송전선로 절연체는 다른 전력망 구성 요소와 어떻게 상호 작용합니까?

화창한 날 전력선 아래에 서서 나뭇잎이 전선에 닿을 때마다 전체 그리드가 어떻게 단락되지 않는지 궁금해한 적이 있다면 전선 기둥 절연체가 감사할 가능성이 높습니다. 저는 12년 넘게 이 나쁜 놈들을 유틸리티 회사와 전기 계약업체에 공급해 왔으며, 이것이 전선을 고정하는 단순한 플라스틱 또는 세라믹 기둥 그 이상이라는 점을 말씀드리고 싶습니다. 그리드의 다른 모든 구성 요소와 상호 작용하는 방식은 조명을 계속 유지하며 대부분의 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 더 역동적입니다.

우선, 기본적인 내용을 정리해 보겠습니다. 라인 포스트 절연체는 전신주에 직접 장착하고 전력선(도체)을 제자리에 고정하는 동시에 전류가 전신주나 접지로 흐르는 것을 차단하는 장치입니다. 그것이 없으면 전류가 기둥의 금속 하드웨어나 젖은 나무를 통해 땅으로 곧바로 누출되어 전력을 낭비하고 엄청난 안전 위험을 초래할 것입니다. 하지만 중요한 점은 진공 상태에서는 작동하지 않는다는 것입니다. 그리드 컨덕터, 크로스암, 하드웨어, 심지어 기타 절연체의 모든 부분은 라인 포스트 절연체가 연결되고 통신하는 방식에 따라 달라집니다.

가장 확실한 파트너십인 라인 포스트 절연체와 전력 도체부터 시작해 보겠습니다. 도체는 장거리에 걸쳐 전기를 전달하는 두꺼운 알루미늄 또는 구리선입니다. 극 사이에 단단히 묶여 있으며 라인 포스트 절연체가 물리적으로 이를 고정하는 것입니다. 하지만 단순한 클램프 작업이 아닙니다. 절연체 표면은 도체 설계에 완벽해야 합니다. 예를 들어, 고전압 라인(예: 시골을 가로지르는 115kV 또는 230kV 라인)으로 작업하는 경우 간격이 너무 작기 때문에 전기가 전선에서 극으로 점프할 때 아크 오버를 방지하기 위해 절연체는 도체와 극 사이에 충분한 거리를 만들어야 합니다. 그건 그렇고, 복합 또는 폴리머 라인 포스트 절연체가 들어오는 곳입니다. 수백개를 보냈는데복합 라인 포스트 절연체바로 이런 이유 때문입니다. 첨단 재료 과학을 통해 절연체를 기존 세라믹 절연체보다 길고 가볍게 만들 수 있으므로 유틸리티에서는 전혀 제작되지 않은 기둥에 추가 무게를 추가하지 않고도 동일한 절연 성능을 얻을 수 있습니다.

잠깐만요. 도체도 온도에 따라 팽창하고 수축합니다. 우리 모두는 더운 날에는 전력선이 처지고 추우면 조여지는 것을 본 적이 있습니다. 라인 포스트 절연체도 이러한 움직임을 고려해야 합니다. 절연체가 너무 단단하면 겨울에 도체가 수축할 때 클램프를 너무 세게 잡아당겨 절연체가 깨질 수 있습니다. 좋은 것들은 우리처럼라인 포스트 절연체line-장력을 흡수할 수 있도록 장착 하드웨어가 약간 구부러지도록 설계되었습니다. 나는 몇 년 전 한 계약자가 미네소타의 한 라인에 값싼 세라믹 절연체를 사용하려고 했던 일을 기억합니다. 1월에는 도체가 너무 세게 조여 절연체가 파손되어 세 개의 작은 마을에 정전이 발생했습니다. 이는 절연체의 움직임을 도체의 요구 사항에 맞춰 조정함으로써 방지할 수 있는 종류의 실수입니다.

다음은 라인 포스트 절연체와 크로스암입니다. 크로스암은 전신주에서 튀어나온 나무 또는 금속(알루미늄 또는 강철) 조각이며 라인 포스트 절연체가 부착되는 부분입니다. 구식 크로스암은 목재이지만 최신 폴은 수명이 더 길기 때문에 강철 크로스암을 사용하는 경우가 많습니다. 절연체는 각각 다르게 접착되어야겠죠? 목재는 다공성이므로 습기가 스며들어 부식이나 전류 누출이 발생하는 것을 방지하기 위해 장착 브래킷에 개스킷이 있어야 합니다. 강철 크로스암은 전도성이 있으므로 절연체는 브래킷과 기둥 자체 사이에 완전한 전기 장벽을 만들어야 합니다. 이것이 바로 폴리머 라인 포스트 절연체가 강철 크로스암에 인기가 있는 이유입니다(폴리머 라인 포스트 절연체)-합성 물질은 전기를 전혀 전도하지 않으며 세라믹이나 목재 기반 절연체보다 녹과 부패에 훨씬 더 잘 견딥니다.

여기서도 하드웨어, 즉 모든 것을 함께 고정하는 모든 브래킷, 볼트 및 클램프에 대해 언급해야 합니다. 라인 포스트 절연체는 크로스암과 도체에만 닿는 것이 아닙니다. 사람들이 항상 생각하지 않는 방식으로 하드웨어와 인터페이스합니다. 예를 들어, 도체를 절연체에 고정하는 클램프는 와이어가 강풍에 미끄러지지 않을 만큼 빡빡해야 하지만, 도체의 절연체(또는 절연체 표면)가 손상될 정도로 너무 빡빡해서는 안 됩니다. 클램프 압력이 안전한 범위 내에 있는지 확인하기 위해 모든 절연체를 테스트합니다. 왜냐하면 손상된 도체가 단락을 일으킬 수 있고 갈라진 절연체가 안전 위험을 초래할 수 있기 때문입니다. 또한 모든 하드웨어는 부식을 방지하기 위해 아연 도금 또는 코팅 처리되어야 하며, 특히 염분 공기가 금속을 초고속으로 부식시키는 해안 지역에서는 더욱 그렇습니다. 한번은 플로리다의 전력회사에서 오래된 절연체가 떨어져 나가고 있다는 이유로 우리에게 전화를 한 적이 있습니다. 소금이 브래킷 구멍에 들어가 강철을 부식시켜 절연체가 느슨해졌기 때문입니다. 이는 절연체 자체만큼 중요한 절연체와 하드웨어의 상호 작용의 전형적인 사례입니다.

또 다른 큰 상호 작용은 동일한 극에 있는 다른 절연체와의 상호 작용입니다. 일반적인 전신주에는 전력선의 다양한 위상을 위한 여러 개의 라인 포스트 절연체가 있으며, 더 긴 경간을 위한 서스펜션 절연체 또는 심지어 가로등이나 변압기용 절연체도 있습니다. 이러한 모든 절연체 사이의 간격은 위상 간 아크를 방지하기 위해 딱 맞아야 합니다. 두 개의 라인 포스트 절연체가 너무 가까우면 한 위상의 전기가 다른 위상으로 점프하여 전체 라인을 차단하는 오류가 발생할 수 있습니다. 우리는 전력회사와 긴밀히 협력하여 전선의 전압을 기준으로 적절한 수의 절연체와 적절한 간격을 지정하므로 그들이 추측할 필요가 없습니다. 작년에 우리는 소규모 자치단체의 전주 설정 재설계를 도왔습니다. 그들은 오래된 나무 전주에 너무 많은 절연체를 밀어 넣었고, 세라믹 전선보다 좁은 합성 라인 포스트 절연체를 사용하여 간격을 조정하여 새로운 전주 없이 아크 문제를 해결했습니다. 그로 인해 수만 달러가 절약되었습니다.

잠깐, 환경 구성 요소는 어떻습니까? 예, 라인 포스트 절연체는 날씨와도 상호 작용하며 이는 그리드의 나머지 부분과 작동하는 방식에 영향을 미칩니다. 비, 눈, 얼음, 심지어 오염까지 모두 절연체 표면을 변화시키고 이는 결국 전기 흐름에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 절연체가 소금이나 산업 먼지로 덮여 있으면 물이 표면에 전도성 층을 형성합니다. 이로 인해 도체에서 절연체를 통해 극으로 전류가 누출될 수 있습니다. 이를 "표면 플래시오버"라고 합니다. 최신 라인 포스트 절연체, 특히 폴리머 절연체는 연속 필름을 형성하는 대신 물 구슬을 만드는 소수성 코팅으로 처리됩니다. 그러면 누출이 줄어들어 전체 그리드가 더 효율적으로 실행됩니다. 그리고 환경과 상호 작용하기 때문에 이는 다양한 조건을 처리하는 그리드의 능력과 호환되어야 함을 의미합니다. 절연체가 얼음 축적을 처리할 수 없는 경우 추가 중량으로 인해 도체가 아래로 당겨져 위상 간 간격이 엉망이 되어 정전이 발생할 수 있습니다. 우리는 절연체를 얼리고 소금물로 분사하여 버틸 수 있는지 확인하는 전체 테스트 실험실을 보유하고 있습니다. 왜냐하면 우리는 상호 작용이 얼마나 중요한지 알고 있기 때문입니다.

변압기 및 기타 변전소 장비를 잊지 마십시오. 잠깐, 라인 포스트 절연체는 시골의 배전선만을 위한 것이 아닙니다. 변전소에서도 사용되며 전력선을 전압을 높이거나 낮추는 변압기에 연결합니다. 이 경우 라인 포스트 절연체는 가공 도체 대신 부스바(변전소 내부의 무거운 구리 또는 알루미늄 바)와 상호 작용해야 합니다. 여기의 전압은 138kV 또는 345kV와 같이 훨씬 높으므로 절연체는 훨씬 더 정확해야 합니다. 버스바는 절연체의 장착 지점과 완벽하게 정렬되어야 합니다. 그렇지 않으면 앞서 언급한 것과 동일한 아크 문제가 발생합니다. 저는 수요가 높고 신뢰성이 양보할 수 없는 텍사스나 캘리포니아 같은 지역의 변전소에 절연체를 공급해 왔습니다. 변전소가 다운되면 수백 개의 사업체와 주택이 파손되므로 우리가 보내는 모든 라인 포스트 절연체가 주변의 부스바, 차단기 및 변압기와 함께 작동하도록 설계되었는지 확인합니다.

그리고 최근에 더욱 주목받고 있는 상호작용이 하나 더 있습니다. 바로 재생 에너지입니다. 많은 새로운 전력선은 날씨가 혹독한 외딴 지역에 있는 풍력 발전소나 태양광 발전소를 위한 것입니다. 여기서 라인 포스트 절연체는 가변 전력을 전달하는 도체와 함께 작동해야 합니다. 즉, 태양광 및 풍력은 일정한 출력을 생성하지 않으므로 전류 흐름은 기존 화석 연료 발전소에서보다 더 많이 변합니다. 절연체는 가변 부하와 극 사이의 추가 거리(풍력 발전소가 분산되어 있기 때문에)를 처리해야 합니다. 복합 라인 포스트 절연체는 더 가벼우므로 구조적 무결성에 대한 걱정 없이 기둥을 더 멀리 배치할 수 있기 때문에 여기에 적합합니다. 저는 방금 아이오와의 풍력 발전 단지에 대한 대규모 주문을 마쳤습니다. 라인 포스트 절연체는 엄격한 추운 날씨 사양을 충족하고 인근 농장의 먼지에 저항해야 했습니다. 이 작업을 수행하려면 토목 기사, 전기 공사업체, 심지어 풍력 발전소 운영자와 협력하여 모든 절연체가 맞춤 설정에서 다른 모든 구성 요소와 함께 작동하는지 확인해야 했습니다.

그렇다면 이 모든 것이 왜 중요한가요? 결국 그리드는 팀의 노력입니다. 단일 부분은 단독으로 작동하지 않습니다. 라인 포스트 절연체는 물리적으로나 전기적으로 전체 시스템을 하나로 묶어주는 숨은 영웅입니다. 그러나 그 성능은 도체, 크로스암, 하드웨어, 기타 절연체, 환경, 심지어 증가하는 재생 에너지 수요까지 다른 모든 부분과 얼마나 잘 연결되는지에 전적으로 달려 있습니다. 수년 동안 절연체 관련 업계에 종사해 온 사람으로서 저는 상호 작용이 중단, 손상, 안전 위험과 관련되는 경우를 직접 목격했습니다. 그리고 나는 그것이 예상대로 작동하는 것을 보았습니다. 그리드가 원활하게 작동하고 조명을 켜두며 누구에게도 문제를 일으키지 않습니다.

유틸리티 회사, 전기 계약자 또는 전력망 프로젝트에 참여하는 사람이고 설정의 다른 모든 구성 요소와 잘 작동하도록 설계된 라인 포스트 절연체가 필요한 경우 연락하십시오. 우리는 라인 포스트, 복합재, 폴리머 등 귀하의 필요에 맞는 모든 유형을 보유하고 있습니다. 너무 크거나 작은 작업은 없습니다. 우리는 모든 절연체가 나머지 그리드와 원활하게 작동하는지 확인하기 위해 귀하와 협력할 것입니다.

참고자료

1. 전력연구소(EPRI). (2020). 다양한 환경 조건에서 라인 포스트 절연체 성능. 캘리포니아주 팔로알토: EPRI.
2. 국제전기기술위원회(IEC). (2018). IEC 61109: 가공선용 복합 절연체 - 정의, 테스트 방법 및 허용 기준. 스위스 제네바: IEC.
3. 북미전기신뢰성공사(NERC). (2021). 배전망 신뢰성 모범 사례: 절연체 부품 호환성. 뉴저지주 프린스턴: NERC.
4. IEEE 전력 및 에너지 협회. (2019). 재생 통합을 위한 가공선 단열 설계. PES 송배전 회의 및 박람회. 조지아주 애틀랜타