단락전자력·기계력

정의

단락전자력은 단락전류가 흐르는 도체 상호간에 작용하는 전자기력이다.

단락기계력은 이 힘과 열팽창 등으로 케이블·버스덕트 지지물에 걸리는 기계적 하중이다.

케이블·버스덕트의 지지 간격과 고정 강도를 정하는 근거다.

전류 방향과 힘의 방향

두 도체에 흐르는 전류 방향이 같으면 서로 끌어당기는 흡인력이 생긴다.

전류 방향이 같은지 반대인지에 따라 힘의 종류가 달라진다.

단락 순간에는 전류가 커서 이 힘이 크게 나타나 지지물이 뽑힐 수 있다.

전자력 식과 예시 계산

평행 직선 도체 사이의 힘은 전류의 제곱에 비례하고 간격에 반비례한다.

계산은 정상 부하전류가 아니라 단락전류 기준으로 하고, 기계력은 파고값으로 본다.

가상의 예로 간격 0.2 m, 전류 20 kA를 대입하면 단위 길이당 400 N/m가 나온다.

계산 절차와 검토

계산은 다섯 단계로 진행한다. 먼저 대칭 단락전류 실효값을 구한다.

다음에 파고값인 피크 전류를 구하고, 도체 간격으로 전자력을 계산한다.

3상 최대 전자력은 상별 전자력을 합성해 구하고 지지 간격을 검토한다.

강도가 부족하면 간격을 줄여 다시 계산한다.

3심 케이블의 비틀림과 열팽창

3심 케이블은 세 도체가 한 덩어리로 묶여 있어 심 사이 전자력이 내부 응력이 된다.

이 힘으로 케이블이 비틀리며 비틀림 모멘트가 생기고, 시스나 차폐테이프가 손상될 수 있다.

여기에 열팽창에 의한 축력, 자중, 진동까지 더해 기계적 강도를 검토한다.

전자력만 쓰고 이 항목들을 빠뜨리면 기계적 강도 검토가 불완전해진다.

채점 포인트 정리

시험에서는 단락 전자력, 흡인력과 반발력, 비틀림 모멘트를 빠짐없이 쓴다.

수치 문항은 2×10⁻⁷ 계수와 단위 N, A, m를 정확히 쓴다.

단락 전자력은 전류의 제곱에 비례하고, 기계력에는 열팽창과 자중도 합산한다.