아킹 혼(Arcing horns)은 고전압 송전 시스템에서 플래시오버(flashover) 발생 시 애자(insulator)나 스위치 하드웨어를 손상으로부터 보호하기 위해 사용하는 돌출된 도체이다. 영문 표기로는 Arcing horns 또는 arc-horns라고 하며, 한국어로는 소호각(消弧角)이라고도 불린다.
개요
아킹 혼은 고전압 송전선로, 변압기 부싱(bushing), 개폐장치 등에 설치되어 낙뢰, 개폐 서지(switching surge), 전기적 고장 등으로 인한 과전압 발생 시 애자 표면을 따라 아크가 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다. 애자 표면에서 아크가 발생하면 고에너지 플라스마에 의해 유리나 세라믹 재질의 애자가 파손될 위험이 있는데, 아킹 혼은 이러한 손상을 막기 위해 아크 경로를 애자 대신 혼 사이로 유도한다.
구조와 형태
아킹 혼은 보통 애자 양쪽에 한 쌍으로 설치된다. 하나는 고전압 부분에 연결되고 다른 하나는 접지에 연결되며, 스위치의 경우 접점 분리 지점에 설치된다. 형태는 단순한 원통형 막대, 원형 가드 링(guard ring), 또는 '등자(stirrups)'라고 불리는 윤곽이 있는 곡선 등 다양하다.
작동 원리
아킹 혼은 애자 양단에 방전 간극(spark gap)을 형성하는데, 이 간극의 절연 파괴 전압이 애자 표면을 따른 공기 경로의 절연 파괴 전압보다 낮게 설계된다. 따라서 과전압이 발생하면 공기가 먼저 절연 파괴되어 아킹 혼 사이에 아크가 형성되고, 이를 통해 애자 표면으로부터 아크가 멀어지게 유도된다.
일부 설계에서는 아크가 주변 공기를 가열하면서 발생하는 상승 기류에 의해 아크가 애자로부터 멀어지도록 유도된다. 아크가 이동함에 따라 경로 길이가 길어지고 냉각되어 전기장이 감소하며, 결국 아크가 간극을 가로지를 수 없게 되면 스스로 소멸한다. 다른 설계에서는 높은 전류에 의해 생성된 자기장을 이용하여 아크를 밀어내는 방식(자기 소호, magnetic blowout)을 사용하기도 한다.
설계 및 유지보수
아킹 혼은 희생 장비(sacrificial equipment)로 취급될 수 있다. 애자보다 저렴하고 교체가 쉬우며, 애자가 손상될 경우 절연하고 있는 장비가 완전히 파괴될 위험이 있기 때문이다. 가공 전선로의 애자련이 파손되면 선로가 끊어질 수 있으며, 이는 심각한 안전 문제와 비용 문제를 초래한다.
정상 작동 조건에서는 전도성 전류 손실을 최소화하기 위해 거의 무한에 가까운 온저항(impedance)을 제공해야 하며, 플래시오버 중에는 낮은 임피던스를 제공하고 아크의 고온에 대한 물리적 복원력을 갖추어야 한다.
스위치 보호
아킹 혼은 공기 절연 개폐 장치(air-insulated switchgear) 및 변압기에도 설치되어 아크 손상으로부터 스위치 암(arm)을 보호한다. 고전압 스위치가 회로를 차단할 때 전류가 완전히 차단되기 전에 스위치 접점 사이에 아크가 형성될 수 있는데, 혼은 스위치 자체의 접점 표면 대신 아크를 견디도록 설계된다.
코로나 링 및 그레이딩 링과의 구분
아킹 혼은 고전위 장비의 커넥터나 불규칙한 하드웨어 부품을 둘러싸는 링 모양의 조립체인 코로나 링(corona ring) 또는 그레이딩 링(grading ring)과 혼동해서는 안 된다. 코로나 링과 그레이딩 링은 국부적인 전위 축적 및 방전을 방지하기 위해 전위를 균등화하고 재분배하는 역할을 하지만, 때때로 두 장치가 아킹 혼 조립체 근처에 함께 설치되기도 한다.
적용 범위
154kV 이상의 철탑에 주로 적용되며, 전압이 낮은 배전 시스템에서는 아크 발생 위험이 낮아 아킹 혼을 사용하지 않을 수 있다. 중전압에서는 혼 사이의 간격이 새가 내려앉아 연결될 정도로 작아질 수 있으므로 두 혼 중 하나를 생략하거나, 애자 반대편에 두 개의 섹션으로 구성된 이중 간극(duplex gaps)을 설치하기도 한다.
