Lecture 애자

애자의 구비 조건

애자란 전선을 기계적으로 고정시겨 지지하고, 전선과 지지물을 전기적으로 절연하기 위하여 사용하는 절연체입니다. 애자는 다음과 같은 구비 조건을 고려하여야 합니다.

• 절연 내력이 클 것
• 누설 전류가 작을 것
• 정전 용량이 작을 것
• 기계적 강도가 클 것
• 외부 오염 물질에 대한 표면 저항이 충분할 것
• 전기 및 기계적 특성의 열화가 작을 것
• 온도의 변화에 강인하고 습기를 흡수하지 않을 것

애자의 종류

애자는 형태와 사용 목적 및 용도에 따라 다음과 같은 여러가지 종류가 존재합니다. 다음 각각에 대하여 간략하게 알아봅니다.

• 핀 애자 (Pin Type Insulator)
• 현수 애자 (Suspension Insulator)
  • 클리비스 형
  • 볼 소켓 형
• 내무 애자 (Smog Insulator)
• 장간 애자 (Long Rod Insulator)

핀애자

갓 모양의 자기편 또는 유리편 2$\sim$4층을 시멘트로 접착하고 베이스와 접착한후 핀으로 결합한 구조로서, $30[\mathrm{kV}]$ 이하의 선로에 주로 사용됩니다.

현수 애자

가장 일반적으로 많이 사용하고 있는 애자이며, $66[\mathrm{kV}]$ 이상 선로에서 대부분 현수 애자를 사용합니다. 전압에 따라 필요한 갯수만큼 연결하여 사용합니다. 전선의 하중에 따라 2련 또는 3련으로 사용할 수 있습니다.

종류는 클리비스형(Clevis Type)과 볼 소켓형(Ball and Socket Type)이 있습니다. 표준 크기는 $250[\mathrm{mm}]$ 이며 1개의 현수 애자는 다음과 같은 절연 내력을 만족하여야 합니다.

• 주수 섬락 전압 : $50[\mathrm{kV}]$
• 건조 섬락 전압 : $80[\mathrm{kV}]$
• 충격 섬락 전압 : $125[\mathrm{kV}]$
• 유중 파괴 전압 : $140[\mathrm{kV}]$

내무 애자

현수 애자에 비하여 갓의 두께를 두껍게 하여 주름을 깊게 하여 표면 누설 거리를 크게 한 애자입니다. 표면 누설 거리가 표준 현수 애자에 비하여 $1.4 \sim 1.5$배 정도 크기 때문에 염분에 의한 오손이 심한 지역에 사용합니다.

애자련의 전압 분포

애자련의 각 애자 사이의 정전용량이 달라 각 애자에 분포하는 전압 분포가 균등하지 않습니다. 다음 그림에서 애자 번호는 철탑쪽으로 갈 수록 커지고 전선쪽으로 갈 수록 작아집니다. 이때 각 애자에 걸리는 전압을 $[\%]$로 나타내었습니다.

위의 그림에서 다음을 알 수 있습니다.

• 최대 전압 분담 애자 : 전선에 가장 가까운 애자
• 최소 전압 분담 애자 : 전선으로부터 2/3 (혹은 철탑으로부터 1/3) 되는 지점에 있는 애자.

초호환, 초호각

앞에서 애자련의 각 애자 사이의 정전용량이 달라 각 애자에 분포하는 전압 분포가 균등하지 않음을 알아 보았습니다. 이때, 전압 분담을 균등하게 하기 위해 사용되는 것이 초호환(arcing ring), 초호각(arcing horn)입니다.

초호환(소호환), 초호각(소호각)의 역할

• 애자련의 전압 분포 개선
• 섬락으로부터 애자련 보호

애자련의 연 효율 (String Efficiency)

애자련의 섬락전압은 일련의 애자 개수를 증가시킴에 따라 증가하지만 애자 연결 개수에 비례하여 증가하지 않습니다. 애자련의 효율은 이를 나타내는 지표입니다. 애자련의 효율은 다음과 같이 정의됩니다.

$$\eta = \frac{V_n}{nV_1} \times 100$$

위 식에서 각 기호의 의미는 다음과 같습니다.

• $V_n$ : 애자련의 건조 섬락 전압
• $V_1$ : 애자 1개의 건조 섬락 전압
• $n$ : 애자의 개수