역섬락(Back-Flashover)의 발생 원리와 종류 완벽 정리

송전선로 보호와 계통 안정을 위해 반드시 알아두어야 할 역섬락(Back-Flashover)의 개념과 발생 원리를 정리했습니다. 가공지선과 철탑에 낙뢰가 떨어질 때 발생하는 경간 역섬락 및 철탑 역섬락의 차이점을 알기 쉽게 분석해 봅니다.

핵심 요약

• 역섬락(Back-Flashover): 뇌 차폐가 성공하여 가공지선이나 철탑에 뇌격이 떨어졌음에도 전위가 상승하여 전력선 쪽으로 절연파괴가 일어나는 현상
• 경간 역섬락: 뇌방전로가 가공지선(경간)에 도달할 때 가공지선 전위($V_G$)와 상도체 전위($V_C$)의 차이로 인해 발생하는 섬락
• 철탑 역섬락: 철탑으로 뇌격전류가 흐를 때 애자련 상단 전위($V_t$)와 상도체 전위($V_C$)의 차이가 커져 애자련에 발생하는 섬락

 

1. 역섬락(Back-Flashover)의 기본 개념

일반적으로 낙뢰가 전력선에 직접 떨어져 도체 전위가 상승하고 섬락이 발생하는 것을 순방향 섬락이라고 합니다. 하지만 역섬락(Back-Flashover)은 뇌 차폐가 성공하여 탑정의 가공지선에 뇌격이 떨어졌을 때 발생합니다.

 

철탑과 역섬락(AI 이미지)

 

뇌격전류($I_0$)가 철탑을 통해 대지로 유입되는 과정에서 가공지선이나 철탑 각 부의 전위가 크게 상승하여, 오히려 전력선 쪽으로 절연파괴가 일어나는 현상을 말합니다. (여기서 $Z_0$는 뇌경로 임피던스를 의미합니다.)

 

2. 경간 역섬락 (Span Back-Flashover)

뇌방전로가 가공지선에 도달하면 양방향으로 뇌격전류 $I_G$가 흐르게 되며, 이때 가공지선의 전위는 $V_G = Z_G I_G$ 가 됩니다. 만약 상도체의 전위를 $V_C$라고 한다면, 가공지선과 상도체 사이에는 $V_G - V_C$ 만큼의 전압이 가해집니다.

이 전압을 공기의 절연내력이 견디지 못하고 섬락이 발생하는 것을 바로 경간 역섬락이라고 부릅니다.

 

• 뇌격 위치에 따른 특성: 전류파 $I_G$가 철탑에 도달하면 철탑으로 내려가는 전류 $I_t$, 반사파 $I_G'$, 그리고 다음 철탑으로 향하는 전류 $I_G''$가 발생합니다. 이때 반사파 $I_G'$는 가공지선의 전위를 낮추는 작용을 합니다. 따라서 뇌격이 철탑 부근에 떨어지면 $V_G$가 빠르게 저하되어 경간 역섬락이 잘 발생하지 않지만, 뇌격이 경간의 중앙에 가까울수록 전압 조건이 가혹해져 경간 역섬락이 발생하기 쉽습니다.

 

경간 및 철탑 역섬락

 

3. 철탑 역섬락 (Tower Back-Flashover)

전류파가 철탑을 따라 대지로 내려가게 되면, 철탑 Arm 끝부분에 위치한 애자련 상단의 전위인 $V_t$도 함께 커지게 됩니다. 결과적으로 애자련 양단에는 애자련 상단 전위 $V_t$와 상도체 전위 $V_C$의 차이인 $V_t - V_C$ 만큼의 전압이 가해집니다.

 

이 전위차가 애자련의 절연내력을 초과하여 크게 될 때 섬락이 발생하는 현상을 철탑 역섬락이라고 합니다. 이를 방지하기 위해서는 철탑의 탑각 접지저항($R_t$)을 최대한 낮추어 전위 상승을 억제하는 실무적 대책이 중요합니다.

 

맺음말
가공지선이나 철탑에 뇌격이 가해질 때 발생하는 역섬락의 주요 패턴인 경간 역섬락과 철탑 역섬락의 원리에 대해 알아보았습니다. 분포정수 회로 개념을 통한 전위 상승 원리 이해가 실무 현장 및 기술사 시험 준비에 실질적인 도움이 되기를 바랍니다.