송전선의 구성과 종류 | 단선 연선 소선 강심 알루미늄연선 연입률

송전선로는 전력을 안전하게 전달하기 위한 중요한 요소입니다. 송전선로를 구성하는 전선은 다양한 종류와 구조를 가지고 있으며, 각각의 특성에 따라 다양한 용도로 사용됩니다. 이번 포스팅에서는 송전선로에서 사용되는 전선의 구성과 종류에 대해 알아보겠습니다.

단선과 연선의 구조

송전선로에서 사용되는 전선은 주로 단선과 연선의 두 가지 구조로 나뉩니다. 단선은 원형 단면의 도체로 구성되어 있으며, 현재는 사용되지 않는 구조입니다. 연선은 여러 개의 단선을 꼬아 만든 구조이며, 이때 꼬인 각 단선을 소선이라고 합니다. 연선은 단선보다 가용성이 높고 취급이 편리하기 때문에 현재 주로 사용되는 구조입니다.

 

단선 (Single Conductor)

단선은 원형 단면의 도체로 구성되어 있습니다. 이는 단일한 도체가 전력을 전달하는 구조입니다. 과거에는 주로 사용되었으나, 현재는 사용이 거의 중단된 구조입니다. 단선의 단점은 가요성이 낮고, 취급이 불편하며, 전력 손실이 크다는 점입니다. 따라서 이러한 단점을 보완하기 위해 연선이 개발되었습니다.

 

연선 (Stranded Conductor)

연선은 여러 개의 단선을 특정한 방식으로 꼬아 만든 구조입니다. 이때 꼬인 각 단선을 소선이라고 합니다. 연선은 단선에 비해 가용성이 높고, 취급이 편리하며, 전력 손실이 적습니다. 또한 연선은 유연성이 뛰어나고, 동요에 강한 특성을 가지고 있어 풍부한 응용 가능성을 제공합니다.

 

단선과 연선의 비교

• 가요성: 연선은 단선에 비해 가요성이 높습니다. 이는 연선이 더 많은 표면적을 가지고 있어 전기 저항이 감소하고, 전력 손실이 줄어든다는 것을 의미합니다.
• 취급의 용이성: 연선은 유연성이 있어 취급이 편리합니다. 반면에 단선은 비교적 더 어려운 취급이 요구됩니다.
• 전력 손실: 연선은 단선에 비해 전력 손실이 적습니다. 이는 연선의 가요성이 더 높기 때문입니다.

소선과 연선

 

강심 알루미늄연선(ACSR)

한국의 송전선로에서는 주로 강심 알루미늄연선(ACSR)이 사용됩니다. ACSR은 강선 또는 강연선 외층에 합금된 알루미늄선으로 구성되어 있습니다. 이러한 구조로 인해 ACSR은 도전율이 높고 기계적인 강도가 크면서도 중량이 가벼운 장점을 가지고 있습니다.

 

송전선로에서는 주로 연선이 사용되며, 이는 전력을 효율적으로 전달하기 위한 최적의 선택지입니다. 연선은 단선에 비해 가용성이 높고, 취급이 편리하며, 전력 손실이 적기 때문에 다양한 전력 전달 시스템에서 널리 사용되고 있습니다.

 

ACSR의 구조

ACSR은 알루미늄 도체와 강철 강선이 특정한 방식으로 꼬여 만들어진 구조입니다. 이 전선의 구조는 다음과 같습니다.

ACSR

• 알루미늄 도체: 전선의 핵심을 이루는 알루미늄 도체는 경량이면서도 전기 전달에 적합한 소재입니다. 도전율이 높아 전기 전달 효율을 높이는 데 기여합니다.
• 강철 강선 외층: 알루미늄 도체 주위에는 인장 강도가 큰 강철 강선이 외층으로 합쳐져 있습니다. 이는 전선의 기계적인 강도를 향상시키고, 안정성을 제공합니다.

ACSR/SD

ACSR의 특징

ACSR은 여러 가지 유용한 특성을 가지고 있어 다양한 용도로 활용됩니다.

• 도전율: ACSR은 비교적 높은 도전율을 가지고 있습니다. 이는 전력을 효율적으로 전달할 수 있도록 도와줍니다.
• 기계적 강도: 강철 강선의 추가적인 강도로 인해 ACSR은 매우 뛰어난 기계적인 강도를 가지고 있습니다. 이는 전선이 굽히거나 늘어지는 등의 외부 압력에도 잘 견딜 수 있음을 의미합니다.
• 경량성: 알루미늄 도체의 경량성과 강철 강선의 강도를 조합하여 ACSR은 높은 성능을 유지하면서도 상대적으로 가벼운 무게를 가지고 있습니다. 이는 설치 및 유지보수 과정에서 운반과 조작을 용이하게 만듭니다.
• 진동 흡수 기능: ACSR/SD(Self-Damping) 전선은 진동에너지를 흡수하여 전선의 피로를 줄이는 특수한 종류의 ACSR입니다. 이는 전선의 수명을 연장하고 안전성을 향상시킵니다.
• 강심알루미늄연선(ACSR)은 전력 전달 시스템에서 널리 사용되는 신뢰할 수 있는 송전선으로서, 그 특유의 구조와 특성으로 인해 안정적인 전력 전달을 보장합니다. ACSR은 도전율이 높고, 기계적 강도가 크며, 경량성을 가지고 있어 다양한 환경에서 효과적으로 활용됩니다. 특히 ACSR/SD 전선은 진동 흡수 기능을 갖춘 특수한 제품으로, 전선의 수명과 안전성을 높이는 데 기여합니다.

 

연입률 (Pitch ratio)

연선의 연입률은 소선이 연선의 중심축 주위를 나가는 길이를 나타내는 지표입니다. 연입률이 크면 단위길이당 전선재료가 많이 소요되지만, 연선의 가용성이 높아지는 효과가 있습니다. 연입률이 작을수록 소요단면적을 얻기 위해서는 보다 많은 소선이 필요하며, 이로 인해 소선간의 서로 밀착이 어려워 연선의 가용성이 저하될 수 있습니다.

연선의 연입률(pitch ratio)은 전선의 구조와 성능에 중요한 영향을 미치는 요소 중 하나입니다. 연선이라 함은 단선을 여러 조로 꼬아 만든 구조를 말하며, 각 조로 꼬인 단선 하나를 소선이라고 합니다. 이 소선이 연선의 중심축 주위를 나가는 길이를 1층의 연정(pitch)라고 합니다.

연입률

 

연정 사이의 소선의 길이를 ℓ이라고 할 때, 이 ℓ에서 연선에 연입된 소선의 길이를 ℓ0라고 합니다. 이를 이용하여 연선의 연입률을 계산합니다. 연입률은 다음과 같은 공식으로 표시됩니다.

 

연입률이 크면 소선의 길이가 증가하여 전선의 중량이 증가합니다. 이는 단위길이당 전선재료가 많이 소요되고, 소선당 전기저항이 증가하여 열방산이 어려워지는 단점이 있습니다. 반면 연입률이 낮으면 소선간 밀착이 어려워지고, 연선의 기능인 가요성을 상실할 수 있습니다.

 

가공송전선로용 ACSR의 경우, 연입률은 보통 2%에서 3% 사이로 보고되고 있습니다. 또한 각 층에 꼬는 방향은 번갈아가며 반대로 하며, 최외층 꼬임 방향에 따라 S꼬임과 Z꼬임으로 분류됩니다. 연입률은 각 층의 연입률의 평균치를 취하여 계산됩니다.

 

맺음말

송전선로에서는 다양한 종류의 전선이 사용되며, 각각의 특성에 따라 적합한 구조와 재료가 선택됩니다.

송전선로의 안정적인 운영을 위해서는 적절한 전선의 선택과 설치가 중요합니다. 앞으로도 송전선로 시스템의 안전성을 높이기 위한 연구와 기술개발이 계속되어야 할 것입니다.

 

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