가공송전선로 및 전선의 허용 전류, 경제적 전선의 굵기에 대해서 알아보겠습니다.
1. 가공송전선로 의 구비 조건
1) 가공송전선로의 개요
가공송전선로 는 전선을 목주, 철주, 콘크리트주 또는 철탑 등에 애자로 지지한 것이다.
2) 가공송전선로의 구비 조건
(1) 도전률이 높을 것
(2) 기계적인 강도가 클 것
(3) 신장률이 클 것(flexible)
(4) 뇌격으로 인해 발생되는 열을 견딜 수 있도록 내구성이 클 것
(5) 비중(밀도)가 작아 가벼울 것
(6) 가격이 저렴할 것
(7) 가선 작업이 용이할
2. 전선의 허용 전류
1) 개요
(1) 전선에 전류가 흐르면 저항에 의한 발열 때문에 전선의 온도가 올라간다. 온도가 어느 한도 이상으로 되면 전선의 기계적인 강도, 기타 여러가지 성능이 저하되기 때문에 온도 상승 한도를 넘지 않게끔 전류량을 어느 수준 이하로 억제하여야 한다. 이 전류를 전선의 허용 전류 또는 안전전류라고 한다.
2) 허용 전류의 계산
(1) 전선의 최고 허용 온도는 단시간의 과부하에 대해서는 100도로 하고 있으나 장시간 연속 사용할 경우 접속 장소의 열화 등을 고려해서 90도로 억제하는 것을 표준으로 한다.
(2) 허용 전류의 계산에는 주위 온도를 40도, 일사량을 0.1\([W/cm^2]\), 풍속을 0.5[m/s]로 하는 것이 보통이다.
(3) 일반적인 경우에는 직렬 리액턴스가 커서 이것이 송전 용량을 좌우한다. 이 송전 용량으로 정해지는 전류 또는 켈빈의 법칙에 의한 경제적 전류 용량은 그 전선의 허용 전류보다 훨씬 더 작은 값으로 되는 것이 보통이다.
3. 경제적 전선의 굵기(켈빈의 법칙)
1) 켈빈의 법칙이란?
건설이 완료된 후 전선의 단위 길이에 대해서 여기서 1년 간 잃게 되는 손실 전력량의 금액과 건설 시 구입한 단위 길이의 전선 비용에 대한 이자와 상각비를 가산한 연 경비가 같게 되게끔 하는 굵기가 가장 경제적인 전선의 굵기가 된다고 하는 법칙이다.
2) 켈빈의 법칙 계산식 유도
\( M : 전선 1[kg]의 가격(원) \)
\( N : 1년간 전력량[kW\cdot년]의 요금(원) \)
\( P : 1년간의 이자와 상각비와의 합계(소수 표시) \)
\( \sigma : 가장 경제적인 전류 밀도[A/mm^2] \)
라고 하고, 예를 들어 ACSR을 사용할 경우 ACSR의 무게가 \( 2.7\times10^{-3}[kg/m-mm^2] \), 저항률은 \(1/35[\Omega/m-mm^2] \) 이므로
\( (\sigma A)^2 \times {1\over{35A}} \times {10^{-3}} \times N = 2.7 \times {10^{-3}} \times A \times MP \)
정리하면 \( \sigma = \sqrt{{2.7 \times 35MP}\over N} \)
로 된다.
한편, \( I = \sigma A \)로부터
\( A = {1\over \sigma} I = {1\over \sigma} {P\over{{\sqrt 3}V\cos\theta}} \) 이 된다.
3) 켈빈의 법칙 계산식의 의미
위 식에서 알 수 있듯이 전선의 가격 \(M\) 이 비쌀수록, 이자 및 상각비 \(P\)가 클수록, 그리고 전력요금 \(N\)이 쌀수록 전류 밀도 \( \sigma \)는 커지고 전선의 굵기 \(A\)는 그만큼 가늘어질 것이다.