KR20120008123A

KR20120008123A - 노후 가공송전선의 비파괴 수명 진단 방법

Info

Publication number: KR20120008123A
Application number: KR1020100068782A
Authority: KR
Inventors: 김병걸; 장용호
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-30

Abstract

본 발명은 가공송전선을 파괴하지 않고, 그것의 건전성과 수명을 진단하기 위한 방법에 관한 것으로서, 비파괴에 의한 가공송전선의 건전성 및 수명진단 방법에 있어서, 실험 가공송전선의 경도를 측정하여 인장강도와의 상관 관계로부터 수명 예측 데이타를 도출함으로써, 실제 가공송전선의 경도를 측정하여 가공송전선의 건전성과 수명을 예측하는 것을 특징으로 하는 노후 가공송전선의 비파괴 수명 진단 방법을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 가공송전선의 인장강도와 상관 관계가 있는 인장강도의 측정필요없이 경도만을 측정하여, 가공송전선의 건전성과 수명을 간단하면서도 편리하게 예측할 수 있고, 가공송전선을 파괴하지 않고 수명 진단이 가능하여 경제적이면서, 열화정도 및 교체시기를 정확히 예측, 파악할 수 있어 전력사고를 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

노후 가공송전선의 비파괴 수명 진단 방법{Method Technology of Non-destructive Life prediction of aged Overhead Conductor}

본 발명은 가공송전선의 시험편을 별도로 채취하지 않고, 전선의 수명 또는 건전성을 진단 및 평가하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 가공송전선의 인장강도와 상관관계가 있는 경도특성을 측정하여 가공송전선의 상태를 편리하고 간단하게 진단할 수 있는 노후 가공송전선의 비파괴 수명 진단 기술에 관한 것이다.

발전소와 변전소 또는 변전소와 변전소 등을 연결하여 일반 가정이나 수용가에 전력을 수송하는 송전선은 가공송전선과 지중 송전선으로 크게 구분된다. 그 중 가공송전선은 외부 환경에 상대적으로 많이 노출되기 때문에 적절한 시기에 적절한 방법으로의 정확한 수명진단이 매우 중요하다.

한편, 현재 사용되고 있는 가공송전선은 강심 알루미늄 연선(ACSR : Aluminum Conductors Stranded Steel Reinforced) 전선이 사용되고 있다. 이러한 강심 알루미늄 연선은 중심의 아연도금 강선(galvanized Steel Wire)과 이를 둘러싼 경 알루미늄 소선(Hard-drawn aluminum) 구조로 구성되어 있다.

그 중 철탑에 설치되어 있는 가공송전선은 외부 환경에 상대적으로 많이 노출되기 때문에 안정적인 운영을 위하여 정기적인 관리와 점검이 중요하다. 특히, 우리나라와 같이 대부분의 송전선로가 산악지역을 통과하고 있고, 연간 수 백 건의 산불이 발생하고 있으며, 그 화염이 송전선에 치명적인 영향을 미치는 사례가 빈번히 발생하고 있는 것을 고려할 때, 산불 진화 후, 신속하고 편리하게 송전선의 건전성 여부를 조사하여, 운영방안을 결정하는 것은 전력망의 안정된 운영에 매우 중요하다.

그러나, 지금까지 가공송전선의 유지관리는 거의 전공들의 육안에 의한 외관검사로 이루어져 왔으며, 그 중에서도 특히 노후도가 심한 선로 또는 산불 등이 발생한 사고선로에서는 점퍼선(Jumper Wire)을 시험편으로 채취하여, 이들의 인장강도, 비틀림특성을 조사하여 건전성 여부를 판단하였다.

가공송전선의 외관을 검사하는 경우에는 비용 및 소요시간은 적게 드나, 전선의 건전성 여부를 정확히 판정할 수 없는 치명적인 단점이 있고, 점퍼선을 채취하여 시험하는 경우에도, 철탑 간에 있는 송전선의 상태와 점퍼선의 상태가 동일하다고 간주할 수 없어, 점퍼선의 특성만으로 송전선의 건전성을 판단하는 데는 한계가 있다. 특히, 산불이 발생한 경우에는, 화염이 주로 수목과 가장 가까운 송전선의 딥(Dip)부분을 위협하게 됨으로, 이곳에서의 송전선 특성은 화염이 닿지 않는 점퍼선의 특성과는 전혀 상이할 수밖에 없다.

즉, 상기와 같은 문제점으로 인하여, 종래의 송전선 진단기술의 단점을 보완하는 새로운 진단기술의 개발이 요구되어 왔다. 새로운 진단기술에서 요구되는 가장 중요한 것은 설치되어 있는 송전선에는 어떠한 손상을 주지 않고, 그 특성을 측정할 수 있는 비파괴 진단기술이 되어야 한다.

이러한 비파괴검사를 위한 종래 기술로는 "송전선 내부 부식 검출장치"(대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 특0176062호), "무선에 의한 ACSR 전선 내부부식 검출 방법 및 장치"(대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2001-0039078호), "송전선로 이상유무 검출장치"(대한민국특허청 등록실용신안공보 등록번호 20-0183472호) 등이 있다.

먼저, "송전선 내부 부식 검출장치"는 발명은 송전선을 따라 주행하면서 송전선 내부의 각 선에 인가된 가변 전류원에 의해 유기된 임피던스의 크기 및 위상을 감지하여 송전선의 부식상태를 감지하여 송전선의 경년열화정도 및 교체시기를 파악하는 것이다.

그리고 "무선에 의한 ACSR 전선 내부부식 검출 방법 및 장치"는 무선에 의해 전선 내부부식 여부를 검출하여 송전선로와 배전선로의 가공전선으로 사용되고 있는 ACSR전선의 부식정도나 열화에 의한 국부부식 결함을 검출하는 것이다.

그리고, "송전선로 이상유무 검출장치"는 코일을 상부 원통형 패널과 하부 원통형 패널에 권취하여 코일을 반원통형으로 만들고 반원통형 코일을 원통형태의 코일로 결합시킴으로써 감지 센서의 내측으로 전선을 용이하게 탈,부착시킬 수 있도록 하여 송전선로의 이상유무를 검출하는 장치이다.

그러나, 상기 종래 기술들은 전기적 또는 자기적 신호에 의해 송전선의 이상 유무를 검출하는 것으로, 이러한 방식은 가공송전선의 건전성 판단에 있어 중요한 척도가 되는 알루미늄 선재의 인장강도특성에 대한 어떠한 정보도 제공해 주지 않기 때문에, 진단기술로서의 한계가 있다고 할 수 있다. 따라서, 가공송전선의 기계적특성을 비파괴법으로 측정 분석할 수 있는 기술 개발이 유일한 방안이라고 할 수 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가공송전선의 인장강도와 상관 관계가 있는 경도를 측정하여 가공송전선의 건전성과 수명을 편리하게 진단하여 편리하고, 정확한 노후 가공송전선의 비파괴 수명 진단 방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 비파괴에 의한 가공송전선의 건전성과 수명진단 방법에 있어서, 실험적으로 가공송전선의 경도를 측정하여 인장강도와의 상관 관계로부터, 건전성과 수명 예측 데이타를 도출함으로써, 실제 가공송전선의 경도를 측정하여 가공송전선의 건전성과 수명을 진단하는 것을 특징으로 하는 노후 가공송전선의 비파괴 수명 진단 방법을 기술적 요지로 한다.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은 가공송전선의 인장강도와 상관 관계가 있는 경도만을 측정하여, 인장강도 측정이 필요 없이 가공송전선의 건전성과 수명을 간단하면서도 편리하게 예측할 수 있고, 가공송전선을 파괴하지 않고 건전성과 수명 진단이 가능하여 경제적이면서, 열화정도 및 교체시기를 정확히 예측, 파악할 수 있어 전력사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2 - 가공송전선 샘플에 대한 열화(annealing) 온도 및 시간에 따른 경도 변화를 측정한 데이타를 나타낸 도.
도 3 - 특정온도(400℃)에서의 경도와 인장강도의 상관 관계를 도출해 낸 것을 나타낸 도.
도 4 - 특정온도(400℃)에서의 경도와 인장강도 잔존율의 상관 관계를 도출해 낸 것을 나타낸 도.
도 5 - 가공송전선 샘플에 대한 특정온도(300℃)에서의 경도와 인장강도의 상관 관계를 도출해 낸 것을 나타낸 도.
도 6 및 도 7 - 가공송전선 샘플에 대해 특정 온도(400℃, 300℃)에서의 인장강도 및 경도 변화를 측정한 데이타를 나타낸 도.

본 발명은 가공송전선을 파괴하지 않고 건전성과 수명을 진단하기 위한 방법으로 가공송전선의 경도를 측정하여 인장강도와의 상관 관계를 도출하고 수명 예측 데이타를 산정하여, 실제 가공송전선의 경도를 측정하여 가공송전선의 건전성과 수명을 진단하는 것이다.

즉, 실제 수명을 진단하기 위한 가공송전선과 같은 재질의 실험실에서 다양한 열화, 부식 조건 등에서 경도를 측정하여 그 값으로부터 인장강도와의 상관 관계를 도출하고, 이로부터 수명 예측 데이타를 산정하여, 실제 가공송전선에서 경도를 측정하여 그에 해당하는 수명 예측 데이타로부터 건전성이나 수명을 예측하는 것이다.

여기에서 경도 측정 방법은 시중에 나와 있는 경도기 중 적절한 경도기를 선택하여 사용할 수 있으며, 작업 환경의 특수한 상황을 고려하여 포터블 경도기를 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 고무 경도기를 사용하였으며, 이는 일정 하중을 시편에 가했을 때 압입 깊이를 기준으로 하여 바로 눈금(경도)을 읽을 수 있는 장치이다.

이하에서는 가공송전선에 있어서 경도와 인장강도와의 상관성에 대해 살펴보고자 한다. 본 발명에서는 ACSR 가공송전선에 있어서 송전선의 건전성과 수명을 결정하는 알루미늄 소선 부분에 대해 경도를 측정하였다.

먼저, ACSR 480mm², 알루미늄 소선 3.7φ와 ACSR 240mm², 알루미늄 소선 3.2φ에 대해 열화(annealing) 온도 및 시간에 따른 경도 변화를 측정하였다. 도 1 및 도 2는 각 샘플에 대해 이를 도시한 것이다. 이는 극한의 조건인 산불을 가장한 것으로서, 화염 노출시간이 클수록, 화염 온도가 높을수록 경도가 작아진다는 것을 알 수 있다.

그리고, ACSR 480mm², 알루미늄 소선 3.7φ 샘플에 대해, 도 3은 특정온도(400℃)에서의 경도와 인장강도의 상관 관계를 도출해 낸 것이고, 도 4는 특정온도(400℃)에서의 경도와 인장강도 잔존율의 상관 관계를 도출해 낸 것이다. 도 5는 ACSR 480mm², 알루미늄 소선 3.7φ와 ACSR 240mm², 알루미늄 소선 3.2φ에 대해, 특정온도(300℃)에서의 경도와 인장강도의 상관 관계를 도출해낸 것이다. 도시된 바와 같이 가공송전선에 있어서 경도와 인장강도는 직선적 비례 관계가 성립함을 알 수 있었다. 따라서, 경도와 인장강도의 상관 관계는 가능성 있는 비파괴 가공송전선 수명진단 방법으로의 확실한 가능성이 있음을 알 수 있다.

도 6 및 도 7은 ACSR 480mm², 알루미늄 소선 3.7φ 샘플에 대해, 특정 온도(400℃, 300℃)에서의 인장강도 및 경도 변화를 측정한 것이다. 도시된 바와 같이 인장강도 19.08[100%]~11.69[61.3%], 경도 90.7[100%]~88[97%]로 인장강도 거동과 경도 거동이 거의 일치함을 알 수 있다.

이와 같이, 가공송전선에서의 경도와 인장강도의 거동이 일치하는 것을 알 수 있으며, 따라서 가공송전선에서 인장강도를 특별히 측정할 필요없이 경도기로 간단히 경도만을 측정함으로써, 미리 산정된 수명 예측 데이타와 비교하여 현재 시점의 가공송전선의 수명을 용이하게 진단할 수 있어, 가공송전선의 비파괴 평가 인자로써 경도의 활용 가능성이 기대된다.

Claims

비파괴에 의한 가공송전선의 건전성 및 수명진단 방법에 있어서,
실험 가공송전선의 경도를 측정하여 인장강도와의 상관 관계로부터, 건전성과 수명 예측 데이타를 도출함으로써, 실제 가공송전선의 경도를 측정하여 가공송전선의 건전성과 수명을 예측하는 것을 특징으로 하는 노후 가공송전선의 비파괴 수명 진단 방법.