[발송배전기술사] 차폐선(Shielding Wire)!

다음은 발송배전기술사 송전공학 문제 중 차폐선(Shielding Wire)에 대한 설명입니다.

차폐선(Shielding Wire)의 차폐계수, 차폐선의 차폐효과, 결언 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 송전 전력선 주위에 있는 통신선 사이에 발생할 수 있는 유도장해의 대책으로 차폐선을 가설한다. 이 때의 차폐계수에 대한 식을 유도하고, 차폐효과에 대하여 설명하시오.(제78회 4교시, 제84회 2교시, 제98회 3교시, 제108회 4교시, 제114회 3교시, 제115회 3교시, 제116회 4교시, 제123회 3교시)

[답]

1. 차폐선(Shielding Wire)의 차폐계수

  1) 차폐선의 개념도

      · $\dot{Z _{12}}$ : 전력선과 통신선의 상호 임피던스                      · $\dot{Z _{1s}}$ : 전력선과 차폐선의 상호 임피던스

      · $\dot{Z _{2s}}$ : 통신선과 차폐선의 상호 임피던스                      · $\dot{Z _{s}}$ : 차폐선의 자기 임피던스

      · $V_{2}$ : 통신선 유도전압                    · $\dot{I _{0}}$ : 전력선의 영상전류                    · $\dot{I _{s}}$ : 차폐선의 유도전류

                                                                         <차폐선 개념도>

  2) 그림에서 차폐선(가공지선)의 유도전류를 $\dot{ I_{s} } = \dot{ I_{0} } ·  \frac{\dot{ Z_{1s} }}{\dot{ Z_{s} }}$라 두면, 통신선에 유도되는 기전력 $V_{2}$는

     · $V _{2}= - \dot{Z _{12}} \dot{ I _{0}} +\dot{Z _{2s}} \dot{ I _{s}} =  - \dot{Z _{12}} \dot{ I _{0}} +\dot{Z _{2s}}  · {\dot{ I_{0} } · \frac{\dot{ Z_{1s} }}{\dot{ Z_{s} }}}  =- \dot{Z _{12}} \dot{ I _{0}} (1- \frac{\dot{ Z_{1s} } \dot{ Z_{2s} }}{\dot{ Z_{12} }\dot{ Z_{s} }} ) = - \dot{Z _{12}} \dot{ I _{0}}  \lambda $

      · $\dot{Z _{12}} \dot{ I _{0}}$ : 전력선에서 유도되는 전압             · $ \dot{Z _{2s}} \dot{ I _{s}}$ : 차폐선에서 유도되는 전압

  3) $- \dot{Z _{12}} \dot{ I _{0}}$는 차폐선이 없는 경우의 유도전압이므로 차폐계수 $ \lambda $는

     · $\lambda =  | 1- \frac{\dot{ Z_{1s} } \dot{ Z_{2s} }}{\dot{ Z_{12} }\dot{ Z_{s} }}  |  =  \frac{ V_{2} }{ Z_{12}  I_{0}}= \frac{차폐선이 있는 경우의 통신선에의 유도전압}{차폐선이 없는 경우의 통신선에의 유도전압}$

           $=$ 차폐선에 의한 통신선 유도전압의 저감율

   4) 차폐선을 전력선에 근접하여 설치

      (1) $\dot{ Z_{1s} }≒0$,  $\dot{ Z_{12} } ≒\dot{ Z_{2s} } $ 가 되므로  

            · $\lambda =  | 1- \frac{ \dot{ Z_{1s} }·\dot{ Z_{2s} }}{\dot{ Z_{s} }·\dot{ Z_{12} } } | ≒ | 1- \frac{ \dot{ Z_{1s} }}{\dot{ Z_{s} } } | =  \lambda ' $

             여기서, $\lambda ' =0$ 이 되는 것이 좋다.(∵ $V_{2} =0$ 이 되므로 유도장해가 발생되지 않는다.)

             따라서, $\frac{ \dot{ Z_{1s} }}{\dot{ Z_{s} } }=1$ 즉, $\dot{ Z_{1s} }=\dot{ Z_{s} }≒0$

             그러므로 $\dot{ Z_{s} }$는 대단히 적어야 한다.  따라서 가공지선을 차폐선으로 이용하며, 가공지선은 철탑마다

              접지하여 $\dot{ Z_{s} }≒0$ 으로 한다.

      (2)  $\lambda '$의 값은 0.5~0.7 정도이므로 이는 전자유도전압을 30~50[%] 정도 경감시킬 수 있다.

   5) 차폐선을 통신선에 근접하여 설치

        · $\dot{ Z_{2s} }≒0$,  $\dot{ Z_{12} } ≒\dot{ Z_{1s} }$ 가 되므로

          · $ \lambda =  | 1- \frac{ \dot{ Z_{1s} }·\dot{ Z_{2s} }}{\dot{ Z_{s} }·\dot{ Z_{12} } } | ≒| 1- \frac{ \dot{ Z_{2s} }}{\dot{ Z_{s} } } |= \lambda '' $

             여기서, $\lambda '' =0$ 이 되는 것이 좋으므로 $\frac{ \dot{ Z_{2s} }}{\dot{ Z_{s} } }=1$ 즉, $\dot{ Z_{2s} }=\dot{ Z_{s} }≒0$

             그러므로 $\dot{ Z_{s} }$는 대단히 적어야 한다. 따라서, 통신선으로 연피통신Cable을 사용하여 적당한 구간마다

             연피를 접지하여 $\dot{ Z_{s} }≒0$ 으로 한다.

 

2. 차폐선의 차폐효과

  1) 송전선로의 가공지선(Overhead Grounging Wire)은 철탑 정상부에 위치하여 주로 직격뢰나 유도뢰에 대한 차폐

      (Shield)기능을 수행하며, 동시에 지락고장 시 지락전류에 의한 전자유도장해의 차폐기능도 갖는다.

  2) 차폐선(가공지선)은 강심알루미늄연선(ACSR) 또는 동피복강선을 사용하여 철탑마다 접지하므로써 차폐선의 자기

      임피던스를 작게하여 전자유도전압을 낮추는 역할을 한다.

 

3. 결언

  1) 송전선 부근의 통신선의 전자유도장해를 줄이기 위해서 가공지선을 차폐선으로 사용하고 있는데

  2) 가공지선의 재질향상과 접지 저항값을 낮추어줌으로써 차폐계수를 작게하여 통신선의 유도장해를 경감시켜야

      하므로

  3) 향후 가송지선의 재질향상과 접지 저항값 저감방법을 더욱 연구, 개발하여야 할 것이다.

 

 

오늘은 발송배전기술사 송전공학 문제로 나올 법한 차폐선에 대하여 알아 보았습니다.