가공지선은 공기 중에 노출된 전력선을 보호하는 역할을 합니다. 송전선로 상부에서 낙뢰를 먼저 직격당하면서 하부의 전선들을 차폐하여 보호하는 것입니다. 또한 가공지선 접지되어 고장전류 귀로 역할을 하여 지락사고로부터 송전설비를 보호합니다.
가공지선의 역할
뇌차폐
가공지선은 위 그림처럼 철탑의 가장 상부에 연결됩니다. 보통 낙뢰는 상부에서 내려오므로 송전선로를 보호하기 위해 지지물의 최상부에 설치되는 것입니다.
배전선로의 경우에는 전주의 가장 상단에 연결되어 하단부의 배전선을 보호합니다. 전력선은 송전용 애자를 통해 철탑과 기계적으로 연결되어 있지만 전기적으로는 절연되어 있습니다. 반면에 가공지선은 낙뢰를 접지를 통해 땅 속으로 방전시켜야 하므로 철탑과 전기적으로도 직접 연결되어 있습니다.
전력선은 애자를 통해 절연되어 있지만 낙뢰를 맞으면 순간적으로 전위가 급등하여 애자의 절연이 파괴됩니다. 매우 높은 고전압으로 절연파괴가 발생해 애자련섬락이 일어나거나, 그 충격으로 애자가 파손되고 심하면 전선이 끊어지는 사고가 발생합니다. 가공지선이 설치되면 전력선이 직접 낙뢰를 맞지 않도록 차폐하고, 정전유도 작용을 통해 가공지선 쪽으로 낙뢰가 유도됩니다. 그러면 낙뢰가 치더라도 철탑을 통해 접지로 뇌전류가 방출되어 전력선과 애자를 보호할 수 있습니다.
송전선로의 경우, 철탑의 형태에 따라 가공지선은 각각 1조, 2조 형태가 있습니다. 위 그림에서 좌측 철탑은 1조, 우측 철탑은 2조입니다. 가공지선에 사용되는 전선 종류에는 강심알루미늄연선(ACSR), 알루미늄피복 강심알루미늄연선(ACSR/AW), 알루미늄피복강연선(AWS) 등이 있습니다.
참고로 전력선과 가공지선 간의 각도를 차폐각(θ)이라고 합니다. 차폐각이 크면 그만큼 전선이 많이 노출되니까 보호 효과가 떨어집니다.
반대로 차폐각이 작으면 가공지선이 커버하는 범위가 넓 보호 효과가 큽니다. 그래서 가공지선은 2조로 설치하면 차폐각을 크게 줄일 수 있는 것입니다.
중성점 귀로
가공지선의 주요 역할 중 하나는 고장전류를 귀로 시킨다는 것입니다. 전력선이 나무나 다른 지장물에 접촉해서 절연이 깨질 수 있습니다.
그러면 송전선로의 전류가 접촉한 물체 쪽으로 흐르게 되고, 이걸 지락사고라고 부릅니다. 이때 접촉한 물체의 저항이 낮으면 그 쪽으로 대전류가 흐르게 됩니다. 갑작스럽게 엄청난 고장전류가 발생하는 것입니다.
이때 접지되어 있는 가공지선을 통해 지락전류가 나누어지면서 고장전류를 억제하고, 대전류로 인한 전자유도현상을 줄여서 통신선의 전파장애를 경감시킬 수 있습니다. 이처럼 직접접지 송전계통에서는 가공지선의 역할이 필수적입니다.
그 외에도 가공지선은 전력통신의 역할도 수행합니다. 가공지선 중에는 철심 안쪽에 광섬유가 포함된 OPGW도 있습니다. 변전소와 변전소 사이의 통신을 통해 전력설비를 보호하고 계통 관련 정보를 송수신합니다.
가공지선 설치사례
가공지선이 설치된 사례들을 간단하게 살펴봅니다.
가공지선 1조
먼저, 154kV 송전선로에 설치된 1조 형태 가공지선입니다. 딱 봐도 차폐각이 상당히 넓습니다. 직격뇌로부터 전력선을 보호하기 적합하지 않아 보입니다.
철탑 상부의 모습은 마치 오징어 머리 같은 모습입니다. 이런 형태의 송전탑은 20세기 중반에 세워진 것으로 추정됩니다.
가공지선 2조
위 사진은 관형지지물입니다. 가공지선도 2조 형태로 되어 있습니다. 가공지선이 직상부에 위치해서 전력선을 잘 보호하는 모습입니다.
가공지선 연결부
가공지선과 철탑이 연결되는 부위는 이렇게 생겼습니다. 금구류를 통해 철탑 암과 기계적으로 고정되어 있고, 철탑과 연결되는 접지선이 따로 연결되어 있는 모습입니다.
철탑 암 위측에는 새가 둥지를 만들지 못하도록 조류착지 방지장치가 설치되어 있네요. 가공지선도 일반 전력선과 동일하게 관리합니다.
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