KR20100080736A - 송전선연결용 폴리머 절연 암(arm) - Google Patents

Abstract

[명칭] 송전선연결용 폴리머 절연 암(arm)

[구성] 2개의 주 절연 암과 2개의 보조절연 암으로 입체 구조를 이루도록 한 폴리머 절연 암인 것을 특징으로 한다.

[해결코자 하는 과제]

초고압 송전이 가능하고 기존의 송전 타워를 그대로 사용하면서 송전 타워의 콤팩트화, 경제화를 도모할 수 있는 진보된 송전선연결용 폴리머 절연 암을 제공하는 것.

송전 타워, 절연 암(arm), 폴리머 애자

Description

송전선연결용 폴리머 절연 암(arm){Polymer insulating arm for Electric power-line}

도1은 본 발명의 사용상태를 나타낸 사시도.

도2는 본 발명의 사용상태를 나타낸 정면도.

도3은 본 발명의 사용상태를 나타낸 평면도.

도4는 도3의 일부 확대도.

도5는 도2의 일부확대도.

도6은 본 발명의 주 절연 암을 나타낸 단면도.

도6a와 도6b는 도6의 좌우 단부를 확대하여 나타낸 단면도.

도7은 본 발명의 보조절연 암을 나타낸 단면도.

도7a와 도7b는 도7의 좌우 단부를 확대하여 나타낸 단면도.

도8은 본 발명의 턴-버클과 연결 브라키트를 나타낸 평면도.

도9는 본 발명의 지지금구를 나타낸 정면도.

도10은 본 발명의 보조금구를 나타낸 정면도.

도11은 본 발명의 연결 브라키트를 나타낸 정면도.

본 발명은 송전선연결용 폴리머 절연 암(arm)에 관한 것이다.

전력수요의 지속적인 증가와 전력생산과 수요의 지역적 불균형으로 송전설비의 건설은 불가피하지만 지가상승과 님비현상 등으로 송전선로용 경과지 확보는 국토가 좁은 우리나라에서는 이미 전력산업의 최대 현안으로 부각되고 있으며, 보상비와 건설비가 크게 증가될 것으로 예상되고 있다. 기존의 송전선로가 도시미관 및 국토발전에 부정적인 요소가 크므로 이것의 개선과 대용량 송전이 가능한 새로운 환경친화적 송전설비 기술의 도입이 요구되고 있다.

이에 본 발명과 같은 폴리머 신소재를 이용한 절연 암(arm)을 적용시킨 콤팩트 타워는 경량화, 소형화가 가능하면서 외관이 미려(美麗)하고 경과지 소요가 적으며, 이미 사용 중인 송전타워를 사용하여 높은 전압으로 승압송전이 가능하여 송전용량 증가에 용이하다는 효율성과 경제성 효과가 지대한 것으로 밝혀지고 있다.

또한, 폴리머 절연 암(arm)을 이용한 송전타워의 크기를 콤팩트(compact)화 하면 재료비 및 노무비 등 시공비와 용지 구입비, 암재를 사용하지 않음으로 인한 유지관리 비용을 절감할 수 있으며, 환경, 기술, 경제적인 면에서 기대되는 효과가 지대할 것으로 예상된다. 즉, 상술한 콤팩트 타워에서는 타워와 도체간의 이격공간을 유지하기 위한 암이 기존의 강철제의 암 대신 본 발명의 절연 암으로 대체되며, 이 경우의 기존 타워에서의 애자련이 하는 절연기능까지 수행하게 되어 기존형태의 애자련은 불필요하게 된다.

그리고 폴리머 절연 암을 적용하는 경우(철탑의 주재료는 철재)는 암과의 절 연을 위한 애자련이 불필요하므로, 금구장치는 전선을 잡아주는 암 절연물 고정을 위한 최소한의 장치로 구성되어 길이가 매우 짧아진다. 또한, 전선배치에 있어서는 현수형과 내장형의 구분이 없는 동일한 배치형태가 된다. 금속 암 철탑의 전선배치는 철탑에서의 제약조건이 엄격하기 때문에 철탑에서의 clearance(상-대지 절연)에 의해 정해지지만 절연 암 철탑의 전선배치는 철탑에서보다는 경간에서의 선간거리(상간 절연)에 의해 정해진다.

이상을 요약하면, 기존의 송전 타워는 도시의 과밀화로 인한 매연과 분진에 의한 절연물의 오손이 증가되는 문제가 심각하게 발생되고 있으며, 국내 송전 타워의 경우 대부분이 산악지대에 위치하고 있어 산림의 무성화로 인한 대지 절연거리의 확보에 큰 어려움이 따르고 있고, 좁은 국토와 고지가의 도심 부근 경과지 축소에 따른 문제 발생으로 새로운 신선로의 운영에 큰 어려움을 겪고 있는 바, 본 발명과 같은 경량의 절연 암을 적용하게 되면 송전 타워의 소형화와 경량화가 가능해져서 단가의 하락은 물론 자재의 운송 및 설치비용, 건설비 등이 약 30％ 정도 절감되며 송전 타워의 구성이 간단하여지고 중량이 감소되어 외관이 미려함은 물론 송전 타워의 내구성 또한 크게 상승될 뿐만 아니라 이에 따라 유지 및 보수비용 등이 감소되고 특히 기존 사용하고 있는 송전 타워를 그대로 이용하여 송전전압의 승압송전이 가능해지는 등의 특징을 가지게 된다.

소재기술의 발달로 송·배전선로에 요구되는 기계적·전기적 성능을 만족하는 폴리머 절연물 개발은 80년대 초부터 진척이 되었으며, 최근에는 초고압 절연 특성을 만족하는 폴리머 소재가 송전 타워의 암 절연물로 적용되면서 새로운 개념 의 송전설비 형태가 태동하기 시작하였다. 한편, 폴리머 절연 암을 이용한 친환경 컴팩트 송전 타워는 관형 철탑, 앵글 철탑에 적용하는 방안으로 크게 대별될 수 있는데, 사진 1은 미국, 호주, 캐나다 등지에서 관형 철탑에 폴리머 절연 암을 적용하여 컴팩트화 된 철탑을 보여주고 있다. 이 철탑의 시공은 관형 철탑에 폴리머 주재 암 1개와 조재 암(보조 암) 1개를 적용한 2차원적인 구조인데, 본 발명의 절연 암(3차원적인 구조)과 구조가 상이함은 물론 기존의 송전 타워를 그대로 사용하면서 초고압 송전선로를 설치할 수 있는 것이 아님을 밝힌다.

[사진 1]

즉, 본 발명은 도1 및 이하 제시되는 사진과 같이 기존 송전 철탑의 골격은 그대로 둔 채 부수적인 앵글 철재 암(arm)만을 철거 및 보강을 통하여 적용할 수 있는데, 사진 2에서와 같이 기존의 애자련을 철거한 이후 철재 암을 절단하고, 절단되어진 송전 철탑에 보강판으로 철탑을 보강한 이후 본 발명을 시공할 수 있다.

[사진 2]

따라서 본 발명은 기존의 송전 철탑을 교체하지 않고 사용 중인 송전 철탑을 이용하면서 상술한 바와 같은 장점과 특징을 도모할 수 있는 입체 구조의 폴리머 절연 암을 제공하는 것이 과제이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 다음과 같이 구성된다.

중앙에 FRP 심봉(11)이 위치하며, 상기 FRP 심봉(11)의 외면 전체에 실리콘 고무층(15)이 형성되도록 하되 상기 실리콘 고무층(15)의 표면에는 대소 직경의 절연 갓(16)들이 교대로 돌출 형성되도록 하고, 후술하는 고정쇠(60)와 보조금구(40)에 각각 고정되도록 하기 위하여, 고정 핀이 통과하는 구멍(14)이 뚫린 돌출편(13)이 대향 형성된 연결금구(12) 및 고정 핀이 통과하는 구멍(14a)이 뚫린 돌출편(13a)이 대향 형성된 연결금구(12a)가 상기 심봉(11)의 좌우 끝에 압착 고정되며 전체 길이가 0.5미터 이상 5미터 이하로 되는 2개 1세트의 주 절연 암(10)과;

중앙에 FRP 심봉(21)이 위치하며, 상기 FRP 심봉(21)의 외면 전체에 실리콘 고무층(25)이 형성되도록 하되 상기 실리콘 고무층(25)의 표면에는 대소 직경의 절 연 갓(26)들이 교대로 돌출 형성되도록 하고, 상기 FRP 심봉(21)의 한 쪽 끝에는 후술하는 연결브라키트(80)에 고정되도록 하기 위하여 고정 핀이 통과하는 구멍(24)이 뚫린 돌출편(23)이 대향 형성된 연결금구(22)가 압착 고정되고 상기 연결금구(22)의 반대쪽에는 후술하는 체결고리(70)와 연결될 수 있도록 체결 링(22a-1)이 구비된 연결금구(22a)가 압착 고정되며 전체 길이가 0.5미터 이상 4미터 이하로 되는 2개 1세트의 보조절연 암(20)과;

좌우의 끝에 걸쇠(51)(52)를 가지며 상기 보조절연 암(10)들을 지지하는 2개 1세트의 턴-버클(50)과;

상기 보조절연 암(20)들의 연결금구(22a)의 체결 링(22a-1)과 상기 턴-버클(50)들의 걸쇠(52)를 연결하여 고정 핀으로 고정시키기기 위하여 2개의 구멍(81)(81)을 가지는 연결브라키트(80)와;

상기 보조절연 암(20)들의 연결금구(22a)의 체결 링(22a-1)들을 후술하는 보조금구(40)와 연결시키기 위하여 고정 핀이 통과하는 구멍을 가지는 고정 단(70a)들이 대향 형성된 체결고리(70)와;

송전 타워(1)에 볼트/너트 또는 고정 핀으로 고정되며 상기 주 절연 암(10)들의 연결금구(12)가 고정되도록 하는 고정쇠(60) 및 상기 고정쇠(60)들의 상부이며 송전 타워(1)에 볼트/너트 또는 고정 핀으로 고정되고 상기 턴-버클(50)들의 걸쇠(51)가 고정되도록 하는 또 다른 고정쇠(61)와;

상기 체결고리(70)의 고정 단(70a)을 고정 핀으로 조립시키기 위한 구멍(34)을 가지는 수직 판(33)과 후술하는 보조금구(40)를 고정 핀으로 고정시키기 위한 구멍(32) 및 송전선 연결장치를 고정시킬 수 있는 구멍(35)이 대향 형성되어 있는 수평 판(31)으로 된 지지금구(30)와;

상기 지지금구(30)의 수평 판(31)과 조립되어 고정 핀으로 고정시키기 위한 구멍(42)을 가지는 2개의 돌출편(41)과, 상기 돌출편(41)의 반대쪽 중앙에 일체로 형성되어 상기 주 절연 암(10)의 연결금구(12a)를 고정 핀으로 고정시키기 위한 구멍(44)을 가지는 보조금구(40)를 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 도2, 도9와 같이 지지금구(30)의 저면에 송전선이 본 발명의 지지금구(30) 하방을 바로 통과할 경우 상기 송전선을 지지하는 장치가 조립될 수 있는 송전선 지지장치 조립용 소켓(36)을 추가할 수 있는 바, 이는 공지의 기술에 해당한다. 상술한 바에 있어서, 송전선이 본 발명의 지지금구(30) 하방을 바로 통과한다는 의미는, 본 발명의 지지금구(30)를 이용하여 송전선을 연결시키면서 송전선을 점핑(Jumping) 시키지 않고 상기 소켓(36)에 고정되는 송전선 지지장치를 통해 송전선이 바로 관통되는 것을 말하는 것으로 이 역시 공지의 기술에 해당한다.

그리고 본 발명의 상기 FRP 심봉(11)(21)을 도면과 같이 일체화를 하는 대신에 2등분 하여 연결하여 사용할 수도 있으며 본 발명인은 상술한 바와 같이 FRP 심봉(11)(21)을 실제로 2등분 하고 이들을 금구로 연결시켜서 절연 암을 제작한 사실이 있으나 이는 본 발명에 비하여 하위개념에 속하는 것이고 본 발명의 권리범위에 예속되는 것이어서 본 발명에서는 이를 다루지 않기로 한다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 작용과 실시예를 다음과 같이 제시한다.

먼저 본 발명의 주 절연 암(10)과 보조절연 암(20)의 구조 및 그 제조방법은 본 발명인의 선 등록된 특허를 통해 공지되어 있고 또한 본 발명인의 선 등록된 특허품이 현장에 적용되고 있어 상세한 설명은 하지 않기로 한다. 동시에 본 발명의 턴-버클(50) 역시 공지의 구조이며 본 발명의 연결금구(12)(12a)(22)(22a), 연결브라키트(80), 체결고리(70) 등은 도면을 통해 구조를 명확히 이해할 수 있고 제조에 관한 기술도 공지이므로 역시 상세한 설명은 하지 않기로 한다.

그런 상술한 바와 같이 주 절연 암(10)들과 보조절연 암(20)들을 한 점으로 모아서 고정시키기 위하여 사용되는 보조금구(40)와 지지금구(30)는 신규로 적용된 것이다. 한편, 본 발명품들을 조립시키기 위하여 고정 핀이나 리벳 또는 볼트/너트 등을 사용할 수 있는데, 이는 주문자의 요구에 의하여 정해지는 것이고 공지의 수단이am로 본 발명의 도면에서는 나타내지 않았음을 밝힌다.

이어서 본 발명의 절연 암(10)(20)에 사용되는 주재에 대한 형상설계는 일반적인 송전선로의 애자의 설계 기준을 따른다. 표 1에서 보는 바와 같이 애자를 사용하는 송전전압 154[kV]에 대한 절연거리는 오손등급 A등급 환경에서 318[mm] × 12[개] = 3,816[mm]가 된다. 여기서 318[mm]는 120[kV] 현수애자의 최소 누설거리이다.

본 발명에서는 이 누설거리를 폴리머 절연 암(10)(20)으로 실현하기 위해서 다음 식과 같은 최소 절연거리를 설계기존으로 삼는다.

19.1[mm/kV] × 170[kV] = 3,247mm

여기서 170[kV]는 송전전압 150[kV]의 상시전압이다. 한편, 이 누설거리에 안전율 20[％]을 적용하면, 3,247[mm] × 120％(안전율) = 3,896mm와 같이 되어 154[kV]에 대한 절연거리 기준을 3,896[mm]로 둔다.

표 1. 연면누설거리 방식에 의한 애자의 수량

한편, 송전전압 154[kV]에 상간 공기 절연간격은 표 2에서 보는 바와 같이 1,500[mm]이므로, 이들 상간 절연거리와 공기절연간격을 고려한 본 발명의 폴리머 절연 암(10)(20)의 주재에 대한 형상은 도면과 같이 설계된다.

표 2. 공기절연간격

주: 상간절연간격은 충전부간(Metal-to-metal)에 유지하여야 하는 최소절연간격

본 발명에서 사용되는 주 절연 암(10)은 길이 1959.5[mm], 직경 φ80 [mm]의 FRP 심봉(11)을 사용하며, 이 FRP 심봉(11)에 형성되는 절연 갓(16)갓은 교대갓으로서 큰 갓은 φ210[mm]으로 17개, 작은 갓은 φ172[mm]으로 17개씩 사용한다. 이 렇게 설계된 주 절연 암(10) 주재의 절연거리는 4,750[mm], 건조섬락거리(공기 절연간격) 1,699.5[mm]가 되어 충분한 절연거리가 유지된다. 보조절연 암(20) 역시 상기와 같은 조건에 의하여 설계되며 FRP 심봉(21)의 직경은 34φ가 되고 길이는 주 절연 암(10)에 비하여 턴-버클(50)의 길이를 뺀 만큼에 해당된다.

다음, 본 발명의 폴리머 절연 암(10)(20)이 설치되는 송전 타워의 경우 송전선로간의 충분한 절연설계에 따른 전계해석을 통하여 안정성을 검토할 필요가 있다. 이를 위해서 본 발명의 절연 암(10)(20)에 사용된 주재 및 부재에 대하여 인가전압에 따른 부위별 전계해석을 Maxwell 2D Field Simulator를 이용하여 검토하였다. 전계해석은 축대칭 전장 모델링을 구하여 그림 3과 같은 순서로 진행하게 되며, 갓 형상에 따른 전계분포의 차이를 분석하고 검토할 수 있다. 여기서 사용된 폴리머 절연 암의 재료 특성은 표 3과 같은 유전율로 선정하였으며 인가전압은 154[kV]로 설정하였다.

표 3. 각 구성 재료의 설정 유전율

하기의 그림 2는 본 발명의 주 절연 암(10)과 보조절연 암(20)의 2D 축 방향 모델링을 통하여 도체부에 154kV를 인가할 때 부위별 최대 전압분포를 해석한 결과로서 전체적으로 전압이 도체부 및 폴리머[실리콘 고무층 (15)(25), 절연 갓 (16)(26)]에 영향을 미치고 있으며, 특히 3번째 절연 갓까지 전압의 인가에 따른 영향을 받고 있으나 전체적으로 상기의 본 발명 절연 암(10)(20)의 몸체 및 절연 갓(16)(26) 부근에서 큰 영향을 보여주고 있지 않음을 알 수 있다.

다음, 상기 그림 3의 (a)는, 전계 분포를 나타낸 것으로 대부분 전압의 인가 측의 전극 및 전극과 하우징 사이에 대부분 집중되는 양상을 보여주고 있으며, 그 이외의 부분에서는 전계값은 낮게 형성됨을 알 수 있다. 또한, 그림 3의 (b)는 전계 집중부위를 확대하여 나타낸 것으로 최대 전계값은 4.98e+6[V/m]이였으며, 전극 과 하우징 계면에서의 전계값은 3.11e+6[V/m]이었다. 계산된 최대 전계값은 절연물의 절연파괴강도에 미치지 않기 때문에 절연상의 문제는 없다. 그리고 6번째 갓의 경우에는 약 2.49e+5[V/m] 정도로 낮은 전계분포 양상을 보여주고 있어서 큰 문제가 되지 않았다. 결론적으로 송전선이 고정되는 도체부분에서 최대전압 및 전계분포가 발생하며, 도체부와 폴리머(상기 실리콘 고무층)가 연결되는 부분에서 전위차, 전계가 매우 크게 발생함을 알 수 있었다.

다음, 상기 본 발명의 폴리머 절연 암(10)(20)을 이용한 컴팩트 송전 타워의 경우 실제 전선하중에 의한 본 발명의 절연 암(10)(20)에 미치는 영향을 검토하는 시험을 행하는 것으로서 수평하중시험과 수직하중시험을 실시한다.

수평하중시험은 철탑제작기준의 피 시험 지지물에 상시 상정하중의 1.5배 또 는 이상시 상정하중의 1.0배를 1분간 가한 후 하중을 제거하고 각부의 이상 유무 및 영구변형 여부를 조사하는 내하시험을 말하며, 하중시험에 사용하는 계측기는 국제시험기관인정기구협의회의 상호인정협정에 서명한 인정기구로부터 인정받은 공인시험기관의 검·교정을 필한 계측기를 사용하여야 한다. 절연 암을 파괴하중에 견디는 철탑 또는 구조물에 설치하여 정하중을 가한 다음 절연 암의 강도, 단위 부품의 변형여부에 대하여 검사하며, 시험하중의 방향, 방법 등은 철탑설계 시에 상정하는 조건에 따른다. 시험결과 단위 부품의 영구변형이 발생한 경우 및 기타 결함이 발생한 경우 재시험을 받아야 한다.

앞서 기술한 내용과 같이 하중시험을 통한 제품의 안정성을 검토하기 위하여 공인시험기관의 입회하에 본 하중시험을 행한 결과로서 사진 6-24의 수평하중시험으로서 시험기준 4,600kgf 이상의 하중에 문제가 없음을 확인하는 시험으로서 철탑에 시공되어진 본 발명 폴리머 절연 암의 지지금구(30) 부분에서 수평으로 하중을 가하였으며, 시험결과 4,600kgf 이상에서 폴리머 절연 암의 소손이나 끝단부위의 변형은 발생하지 않음을 확인하였다.

사진 6-25, 26의 수직하중시험의 기준은 4,000kgf 이상의 하중에 문제가 없음을 확인하는 시험으로서 철탑에 시공되어진 본 발명 폴리머 절연 암의 지지금구(30) 부분에서 수직방향으로 하중을 가하는 시험으로서 상기 사진에서 보는바와 같 이 상단에서 하단방향의 수직방향으로 하중을 가하여야 하며, 본 시험을 통하여 수직방향으로 4,000kgf 이상의 하중을 가한 결과 이상이 없었고, 폴리머 절연 암의 변형 또한 크게 발생하지 않음을 확인하였으며 사용상의 문제점이 없음을 본 시험을 통하여 확인하였다.

이상과 같이 설계된 본 발명의 폴리머 절연 암을 기존 154[kV] 송전철탑에 적용하여 컴택트화를 이룬 결과 용지부담이나 고도를 낮출 수 있는 우수한 점을 확인할 수 있었고 그 결과는 표 4와 같다.

표 4. 기존 송전철탑과 컴팩트화 된 송전타워의 비교 검토

이상의 실험결과를 뒷받침하는 것으로 다음과 같은 실험예를 다시 제시한다.

본 발명의 절연 암에 대하여 병진 세 방향에 대해서 하중을 구하였으며, 이 값들은 한국전력공사에서 제공한 송전현장실무 지침서를 참고하여 구하였다. 아래 그림 13은 도1, 2, 3과 같이 송전 타워(1)에 본 발명이 설치되어 있는 상태를 간략히 도시한 것이다. 즉, 지지금구(30)에 의해서 주 절연 암(10)과 보조절연 암(20)이 한 점으로 연결되고 그 점에 그림과 같은 3방향의 하중이 가해진다. 다시 말해서, 수직하중(A_v), 수평횡하중(A_h), 수평종하중(A_p)의 3방향 하중은 각각 여러 가지 의 항으로 구성되어 있고 각 하중들을 계산하기 위해 고려된 항들은 다음에 나타내고 계산된 값들을 나타내었다.

·수직하중(A_v) = 송전선의 단위길이 당 중량 × 수직하중경간

·수평횡하중(A_h) = 풍압하중 + 수평각도하중 = (풍압 × 송전선의 직경 × 수평하중경간) + (장력 × 수평각도)

·수평종하중(A_p)

아래 표 5는 하중을 계산하기 위해 한국전력공사에서 제공하고 있는 파라미터를 나타내고 있고 표 6은 위의 하중 계산식을 이용해서 하중의 계산 결과를 나타내고 있다.

표 5. 하중 계산을 위한 파리미터

·수직하중 = 송전선의 단위길이 당 중량 × 수직하중경간 = 942 [kgf]

·수평횡하중 = (풍압 × 송전선의 직경 × 수평하중경간) + (장력 × 절연 암 수평각) = 2022.5 [kgf]

·수평종하중 = 3900[kgf]

표 6. 각 방향에 작용하는 하중

표 5와 표 6에서 정의한 물성치와 하중조건을 입력하여 해석을 준비를 끝낸 후 솔버부인 Nastran으로 강도해석을 수행하였다. 그림 6-14는 경계조건이 정의되어 해석을 위한 준비를 마친 유한요소 모델을 나타내고 있다.

그림 6-14와 같이 유한요소 모델에 변위 경계조건과 하중경계조건을 정의하고 재료 물성치를 입력하여 Nastran을 이용하여 강도해석을 수행하였다. 본 발명의 목적이 절연 암의 강도를 해석하는데 있어서 금구는 충분한 응력을 견딜 수 있기 때문에 절연 암에 발생하는 응력에 대해서만 결과를 나타내고 분석하였다. 절연 암에 발생하는 응력 분포를 보기 위해 최대주응력을 사용하였고 FRP 심봉(11)(21)의 인장 시험 결과와 최대주응력으로 나타낸 최대응력과 비교 하여 절연 암의 강도를 검증 하였다.

그림 6-15는 절연 암에 발생하는 응력 분포를 나타내고 있고 표 6-6은 강도해석 결과를 나타내고 있다. 절연 암의 변형은 벡터의 크기로 나타내었고 응력은 최대주응력을 사용하여 나타내었다.

표 6-6. 절연 암 모델의 강도해석 결과

표 6-6에서는 최대주응력법을 이용하여 해석결과인 절연 암의 응력을 나타내었다. 이 응력을 절연 암의 인장시험결과와 비교했고 강도해석에 의해서 발생한 응력이 인장시험결과에 의해서 얻은 응력의 비율로 나타내어 설계된 절연 암의 강도 정도를 판단하였다. 표 6-7에는 인장시험에 의한 인장응력과 두 가지 경우의 강도해석에 의한 응력을 나타내었고 시험응력과 해석응력을 비로 나타내었다.

표 6-7. 절연 암의 강도해석 분석

다음, 폴리머 절연 암의 경우 일반적인 절연물과 동일한 조건으로 전기적 성능시험을 실시한다. 사진 50은 상용주파 건조섬락전압으로서 AC 내전압기를 통하여 인가전압을 시험전압500[kV]의 약 75％까지 적당히 상승시키고 이후 매초 시험전압의 약 2％의 상승률로 상승시켜 섬락전압을 확인한 결과 평균 650[kV] 섬락전압을 확인할 수 있다. 그리고 동일한 시료로서 뇌충격 섬락전압치 정/부극성(850/-850kV)을 각각 15회씩 인가하여 시제품의 절연상태 이상 유무를 확인한 결과 이상 이 없었다.

…………………………………………………… 이상을 정리하면,

· 절연 암의 강도해석을 수행하기 위해서 설계 프로그램인 CATIA를 이용하여 절연 암을 3D로 모델링 하였다.

· CATIA로 모델링한 절연 암을 전처리부인 PATRAN을 이용하여 유한요소 모델링을 하였고, 한국전력공사에서 제공하는 송전현장실무 지침서를 참고하여 하중 경계조건을 계산하였다.

· 또한 한국전력공사의 보고서에서 제공하고 있는 FRP 심봉의 물성치를 사용하였다. 또 FRP 심봉의 물성치와 구한 하중 경계조건등을 입력하여 MSC/Nastran으로 절연 암의 강도해석을 수행하였다.

· 절연 암의 강도에 관심을 가지고 강도해석 후 절연 암에 발생하는 최대 응력을 최대주응력으로 나타내었고 절연 암의 변형 형상을 후 처리부인 Patran으로 나타내었다.

· 최대주응력으로 나타낸 결과 절연 암에 발생하는 최대 응력은 103[N/mm²] 이었다.

· 이 경우에 대한 절연 암에 발생하는 최대응력을 절연 암의 인장시험에 의해서 얻은 응력과 비교한 결과 인장시험에 의한 응력에 약 18％로 나타난 바, 주어진 하중조건에 대해 절연 암의 강도는 안전하다고 판단된다.

· 환경 실증을 통하여 154[KV]의 송전선로 전계 및 자계의 특성을 기존 철탑과 비교한 결과 송전선과 지상 1미터 상의 지표면 전계강도의 경우 약 39％, 지표면 자계강도는 약 59％ 정도 낮아짐을 알 수 있었다.

상기 실험결과를 토대로 하여 표6-8, 표6-9와 같이 본 발명 폴리머 절연 암을 이용한 철탑의 Compact화로 인한 장점과 컴팩트 타워의 이점을 제시한다.

표 6-8. 폴리머 절연 암을 이용한 철탑의 Compact화 장점

표 6-9. 컴팩트 타워의 이점

이상과 같은 본 발명은, 3차원적 입체 구조의 경량, 소형화 폴리머 절연 암을 제공함으로서 기존의 송전 타워를 그대로 사용하면서 내구성과 품질이 우수하여 초고압 송전용으로 승압 운전을 할 수 있어 경제성이 탁월하고, 송전 타워의 경량화와 소형화를 도모하여 자재의 운송 및 설치 등에 따른 경비를 크게 감소시킬 수 있어 역시 경제성이 뛰어나며, 외관상 미려한 송전설비를 꾀할 수 있고 송전설비의 콤팩트화를 추구할 수 있어 안전하고 내구성이 크게 향상됨으로서 유지 및 보수비용의 절감도 큰 장점으로 대두될 뿐만 아니라 토지이용 효율 및 송전 타워 건설용지 구입 등의 측면을 감안하면 국가적인 차원에서 경제적으로 큰 이익을 발생시킬 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중앙에 FRP 심봉(11)이 위치하며, 상기 FRP 심봉(11)의 외면 전체에 실리콘 고무층(15)이 형성되도록 하되 상기 실리콘 고무층(15)의 표면에는 대소 직경의 절연 갓(16)들이 교대로 돌출 형성되도록 하고, 후술하는 고정쇠(60)와 보조금구(40)에 각각 고정되도록 하기 위하여, 고정 핀이 통과하는 구멍(14)이 뚫린 돌출편(13)이 대향 형성된 연결금구(12) 및 고정 핀이 통과하는 구멍(14a)이 뚫린 돌출편(13a)이 대향 형성된 연결금구(12a)가 상기 심봉(11)의 좌우 끝에 압착 고정되며 전체 길이가 0.5미터 이상 5미터 이하로 되는 2개 1세트의 주 절연 암(10)과;

   중앙에 FRP 심봉(21)이 위치하며, 상기 FRP 심봉(21)의 외면 전체에 실리콘 고무층(25)이 형성되도록 하되 상기 실리콘 고무층(25)의 표면에는 대소 직경의 절연 갓(26)들이 교대로 돌출 형성되도록 하고, 상기 FRP 심봉(21)의 한 쪽 끝에는 후술하는 연결브라키트(80)에 고정되도록 하기 위하여 고정 핀이 통과하는 구멍(24)이 뚫린 돌출편(23)이 대향 형성된 연결금구(22)가 압착 고정되고 상기 연결금구(22)의 반대쪽에는 후술하는 체결고리(70)와 연결될 수 있도록 체결 링(22a-1)이 구비된 연결금구(22a)가 압착 고정되며 전체 길이가 0.5미터 이상 4미터 이하로 되는 2개 1세트의 보조절연 암(20)과;

   좌우의 끝에 걸쇠(51)(52)를 가지며 상기 보조절연 암(10)들을 지지하는 2개 1세트의 턴-버클(50)과;

   상기 보조절연 암(20)들의 연결금구(22a)의 체결 링(22a-1)과 상기 턴-버클 (50)들의 걸쇠(52)를 연결하여 고정 핀으로 고정시키기기 위하여 2개의 구멍(81)(81)을 가지는 연결브라키트(80)와;

   상기 보조절연 암(20)들의 연결금구(22a)의 체결 링(22a-1)들을 후술하는 보조금구(40)와 연결시키기 위하여 고정 핀이 통과하는 구멍을 가지는 고정 단(70a)들이 대향 형성된 체결고리(70)와;

   송전 타워(1)에 볼트/너트 또는 고정 핀으로 고정되며 상기 주 절연 암(10)들의 연결금구(12)가 고정되도록 하는 고정쇠(60) 및 상기 고정쇠(60)들의 상부이며 송전 타워(1)에 볼트/너트 또는 고정 핀으로 고정되고 상기 턴-버클(50)들의 걸쇠(51)가 고정되도록 하는 또 다른 고정쇠(61)와;

   상기 체결고리(70)의 고정 단(70a)을 고정 핀으로 조립시키기 위한 구멍(34)을 가지는 수직 판(33)과 후술하는 보조금구(40)를 고정 핀으로 고정시키기 위한 구멍(32) 및 송전선 연결장치를 고정시킬 수 있는 구멍(35)이 대향 형성되어 있는 수평 판(31)으로 된 지지금구(30)와;

   상기 지지금구(30)의 수평 판(31)과 조립되어 고정 핀으로 고정시키기 위한 구멍(42)을 가지는 2개의 돌출편(41)과, 상기 돌출편(41)의 반대쪽 중앙에 일체로 형성되어 상기 주 절연 암(10)의 연결금구(12a)를 고정 핀으로 고정시키기 위한 구멍(44)을 가지는 보조금구(40)를 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 송전선연결용 폴리머 절연 암(arm).

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