⚡ 송전선로 애자(현수애자) ‘연능률(애자련 효율, String Efficiency)’ 완전 정리

⚡ 송전선로 애자(현수애자) ‘연능률(애자련 효율, String Efficiency)’ 완전 정리

🧩 “왜 어떤 애자는 더 혹사당할까?” 전압 분담의 불균형을 숫자로 보는 지표

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1) 🏗️ 먼저, “애자련(애자 스트링)”이 뭔가요?

송전선로에서 **전선을 철탑(접지된 구조물)**로부터 전기적으로 절연해 주는 부품이 **애자(Insulator)**예요. 고전압에서는 애자 1개로는 부족해서, 원판(디스크) 애자를 여러 개 직렬로 매단 묶음을 쓰는데, 이걸 **애자련(현수애자 스트링)**이라고 부릅니다.

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2) 📌 연능률(η) 정의: “디스크들을 얼마나 ‘고르게’ 쓰고 있나”

이상적으로는 애자련의 각 디스크가 전압을 똑같이 나눠 가져야 해요.
하지만 실제로는 전선 쪽(맨 아래) 디스크가 더 큰 전압을 분담하는 경향이 있어, 그 디스크가 먼저 섬락/코로나/열화 위험을 떠안습니다. 이런 불균형 정도를 한 숫자로 표현한 것이 연능률(애자련 효율, String Efficiency)입니다.

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3) 🧮 연능률 공식(시험·설계에서 가장 흔한 형태)

현장에서 흔히 쓰는 정의는 아래처럼 정리됩니다.

• η(%) = Vₙ / (n · V₁) × 100
  • n: 애자(디스크) 개수
  • V₁: 가장 전선에 가까운 디스크 1개에 걸리는 전압(또는 1개 섬락전압 기준으로 정리하기도 함)
  • Vₙ: n개로 구성된 애자련 전체의 전압(또는 전체 섬락전압)

이 형태는 “전체 전압을 **(최대 부담 디스크 전압 × 개수)**로 나눠서, 균등분담(이상) 대비 얼마나 효율적인지”를 보는 개념이에요.

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4) ✅ 연능률이 높다는 건 무슨 뜻?

• η가 100%에 가까울수록: 전압 분담이 균등 → 각 디스크가 고르게 일함 → 특정 디스크 과부하가 줄어듦
• η가 낮을수록: 전압 분담이 불균등 → 전선 쪽 디스크가 과전압 부담 → 섬락/열화 위험 증가

즉, **연능률은 “애자련을 얼마나 똑똑하게 쓰고 있는가”**에 대한 지표라고 보면 됩니다.

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5) 🤔 왜 전압이 균등하게 안 나눠질까? (핵심 원인)

이론상 직렬이면 “똑같이 나뉘어야” 하는데, 애자련은 현실에서 표류(분로) 정전용량이 생겨요.

• 철탑(접지 구조물) 방향으로 생기는 대지(접지) 정전용량
• 금구/전선 주변의 공간 정전용량
• 주변 금속물, 도체 형상, 거리 등으로 인해 각 디스크가 “환경적으로 다른 조건”을 가짐

그 결과, 전선에 가장 가까운 디스크가 전압을 더 많이 먹는 전형적인 분포가 나옵니다.

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6) 🧾 간단 예시로 감 잡기

예를 들어,

• 디스크 개수 n = 5
• 전선 쪽(가장 위험한) 디스크 전압 V₁ = 100 kV
• 애자련 전체 전압 Vₙ = 420 kV

이면,

• η = 420 / (5×100) × 100 = 420 / 500 × 100 = 84%

해석:

• “완전 균등(100%)이면 각 디스크가 84 kV씩 먹었을 텐데”
• 실제로는 한 디스크가 100 kV까지 먹고 있으니 불균등이 꽤 있다는 뜻입니다.

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7) 🛠️ 연능률(전압 분담)을 개선하는 대표 방법 3가지

① 📏 철탑과 애자련의 거리를 늘리기(긴 완철/크로스암)

철탑(접지)과 가까울수록 대지 정전용량 영향이 커져 불균등이 심해지니, 거리 확보로 개선합니다.

② 🧿 가드링/그레이딩 링(정전 차폐, Static Shielding)

전선 쪽에 금속 링을 달아 전기장을 완만하게 만들고, 각 디스크의 전압 분담을 더 균등하게 유도합니다. 실무적으로 매우 흔한 솔루션입니다.

③ 🔁 (설계적) 애자 “그레이딩(Grading)”

디스크별 정전용량/형상을 조정하거나(또는 링과 조합), 전압 분담을 균등화하는 설계 접근입니다.

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8) 🔥 “초호환/초호각(Arcing ring/horn)”은 연능률이랑 무슨 관계?

현업 설명에서 자주 같이 나오는 포인트예요.

• 초호환/초호각은 섬락 시 아크 경로를 제어해 애자 본체 파손을 줄이고, 전기장 집중을 완화해 전압 분포에도 도움을 주는 방식으로 설명됩니다.

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9) ✍️ 포스팅에 바로 쓰기 좋은 “한 줄 정리”

• ✅ **연능률(애자련 효율)**은 “현수애자 스트링에서 전압이 얼마나 균등하게 분담되는지”를 나타내는 지표다.
• ✅ 전선 쪽 디스크가 과전압을 먹는 비대칭이 생기며, 연능률이 낮을수록 그 문제가 심하다.
• ✅ 개선은 보통 거리 확보(긴 완철) + 가드링/그레이딩 링 같은 전기장·정전용량 제어로 접근한다.