송전선로는 공기의 절연강도를 초과하는 매우 높은 전압이 걸립니다. 그래서 전선 표면에는 부분적인 방전 현상이 일어나는데 이를 코로나 방전 현상이라고 부릅니다. 코로나 방전이 발생하면 그 에너지가 전자파로 주변에 방출되어 전파장애를 일으킬 수 있습니다.
코로나 방전 현상
코로나 방전은 송전선로의 전선표면 전계강도가 공기의 절연강도를 초과할 때 발생합니다.
공기의 절연강도는 직류 30kV/cm, 교류 21kV/cm (기온 20도, 1기압 기준)인데 송전전압은 154kV 이상이니 이를 초과합니다. 그러면 공기의 절연파괴가 일어나고, 이온화 작용에 따른 공기의 절연파괴로 인해 전선표면에 코로나 방전이 일어나게 됩니다.
코로나 방전 현상이 발생하면 빛, 라디오장애, TV장애, 가청소음, 전선진동, 오존 등의 문제가 발생하고, 전력의 손실도 초래됩니다.
“전자파장애 또는 전파장애(Electromagnetic interference, EMI, radio-frequency interference, RFI)는 전기회로에 영향을 주는, 외부원(原)에 의해 발생되는 장애이다.”
https://ko.wikipedia.org/wiki/전자파장애
송전선로에서 코로나 발생에 영향을 주는 요소는 굉장히 다양합니다. 전선의 표면전위경도, 표고, 전선표면조건, 기후조건, 시간 등입니다.
특히 전선에 눈, 비, 먼지 등 이물질이 접촉되어 전선 표면에 돌출부가 생기면 코로나 영향이 더욱 심화됩니다. 코로나가 발생하면 전자파 장애, 소음이 발생되고, 송전전압이 높아지면 이런 문제들이 더 심해집니다.
전파장애
라디오장애
라디오장애는 라디오 주파수 범위에 원치 않는 에너지를 주어 라디오 청취에 지장을 주는 잡음을 말합니다.
코로나 방전에 의하여 발생되는 전류는 라디오의 전주파수에 걸쳐 짧은 펄스로 나타나며, 송전전압이 높아지면 더욱 증가되어 라디오 방송 청취에 더욱 지장을 줍니다.
더군다나 우천시는 잡음이 더욱 증가되고, 맑은 날과 비교하여 볼 때 약 24dB 정도의 더 큰 소음이 발생된다는 실험 데이터도 있습니다.
TV방송은 음성과 화상으로 구분되며, 음성은 FM에 속하고 화상은 AM 계에 속합니다. 송전선로의 코로나 현상은 AM계 화상에만 영향을 줍니다.
왜냐하면 FM계 음성은 진폭 제한기(limiter)의 기능으로 잡음에 대한 진폭변화를 제거할 수 있기 때문에 잡음에 의한 피해가 매우 적습니다.
따라서, 송전선로로 인한 TV장애 문제가 발생하는 경우는 AM계인 화상에 대한 영향만 고려하면 됩니다.
SNR 기준
송전선에서 발생되는 잡음은 방송청취에 지장을 주지 않도록 하는 것이 바람직합니다. 따라서 라디오잡음 제한치는 SNR(Signal Noise Ratio)로 규정하고 있습니다.
SNR이란 신호 대 잡음비율을 의미합니다. 즉, 방송 강도와 송전선 잡음의 차이를 SNR로 표현합니다. SNR 24dB 이상인 경우 방송청취에 지장이 없는 것으로 평가합니다.
위 그림을 보면 SNR의 개념을 쉽게 이해할 수 있습니다. SNR은 신호 전력과 노이즈 전력의 차이로 표시되기 때문에 SNR 값이 클수록 좋습니다.
한전의 송전선로 라디오장애 설계기준으로는 SNR 24dB를 유지하는 것이 요구됩니다. 우리나라의 중파대역의 최소방송강도는 71dB입니다.
따라서, 송전선로 노이즈가 47dB 이하로 유지되는 경우 방송청취에 지장이 없는 것이죠. 송전선로 건설 전에 사전에 전파장애에 대한 검토 및 관리가 이뤄집니다.
장애 vs 장해
장애와 장해, 어떤 표현이 맞을까요? 표준국어대사전을 통해 살펴봅니다.
장애 : 어떤 사물의 진행을 가로막아 거치적거리게 하거나 충분한 기능을 하지 못하게 함. 또는 그런 일.
유선 통신이나 무선 통신에서 유효 신호의 전송을 방해하는 잡음이나 혼신 따위의 물리적 현상.
https://stdict.korean.go.kr/search/searchView.do?word_no=476310&searchKeywordTo=3
장해 : 하고자 하는 일을 막아서 방해함. 또는 그런 것.
https://stdict.korean.go.kr/search/searchView.do?word_no=474295&searchKeywordTo=3
장애, 장해 두 단어 모두 어떤 일을 방해한다는 점에서 비슷한 의미를 가지고 있습니다. 보통 사회복지 분야에서는 장애, 보험 분야에서는 장해를 사용하고 있다고 합니다.
그렇다면 전파에서는 어떤 단어가 맞을까요? 정답은 전파장애가 올바른 표현입니다. 사전적 의미로 장해는 어떤 일을 막고 방해하는 것이고, 기능 저하의 뜻은 포함되어 있지 않습니다.
장애는 어떤 일을 수행하는데 충분한 기능을 하지 못한다는 의미가 포함되어 있고, 표준국어대사전에서는 통신 분야에서 사용되는 단어로 전파장애를 정의하고 있습니다.
코로나 방전 소음
코로나 방전이 일어나면 전자파 외에도 전선 주위에 물리적인 충격파가 생성됩니다. 방전으로 인해 전선 표면 주변의 공기 분자들이 움직이면서 코로나 소음이 발생합니다. 사람이 들을 수 있는 가청주파수 범위 내에 발생하는 가청소음입니다.
악천후 시에는 전선 주위에서 코로나 방전이 여러 곳에서 일어나 더욱 심한 소음이 발생합니다. 소음은 고기를 구울 때 고기기름이 끓는 소리와 비슷합니다.
코로나 소음은 아주 크지는 않지만 주변 주민들에게 불안감을 줄 수 있어서 민원의 대상이 되곤 합니다. 소음에 대한 제한치는 국가마다 다르지만 우리나라는 설계기준에 50dB 이하로 설계하도록 설정되어 있습니다.
이 외에 송전(Transmission) 분야와 관련된 글들은 아래 태그에서 확인이 가능합니다.