가공선 진동·방진대책

가공선 진동이란

가공 송전선로는 바람과 착빙으로 전선이 떨리며, 이 진동이 문제다.

가공 전선로 진동은 외력과 전기적 힘으로 전선이 주기적으로 흔들리는 현상이다.

핵심 키워드는 미풍진동, 갤로핑, 착빙, 방진댐퍼다.

이 진동은 연선 피로와 단선, 지지물 손상으로 이어지므로 방진대책이 필요하다.

기계적 진동과 전기적 진동

가공선 진동은 발생 원인에 따라 기계적 진동과 전기적 진동으로 나뉜다.

기계적 진동은 풍압, 착빙, 단락 때의 전자력처럼 기계적 외력이 원인이다.

전기적 진동은 코로나 방전과 전압 변동처럼 전기장과 전류에 의한 힘이 원인이다.

원인이 다르면 대책도 다르므로, 답안에서는 원인과 대책을 짝지어 쓴다.

미풍진동이 생기는 과정

미풍진동은 약한 바람이 전선 뒤쪽에 와류를 교대로 떨어뜨려 생긴다.

와류 주파수가 전선의 고유진동수와 맞으면 공진이 생겨 진폭이 커진다.

그러면 전선은 정상파 형태로 반복 굽힘을 받고, 소선에 피로 응력이 쌓인다.

결국 클램프 부근에서 소선이 끊어진다. 피로 파괴는 결과이고, 원인은 와류 발생과 공진이다.

미풍진동과 갤로핑 비교

미풍진동과 갤로핑은 주파수, 진폭, 피해 형태가 달라 답안에서 구분해 써야 한다.

미풍진동은 고주파 소진폭 진동이며, 작은 진폭이 오래 지속되어 피로를 만든다.

갤로핑은 저주파 대진폭 진동이며, 상간 단락과 철탑·애자 손상을 일으킨다.

진폭 크기가 두 현상을 가장 쉽게 구분하는 기준이다.

고유진동수와 와류 주파수

고유진동수는 장력과 단위 길이당 질량으로 정해진다.

이 식으로 n차 고유진동수를 구하며, 장력이 커지면 고유진동수는 높아진다.

풍속 3m/s, 직경 0.03m, Strouhal 수 0.2를 넣으면 와류 주파수를 구할 수 있다.

와류 주파수는 St와 V를 곱한 값을 직경으로 나눈 값이다. 직접 풀어 보자.

정답은 20 Hz다. 0.2×3은 0.6이고, 0.6을 0.03으로 나누면 20이다.

스톡브리지 댐퍼

스톡브리지 댐퍼는 전선 지지점 근처에 달아 진동 에너지를 흡수하는 장치다.

전선이 흔들리면 댐퍼가 함께 움직여 진동 에너지를 흡수한다.

댐퍼는 클램프 부근에 설치하는 것이 기본이며, 응력이 집중되는 곳이다.

댐퍼는 미풍진동의 진폭과 주파수 범위에서 효과가 크고, 벗어나면 떨어진다.

정답은 클램프 부근이다. 진동 응력이 가장 집중되는 곳이기 때문이다.

정리

정리하면 가공선 진동은 원인에 따라 기계적 진동과 전기적 진동으로 나뉜다.

미풍진동은 와류 탈락과 공진이 원인이며, 댐퍼로 억제한다.

갤로핑은 비대칭 착빙이 원인이며, 상간 간격 확대와 착빙 방지가 대책이다.

답안은 원인, 주파수와 진폭, 피해, 대책을 짝지어 쓰는 것이 핵심이다.