아킹 혼

섬네일|스위치 아킹 혼이 저항 상태에 있으며 제대로 안착되지 않은 모습
아킹 혼()은 고전압 송전 시스템에서 플래시오버 발생 시 애자나 스위치 하드웨어를 손상으로부터 보호하기 위해 사용하는 돌출된 도체이다. 대기 전력, 낙뢰, 또는 전기적 고장으로 인한 송전선의 과전압은 애자 전반에 걸쳐 손상을 입힐 수 있는 아크(플래시오버)를 유발할 수 있다. 또는 기상 상태나 스위치 작동 중에 발생하는 과도 현상으로 인해 스위치가 열리는 경로에 아크가 형성될 수 있다. 아킹 혼은 보호 대상 장치의 표면을 우회하여 플래시오버가 발생할 수 있는 경로를 제공한다. 혼은 보통 애자 양쪽에 한 쌍으로 설치되며, 하나는 고전압 부분에 연결되고 다른 하나는 접지에 연결되거나, 스위치 접점의 분리 지점에 설치된다. 이 장치는 가공 전선로의 애자련이나 변압기 부싱을 보호하는 모습으로 자주 볼 수 있다.

혼은 단순한 원통형 막대, 원형 가드 링, 또는 때때로 '등자(stirrups)'라고 불리는 윤곽이 있는 곡선 등 다양한 형태를 취할 수 있다.

 배경 
고전압 장비, 특히 송전선과 같이 실외에 설치된 장비는 낙뢰, 다른 장비의 고장 또는 회로 재가동 중의 개폐 서지와 같은 현상으로 인해 발생하는 일시적인 과전압에 노출되기 쉽다. 이러한 과전압 사건은 예측이 불가능하며 일반적으로 완전히 방지할 수 없다. 송전선이 모선이나 변압기 부싱에 연결되는 선로 종단점은 해당 지점에서의 특성 임피던스 변화로 인해 과전압 위험이 가장 크다.

전기 애자는 도체 부품을 물리적으로 분리하는 역할을 하며, 정상적인 작동 조건에서는 장비 주변의 공기를 차지하는 높은 전기장에 지속적으로 노출된다. 과전압 사건은 전기장이 공기의 절연 내력을 초과하게 만들어, 도체 부품 사이와 애자 표면 위에 아크가 형성되게 할 수 있다. 이를 플래시오버라고 한다. 애자 표면의 오염은 절연 파괴 강도를 감소시키고 플래시오버 경향을 증가시킨다. 전력 송전 시스템에서 보호 계전기는 아크 형성을 감지하고 자동으로 회로 차단기를 열어 회로를 방전시키고 아크를 소멸시켜야 한다. 최악의 경우 이 과정은 몇 초까지 걸릴 수 있으며, 그동안 애자 표면은 아크의 고에너지 플라스마와 밀접하게 접촉하게 된다. 이는 애자에 매우 치명적이며, 부서지기 쉬운 유리나 세라믹 디스크를 산산조각 내어 완전한 파손을 초래할 수 있다.

 작동 
섬네일|right|배전용 변압기 부싱을 보호하는 아킹 혼
아킹 혼은 애자 표면을 따른 공기 경로보다 낮은 절연 파괴 전압을 가진 방전 간극을 애자 양단에 형성한다. 따라서 과전압이 발생하면 공기가 절연 파괴되어 아킹 혼 사이에 아크가 형성되고, 이를 통해 애자 표면으로부터 아크를 멀리 유도한다. 혼 사이의 아크는 장비가 더 잘 견딜 수 있으며, 고장을 감지하고 원격 회로 차단기에 의해 아크를 안전하게 제거할 수 있는 시간을 더 많이 제공한다. 일부 설계의 기하학적 구조는 아크가 주변 공기를 가열함에 따라 상승 기류에 의해 아크가 애자로부터 멀어지도록 유도한다. 아크가 이동함에 따라 경로 길이가 길어지고 아크가 냉각되며 전기장이 감소하여, 아크가 더 이상 간극을 가로지를 수 없게 되면 스스로 소멸하게 된다. 다른 설계에서는 높은 전류에 의해 생성된 자기장을 이용하여 아크를 애자로부터 밀어낼 수 있다. 이러한 방식의 배치는 자기 소호라고도 알려져 있다.

설계 기준 및 유지보수 체계에서 아킹 혼은 희생적인 장비로 취급될 수 있다. 이는 애자보다 저렴하고 교체가 쉽기 때문인데, 애자가 고장 나면 절연하고 있는 장비가 완전히 파괴될 수 있다. 가공 전선로의 애자련이 파손되면 선로가 끊어질 수 있으며, 이는 심각한 안전 문제와 비용 문제를 초래한다.

따라서 아킹 혼은 시스템 보호와 보호 장치 특성을 연관시키는 과정인 절연 협조에서 중요한 역할을 한다. 혼은 다른 특성들 중에서도 정상 작동 조건에서는 전도성 전류 손실을 최소화하기 위해 거의 무한한 온저항을 제공해야 하며, 플래시오버 중에는 낮은 임피던스를 제공하고 아크의 고온에 대한 물리적 복원력을 갖추어야 한다.

운전 전압이 높아질수록 이러한 설계 원칙을 더 신중하게 고려해야 한다. 중전압에서는 혼 사이의 간격이 새가 내려앉아 연결될 정도로 작아질 수 있으므로 두 혼 중 하나를 생략할 수 있다. 또는 애자 반대편에 두 개의 섹션으로 구성된 이중 간극(duplex gaps)을 설치할 수도 있다. 아크 발생 위험이 훨씬 낮은 저전압 배전 시스템에서는 아킹 혼을 전혀 사용하지 않을 수도 있다.

아킹 혼의 존재는 작지만 유의미한 전기 용량으로 인해 애자 전체의 정상적인 전기장 분포를 필연적으로 방해한다. 더 중요한 것은, 아킹 혼을 가로지르는 플래시오버가 지락 고장을 일으켜 회로 차단기가 작동하여 고장이 제거될 때까지 회로 정지를 초래한다는 점이다. 이러한 이유로 중요한 위치에서는 아킹 혼 대신 배리스터라고 불리는 비선형 저항기를 사용할 수 있다.

혼이 잘못 안착되면 아크 발생 시 손상을 주는 저항 가열이 발생할 수 있다.

 스위치 보호 
아킹 혼은 때때로 공기 절연 개폐 장치 및 변압기에 설치되어 아크 손상으로부터 스위치 암(arm)을 보호한다. 고전압 스위치가 회로를 차단할 때, 전류가 차단되기 전에 스위치 접점 사이에 아크가 형성될 수 있다. 혼은 스위치 자체의 접점 표면 대신 아크를 견디도록 설계된다.

 코로나 및 그레이딩 링 
아킹 혼을 고전위 장비의 커넥터나 기타 불규칙한 하드웨어 부품을 둘러싸는 링 모양의 조립체인 코로나 링(또는 유사한 그레이딩 링)과 혼동해서는 안 된다. 코로나 링과 그레이딩 링은 국부적인 축적 및 파괴적인 방전이 발생할 수 있는 구성 요소로부터 축적된 전위를 균등화하고 재분배하기 위한 것이지만, 때때로 두 장치 모두 아킹 혼 조립체 근처에 설치될 수 있다.

 각주 

분류:아크 방전
분류:전력장치