송전탑

3. 고전압 교류(AC) 송전탑

삼상 전력 시스템은 고전압(66kV 또는 69kV 이상) 및 초고전압(110kV 또는 115kV 이상; 현대 시스템에서는 대부분 138kV 또는 230kV 이상) AC 송전선에 사용된다. 송전탑은 3개(또는 3의 배수)의 도체를 지탱하도록 설계되며, 일반적으로 강철 격자 또는 트러스 구조물이다. (일부 지역에서는 목조 구조물 사용) 절연체는 유리 또는 자기 디스크, 또는 실리콘 고무나 EPDM 고무 재질을 사용한 복합 절연체로 구성되며, 그 길이는 선로 전압과 환경 조건에 따라 결정된다.^[26]

일반적으로 "가공지선"이라고도 하는 1개 또는 2개의 접지선은 낙뢰를 차단하고 접지로 안전하게 전환시키기 위해 상단에 배치된다.

고전압 및 초고전압용 송전탑은 보통 2개 이상의 전기 회로를 지탱하도록 설계된다. 경제적인 이유로 3개(또는 4개) 회로용으로 설계된 송전선이 처음에는 2개(또는 3개) 회로만 설치되기도 한다.

일부 고전압 회로는 종종 110kV 선로와 같은 송전탑에 설치된다. 380kV, 220kV 및 110kV 선로의 병렬 회로를 같은 송전탑에 설치하는 것이 일반적이다. 특히 110kV 회로의 경우 병렬 회로가 철도 전철화를 위한 견인선을 운반하기도 한다.

송전탑 구조는 지지선 지지 방식에 따라 분류될 수 있다. 현수 애자를 사용하여 도체를 수직으로 지지하는 현수구조, 도체의 종합 장력에 저항하며 내장 애자가 수평으로 당겨지는 형태로 도체가 연결되는 내장구조, 도체의 전체 중량과 장력을 지지하는 종단(인출) 구조(내장 애자 사용)가 있다.^[15] 도체가 직선상에 있을 경우 직선 철탑, 회선 방향이 바뀌는 경우 각도 철탑이 사용된다.

일반적으로 3상 교류 회로에는 3개의 도체가 필요하지만, 단상 및 직류 회로도 송전탑에 설치될 수 있다. 도체는 하나의 평면에 배치하거나 여러 개의 가로팔을 사용하여 대략 대칭적인 삼각형 패턴으로 배치하여 3상의 임피던스 균형을 맞출 수 있다. 여러 회로를 설치해야 하고 선로 통행권 너비가 여러 개의 송전탑을 사용할 수 없을 경우, 여러 단의 가로팔을 사용하여 같은 송전탑에 2개 또는 3개의 회로를 설치할 수 있다. 종종 여러 회로는 동일한 전압을 사용하지만, 일부는 혼합 전압이 사용될 수 있다.

3. 1. 송전탑 설계

3. 2. 송전탑 종류

• 델타형 철탑: 안정성 때문에 단회선(One circuit) 송전선로에 가장 일반적으로 사용되는 디자인이다. 상단에 수평 팔이 있는 V자형 본체를 가지고 있으며, 역델타 모양을 형성한다. 대형 델타형 철탑은 일반적으로 두 개의 가드 케이블을 사용한다.

• 포털형 철탑: 미국, 아일랜드, 스칸디나비아, 캐나다에서 널리 사용된다. 두 개의 다리와 하나의 가로 팔로 지지되어 H자 모양을 하고 있다. 110kV까지는 목재로 제작되는 경우가 많았지만, 더 높은 전압의 송전선에는 강철 철탑을 사용한다.

• 소형 단회선 철탑: 한쪽에 두 개의 작은 가로 팔이 있고 다른 쪽에 하나의 가로 팔이 있는 경우가 있다.

• 단일 가로팔 철탑: 각 측면에 3개의 케이블을 지지하는 가로팔 하나만 가지고 있다. 때때로 보호 케이블용 추가 가로팔을 갖추기도 한다. 높이가 낮기 때문에 공항 근처에서 자주 사용된다.

• 도나우 철탑: 1927년 다뉴브 강 옆에 건설된 송전선로에서 유래한 이름이다. 독일이나 폴란드와 같은 중앙 유럽 국가에서 가장 일반적인 디자인이다. 두 개의 가로팔을 가지고 있으며, 상부 가로팔은 각 측면에 케이블 하나를, 하부 가로팔은 각 측면에 케이블 두 개를 지지한다. 때때로 보호 케이블용 추가 가로팔을 갖추기도 한다.

• 톤(Ton) 모양 철탑: 가장 일반적인 디자인으로, 각 측면에 철탑과 매우 가까운 위치에 케이블 하나씩을 지지하는 수평 가로팔이 3개 있다. 영국에서는 두 번째 가로팔이 다른 가로팔보다 넓은 경우가 많지만(항상 그런 것은 아님) 미국에서는 모든 가로팔의 폭이 동일하다.

• 크리스마스트리형 철탑: 독일에서는 4회로 또는 6회로를 위한 크리스마스트리 형태의 송전탑이 일반적이며, 3개의 가로팔이 있다. 가장 높은 팔에는 케이블이 각각 1개씩, 그 아래 팔에는 2개씩, 그리고 가장 아래 팔에는 각 측면에 3개씩의 케이블이 있다. 가장 아래 팔에 있는 케이블은 일반적으로 저전압의 회로를 운반한다.

3. 3. 재료

• 격자형 철탑 (Lattice Tower): 강철 부재를 격자 형태로 조립하여 만든 구조물이다. 모든 전압의 송전선에 사용되며, 특히 고전압 송전선에 가장 일반적으로 사용된다. 일반적으로 아연 도금 강철로 제작되며, 헬리콥터로 설치해야 하는 산악 지역 등에서는 경량화를 위해 알루미늄을 사용하기도 한다. 알루미늄 격자탑은 강철 격자탑과 설계는 유사하지만, 알루미늄의 낮은 영률을 고려해야 한다.^[18] 한국에서는 최소 초속 40m/s 이상의 바람에도 견딜 수 있는 구조가 필요하므로 알루미늄 송전탑 설치는 어렵다.

• 강관 철탑 (Steel Tube Pole): 강관을 사용하여 만든 철탑으로, 공장에서 조립하여 현장에 설치한다. 내구성이 뛰어나고 설치가 용이하여 최근에는 격자형 철탑 대신 많이 사용되고 있다. 독일에서는 주로 중전압 송전선에 사용되며, 프랑스에서는 380kV, 미국에서는 500kV 송전선에도 사용된다.

4. 고전압 직류(DC) 송전탑

고압 직류 송전(HVDC) 송전선은 단극 또는 양극 시스템이다. 양극 시스템의 경우, 탑의 양쪽에 한 개의 도체가 있는 도체 배열을 사용한다. 일부 계획에서는 접지 도체를 전극선 또는 접지 회귀로 사용한다. 이 경우, 송전탑의 전기화학적 부식을 방지하기 위해 서지 어레스터가 장착된 절연체를 송전탑에 설치해야 한다. 접지 회귀를 사용하는 단극 HVDC 송전의 경우, 도체가 하나만 있는 탑을 사용할 수 있다. 그러나 많은 경우, 탑은 나중에 양극 시스템으로 전환할 수 있도록 설계된다. 이러한 경우, 종종 기계적 이유로 탑의 양쪽에 도체가 설치된다. 두 번째 극이 필요할 때까지, 그것은 전극선으로 사용되거나 사용 중인 극과 병렬로 연결된다. 후자의 경우, 변환소에서 접지 전극까지의 선은 지중 케이블, 별도의 통행권의 가공선 또는 접지 도체를 사용하여 건설된다.^[8][9]

5. 특수 설계

송전탑은 강, 해협, 계곡과 같은 특수한 지형을 횡단해야 할 때가 있는데, 이때는 특별한 설계가 필요하다.

넓은 계곡을 횡단하는 경우에는, 폭풍우가 몰아칠 때 전선(도체 케이블)끼리 충돌하여 합선(단락)이 일어나는 것을 막기 위해 전선 사이의 거리를 충분히 확보해야 한다. 이를 위해 각 전선마다 별도의 철탑을 사용하기도 한다.

평평한 해안가를 가진 넓은 강이나 해협을 횡단하는 경우에는, 선박이 안전하게 지나갈 수 있도록 송전탑의 높이를 매우 높게 건설해야 한다. 그러한 송전탑과 전선에는 항공기의 안전을 위해 항공 안전등과 반사경을 설치해야 한다.^[36]

• 주요 특수 설계 송전탑 사례

가파르고 깊은 계곡에 송전선을 설치해야 할 때는 경사진 송전탑을 사용하기도 한다. 예를 들어, 미국 후버 댐에서는 콜로라도강의 블랙 캐니언 절벽을 따라 송전선을 내리기 위해 경사진 송전탑을 사용했다. 스위스 잘강스 근처에는 수직선에서 약 20도 기울어진 송전탑이 있다.

이 외에도, 발전소 굴뚝에 송전선 지지대를 설치하거나, 건물 옥상에 송전탑을 설치하는 경우도 있다.

최근에는 주변 경관과의 조화를 고려한 독특한 디자인의 송전탑도 등장하고 있다. 네덜란드에서 사용되는 윈트랙(Wintrack) 철탑은 미니멀리스트 디자인을 적용하여 주변 경관에 미치는 영향을 줄였다.^[19] 헝가리의 M5 고속도로변에는 광대 모양의 송전탑이 설치되어 있다.^[20]

6. 조립

송전탑은 건설 전에 송전탑 시험장에서 시제품 시험을 거친다. 송전탑 조립 및 건설 방식은 다음과 같다.

• 지상에서 수평으로 조립 후 푸시풀 케이블을 이용하여 세우는 방법이 있다. 이 방법은 넓은 조립 면적이 필요하여 거의 사용되지 않는다.
• 최종 수직 위치(세워진 상태)에서 수직으로 조립할 수 있다. 양쯔강 횡단 송전탑과 같이 매우 높은 송전탑은 이 방식으로 조립되었다.
• 긴 기둥 크레인(진폴 크레인)을 사용하여 격자 송전탑을 조립할 수 있다.^[22] 이 방법은 전주에도 사용된다.
• 접근이 제한된 지역에서는 헬리콥터를 항공 크레인으로 사용하여 조립할 수 있다.^[23] 송전선로 위치에 송전탑을 조립하기 전 다른 곳에서 조립한 후 헬리콥터로 옮길 수도 있다.^[24] 헬리콥터는 해체된 송전탑을 운반하여 폐기하는 데에도 사용될 수 있다.^[24]
• 자동차가 진입할 수 있는 곳에서는 이동식 크레인을 도입할 수 있다.^[44]
• 자동차가 진입할 수 없는 경우에는 클라이밍 크레인을 사용하여 건설된다.^[44]
• 미리 건축 자재를 조립한 것을 헬리콥터로 운송하는 방법도 있다.^[45]
• 볼트와 너트의 조임은 사람의 손으로 이루어진다.^[44]

7. 표식

국제민간항공기구(ICAO)는 송전탑과 그 사이에 설치된 도체에 대한 표식에 대한 권고안을 발표하고 있다.^[25] 특정 국가에서는 이러한 권고 사항을 의무 사항으로 규정하기도 한다. 예를 들어, 특정 송전선에는 일정한 간격으로 송전선 표지를 설치해야 하며, 충분히 높은 송전탑에는 경고등을 설치해야 한다.^[46] 이는 특히 공항과 가까운 송전탑에 해당된다.

8. 분쟁

밀양 송전탑 사건은 2008년부터 밀양시에서 765kV 송전탑 건설을 두고 한국전력공사와 지역 주민 간에 발생한 분쟁이다.^[15] 송전탑은 자립형으로 설계되어 도체 하중, 불균형 도체, 풍하중, 빙하중 등 모든 하중에 견딜 수 있다. 이러한 송전탑은 대개 정사각형의 기초를 가지며, 일반적으로 지면과 네 지점에서 접촉한다.

반유연형 송전탑은 위상 도체가 끊어져 구조물에 불균형 하중이 작용하는 경우, 상부 접지선을 사용하여 인접 구조물로 기계적 하중을 전달할 수 있도록 설계되었다. 이 유형은 위상 도체가 여러개인(위상당 2개 이상의 선) 초고압에서 유용하다. 대규모 사고나 폭풍을 제외하고는 모든 도체가 동시에 끊어질 가능성은 낮다.

가이즈드 마스트(guyed mast)는 매우 작은 설치 면적을 가지며, 가이선(guy wire)의 장력에 의존하여 구조물과 도체로부터의 불균형 장력 하중을 지지한다. 가이즈드 탑은 V자 형태로 만들 수 있어 무게와 비용을 절감할 수 있다.

9. 주목할 만한 송전탑

전 세계적으로 주목할 만한 송전탑은 다음과 같다.

참조

_[1] 웹사이트 Environmental, Health, and Safety Guidelines for Electric Power Transmission and Distribution http://www.ifc.org/w[...] International Finance Corporation 2007-04-30
_[2] 뉴스 The Case for an Environmentalism that Builds https://www.economis[...] 2023-10-03
_[3] 뉴스 The looming battle over pylons for green energy https://www.bbc.co.u[...] 2023-07-31
_[4] 웹사이트 Building a Better Transmission Tower https://www.energy.g[...] 2021-07-13
_[5] 웹사이트 Everything you ever wanted to know about electricity pylons https://www.national[...] 2021-07-13
_[6] 서적 The Canadian Oxford dictionary https://archive.org/[...] Oxford University Press
_[7] 웹사이트 electricity-facts https://www.nrcan.gc[...] 2017-10-06
_[8] 논문 Convert from AC to HVDC for higher power transmission https://search.abb.c[...] 2020-06-20
_[9] 논문 Converting existing transmission corridors to HVDC is an overlooked option for increasing transmission capacity 2019-07-09
_[10] 뉴스 World's first T-pylon is installed in UK https://www.neimagaz[...] Nuclear Engineering International 2021-10-26
_[11] 웹사이트 The T-Pylon https://www.powerpyl[...]
_[12] 뉴스 UK gets first new-style pylons in a century https://www.bbc.com/[...] 2022-03-15
_[13] 뉴스 The winner of a new generation of electricity pylons is announced http://www.theguardi[...] 2011-10-14
_[14] 웹사이트 [Hot Item] Megatro Y-Shaped Transmission Pylons https://towerproduct[...]
_[15] 서적 Standard Handbook for Electrical Engineers 11th Ed. Mc Graw Hill
_[16] 웹사이트 Archived copy http://www.spta.org/[...]
_[17] 웹사이트 Winterport, Maine http://www.mainepowe[...]
_[18] 웹사이트 The electricity pylon designs of the world - an overview - HoogspanningsNet Forum https://www.hoogspan[...]
_[19] 웹사이트 New High Voltage Pylons for the Netherlands http://www.zwarts.ja[...]
_[20] landmark Clown-shaped High Voltage Pylons in Hungary http://www.orientpre[...]
_[21] landmark Drive Through Goal Posts at the Pro Football Hall of Fame https://www.wksu.org[...] WKSU 2016-06-28
_[22] 웹사이트 Gin Pole Services http://www.tower-tec[...]
_[23] 웹사이트 Powering Up – Vertical Magazine http://www.verticalm[...]
_[24] 웹사이트 Helicopter Transport of Transmission Towers https://www.tdworld.[...] 2018-05-21
_[25] 간행물 Chapter 6. Visual aids for denoting obstacles http://www.avaids.co[...] International Civil Aviation Organization 2004-11-25
_[26] 서적 Design of latticed steel transmission structures American Society of Civil Engineers
_[27] 뉴스 World's 2nd tallest power transmission towers in West Bengal https://economictime[...] The Economic Times 2014-11-26
_[28] 뉴스 Zhoushan 500kV network power transmission and transformation project put into operation http://www.xinhuanet[...] Xinhuanet.com 2019-10-15
_[29] 웹사이트 Concluída primeira torre da linha entre Manaus e Macapá http://www.amazoniab[...]
_[30] 웹사이트 Projects – CS Tower – A leading Steel Tower Manufacturer in the World http://www.cstower.n[...]
_[31] 웹사이트 River Tower of Doel Schelde Powerline Crossing, Antwerp https://www.emporis.[...]
_[32] 웹사이트 Electric Art::High-tension towers into artworks http://electric-art.[...]
_[33] 웹사이트 鉄塔を知る https://www.jsteam.j[...] 日本鉄塔工業株式会社
_[34] 웹사이트 Environmental, Health, and Safety Guidelines for Electric Power Transmission and Distribution http://www.ifc.org/w[...] International Finance Corporation 2007-04-30
_[35] 뉴스 세계一高い送電鉄塔、頂上部の据え付け完了 http://jp.xinhuanet.[...] 新華社 2018-10-14
_[36] 웹사이트 多導体 https://kotobank.jp/[...]
_[37] 웹사이트 鉄塔の形状による分類 http://www.fair-sky.[...] 1997-05-07
_[38] 서적 Standard Handbook for Electrical Engineers 11th Ed. Mc Graw Hill
_[39] 웹사이트 http://www.spta.org/[...]
_[40] 웹사이트 New High Voltage Pylons for the Netherlands http://www.zwarts.ja[...] 2010-04-24
_[41] 문서 Újhartyán https://cofactor.ae/[...]
_[42] 블로그 Clown Shaped High Voltage Towers of Hungary https://randommizati[...] 2011-11-17
_[43] 간행물 オランダの磁界低減型鉄塔ほか http://www.jeic-emf.[...] 電磁界情報センター 2013-12
_[44] 웹사이트 鉄塔組立工事 - 送電線建設技術研究会 http://www.sou-ken.o[...] 送電線建設技術研究会 2020-07-09
_[45] 웹사이트 Powering Up - Vertical Magazine http://www.verticalm[...] 2015-10-04
_[46] 간행물 Chapter 6. Visual aids for denoting obstacles http://www.avaids.co[...] International Civil Aviation Organization 2004-11-25
_[47] 서적 Design of latticed steel transmission structures American Society of Civil Engineers
_[48] 웹사이트 Concluída primeira torre da linha entre Manaus e Macapá http://www.amazoniab[...] 2019-03-02