전차선로용 애자

1. 애자의 사용목적
전차선로의 애자는 전선 및 진동방지, 곡선당김장치 등의 부속설비를 전주, 빔, 완금등에 지지하는 경우와 전차선을 전기적으로 구분하는 경우, 또한 가동브래킷 등에 직접지지물과의 절연을 목적으로 사용한다.
전차선로용 애자는 대기중의 습도, 분진, 매연, 염해 등에 의하여 애자표면이 오손되어 그 표면저항이 저하되므로 누설전류의 증대에 따라 전기적 파괴를 발생시킬 우려가 있다. 이 애자의 파손은 즉시 전기차 운전에 지장을 초래하므로 그 형상은 가능하면 표면 누설거리가 큰 것이 적합하지만 합리적인 절연강도가 되도록 애자를 선정할 필요가 있다.

 

2. 사용구분

(1) 염해 우려 지역․공장지대 등 공해지역, 오염지역에는 절연성능이 보완된 애자를 사용하거나 현수애자의 경우 그 수량을 늘려 설치한다.
(2) 기기배선용 애자는 급전선 및 부급전선(보호선)에 준한다.

 

애자의 표준 사용구분표

 

 

3. 애자의 오손

 

애자가 오손되어 비나 안개에 의하여 습윤을 받으면 애자 연면의 절연이 떨어진다. 이 절연저하 때문에 국부방전이 발생되어 가청 잡음, 라디오, TV장해를 유발시키거나 심한 경우에는 플래시 오버를 일으킨다.
전차선로용 애자는 인가에 접근되거나 운전승무원이나 여객의 눈에 띄는 일이 많으므로 오손으로 인하여 방전 발광하면 사람의 마음에 불안감을 주는 일이 많아진다.
오손물의 종류에 따라 섬락전압에 미치는 영향이 크게 다르므로 애자의 오손섬락 특성은 복잡하게 되어있다. 애자의 오손물은 해염외에 공장에서 배출되는 여러 가지 화학합성물, 매연, 분진, 국부적이긴 하지만 시멘트가루 등이 있다. 이와 같은 오손물 중에서 애자의 절연에 가장 나쁜 영향을 주는 것은 물에 녹아서 강한 도전성을 나타내는 해염 등의 강전해질이다.
애자의 오손대책으로서는 애자의 증결, 애자의 세척, 실리콘 콤파운드도포 등이 있다.

(1) 애자의 오손요인
애자 오손에 영향을 미치는 주인자는 오손원에서의 거리, 지형, 풍향, 풍속, 천후, 강우량, 애자의 형상, 표면상태, 설치위치, 조가방법, 과전전압, 사용기간 등 많은 요인이 있으며 이와 같은 것의 총합이 애자의 오손실태로서 나타난다.
(2) 애자표면이 오손되었을 때 일어나는 플래시 오버(flash over) 발생과정
① 애자의 표면은 사용환경에 따라 해염 등의 오손물이 부착되어 오손된다. 이와 같은 부착물은 건조상태에서는 절연에 대하여 악영향을 미치는 일은 없으나 안개, 비, 눈 등에 의하여 습해졌을 때 오손물 중의 염분, 그 외 가용성분이 물에 용해되어 표면 누설저항이 저하되면서 상당한 누설전류가 표면을 흐르게 된다.
② 이 누설전류의 가열효과에 따라 특히, 전류밀도가 높은곳, 현수애자에서 핀, 캡 주변에 소위 건조대를 형성한다. 그 결과 국부적으로 저항이 감소되어 부담전압이 높아진다.
③ 오손의 정도가 가볍고 건조대에 걸리는 전압이 낮으면, 그 부분에는 방전이 일어나지 않으며 누설전류는 점차 감소되어 절연성은 회복된다. 그러나 오손의 정도가 높은 경우에는 최초 흐르는 전류는 크며, 건조작용이 강하므로 건조대에 걸리는 전압은 높아져서 국부 아크의 발생이 일어난다.
④ 국부 아크의 발생에 의하여 건조부분은 단락되게 되므로 아크방전의 전류를 제한하는 것은 남은 습윤부분의 저항이므로 아크발생과 동시에 누설전류는 급격하게 증대하게 된다.
⑤ 한편 가열건조 효과도 증대되므로 곧 전류는 감소되고 국부 아크도 소멸된다. 그리고 재차 표면이 습윤하게 된다.

⑥ 이와 같이하여 누설전류 서지를 반복하며, 그 결과 애자표면의 전압분포는 점점 불균등하게 되어 전압의 대부분은 건조부분에 걸리게 되어 아크는 방전의 강도를 더하여 드디어는 습윤부분의 저항이 전류를 억제할 수 없게되어 어느치에 도달하면 플래시 오버로 진전된다.

 

오손등급 구분

 [단위:㎎/㎠]

구 분	A	B	C	D
ESDD	0.063 이하	0.063초과～0.125	0.125초과～0.25	0.25초과～0.5

※ ESDD : 등가염분부착밀도(Equivalent Salt Deposit Density)

 

가) 염해 오손등급 적용
① 설계점이 과거 염해 고장 발생실적이 있는 지역은 기존시설 오손등급을 기준으로 설계점 오손등급을 조정하여 적용한다.
② 설계점이 신설인 개소는 간이오손 분석법<표 2>를 적용하며, 필요시 오손등급을 조정하여 적용 할 수 있다.
나) 간이 오손분석법

오손분석표 적용이 곤란한 경우 해안으로부터 설계점까지의 직선거리에 따라 적용한다.

 

해안거리별 오손등급 구분

 [단위:㎞]

구분	B급	C급	D급
동 해	2.0 초과 ～ 3.5	1.5 초과 ~ 2.0	0 ～ 1.5
서 해	5.5 초과 ～ 7.0	3.0 초과 ~ 5.5	0 ～ 3.0
남 해	1.5 초과 ～ 2.5	1.0 초과 ~ 2.5	0 ～ 1.0
제주도	8.5 초과 ～ 11.5	5.5 초과 ~ 8.5	0 ~ 5.5

 

내염기자재 활용방법

구 분	오손등급	사 용 자 재		비 고
애 자	B급	∘라인포스트 애자 ∘191㎜ 현수애자×2개 ∘폴리머 현수애자 B호
	C급	∘내염형 라인포스트 애자 ∘191㎜ 현수애자×3개 ∘250㎜ 현수애자×2개 ∘폴리머 현수애자 A호		(15,000Lbs,  배전선로용)
	D급	∘내염형 라인포스트 애자 ∘250㎜ 현수애자×3개 ∘폴리머 현수애자 A호		(15,000Lbs,  배전선로용)
전 선	B급 이상	∘경동선 ∘ACSR/AW-OC + 바인드부분 보강재		- ACSR-OC는 Bind 부분 보강재사용 (애자좌우 50㎝)
선로용 개폐기	B급 이상	∘밀폐형 개폐기
피뢰기	B급 이상	∘피뢰기 + 내오손 보강재 ∘폴리머 피뢰기		- 내오손용 결합애자

 

 

4. 애자의 오손대책

 

1) 과절연 설계
매연이나 분진, 염분의 오손을 고려하여 사전에 애자의 연면 절연을 강화하여 두고, 오손상태에서의 플래시 오버(flash over) 사고를 방지하는 것이 과절연 설계이다.
과절연 설계에는 애자의 증결, 표면누설거리가 긴 특수한 애자의 사용 등이 있으나 오손애자의 플래시 오버 전압은 애자의 표면누설거리에 거의 비례하여 상승한다고 생각되므로 애자의 연결개수를 증가시키는 방법이 일반적으로 채용되고 있다.

(1) 현수애자의 과절연 설계(교류 25[㎸]용 현수애자 250㎜의 경우)

오 손 구 분	일 반 지 구	오 손 지 구	중 오 손 지 구
설계내전압(㎸/개)	10.3	8.9～7.8	6.7
애자의 개수	3개	3～4개	4개
현재시설 개수	4개	4개	5개

 

(2) 장간애자의 과절연설계(교류 25[㎸]용 장간애자의 경우)

오 손 구 분	일 반 지 구	오 손 지 구	중오손지구
㎸당 소요누설거리 [㎜/㎸]	26	30～33.5	43.5
소요누설거리 [㎜]	780	900～1,005	1,305
현재 시설물 적용  누설거리 [㎜]	1,480 (1,250)	1,480 (1,250)	1,480
적용 오손내전압 [㎸]	30	30	30

( )는 이중절연방식

 

2) 애자청소
오손 플래시 오버(Flash over) 사고방지를 위하여 애자를 정기적, 응급적으로 청소하는 방법이다. 
(1) 사람이 손으로 하는 청소
(2) 활선애자 청소기로 하는 청소
(3) 활선 청소장치에 의한 청소 등이 있으며 일반적으로는 전차선로를 정전시키고 사람의 손으로 하는 청소를 하고 있다.

 

3) 발수성 물질의 도포
애자가 오손되어도 습윤에 의하여 표면의 절연이 저하되지 않도록 애자의 표면에 발수성 물질을 도포하여 절연을 유지하는 방법이다. 이 발수성 물질에는 실리콘 콤파운드(Silicone compound)가 널리 사용되고 있다.

 

 

출처-국가철도공단 KRE-03120