강풍에 흔들리는 동적 도체로 인한 산불 점화 예측

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3998(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

건조한 날씨에 강풍이 불 때 전력 시스템은 치명적인 산불의 원인이 될 수 있습니다. 특히, 도체-식물 접촉은 유틸리티 관련 산불의 주요 발화 원인으로 인식되었습니다. 식생 관리나 예방적 전력 차단과 같은 운영 의사 결정을 지원하려면 정확한 산불 위험 분석이 시급히 필요합니다. 이 연구에서는 송전선이 주변 식물로 흔들리고 플래시오버가 발생하여 발생하는 점화 메커니즘을 연구합니다. 구체적으로, 연구된 한계 상태는 규정된 최소 식생 간격을 침범하는 도체로 정의됩니다. 다중 스팬 전송선로의 동적 변위 응답의 확률론적 특성은 주파수 영역에서의 효율적인 스펙트럼 분석을 통해 도출됩니다. 특정 위치에서의 침입 확률은 고전적인 첫 번째 이동 문제를 해결하여 추정됩니다. 이러한 문제는 종종 정적 등가 모델을 사용하여 해결됩니다. 그러나 결과는 난류가 심한 바람이 불 때 도체 동적 변위에 대한 불규칙한 바람의 영향이 상당하다는 것을 보여줍니다. 이 무작위적이고 역동적인 구성 요소를 무시하면 발화 위험을 잘못 평가할 수 있습니다. 강풍의 예측 기간은 발화 위험을 결정하는 중요한 매개변수입니다. 또한, 침입 확률은 초목 제거 및 바람 강도에 매우 민감한 것으로 밝혀졌으며, 이는 이러한 양에 대한 고해상도 데이터의 필요성을 강조합니다. 제안된 방법론은 산불 위험 분석의 중요한 단계인 정확하고 효율적인 발화 확률 예측을 위한 잠재적인 방법을 제공합니다.

산불이라고도 불리는 산불은 악천후(저습도, 고온, 강풍 등)와 건조한 식생 연료가 결합될 때 발생할 수 있습니다. 지난 수십 년 동안 남부 유럽, 북미, 호주 남동부 등 전 세계적으로 산불이 심각한 위협이 되는 것을 목격했습니다1,2,3. 다양한 지역의 산불은 지역적 특성을 나타내며, 지역 조건이 일반적인 발화 원인, 화재 행동 등에 영향을 미칩니다. 미국에서는 산불이 특히 중요한 위험 요소인 캘리포니아에서 빈번하게 파괴적인 산불을 겪고 있습니다. 캘리포니아 산림 및 화재 예방부(CAL FIRE)는 2016~20204년 동안 캘리포니아에서 연간 평균 3,217건의 산불 사고와 624,728에이커의 화재를 보고했습니다. 산불은 다양한 원인(예: 번개, 방화, 흡연 등)에 의해 시작될 수 있지만 전력선은 감소하지 않는 유일한 발화원인 것으로 나타났습니다5. 통계에 따르면 가장 파괴적인 캘리포니아 산불 상위 20개 중 최소 5개는 전력 시스템에서 발생했으며, 2018년 캠프 파이어는 18,804개의 구조물을 파괴하고 85명의 생명을 앗아갔습니다6. 실제로 전력계통 발화사고는 기상이변과의 특수한 관계로 인해 대규모 산불로 발전할 가능성이 더 높습니다. 수많은 구성 요소와 장비로 구성된 전력 네트워크는 강한 바람이 불 때 고장/결함의 급격한 증가를 경험할 수 있습니다7,8. 뜨겁고 건조한 공기의 영향으로 다양한 점화 메커니즘이 작동될 수 있으며, 가연성 연료가 있는 곳에서는 화재가 발생할 수 있습니다. 더욱이, 강한 바람은 화재 확산을 크게 촉진하는 동시에 소방 활동을 방해할 수도 있습니다. 바람은 전력선 점화의 주요 기상 요인입니다. 이는 캘리포니아에서 전력선 관련 산불과 계절성 극한 바람이 동시에 발생하는 것으로 나타났습니다9,10. 이러한 푀엔 바람(디아블로 바람 또는 산타아나 바람으로 알려짐)은 놀라운 강도와 돌풍이 특징입니다.