17. 애자의 전기적 특성

2. 가공 송전 선로

2.5 가공 전선로용 애자

2.5.3 애자의 전기적 특성

 

(1) 애자의 정전 용량

 핀 애자의 경우에는 전선과 핀사이의 사이에, 또 원판형 현수 애자일 경우에는 캡과 핀 또는 볼(ball)과의 사이에 각각의 정전 용량이 존재한다. 특히 비가 내리면 자기편의 표면이 젖기 때문에 마치 평행판 콘덴서의 극판 면적이 증가한 결과가 되어 정전 용량도 이에 따라 증대하게 된다.

 250 [mm] 현수 애자 하나의 정전 용량은 대략 40~44 [pF]이며 연결 개수가 늘어날수록 그 값은 작아진다.(10개 연결에서 9~10 [pF] 정도)

 

(2) 섬락 전압 - 건 주 충 5

 섬락 전압은 애자의 상하 금구 사이에 전압을 인가하고 점점 이것을 높여가면 애자 주위의 공기를 통해 양금구간에 지속적인 아크를 발생해서 애자가 단락 된다. 이때의 전압을 섬락 전압이라고 한다.

 상용 주파(60 [Hz])의 전압으로 건조한 애자가 섬락 할 때의 전압값을 건조 섬락 전압, 비에 젖은 애자가 섬락 할 때의 전압값을 주수 섬락 전압이라고 한다. 이들의 전압은 송전 선로 개폐 시 또는 지락 고장 시에 발생하는 내부 이상 전압에 대해서 얼마만한 절연 내압이 있는지 알아내는 데 필요한 것이다.

 한편 외부 이상 전압이라고 부르고 있는 뇌에 대해서 어느 정도의 절연 내압이 있는 가에 대해서는 충격파 전압(임펄스 전압)을 사용해서 조사할 수 있다.

 충격파 전압은 1.2 x 50 [μs]의 표준파에 대한 것이며, 50 [%] 섬락 전압은 이 표준파형의 충격파 전압을 몇 번 인가하였을 때 그 반수가 섬락하고 나머지 반수는 섬락 하지 않는 전압을 말한다.

 

(3) 애자의 전압 분포

 현수 애자는 몇 개씩을 직렬로 연결해서 사용하는 것이 일반적이기 때문에 여기서는 주로 애자련의 전압 분포에 대해서 설명한다.

 애자련의 각 애자에는 자체의 정전 용량 Cm [pF] 외에 애자 금구와 철탑(대지), 금구와 전선과의 사이에 각각 Cₑ[pF] 및 Cd [pF]의 정전용량을 가지고 있으므로 그 등가회로는 그림 2.13처럼 된다.

그림 2. 13 애자련의 등가회로

그림 2.14 애자련의 전압분포

따라서, 각 애자의 전압 분담은 균등하지 않고 그림 2.14에 나타낸 바와 같은 곡선으로 되어 전선에 가장 가까운 애자가 가장 분담비가 크고 중간의 것은 낮고 지지물에 가까운 것은 약간  커지고 있다.

 이와 같이 각 애자의 분담 전압은 서로 다르기 때문에 그저 애자의 수를 늘린다고 해서 그 개수에 비례해서 애자련의 절연 내력이 증가한다는 것은 아니다.

 한편, 이와 같은 전압 분포가 불평등할 경우에는 분담비가 작은 애자에 비해서 분담비가 큰 애자 쪽이 그만큼 더열화되기 쉬우므로 애자 전체로서의 애자에 코로나가 발생해서 애자자체의 외견상의 정전용량이 약간 증가하게 되므로 전압분포가 개선되어 섬락 직전에서는 전압 분포가 거의 균등하게 되고 있다.

 이러한 효과를 더 높이기 위해서 전선 측에 이른바 초호환(Arcing ring) 또는 초호각(Arcing horn)을 붙여서 전선에 대한 정전 용량(Cd)을 늘리도록 하고 있다. 또, 이들은 위 목적 외에 선로의 섬락시 애자가 열적 파괴방지 에도 효과가 있다. 

 그림 2.15는 이들의 개요를 보인 것인데, 가령 전선이 낙뢰 등으로 애자련에 이상 전압이 생겨서 섬락이 발생하였을 경우 이들 초호환 또는 초호각 사이에서 아크가 직접 연결되어서 자기부에는 아무런 손상을 입히지 않도록 하고 있다.

그림 2.15

(4) 애자련 개수의 결정

 다음 현수 애자는 몇 개을 연결해서 1련으로 하느냐 하는 애자련 개수의 결정은 보통 내부적인 원인에 의한 이상 전압에 대해서 섬락을 일으키지 않도록 한다는 것을 기준으로 해서 정하고 있다. 내부 이상 전압이란 선로의 개폐라든가 고장 시에 발생하는 서지(Surge)에 의한 이상 전압을 말하는 데 실적에 의하면 이것은 대략 최대 상규 대지 전압(Y전압)의 4배 정도이므로 강우 시에 있어서도 이것에 견딜 수 있는 개수를 가지고 애자련의 개수를 선정하고 있다. 즉, 상용 주파 주수 섬락 전압이 선로의 상규 대지 최대 전압의 4배 이상으로 되게끔 하는 개수를 기준으로 해서 여기에 불량 애자가 한두 개 들어있더라도 지장이 없도록 전체의 개수를 결정한다.  그밖에 특별히 염진해 대책을 고려할 경우에는 상술한 개수에 몇 개를 추가해서 애자련의 개수를 정하고 있다.

그림 2.16 현수 애자련의 일례