가공 배전선로 지선

왜 배우는가: 지선은 전봇대에 걸리는 전선 장력을 땅으로 전달하는 기본 보조 설비라서 배전선로 설계와 시공의 기초가 된다. 각도주·종단주에서 장력이 한쪽으로 쏠리는 문제를 해결하는 방법으로 시험에서 목적과 종류를 묻는 문항이 반복해 나온다.

출제 이력: 제134회 2교시 2번, 제113회 4교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지선은 전주에 작용하는 전선 장력과 수평 하중을 지선 앵커를 통해 지중으로 전달하여 전주의 기울어짐과 전도를 막는 보조 지지 설비이다.

키워드 목록

• 지선(Guy wire)
• 지선 앵커
• 지선애자
• 장력 지선
• 무장력 지선
• 보통지선
• 궁지선
• 수평지선

위 키워드는 지선의 설치 목적과 분류를 묻는 문항에서 그대로 쓰인다. 특히 장력 유무와 사용 목적이라는 두 기준으로 종류를 나눠 설명해야 점수를 받는다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 지선은 전봇대가 전선에 끌려 넘어지지 않도록 전선의 힘을 땅으로 되돌려 보내는 줄이다. 전선은 전주 양쪽에서 당기는 힘을 만들고, 이 힘이 한쪽으로만 작용하면 전주가 기울거나 뽑힌다.

정식 정의는 다음과 같다. 지선은 지지물에 작용하는 전선 장력 등 외력을 지선 밴드와 지선 금구를 거쳐 지선 앵커(지선 근가)에 전달하는 강선 설비다. 지선 앵커는 지중에 매설되어 인장력을 받는 부분이다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 지선애자: 지선 중간에 넣는 절연 부품이다. 지선이 고압 전선과 접촉하여 전기가 올라왔을 때 지표 가까운 부분으로 전압이 내려오는 것을 막는다.
• 부하 불평형: 전선 장력의 합이 한 방향으로 쏠린 상태다. 직선 구간이 끝나는 종단주와 선로 방향이 꺾이는 각도주에서 가장 크게 생긴다.
• 장력 지선: 전선 장력을 직접 받아 지지하는 지선이다. 배전선로 지선의 대부분이 여기에 속한다.

지선은 전주를 땅에 깊이 묻는 것만으로는 해결되지 않는 수평 하중을 보조한다. 그래서 지선의 방향, 각도, 앵커 깊이가 함께 맞아야 한다. 지선과 지면이 이루는 각도가 작아지면 지선의 수평 분력이 커지므로 설계 시 각도를 고려한다.

지선의 역할은 전선 장력의 수평 분력을 지면으로 돌려보내는 것이다.

지선애자는 지선의 감전 사고를 막는 장치다. 지선 중간에 절연 부품을 넣으면 상단 쪽에서 고압이 들어와도 하단 쪽 지선은 대지와 같은 전위에 머물지 않는다. 그래서 보행자나 차량이 접촉해도 감전 위험을 줄일 수 있다.

3. 등장 배경과 필요성

배전선로는 전주 간 경간이 짧아 전선 장력이 전주 한 본에 집중되기 쉽다. 전선이 직선으로 이어지는 구간에서는 장력이 서로 상쇄되지만, 선로가 꺾이거나 끝나는 지점에서는 상쇄되지 않는다. 이 불균형 하중을 전주 자체의 강도로만 버티면 전주가 커져야 하므로 경제성이 떨어진다.

도심에서는 전주를 세울 공간이 부족하다. 도로 폭이 좁거나 건물이 가까운 곳에서는 전주 옆에 지주를 세우기 어렵다. 이때 지선을 건물 벽이나 인접한 전주 쪽으로 빼는 방법이 쓰인다.

기후 조건도 중요하다. 강풍이나 빙설 하중이 가해지면 전선 장력이 순간적으로 커진다. 지선은 이런 하중이 전주 한 곳에 몰리지 않도록 분산하는 역할을 한다.

안전 측면에서도 지선이 필요하다. 지선은 지면 가까이 내려오므로 사람과 차량이 접촉할 수 있다. 그래서 지선애자와 지선 보호 장치를 함께 설치해 고압이 지표 쪽으로 전달되지 않게 한다. 이 점이 지선을 단순한 기계 부재가 아니라 전기설비로 보는 이유다.

지선애자를 지상 일정 높이 이상에 두는 것은 접촉 사고를 줄이기 위한 일반적 설계 방식이다.

배전선로에서 지선이 필요한 위치는 다음과 같다.

• 선로가 꺾이는 각도주
• 선로가 끝나는 종단주와 인류주
• 인입선이 분기되어 장력이 한쪽에 쏠리는 지점
• 전주 간 경간이 길어 전선 무게가 크게 걸리는 지점
• 연약한 지반에서 전주가 기울 우려가 있는 지점

이처럼 지선은 장력 불균형이 생기는 곳마다 설치하는 것이 원칙이다.

4. 구성요소·원리·절차

가공 배전선로의 지선은 전주에 걸리는 불평형 수평하중과 전선의 장력을 지지하기 위해 설치하는 인장 부재다. 지선은 지선 근가, 지선 밴드, 지선선(강연선), 애자(인장애자)로 구성된다. 지선이 전주에 작용하는 힘을 땅으로 전달하는 것이 핵심 원리다.

지선 인장애자는 지선 상부에 삽입하여 지선이 고압 전선과 접촉하거나 지락되어 전기가 흘러도 지표 근처 구간이 위험 전압에 노출되지 않도록 절연하는 장치다. 지선 하단 보호관은 사람이나 차량이 지선에 부딪히는 사고를 줄인다.

지선 설치 절차는 다음과 같다.

• 전주의 위치와 장력 방향(선로 방향, 각도주, 종단주)을 확인한다.
• 장력 방향에 맞는 지선 근가를 지표 아래에 매설하거나 나선형 근가를 회전 삽입한다.
• 지선선을 근가와 연결하고 전주 상부 지선 밴드에 고정한다.
• 지선 중간에 인장애자를 설치하여 절연을 확보한다.
• 지선 하단에 보호관을 씌워 시인성을 확보하고 지선의 장력을 조정한다.

지선의 지지 원리는 지선 장력의 수평 성분과 수직 성분을 분해하여 전주의 전도모멘트를 상쇄하는 것이다. 지선 각도(지표면과 이루는 각)가 작을수록 수평 성분이 커지므로 지선 장력 T 와 각도 \theta 사이에는 수평 성분 T_h = T\cos\theta 관계가 성립한다. 지선 각도는 장력 분해 결과와 지반 조건에 맞춰 정하는 것이 실무 관행이다.

지선은 전주의 불평형 수평하중을 지선선과 근가를 통해 지반으로 전달하는 인장 부재다.

5. 관련 법령·기준·표준

지선의 설치 기준은 「전기설비기술기준」과 그 해설서, 그리고 한국전기설비규정(KEC)의 지지물 및 지선 관련 조문에 따른다. 배전선로 지선은 전주 강도와 함께 검토되며, 지선의 안전율과 지선 재료는 기준에서 정한 값을 따른다. 법령 조문 번호는 본문에 특정하지 않는다.

지선 인장애자와 보호관은 감전과 충돌 사고를 줄이기 위한 장치이므로, 설치 기준은 전기설비 안전 기준과 함께 적용한다. 개정 연혁은 「전기설비기술기준」의 한국전기설비규定 체계 전환(2021년 1월 1일 KEC 시행)을 따른다.

6. 유형과 비교

지선은 장력 유무와 사용 목적을 함께 놓고 나누면 체계가 잡힌다. 먼저 장력 유무에 따라 장력지선과 무장력지선으로 구분한다. 장력지선은 전선 장력의 수평분력을 받아 지지물의 전도를 막는 지선이다.