도심지간 대용량 전력수송을 담당하는 지중송전케이블의 설비 신뢰성 향상과 공사원가 절감을 위해 적정 포설길이의 결정과 접속함의 최적 배치가 중요하며, 이러한 시스템 설계에 있어서 허용 포설장력과 측압은 여러 중요 요소 중 하나가 된다. 특히, 허용측압 계산과정에서 적용중인 최대 측압값에 대한 실증적 검증과 건정성 확인시험을 통해 케이블 특성에 가장 적정한 값을 도출하고, 실 계통에 적용함으로서 최적 시스템 설계가 구현될 것이다. 따라서 본 연구에서는 지중송전케이블을 관로에 포설시 곡률부에서 발생하는 측압을 여러 case별로 모의할 수 있도록 실증설비를 구축하였고, 실제 작용되는 측면하중을 로드셀을 이용하여 측정하였다. 본 연구결과로 안전율을 고려한 최적의 허용측압이 결정되었으며, 이러한 허용측압의 확대를 통해 장경간 케이블 포설의 이론 정립이 가능하게 되었다.
지중송전케이블의 송전용량은 케이블 또는 주변지반의 최대허용온도에 좌우되기 때문에 케이블 주위 되메움재는 운영기간동안 낮은 열 저항성을 유지하여야 한다. 케이블 주위에 발생된 열은 되메움재를 통해 즉시 주위에 발산시켜 제거하여야 하며, 그렇지 않으면 통상온도($50{\sim}60^{\circ}C$)에서도 열폭주에 의한 절연파괴에 이를 수 있다. 본 논문에서는 되메움재의 열 저항을 낮추기 위한 여러 가지 방법에 대해 논하였으며, 다양한 첨가제를 사용하여 시험을 수행함으로써 열 저항 효과를 측정하였다. 연구결과, 영광 동림천 모래의 경우 상대적으로 균등한 입도분포를 나타내는 모래로써 함수비가 증가함에 따라 열저항은 감소하는 경향을 나타내고 있으며, 특히 건조상태에서의 열저항치는 매우 높은 값($260^{\circ}C-cm/watt$)을 보여주었다. 또한 진산 화강암 석분 및 모래-쇄석(A-2), 석분-쇄석 혼합재(E-1), SGFC(모래-자갈-플라이애시-시멘트 혼합재)의 경우 양호한 입도와 낮은 열저항($100^{\circ}C-cm/watt$ 건조시)을 보여주었으며, 이들 연구결과를 토대로 열저항이 낮고 환경친화적인 4가지 형태의 개선된 되메움재를 제시하였다.
지중송전선로 건설공사에 154kV 장조장 케이블 드럼개발 및 트레일러 일체형 Under Roller 방식을 이용한 포설장비를 개발하여 현장에 적용함으로써 신기술 신개발 공법 적용으로 인한 국제경쟁력 향상 뿐만 아니라 접속경간의 장조장 설계로 케이블 접속개소 감소로 인한 공사비절감과 공사기간 단축에 크게 기여하였다. 이와 동시에 공사를 위한 도로점용 단축으로 민원발생을 크게 감소시켰다. 현행 도로법 규제로 케이블의 운반중량이 제한되었던 케이블 표준 경간을 450m에서 최대 700m까지 가능하여 접속개소의 유연성이 확보되었을 뿐만 아니라 토목구조물(전력구,관로등)공사의 다양한 설계방법을 적용할 수 있게 되었다.
지중송전케이블의 송전용량은 케이블 또는 주변지반의 최대허용온도에 좌우되기 때문에 케이블 주위 되메움재는 운영기간동안 낮은 열저항성을 유지하여야 한다 케이블 주위에 발생된 열은 되메움재를 통해 즉시 주위에 발산시컥 제거하여야 하며, 그렇지 않으면 통상온도$(50\sim60^{/circ}C)$에서도 열폭주에 의한 절연파괴에 이를 수 있다. 본 논문에서는 열저항율이 낮은 지중송전관로의 되메움재를 개발하기 위해 다양한 첨가제를 사용하여 시험을 수행하였다. 연구결과, 영광 동림천 모래의 경우 상대적으로 균등한 입도분포를 나타내는 모래로써 함수비 $10\%$에서 $50^{\circ}C-cm/watt$, 건조시에는 $260^{\circ}C-cnuwatt$를 나타내는 등 대단히 높은 열저항치를 보여주었다. 또한 진산 화강암 석분 및 모래-자갈(D-2), 석분쇄석 혼합재(E-1)의 경우 양호한 입도분포를 나타냈으며, 열저항은 함수비 $10\%$의 경우, $35^{\circ}C-cm/watt$, 건조할 경우 $100^{\circ}C-cm/watt$를 나타냈다. 이들 연구결과를 토대로 열저항이 낮은3가지 형태의 되메움재를 제시하였다. 또한 제시된 되메움재를 대상으로 현장실증시험을 통해 적용성을 평가하였다.
국내 지중배전계통에 사용되는 케이블은 경제성을 이유로 송전급 케이블에 준하는 신뢰성을 확보하지 못하고 있다. 초창기 CNCV 케이블로부터 지속적으로 성능이 향상되어 왔음에도 불구하고 여전히 수분침투에 의한 수트리 열화와 반도전층 계면의 전계집중으로 인한 케이블 고장이 많이 발생하고 있다. 이에 한전에서는 위 두 가지 고장원인을 제거하기 위하여 TR CNCE-W 케이블을 개발하였으며, 2005년 4월 규격을 제정하였다. 새로운 케이블은 지중 관로에 포석될 것이며 지중배전계통의 신뢰성을 한충 향상시키게 된 것이다.
본연구의 선행연구에서는 주로 강모래를 포함한 각종 되메움재 후보군에 대하여 함수비, 건조단위중량, 입도분포 등의 차이에 따른 열저항 특성을 조사, 비교 분석하였다. 이 연구에서는 선행연구 결과를 토대로 하여 지중송전관로의 송전용량의 증대 및 열폭주(thermal runaway) 현상을 방지할 수 있는 새로운 되메움재의 개발에 주안점을 두었다. 연구를 위해 강모래, 재생모래, 쇄석, 석분과 같은 원재료에 플라이 애쉬(fly-ash), 슬래그(slag), 플록(floc)과 같은 입자가 작고 보습효과가 있는 재료를 혼합하여 혼합비와 함수상태에 따룬 열저항률의 변화를 측정, 분석하였다. 연구결과 단일재료만으로는 되메움재로의 사용이 어려울 것으로 판단되나, 쇄석의 입도분포 개선을 위해 평균입경이 작은 재생모래와 석분, 술래그 및 플록을 혼합한 결과, 최적함수비에서 $50^{\circ}C$-cm/Watt이하의 열저항률을 얻을 수 있고, 최적함수비 상태 후의 건조시에도 열저항률의 증가가 일어나지 않고 있어, 어느 정도 되메움재로서의 최적화에 근접한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 ${\bigcirc}{\bigcirc}$ 도시철도 ${\bigcirc}$ 호선 ${\bigcirc}$ 공구의 지중 전력구관로 매설공사 후 발생한 합성수지 직관의 파손에 대한 원인을 고찰하기 위하여 문헌연구를 통하여 설계 및 구조해석에 사용된 매개변수를 분석하였다. 그리고 현장조건을 면밀히 분석하고 현장 관로를 모사한 관로의 시험시공 및 물다짐 시험을 수행하였다. 또한, 송전관로의 구조적 안정성과 수치해석을 통한 송전관로 기초지반 침하영향 검토를 수행하였다. 수행결과 물다짐에 의하여 얻을 수 있는 상대밀도는 보통 이상이었으며 시방기준에 의거한 상대다짐도는 양호한 물다짐을 수행할 경우 90%정도의 결과를 얻을 수 있었다.
The transmission current in a power cable is determined under the condition of separate pipe cooling. To this end, the thermal analysis is conducted with the standard condition of separate pipe cooling system, which constitutes one of the underground power transmission system. The changes of transmission current in a power cable with respect to the variation of temperatures and flow rates of inlet cooling water as well as the cooling spans are also determined. As a consequnce, the corresponding transmission current is shown to vary within allowable limit, resulting in the linear variation of the current for most of the cable routes. The abrupt changes of current, however, for the given flow rate of inlet cooling water in some cooling span lead to the adverse effects on the smooth current transmission within the underground power transmission system. In practice, it is expected that the desinging of the separate pipe cooling system in conjunction with the evaluation of system capacity should take into account the effects of design condition on the inlet cooling flow rate.
Flow-able backfill is known as soil-cement slurry, void fill, and controlled low-strength material (CLSM). The benefits of CLSM include reduced equipment costs, faster construction, re-excavation in the future, and the ability to place material in confined spaces such as narrow parts nearly impossible for compaction or perimeter of underground power cables. A review of some recent full-scale tests carried out by KEPRI on slurry backfill materials for application in underground power cable was presented. Based on this research, applicability was assessed and compare to results of laboratory tests for improved slurry materials with optimal mixture contents.
지중송전관로의 되메움재로는 보통 강모래를 사용하고 있다. 그러나 강모래의 열저항률은 습윤시 $150^{\circ}C$-cm/Watt 정도이고 건조시에는 이보다 2배 이상의 값을 나타낸다. 연구의 최종목표는 함수비 변화에 따라 열저항률의 변화가 작은 재료(습윤시 열저항률 $50^{\circ}C$-cm/Watt, 건조시 열저항률 $100^{\circ}C$-cm/Watt를 목표로 함)의 개발이나, 이 연구에서는 강모래를 포함한 각종 되메움재 후보군에 대하여 함수비, 건조단위중량, 입도분포 등의 차이에 따른 열저항 특성을 탐침법에 의해 조사하고, 시험결과를 비교 분석하였다. 분석 결과, 열저항 특성은 단위중량의 변화, 건조상태의 경우 최적함수비의 상태를 그대로 대기 중에 건조시킨 경우와 최초의 건조 상태에서의 열저항률의 차이 등을 고려하여야 하는 것으로 나타났다. 또한 최대밀도가 되도록 입도분포가 개선된 혼합재료는 원재료에 비해 열저항률을 크게 낮출 수 있는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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