가섭선의 염력하중이 크게 작용할 뿐만 아니라 점퍼선이 전주의 측부로 가까이 하향 통과하여 전주에 접촉되는 사고가 빈발하며 2단 선로의 상하단

의 이격거리 부족으로 전주장척이 더 크고 중하중용 전주를 설치해야 되고,

둘째는 가섭선의 배치가 비대칭으로 시공된 상태에서 가섭선을 지지물로부터 더 멀리 시공하여 편심하중과 비틀림 하중 등이 더욱 가중되고 거리가 멀어져 인력시공이 어려워져서 안전사고위험이 있다.

셋째는 LP 3호핀을 사용한 공법은 가공지선의 낙뢰 보호 차폐각을 벗어나는 문제점이 있는데, 이는 점퍼선을 더 높이 시공함으로서 가공지선 낙뢰보호 차폐각을 벗어날 뿐만 아니라 수평횡하중에 견디지 못하고 위험한 상태가 되어 더 굵고 무거운 LP4호핀으로 보강하여 시공하는 등 악영향과 더불어 시공의 어려움만 가중시키면서 전주를 중하중용으로 사용하여 공사원가를 상승시키고, 무분별한 카바류 시공으로 선로 유지보수 점검만 어렵게 하는 결과 등으로 공사원가를 상승시키

는 문제가 있다.

특히, 배전선로의 시공방법(일명 : L.H.C 공법, 하향점퍼시공, 단일형 내장완철시공)을 충분히 과학적 검토 없이 무분별하게 시공하므로서 오히려 위해설비를 확대하고 유지보수를 위한 이중투자를 하고 있는 실정이다

한편, 본 발명 출원인은 특허등록 제10-0725382호와 같이 가공지선과 중성선을 직격뇌에 의한 과전압, 대전류 상승 등의 위험성 없이 하나의 전력선으로 사용할 수 있는 전주를 구성하므로서, 중성선으로 가공지선 역할을 겸용하여 공사비 원가절감 및 선로의 단순화로 지지물의 하중을 경감시키고 중성선의 지상고 미달등을 해소함은 물론,중성선에 조류둥지 공간부를 친환경적으로 형성하고 하단 전력선에는 조류둥지 유도핀을 설치하여 조류둥지를 전력선으로부터 가장 멀고 안전한 곳으로 유도하여 정전사고를 방지하면서도 조류를 보호할 수 있고, 폐기물처리되는 현수애자를 재활용하여 자원을 절약하고 환경오염을 방지할 수 있으며, 보다 안전하고 편리한 낙뢰보호 차폐각의 확보로 낙뢰에 의한 사고를 방지하고, 태풍이나 수해 등의 자연 재해에 대비한 견고한 배전시설과 외물접촉으로 인한 원인불명의 정전사고를 방지할 수 있는 가공지선 겸용 중성선을 갖는 전주의 배선구성 및 이를 이용한 배전공법을 출원 등록 받은 바 있다.

이러한, 상기와 같은 시공공법은, 직격뢰에 의한 차폐효과를 얻고자 한 것으로, 배전선로상의 가공지선과 중성선을 겸용한 겸용선로도 직격뢰에 대한 차폐효과 및 선로에 미치는 영향에는 이상이 없으며 오히려 공사원가 절감 측면에서 경제성이 우수한 기술임을 주용 내용으로 하고 있다.

그러나, 뇌(전개)는 직격뢰와 유도뢰로 나누어 지면 뇌해 또한 각기 다르게 나타나고 있는 것이다.

또한, 가공지선겸용 중성선의 접지 시공기준은 전술한 바와 같이 200m 경간에 5OΩ으로 접지 개소는 적으나 접지 저항치를 낮추기 위한 작업에 어려움이 있으며, 이를 해소하기 위하여 접지저항 저감제를 사용하거나, 심타용 접지봉 또는 도전성콘크리트 접지봉 등을 이용하여 접지 시공기준에 따른 시공이 이루어지고 있으나, 접지 저항 자체가 토질과 주변 환경에 따른 영향이 워낙 큰 관계로 낮은 저항치를 얻는 것이 매우 어려운 문제점이 있었다.

또한, 시공기준에 따른 접지 저항치를 얻었다 하더라도 이 저항치는 계절에 따라 또는 기타의 원인으로 변동이 생기기 때문에 저항치가 상승했을 경우 이를 낮추기 위한 보강공사 또한 수반되어야 하며, 이 보강공사 역시 상기한 접지공사와 같은 방법으로 이루어지며, 오히려 작업이 최초의 접지 시공보다 난해한 경우사 일반적이다.

또한, 이러한 접지 시공 모두가 현재의 시공 기준에 따르다 보니 전체적으로 시공비에 있어 과잉 투자되고 있는 현실적인 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 겸용선로(가공지선 겸용 중성선을 갖는 선로)를 이용한 배전선로 시공시 매 전주마다 112~300Ω의접지 저항값으로 각각의 전주에 접지 시공하므로, 직격뢰는 물론 유도뢰에 의한 선로에 미치는 영향을 최소화 할 수 있으며, 접지시공시 저감제나 심타용 접지봉 또는 도전성콘크리트 접지봉 등의 사용 없이도 접지 시공이 가능하게 하며, 토질과 주변 환경에 따른 영향에도 견딜 수 있는 저항치를 얻을 수 있게 한 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

또한, 충분한 접지 저항값의 확보로 계절에 따른 또는 기타의 원인으로 생기는 저항치의 상승에 따른 보강공사의 발생을 방지하고, 이로 인한 접지 시공 및 보강에 따른 경제적인 손실을 감소시킬 수 있게 한 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법을 제공함에 본 발명의 다른 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 지면에 다수 설치된 각각의 전주 상단에 중성선 지지구에 의해 가공지선 겸용 중성선이 설치되어 가공지선 및 중성선의 역할을 동시에 수행토록 되고, 하측에는 완금의 애자에 전력선을 연결한 가공지선 겸용 중성선을 갖는 22.9kV-Y 중성점 다중접지 방식의 배전선로 시공공법에 있어서,

상기 각각의 전주의 지중 매설부에 중성선과 접지 연결되는 접지수단에 의해 매 전주마다 접지를 시공하되,

각각의 전주 접지시 그 접지수단의 접지 저항값을 112~300Ω이 되게 시공함으로 달성할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법은, 개별선로나 겸용선로에 상관없이 배전선로 시공시 매 전주마다 112~300Ω 의 접지 저항값을 가지게 접지 시공을 함으로, 직격뢰는 물론 유도뢰에 의한 선로에 미치는 영향을 최소화 할 수 있으며, 접지 시공에 따른 다양한 보조 부재 사용 억제 및 토질과 주변 환경에도 견딜 수 있는 저항치를 확보 및 접지시공의 간편화를 가져올 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 112~300Ω에 달하는 충분한 접지 저항값의 확보로 계절에 따른 또는 기타의 원인으로 생기는 저항치의 상승에 효과적으로 대비하여 저항치 상승에 따른 보강공사의 발생 방지 및 접지 시공 및 보강에 따른 경제적인 손실을 감소시켜줄 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 종래 개별선로 전주에 의한 배전상태를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법을 겸용선로에 적용한 상태의 사시도.
도 3은 본 발명의 전주에 의한 낙뢰보호 상태를 도시한 설명도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법을 겸용선로에 적용한 상태의 사시도이다.

도 2는 도시와 같이 본 발명 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법은,

지면에 다수 설치된 각각의 전주(1)(1') 상단에 중성선 지지구(3)에 의해 가공지선 겸용 중성선(2)이 설치되어 가공지선 및 중성선의 역할을 동시에 수행토록 되고, 하측에는 완금(6)의 애자(7)에 전력선(5)을 연결한 22.9kV-Y 중성점 다중접지 방식의 가공지선 겸용 중성선을 갖는 배전선로를 시공한다.

이때, 상기 각각의 전주(1)(1')의 하단을 지중에 매설시, 그 지중(지면에서 2.5m이상)의 매설부에 낙뢰 즉, 직격뢰 및 유도뢰로부터 배전선로를 보호하기 위해 접지수단(100)(100')에 의한 중성선(2)을 접지시공하되,

상기 접지시공은, 배전선로의 매 전주(1)(1')마다 접지를 시공하며, 각각의 접지시 접지 저항값을 112~300Ω로 시공하면 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 전주를 이용하여 전선을 설치하게 되면, 도 2의 도시와 같이 전주(1)(1')의 최상단을 연결하는 중성선(2)이 종래의 가공지선의 역할을 함께 수행하게 되므로 가공지선설치 공사시 소요되는 재료비와 공사비가 절감됨은 물론, 점퍼선과 전주간의 접촉사고를 방지하고, 시공이 쉽고도 안전하며 사고위험을 제거할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 전주는 도 3의 도시와 같이 전력선(5)이 설치되는 애자(7) 및 완금(6)이 낙뢰(직격뢰, 유도뢰) 시에도 도 3의 도시와 같이 중성선(2)의 낙뢰보호 차폐각(α)내에 위치되됨으로 전력선을 안전하게 보호하므로서 정전사고를 방지할 수 있는 것이다.

한편, 현재의 배전선로는 가공지선과 중성선이 서로 연결되어 공용하고 있어 가공지선에 직격뢰를 받아도 중성선에 직격뢰를 받은 상태와 같으며 전기공합학 기술적으로 중성선과 가공지선이 따로 있어야 한다면 가공지선과 중성선의 연결을 분리해야 하고, 모든 접지는 중성선 접지와 가공지선 접지가 분리되어야 한다.

그러나, 배전선로의 가공지선과 중성선은 형식적으로 역할이 낙뢰보호와 특고압중성선 및 저압중성선으로 역할 분담되어 있지만 사실상 설치된 위치만 다르지 전기적으로 매 전주마다 연결되어 병렬 운전하고 있는 것으로서 같은 기능을 하는 동일 전선이 이중으로 설치되어 있는 것이기 때문에 기존의 중성선을 가공지선 위치에 가설하고 가공지선을 중성선으로 대체하여 전선의 굵기는 중성선과 가공지선을 합한 규격이상으로 된 가공지선과 중성선 겸용으로 선로를 운영하여도 전기 기술상 전혀 문제가 없는 것이다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.

상기와 같은 가공지선 겸용 중성선을 이용한 배전선로는 직격뢰를 받을 시 선로를 보호하기 위한 것인바, 이때, 각각의 매 전주마다 접지를 시공하되, 그 접지 저항값을 112~300Ω까지 높이더라도 배전선로에 직격뢰 및 유도뢰의 낙뢰를 받더라도 선로의 효과적인 보호가 가능한 것이다.

이에, 본 출원인은 먼저 EMTP를 이용하여 배전선로 구조에 따른 유도뢰 해석을 살펴보면,

가. 모델 구조

(1) 현행선로(가공지선과 중성선 분리선로)

200m마다 접지, 특고압 3상, 가공지선 및 중성선 별도 설치 전주는 매 50m마다 설치되었으며 가공지선은 매 200m마다 접지되었다.

(2) 겸용선로1(가공지선 겸용 중성선)

200m마다 접지, 특고압 3상, 가공지선 중성선 겸용 겸용선로 1은 현행 선로와 동일하게 전주는 매 50m마다 설치되었으며 가공지선 겸용 중성선은 매 200m마다 접지전주에 의해서 접지되었다.

(3) 겸용선로2(본원발명)(가공지선 겸용 중성선)

50m마다 접지, 특고압 3상, 가공지선 중성선 겸용, 접지 간격에 따른 유도뢰 영향을 분석하기 위해 매 전주가 접지된 시뮬레이션 모델을 제시하였으며, 겸용 선로 2는 현행 선로 및 겸용 선로 1과 동일하게 매 50m마다 전주가 설치되었으며 가공지선 겸용 중성선은 매 전주마다 접지전주에 의해서 접지되었다.

나. 배전선로 구조에 따른 유도뢰 해석 (현행 선로 200m 마다 접지시)

상기와 같은 선로 모델을 제시하고 다중접지된 배전선로에서 배전선로 주변의 대지저항률이

이고, 가공지선의 접지저항이 각각 R=10Ω인 경우를 모의하였다. 제시된 현행 및 겸용 선로 1 유도뢰 해석 모델인 등가의 1km 회로에서 중간지점인 500m로부터 100m 직각으로 떨어진 지점에 뇌격전류의 최대값 I _peak =100KA이고, 파두장 T ₁ =2㎲, 파미장 T ₂ =78㎲인 뇌격이 발생한 경우에 각각의 상도체에 유도된 유도뢰의 특성을 보고자 하였다.

아래 그림 1에서는 현행 선로 및 겸용 선로의 유도 전압 비교결과를 나타내었다. 실선은 현행 선로 구조에서 유도 전압, 점선은 겸용 선로 1 구조에서의 유도 전압을 나타내고 있다. 유도 전압의 최대값은 A상에서 발생하였으며 그때의 크기는 230로 계산되었다. 겸용 선로 1 구조에서의 최대 유도 전압 역시 A상에서 발생하였으며 그 크기는 230kV로 계산되었다. 그림에 나타낸 바와 같이 겸용 선로 구조에서 약간 더 큰 유도 전압이 발생하였지만 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.

그림-1 [현행 선로-겸용선로1 구조에서의 유도전압]

다. 겸용 선로에서 접지저항 변화에 따른 유도뢰 해석 (매 전주 접지)

접지저항 값 뿐만 아니라 접지 개소 수에 따른 유도뢰 영향을 분석하고자 가공지선과 중성선을 겸용으로 사용하는 겸용 선로에서 매 전주마다 접지했을 때 그 변화값을 측정하였다. 매 전주의 접지저항을 각각 10Ω, 20Ω 50Ω, 100Ω으로 변경하였을 경우 유도 전압을 비교하였으며 실험조건은 상기와 동일하게 유도뢰 해석 모델의 등가 1km 회로에서 중간지점인 500m로부터 100m 직각으로 떨어진 지점에 뇌격전류의 최대값이 I _peak =100kA이고, 파두장 T ₁ =2㎲, 파미장 T ₂ =78㎲인 뇌격이 발생한 경우로 설정하였다.

아래 그림 2에 접지개소를 변경한 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내었다. 유도 전압의 최대값은 매 전주마다 각각 100Ω으로 접지 했을 때 A상도체에서 발생하였으며 그 크기는 200kV로 계산되었다. 접지저항을 각각 50Ω, 20Ω, 10Ω으로 설정하였을 경우의 접지 저항의 값이 감소함에 따라 유도 전압은 감소하며, 매 전주 접지시 유도 전압은 200m마다 접지가 된 경우의 유도 전압에 비해 훨씬 크게 감소함을 보여주고 있다.

그림-2 [겸용 선로2 구조에서 접지저항 값 변화에 따른 유도 전압]

라. 현행 선로 및 겸용 선로 비교

그림 2에 나타낸 바와 같이 매 전주마다 접지하였을 경우 200m마다 접지했을 경우에 비해 유도 전압 값이 크게 낮음을 알 수 있다. 이는 앞에서의 모의 결과에서 알 수 있듯이 유도 전압은 접지저항 값에 영향을 받으며, 접지 개소가 증가 할수록 유도 전압은 크게 감소하여 접지개소에 영향을 받음을 알 수 있다.

아래 그림 3에서는 200m마다 접지시와 매 전주 접지시의 유도 전압을 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 200m마다 접지시 현행 선로와 겸용 선로에서의 유도 전압은 유사한 반면 매 전주 접지한 겸용 선로에서 다른 선로 구조에 비해낮은 유도 전압이 나타남을 보여주고 있다. 즉 현행 기준과 같이 200m 마다 접지했을 경우 매 전주를 접지했을 경우에 비해 그 값이 크게 높으며 이는 200m 마다 10Ω의 낮은 접지저항 값을 시공했을 때도 매 전주마다 100Ω의 높은 저항을 접지한 경우에 비해 그 값이 높게 나타난다. 이를 통해 배전선로의 유도 전압 감소는 접지저항의 크기보다 접지의 개소에 보다 더 큰 영향을 받음을 알 수 있다.

그림-3 [현행 선로와 겸용 선로 구조에서의 유도전압 비교]

마. ATP-EMTP를 이용한 모의해석 결과 분석

(1) 선로 구조 모델링

현행 선로 : 200m마다 10O 접지

겸용 선로 1 : 200m마다 10Ω/20Ω/50Ω/100Ω 접지

겸용 선로 2 : 50m마다 10Ω/20Ω/50Ω/100Ω 접지

(2) 동일조건에서 현행 선로와 겸용 선로 1의 유도 전압의 차이는 거의 없음(그림 1)

(3) 현행 선로와 겸용 선로 1, 겸용 선로 2 모두에서 유도 전압은 접지저항 값에 약간의 영향을 받음 (그림 1, 그림 2)

(4) 유도 전압은 접지저항 값보다 접지 개소 간격에 큰 영향을 받음 (그림 3)

(5) 현행 선로(200m마다 10Ω 접지)의 접지저항 값을 낮추는 것 보다 겸용 선로 2(50m마다 100Ω 접지)와 같이 접지저항 값을 112~300Ω으로 하고 접지 개소를 매 전주로 늘리는 것이 유도 전압을 낮추는 데 매우 효과적이며 경제적인 것으로 분석됨 (그림 3)

(6) 접지 개소를 늘려 접지 간격을 줄이는 것이 배전선로의 안정성에 효과가 우수함이 확인됨

이하, 상기와 같은 유도뢰 해석을 바탕으로 한 배전선로 축소모의선로를 이용한 실증 실험을 실시하였다.

1. 실험설비 개요

가. 현행 배전선로 기준

현행 통상적인 배전선로의 특별고압 선로에 사용되는 설비의 설치 위치는 아래 그림 4와 같다.

전주의 길이는 16m이며, 전주가 지면에서 2.5m 이상의 깊이로 매설되도록 시공하고 있다. 특별고압전선과 중성선과의 거리는 1.2m이며, 전선 상호간의 간격은 최소 560mm이다.

그림-4 [배전선로 전주 규격 및 설비 간격]

또한, 현행 선로의 접지기준은 가공지선을 설치할 때 선로 경간 200m마다 중성선과 공용하여 접지저항 50Ω 이하로 접지시설을 하도록 되어 있다. 그림 5는 현행 특별고압 가공선선을 시공할 때 적용하는 시공기준을 나타낸 것으로 가공지선이 가장 상부에 위치하며, 전력선 및 중성선이 그 하단에 설치된다.

그림-5 [현행 배전선로 시공 기준]

나. 축소 모의 배전선로 개요

낙뢰는 특성상 실증 규모의 실험을 진행하기가 매우 어렵고 위험성이 동반된다. 이에 축소 모의된 배전선로는 전력계통에 동요가 발생한 후 각 타입에 따른 전력계통의 과도현상을 예측하기 위해 도입되었다. 축소 모의된 배전선로는 직격뢰 및 유도뢰 등 실 규모의 실험을 하기 어려운 연구를 위해 도입되었으며, 실제 배전선로와 일정한 축소 비율을 갖는 형태로 제작하여 선로의 낙뢰에 의한 영향을 분석하기에 매우 유용하다. 이는 낙뢰 발생시 송전 및 배전선로에 설치된 변압기에 미치는 영향, 안테나 및 레이더, 송전선로, 변전소의 전계 및 배전계통의 해석 등에 이용되며 최근에는 EMTP(Electromagnetic Transient Program)와 같이 전력계통의 과도현상을 보다 혁신적으로 정밀하게 계산할 수 있는 해석적 기법과 함께 사용되고 있다. 축소 모의선로는 특히 외부 전계의 자극에 의한 전력 시스템 응답의 평가가 필요한 경우 유용하다.

이에 당사에서는 축소 모의선로를 제작하여 3상 4선식 22.9kV-Y 중성점 다중접지 방식의 유도뢰 계통특성을 해석하고자 하였다. 즉, 가공지선과 전력선 및 중성선이 설치된 특별고압 선로를 구성하였으며, 실제 선로를 일정 비율로 축소하여 전선로를 제작하였다. 또한 가공지선과 중성선을 별도 분리하여 시설하는 현행 선로와 가공지선과 중성선을 겸용하는 겸용 선로의 유도뢰 특성을 축소모의선로를 통해 분석하고자 하였다. 이 때 제작된 모의 선로의 축소비율 및 구조는 표 1 및 그림 6과 같다.

구분	축소비율	단위
선로길이 및 경간	50 : 1	m
집지 저항	1 : 1	Ω
인가 전류	50 : 1	[A]
전선 굵기	50 : 1	[mm]
설치 위치	50 : 1	[mm]

[축소 모의실험을 위한 축소모의 배전선로 축소 비율]

그림-6 [축소모의 배전선로에 적용된 전주 크기 및 설비 간격]

2. 실험 설비의 구성

축소모의 실험을 위한 실험 설비의 전주 배치는 그림 7과 같이 구성되었다. 축소모의된 전주 이격거리는 1m이며, 총 7개의 전주로 구성되었다. 말단인 1번 전주(#1) 및 7번(#7)에는 반사판의 영향을 방지하기 위해 480Ω의 정합(整合)저항을 설치하였다.

그림-7 [축소 모의실험을 위한 전주 배치]

여기서 제작, 실험에는 Marx Generator 이 사용되었으며, Marx Generator 는 배전선로의 유도뢰 영향분석 실험을 위한 낙뢰발생 시뮬레이터로서 최대 300kV의 임펄스 전압이 발생가능하며 옥외 현장에서도 사용할 수 있도록 이동이 가능한 형태로 구성되었다.

즉, Marx Generator는 최대 360kV까지 충전가능하며 단락 시 최대 3kV 전류를 발생시킨다. 이때 Marx Generator로부터 발생한 아크가 선로에 직접 방전되는 것을 방지하기 위해 격자형의 차폐 공간 내(Faraday cage)에 제너레이터를 설치하여 외부 전자계의 영향을 받지 않도록 시스템을 최적화 하였다. 당사에서는 측정장비 및 선로 특성을 고려하여 제너레이터의 출력부에 1,000Ω의 저항을 연결하고 Marx Generator를 최대로 충전한 후 전극과 접지면 전극 사이를 10cm 간격으로 유지시켜 발생된 아크를 통해 전류를 인가시켰다. 이때 전선로와 전류 인가 지점은 직각이며, 거리는 2m를 일정하게 유지시켰다.

Marx Generator에 의해 발생한 유도뢰 전류가 선로로부터 직각방향으로 2m 떨어진 지점의 접지면(Ground plane)에 인가된다. 이 전류의 전자기 결합에 의해 선로에 유도 전압이 발생하고 유도 전류가 흐른다. 이때 오실로스코프(TDS 3014, Tektronix, 100MHz, 1.25GS/s)를 이용하여 A상에서 유도 전압(Tek P5100, Tektronix, DC to 250MHz 10ft, 100x, 2500Vpk 1.75ns, 10MΩ/2.75pF)과 유도 전류(TCP 202, Tektronix, 15A peak DC to 50MHz 50A MAX pulse)를 검출하며, 인가전류는 고주파 CT(2878, Pearson, 0.1 V/A, 400A MAX 10Arms, 6ns)를 사용하여 검출하여 고속의 디지털 오실로스코프에 파형을 저장하도록 구성하였다. 이때 전자계의 EMI를 방지하기 위해 접지면 하단에 설치하여 측정하였다.

실험이 진행될 때의 측정 프로브 위치는 채널 1(CH1)은 인가전류, 채널2(CH2)는 A상의 유도 전압(A상-접지면), 채널3(CH3)은 A상 유도 전류를 각각 측정하였으며 측정시스템의 개략도를 그림 8에 나타내었다.

그림-8 [축소 모의선로 실험 개략도]

3. 실험 및 결과분석

가. 실험조건

유도뢰 실험은 전주 4번과 직선거리로 2m 떨어진 접지면에 아크를 통해 전류를 인가하고, 제시된 실험조건을 통해 축소 모의된 배전선로의 유도 전압을 측정하여 진행되었다. 데이터는 각 조건에서 20회를 측정하였으며, 이들의 평균을 취해 결과로 사용하였다. 제시된 실험조건은 표 2와 같다. 여기서 5W란 현행 선로를 의미하며, 4W는 겸용 선로를 의미한다.

구분	case	내용	접지저항 [Ω]	접지개소
5W (현행 선로)	Case 1	5W_50Ω_2R	50	2개소 접지 (Pole #2, #6 )
4W (겸용 선로)	Case 2	4W_200Ω_7R	200	7개소 접지 (Pole #1~7)
	Case 3	4W_300Ω_7R	300	7개소 접지 (Pole #1~7)

[축소모의실험을 위한 실험조건]

나. 실험 및 측정결과

(1) 측정 파형

표 3에 제시된 실험조건에 따른 인가전류, 유도 전압 및 유도 전류의 크기 및 파형을 측정하였다.

① Case 1 : 현행선로 / 접지저항 50Ω /접지개소 2개소 (측정점 비접지)

- 전류 주입 : 선로로부터 2m 떨어진 전극 상부에 Arc를 통해 주입

- 접지 개소 : Pole #2, #6

- 선로합성저항 : 21.8Ω

- 충전 전압 : 234.72kV (19.56kV × 12단)

No.	인가전류	유도전압	유도전류
	I(A)	A상 (V)	A상 (A)
1	239	1,740	18.9
2*	230	1,400	15.8
3	227	1,290	15.4
4	242	1,540	17.2
5	240	1,420	16.1
6*	239	1,390	16.8
7	238	1,530	15.6
8	260	1,920	22.2
9	251	1,760	18.4
10	240	1,420	16.4
11	230	1,240	14.6
12	230	1,220	15.6
13	220	960	12.2
14	211	1,110	13.8
15	224	1,360	15.8
16	229	1,280	15.0
17	238	1,280	13.6
18	232	1,280	16.2
19	242	1,490	17.2
20	248	1,220	16.2
평균	236	1,393	16.1

[Case-1(현행 선로 200m 마다 50Ω 접지) 유도 전압 측정 결과]

그림-9 [Case-1(현행 선로 200m 마다 50Ω 접지) 유도 전압 측정 파형]

② Case 2 : 겸용 선로 / 접지저항 200Ω / 접지개소 7개소(측정점 접지)

- 전류 주입 : 선로로부터 2m 떨어진 전극 상부에 Arc를 통해 주입

- 접지 개소 : Pole #1 ~ #7

- 선로합성저항 : 29.8Ω

-충전 전압 : 234.72kV (19.56kV × 12단)

No.	인가전류	유도전압	유도전류
	I(A)	A상 (V)	A상 (A)
1	240	1370	8.58
2	230	1140	6.20
3	242	1460	8.80
4	226	1060	5.74
5	240	1440	9.92
6*	238	1320	7.71
7	230	1340	8.66
8	236	1540	9.00
9	234	1500	9.64
10	217	1030	5.78
11	230	1260	8.60
12	238	1450	10.7
13	237	1250	8.39
14	224	1130	5.00
15*	238	1310	8.11
16	236	1390	8.45
17	222	1030	5.40
18	228	1190	7.80
19	236	1440	7.79
20	240	1320	10.4
평균	233	1,299	8.0

[Case-2(겸용 선로 매 전주마다 200Ω 접지) 유도 전압 측정 결과]

그림-10 [Case-2(겸용 선로 매 전주마다 200Ω 접지) 유도 전압 측정 파형]

③ Case 3 : 겸용 선로 / 접지저항 300Ω / 접지개소 7개소(측정점 접지)

- 전류 주입 : 선로로부터 2m 떨어진 전극 상부에 Arc를 통해 주입

- 접지 개소 : Pole #1 ~ #7

- 선로합성저항 : 238.1Ω

-충전 전압 : 234.72kV (19.56kV × 12단)

No.	인가전류	유도전압	유도전류
	I(A)	A상 (V)	A상 (A)
1	229	1100	4.36
2	240	1170	6.80
3	242	1570	10.9
4	229	1240	5.38
5	240	1510	9.40
6	236	1300	7.40
7	222	1120	6.07
8	241	1450	7.79
9	220	1090	5.86
10	234	1430	9.61
11	236	1420	8.00
12	234	1510	8.81
13*	234	1340	6.77
14	230	1240	6.39
15	238	1470	9.99
16	238	1270	7.18
17	241	1430	10.1
18	236	1460	8.98
19	236	1290	8.00
20*	243	1320	6.61
평균	235	1,337	7.7

[Case-3(겸용 선로 매 전주마다 300Ω 접지) 유도 전압 측정 결과]

그림-11 [Case-2(겸용 선로 매 전주마다 200Ω 접지) 유도 전압 측정 파형]

(2) 실험 결과

상기 축소모의 실험결과 현행 선로와 겸용 선로 구조에 따른 유도뢰의 영향을 실험조건별로 비교 분석하면 다음과 같다.

- 현행 선로(200m 마다 50Ω 접지)

a) 평균 유도 전압 : 1,393V

b) 평균 유도 전류 : 16.2A

- 겸용 선로 1 (50m 마다 200Ω 접지)

a) 평균 유도 전압 : 1,299V

b) 평균 유도 전류 : 8.0A

- 겸용 선로 2 (50m 마다 300Ω 접지)

a) 평균 유도 전압 : 1,3367V

b) 평균 유도 전류 : 7.6A

현행 선로의 평균 유도 전압은 1,393V, 평균 유도 전류는 16.2A이며, 겸용 선로에서 매 전주 200Ω 접지 시 평균 유도 전압은 1,299V, 평균 유도 전류는 8.0A로 측정되었고, 매 전주 300Ω으로 접지시 평균 유도 전압은 1,337V, 평균 유도 전류는 7.6A로 측정되었다. 따라서 겸용 선로 구성 시 개별 접지저항을 300Ω까지 높이더라도 접지 개소를 늘려 접지 간격을 줄인다면 효과적으로 유도 전압을 낮출 수 있음을 알 수 있다.

구분	인가전류 I[A]	유도 전압 A상 [V]	유도 전류 A상 [A]	합성저항 [Ω]
현행 선로 (200m마다 50접지)	236	1,393	16.2	21.8
겸용 선로 1 (50m마다 200접지)	233	1,299	8.0	29.8
겸용 선로 2 (50m마다 300접지)	235	1,337	7.6	38.1

[200m마다 50Ω으로 접지했을 때 측정 값 및 매 전주 200Ω, 300Ω으로 접지했을 때의 측정값 비교]

(3) 축소모의 실험 결과 분석

배전선로 축소모의 선로를 이용한 실험 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

①배전선로의 유도 전압은 선로의 접지저항의 크기에 약간의 영향과 접지 개소에 크게 영향을 받는다.

- 선로의 접지저항 값이 작아질수록 유도 전압은 감소

- 접지개소가 증가할수록 유도 전압은 크게 감소

- 접지저항의 크기 및 접지개소에 따라 선로전체의 합성저항값이 변하기 때문임

- 합성저항 크기가 작아지면 선로의 유도 전압은 감소되고, 합성저항이 증가하면 유도 전압 역시 증가하는 경향을 보임

②동일한 선로에서 접지저항 값 변화에 의한 유도 전압의 감소 보다 접지개소의 증가에 따른 유도 전압의 감소 폭이 더욱 크다.

- 매 전주 접지 되었을 경우 유도 전압이 가장 낮음

- 이러한 결과는 EMTP를 이용한 유도뢰 모의해석 결과와도 일치함

- 선로에 현행 접지기준인 50Ω을 112~300Ω으로 접지저항 값을 높이고 동일 투자비로 접지 개소를 늘려 시설할 경우 그 효과가 우수함

- 추후 당사에서 제안한 가공지선 겸용 중성선 선로를 구축할 경우에도 현행 기준의 배전선로에 비해 더욱 안정적인 계통 운영이 가능함

③측정점에 접지가 되어 있을 경우 측정점이 비접지인 경우에 비해 합성저항이 높다 할지라도 유도 전압은 더 낮게 나타남을 알 수 있다

- 측정점 접지시 비접지시 보다 유도 전압은 낮게 나옴

- 유도 전압을 낮추는데 가장 효과적인 방법은 매 전주 접지하는 것임

- 피뢰기 또는 기기 접지 등 낮은 접지값이 설정되어 있을 경우 유도뢰에 의한 영향을 보다 줄여 전력 설비의 손실을 줄일 수 있음.

또한, 현행선로(5 Wires)와, 겸용선로(4 Wires)의 차폐효과를 살펴보면,

(1) 대지에 완전 접지된 경우(R=0)

동일한 도체 배치에서 대지에 완전 접지된 경우(R=0) 선로 구조에 따른 유도뢰 차폐효과를 계산하여 표-7에 나타내었다. 동일 조건에서 가공지선과 중성선을 별도로 운영한 5W 선로에서 가공지선과 중성선을 겸용한 4W 선로보다 차폐효과가 약간 좋은 것으로 나타났다.

구분	현행(5 wires)	제안(4 wires)	차폐율의 차
A상	47.7%	36.7%	11.0%
B상	50.2%	39.1%	11.1%
C상	46.9%	36.7%	10.2%

[대지에 완전 접지된 경우(R=0) 차폐효과 계산 결과 비교]

(2) 접지저항 값이 있을 경우

동일한 도체 배치에서 접지저항 값이 존재할 경우 선로 구조에 따른 유도뢰 차폐효과를 계산하여 표-8에 나타내었다. 5W 선로가 4W 선로에 비해 10Ω에서는 0.0%, 25Ω에서는 2.2%로 차폐효과가 약간 좋은 것으로 나타났다.

접지저항 [O]	현행 (5 wires)	제안 (4 wires)	차폐율의 차
10	42.9%	33.9%	9.0%
25	36.8%	32.2%	4.6%
50	30.6%	28.4%	2.2%

[접지저항 값이 있을 경우 차폐효과 계산 결과 비교]

그림-12는 접지저항에 따른 차폐계수를 나타낸 것으로 접지저항이 작을수록 차폐효과가 향상됨을 알 수 있다.

그러나, R = 112Ω 일 때 선로 구조에 대한 차폐효과의 차이는 거의 없으며, 이상의 저항에서는 4W 선로가 오히려 차폐효과가 커짐을 알 수 있다.

그림-12 [접지저항 값에 따른 두 도체계의 차폐 계수]

(3) 수치해석 결론

가공지선의 유도뢰 차폐 효과는 접지저항 값에 영향을 받아 접지저항 값이 R=0에 수렴할 때 가장 좋은 효과를 보임을 알 수 있다. 또한 유도뢰 차폐효과는 선로에 접지가 있을 경우 더욱 우수하며, 접지 개소가 증가하면 차폐효과도 향상된다. 그러나 실제 선로 구성시 접지저항 값을 크게 낮추는 일은 매우 어려운 일이므로 접지저항 값을 112~300Ω으로 높이고 선로의 접지 간격을 줄여 접지 개소를 늘림으로써 선로 전체의 합성저항을 줄이는 것이 유도뢰 차폐효과에 보다 효과적이고 경제적이다.

이상의 실험 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법은, 매 전주마다 접지 시공하되, 그 접지저항값을 112~300Ω함으로 배전 전로를 직격뢰 및 유도뢰로부터 효과적으로 보호함과 동시에, 충분한 접지 저항값의 확보로 접지시공의 간편화 및 저항값의 변화에 효과적으로 대비할 수 있는 등 이에 따른 경제적인 손실을 현격히 감소할 수 있는 것이다.

1,1' : 전주 2 : 가공지선 겸용 중성선
3 : 중성선 지지구 5 : 전력선
6 : 완금 7 : 애자
100,100' : 접지수단

Claims (1)

1. 지면에 다수 설치된 각각의 전주(1)(1') 상단에 중성선 지지구(3)에 의해 가공지선 겸용 중성선(2)이 설치되어 가공지선 및 중성선의 역할을 동시에 수행토록 되고, 하측에는 완금(6)의 애자(7)에 전력선(5)을 연결한 가공지선 겸용 중성선을 갖는 22.9kV-Y 중성점 다중접지 방식의 배전선로 시공공법에 있어서,
   상기 각각의 전주(1)(1')의 지중 매설부에 중성선(2)과 접지 연결되는 접지수단(100)(100')에 의해 매 전주(1)(1')마다 접지를 시공하되,
   각각의 전주(1)(1') 접지시 그 접지수단(100)(100')의 접지 저항값을 112~300Ω 이하가 되게 시공함을 특징으로 하는 매 전주 접지를 이용한 가공지선 겸용 배전선로 시공공법.
   

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