전력선의 표피효과

이번 포스팅은 전력선에서의 표피효과란 무엇이며 어떠한 현상이 있는지 알아보겠습니다.

 

1. 표피효과의 정의

전력선의 교류에서는 전선에 흐르는 전류에 의해 자력선이 생성되는 전자 유도 작용에 의해 전선의 중심부보다는 표면부에 집중하여 흐르는 성질이 있다.

이것은 전선의 중심부를 흐르는 전류는 전류자신이 만드는 자속과 쇄교 하므로 전선단면 내의 중심부일수록 자속쇄교수가 많아져서 인덕턴스가 커지기 때문이다.

그 결과 전선의 중심부일수록 리액턴스가 커져서 전류가 흐르기 어렵고 전선표면으로 갈수록 전류가 많이 흐르게 된다.

​이 때문에 전선의 유효단면적은 줄고 저항값은 직류의 경우보다 약간 증대되는 결과가 되는데 이를 "표피효과"라 한다.

표피효과에 의한 전류밀도

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2. 표피효과의 작용인자

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표피효과의 정도를 판단하는데 전선의 외부를 기준하여 어느정도 깊이까지 흐르는지를 판단하게 되는데 이를 표피효과 침투깊이라 하며 다음의 인자에 의해 깊이가 좌우된다.

 

f 주파수 , μ 투자율, σ 도전율

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위 식에 의거 주파수가 높을수록, (비)투자율, 도전율이 클수록 침투깊이는 작아져 표피효과가 심해진다.

※ 비투자율은 어느 물질의 투자율(μ)에 대한 진공의 투자율(μ0)의 비를 말한다. μr = (μ / μ0)

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추가하여 전선의 외경이 크면 표피효과가 더 가중되는데 이것은 외경이 크면 클수록 외경이 작은 전선에 비해 단면적이 커지기 때문에 표피효과는 상대적으로 더 가중되게 된다.

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(소선의 층수를 1층일때 와 2, 3층일때를 생각하면 1층일때는 1층부분에

2층일때는 2층 부분에 3층일때는 3층 부분에 대부분의 전류가 흐르기 때문에 외경이 클수록 표피효과는 상대적으로 심해지고 침투깊이는 작아지게 됩니다.)

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3. 전력선에서의 표피효과란

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전력선의 표피효과는 교류를 사용하는 한 상대성이 있어 줄일 수는 없는 현상이다.

표피효과를 줄이기 위해 투자율, 도전율이 적은 전선을 쓸 수도 없는 일이기 때문이다.

이러한 현상을 기술적으로 보완하고 전선의 장력을 유지하기 위하여 보통 송배전용 가공전선은 전류 흐름에 효용성이 떨어지는 전선중심에 장력유지용 철선을 삽입하여 장력유지용으로 사용된다.

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이러한 이유로 송배전용 알루미늄 전선은 선로경간내에 접속점을 만들지 않으며 송배전 가선금구에 철선과 전선을 빠짐없이 체부하여 장력을 유지해야 한다.

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아래는 송전용 410㎟ 강심알루미늄(ACSR) 전선의 연선구성 사양이다.

Al : 26/4.5(소선수/소선경), St(스틸) : 7/3.5

 

기사시험에서도 단골로 출제되는 항목입니다.

파주투자 도전해볼까? (파이, 주파수, 투자율, 도전율) 이렇게 외우면 절대로.........

주파수, 도전율, 투자율이 큰 재료의 전선일수록 침투깊이가 작아집니다.

따라서 동선에 비해 알루미늄 전선은 도전율이 낮기 때문에 표피효과로 인한 침투깊이가 상대적으로 심화됩니다.