[전기공학] 알루미늄 vs 구리, 경동선 vs 연동선, 전선의 재질별 특성, 용도 비교

1. 알루미늄 도체 vs 구리 도체

 

전선은 저항률이 낮아야하므로 보통 구리 혹은 알루미늄 2가지 재료만을 사용한다. 은이나 금과 같은 재료는 워낙 고가이기 때문에 매우 제한적인 용도로만 사용된다. 따라서 흔히 볼 수 있는 전선의 대부분은 알루미늄이나 구리라고 보면 된다.

 

구리는 알루미늄보다 저항률이 낮아서 송전손실이 적다는 장점이 있다. 하지만 알루미늄에 비해 밀도가 높아 전선 중량이 커지고, 가격도 상대적으로 높다는 단점이 있다. 알루미늄은 구리 도체보다 저항률이 높지만 워낙 가볍고 가격이 낮다. 이러한 특성 때문에 용도와 사용장소도 다르게 적용된다.

 

ACSR 전선 (출처 : wikipedia)

알루미늄 도체는 힘을 많이 받는 개소에 주로 적용된다. 가공송전선로의 ACSR 전선이 대표적인 예이다. 전선의 무게가 무거워질수록 지지물(철탑 등)의 강도는 매우 커져야 한다. 또한 특고압에서는 워낙 전압이 높기 때문에 저항률에 따른 전력 손실량의 차이가 그렇게 크지 않다. 그래서 가공송전선로에선 알루미늄 도체가 유리하다.

 

반면 구리 도체는 상대적으로 힘(장력 등)을 받지 않는 개소, 저압선, 22.9kV 이상 지중배전선로에 주로 사용된다. 154kV 이상의 송전전압에서는 변전소 설비간 연결이나 지중송전선로의 도체로 활용된다. 중량이 크기 때문에 가공선로에는 전선의 무게가 워낙 무거워져 적용하기 힘들다. 저압선은 전압이 낮기 때문에 저항률이 중요하고 도체 단면적 자체가 작아서 재료의 차이에 따른 중량값이 큰 영향을 주지 않는다. 따라서 구리 도체를 주로 사용한다.

 

 

2. 경동선 vs 연동선

구리 도체도 전선의 강도에 따라 경동선과 연동선으로 구분한다. 어떤 차이점이 있는지 알아보자.

 

옥외용 전선(OW), 도체는 경동선이 사용된다.

 

 1) 용어정리

 - 경동선(HDCC, Hard-drawn copper wire) : 막대 구리를 900도로 가열하여 압연해서 거친 선을 만들어 식힌 후에 상온에서 다이스로 원하는 굵기의 와이어를 드로잉해서 만들어진 전선

 - 연동선 : 경동선의 제조과정대로 상온에서 가공된 동선을 600도로 다시 가열하여 서서히 식혀서 만든 전선

 

 2) 제조과정의 차이

제조과정을 보면 경동선은 900도에서 만들어진 전선을 다이스로 기계적으로 가공하여 바로 뽑아낸 전선이다. 반면에 연동선은 보다 낮은 600도에서의 열처리 과정을 추가해서 전기적 특성을 더 우수하게 만들었다. 즉, 600도 열처리 과정이 있는지 여부가 경동선과 연동선의 차이점이다.

 

 3) 도전율

600도 열처리 과정을 거치면서 구리 전선은 도전율이 상승하지만 경도는 낮아지고 더 연해진다. 전선의 고유저항률은 연동선이 1/58, 경동선은 1/55 이다. 퍼센트 도전율을 보면 연동선은 기준이 되는 100%이고, 경동선은 97%이다. 경동선은 연동선보다 도전율이 3% 모자르다고 생각하면 된다.

 

 4) 경도

열처리 과정에서 경도도 떨어지게 된다. 정확한 표준값이 있는 것은 아니지만 보통 경동선 대비 연동선이 30% 정도 인장강도가 떨어진다고 생각하면 된다.

 

지중송전용 XLPE 케이블. 도체는 연동선이다.

 

 5) 용도

연동선이 도전율이 더 우수하지만 강도가 떨어지는 특성 때문에 변압기, 지중케이블 등 큰 힘을 받지 않는 기기 내부의 동선에 주로 적용된다. 반대로 경동선은 강도가 더 우수하기 때문에 옥외에 노출되어 사용되는 전선에 주로 사용된다. 배전용 가공전선(옥외용 나전선)이나 옥외변전소의 기기간 연결에 사용되는 동선, 동바(bar)가 대표적이다.

 

 6) 표준

저항률이나 인장강도 등 전선의 세부적인 스펙 기준치는 KS 규격을 참고하면 좋다.

- 연동선 : KS C 3101

- 경동선 : KS C 3102

KS표준의 내용은 e나라표준인증 사이트(standard.go.kr)에서 조회가 가능하다.