KR100358286B1 - 질소강 강선을 이용한 가공송전선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력수송 중 발생하는 전력손실을 최소화할 수 있도록 고안된 가공송전선에 관한 것으로, 기존 가공송전선의 강심으로 사용되고 있는 고탄소강을 고강도 및 비자성 특성을 보유하는 질소강으로 대체함으로써 달성된다. 즉 고강도의 강심을 적용함으로써 요구되는 강심의 단면적을 기존 강선의 단면적에 비해 감소시킬 수 있으며, 그 만큼 알루미늄 도체의 면적을 증가시킬 수 있어, 전류에 의한 전기저항손이 감소하게 된다. 뿐만 아니라, 질소강 특유의 비자성 특성으로 인하여 기존의 강자성체인 고탄소강에서 발생하는 철손 및 와전류손을 극소화시킴으로써 전력손실을 최소화할 수 있게 된다.

Description

질소강 강선을 이용한 가공송전선{An overhead electric wire using high-nitrogen steel wire}

본 발명은 질소강 강선을 이용한 가공송전선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질소강 강선을 강심으로 채용한 가공송전선에 관한 것이다.

한전표준구매시방서(ES 121-113∼160)에 규정하고 있는 바와 같이, 종래의 가공송전선(ACSR : Aluminum stranded conductors steel reinforced)은 송전선의 지지선 역할을 담당하는 강심소재로 연선한 7가닥의 고탄소 강선이 사용되고 있다. 강선의 직경은 가공송전선 종류에 따라 다르며, 상세한 것은 상기의 한전표준구매시방서에 규정되어 있다. 그리고 이때, 고탄소 강선의 인장강도는 약 1,225∼1,323MPa 정도 (약 125∼135kgf/mm2)의 특성치가 요구되고 있으나, 현재 투자율 특성에 대한 규정은 없다. 통상적으로 고탄소 강선의 투자율은 4,000 이상으로 알려져 있으며, 즉 강자성체 특성을 가진다.

한편, 가공송전선을 구성하는 핵심소재는 전선의 강도를 유지시켜 주는 강심과 전류수송을 담당하는 알루미늄 도체로 이루어져 있다.

송전 시 발생하는 전력손실은 알루미늄 도체에서 발생하는 전류에 의한 전기저항손과 교류전류에 의해 강자성체인 강심에서 유도되는 자성체 특유의 철손(Core loss)과 와전류손(Eddy current loss)으로 이루어진다.

특히, 통전 중에 강심에서 유도되는 자기장은 알루미늄 도체에서의 전류흐름을 방해하여 유효전기저항을 증가시켜 알루미늄 도체에서의 전기저항손을 더욱 증가시키는 결과를 초래한다.

그리고, 알루미늄 도체에서 발생하는 전기저항손과 강자성체인 강심에서 발생되는 철손 및 와전류손은 모두 주울(Joule)열로 방출된다.

가공송전선에서 발생되는 전력손실은 송전효율을 감소시킬 뿐만 아니라 주울 열로 변환되어 방출되기 때문에 결국에는 송전선 자체 온도를 증가시키는 요인이 된다.

이러한 송전선에서의 과도한 온도상승은 송전선의 안정성에 치명적인 해를 끼치게 된다.

그러므로, 가공송전선의 저손실화는 전력손실의 저감뿐만 아니라 전력수송의 안정성에도 대단히 중요한 과제이다.

본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 안출된 것으로, 전력수송 중 발생하는 전력손실을 최소화할 수 있도록 한 가공송전선을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전력수송의 안정성을 최대한 확보할 수 있도록 한 가공송전선을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 질소강 강선을 이용한 가공송전선의 단면을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 질소강 강선을 이용한 가공송전선의 단면을 도시한 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 강선 2,3 : 소선

10 : 강심 20, 30 : 도체

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소강 강선을 이용한 가공송전선은, 다수의 강선이 연선되고, 상기 각 강선은 질소강의 재질로 구성되는 강심; 및 상기 강심을 감싸고 있는 도체를 구비한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 질소강 강선을 이용한 가공송전선에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서 가공송전선의 새로운 강심으로 적용하고자 하는 질소강의 주요 합금성분은 다음의 < 표 1 >과 같다.

< 표 1 >

구성원소	Fe	C	Mn	Ni	Cr	N
성분비(wt,%)	bal.	0.06∼0.25	6.0∼18.0	1.0∼8.0	14.0∼22.0	0.20∼0.50

질소강은 통상적으로 2,000ppm 이상의 질소를 함유하는 합금을 칭하는 것으로 오스테나이트 스테인리스강이라고 부른다. 질소가 다량 함유됨에 따라 가공경화능(가공에 의해 재료의 강도가 증가함)이 뛰어나, 가공에 의해 높은 강도를 얻을 수 있으며, 강가공 조건 하에서도 안정된 오스테나이트 조직이 유지되어, 특유의 비자성 특성을 가지게 된다.

여기서 비자성 특성이란 자성학적으로 투자율 값이 1에 가까운 특성을 의미한다.< 표 1 >과 같은 합금조성의 질소강은 강가공 상태에서도 투자율이 1에 가까운 비자성 특성을 유지한다.통상적으로 가공송전선용 강심은 선재를 신선하여 제조하며, 본 발명의 질소강의 경우, 초기 선경 6.5mm의 선재를 냉간인발하여 3.5mm까지 신선하여, 이를 최종 선경으로 하였다.상기의 최종 선경 선재의 기계적 특성과 자기적 특성을 평가하여, 기존의 고탄소강 강선의 특성과 비교하였다. 이를 아래 < 표 2 >에 정리하였다.< 표 2 >

강 종	인장강도(MPa)	항복강도(MPa)	연신율(%)	투자율
질소강	1,800	1,660	4.5	< 1.05
고탄소강(비교재)	1,225∼1,323	1,050	8.0	4,000

지금까지 기술한 저손실화 방책을 고려하며, 가공송전선에서의 전력손실을 저감시키기 위해서는 강심의 면적을 최소화할 수 있도록 가능한 고강도의 강선을 적용하는 것이 유리하다. 그러나, 선재를 너무 무리하게 강가공할 경우, 연성이 급격히 감소하는 문제를 초래하기 때문에 한전에서 규정하고 있는 연신율을 만족시키는 범위 내에서 고강도화시키는 것이 필요하다.참고적으로 한전표준구매시방서(ES 121-113∼160)에서는 선경에 따라 다소 차이는 있으나, 최소 4.0% 이상의 연신율을 규정하고 있다.또한 상기의 기계적 특성뿐만 아니라 자기적 특성 또한 투자율이 1에 가까운(최소한 1.05 이하의 값) 비자성 특성을 보유하도록 하는 것이 요구된다.결론적으로 최종 선경에서도 투자율이 1.05 이하의 비자성 특성이 유지되고, 연신율이 4.0% 이상이 얻어지는 가공조건 하에서 최대한의 강도를 얻는 것이 중요하며, 이와 같은 특성치는 < 표 1 >의 합금 조성범위의 강종에서 얻어지는 것을 확인하였다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 질소강 강선을 이용한 가공송전선의 단면을 도시한 도면이다.

본 발명의 제 1실시예의 가공송전선은, 질소강의 재질로 된 다수의 강선(1)이 연선되어 있는 강심(10); 및 상기 강심(10)을 외부에서 감싸고 있는 알루미늄 도체(20)를 구비한다.

상기 각 강선(1)은 외주에 알루미늄 피복처리된다. 상기 각 강선(1)에 대한 알루미늄 피복처리는 내부식성의 향상을 위한 것으로서, 알루미늄 피복처리 대신에 아연도금 처리를 적용할 수 있다. 한편, 상기 질소강은 스테인리스강으로 내부식 특성이 대단히 우수한 소재이기 때문에 상기 강선(1)은 별도의 피복처리 또는 도금처리하지 않아도 무방하다.

상기 알루미늄 도체(20)는 일정 두께로 된 다수의 사각형의 알루미늄 소선(2)이 상기 강심(10)을 원통형태로 감싸고 있는데, 상기 강심(10)을 다층으로 겹겹이 감싸고 있다.

도 1의 가공송전선은 알루미늄 도체(20)의 형상을 압축형으로 하여 알루미늄 도체(20)의 단면적을 크게 증가시켰다. 이렇게 함으로써 전기저항손이 극소화되는 효과가 기대된다. 즉, 상기 강심(10)의 인장강도(1,800MPa 정도)가 종래의 고탄소강의 강심의 인장강도(약 1,225MPa 정도)보다 증가되었기 때문에 강심(10)의 단면적을 줄일 수 있고, 그로 인해 상기 알루미늄 도체(20)의 단면적이 그만큼 증가된다.

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 질소강 강선을 이용한 가공송전선의 단면을 도시한 도면이다.

본 발명의 제 2실시예의 가공송전선은, 도 1에서 설명한 바와 같은 질소강의 재질로 된 다수의 강선(1)이 연선되어 있는 강심(10); 및 상기 강심(10)을 외부에서 감싸고 있는 알루미늄 도체(30)를 구비한다.

제 2실시예의 가공송전선이 상술한 제 1실시예의 가공송전선과 다른 점은 상기 알루미늄 도체(30)가 다수의 원통형의 알루미늄 소선(3)으로 되어 있다는 점이차이나고, 그 이외에는 동일한다.

즉, 상기 < 표 2 >와 같이 질소강이 인장강도가 높고, 투자율이 1에 가까운 비자성 특성을 가지고 있기 때문에 전력손실을 저감시킬 수 있는 새로운 강심소재이다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 강심을 고강도의 질소강 강선으로 함으로써 강심의 단면적을 줄이면서 상대적으로 알루미늄 도체의 면적을 증가시키게 된다. 결국 알루미늄 면적이 증가하게 되면 전류에 의한 전기저항손은 그 만큼 감소하게 된다.

그리고, 상기 질소강 강선은 비자성 특성을 가지기 때문에, 철손 및 와전류손을 저감시킴과 동시에 유효전기저항 증가분을 최소화시키게 된다.

특히, 질소강의 초고강도와 비자성 특성을 동시에 이용함에 따라 송전 시 발생되는 전력손실을 최소화하고 송전선의 온도상승을 최대한 억제하여 전력수송의 안정성을 향상시키게 된다.

이로 인해, 에너지자원의 고갈에 따른 효율적인 에너지의 활용 및 첨단 고도정보화 사회에서 핵심 기초동력원인 전기 에너지의 안정적인 공급의 이점이 있게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 다수의 강선이 연선되고, 상기 각 강선은 질소강으로 구성되는 강심과, 상기 강심을 감싸고 있는 도체를 구비하며,

   상기 질소강은 인장강도가 1,225MPa이상이고 연신율이 4.0%이상이면서 투자율이 1.05 이하인 비자성 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 질소강 강선을 이용한 가공송전선.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 각 강선은 외주에 알루미늄 피복처리된 것을 특징으로 하는 질소강 강선을 이용한 가공송전선.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 각 강선은 외주에 아연도금 처리된 것을 특징으로 하는 질소강 강선을 이용한 가공송전선.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 각 강선은 별도의 피복처리 및 도금처리되지 않은 것을 특징으로 하는 질소강 강선을 이용한 가공송전선.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 도체는 다수의 사각형의 알루미늄 소선으로 상기 강심을 원통형으로 감싸고 있되, 다층으로 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 질소강 강선을 이용한 가공송전선.
11. 제 6항에 있어서,

    상기 도체는 다수의 원통형의 알루미늄 소선으로 상기 강심을 원통형으로 감싸고 있되, 다층으로 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 질소강 강선을 이용한 가공송전선.