■ 가공 송전선로(지상 위 전선)

1. 가공 송전선로의 장·단점

- 건설기간↓, 비용↓, 고장 찾기 쉽다, 고장 발생활률↑

- No. -

2. 구비조건

- 전선이니까 도전율 좋아야하고 질겨야하고(기계적강도) 잘 버티고(내구성) 가벼워야 좋고 잘 휘어지면(가요성) 좋고 싸면 제일 좋다

3. 종류

① 단선 : 선 하나

② 연선 : 단선 꼬아서 만든 선

- 선 수 = 3n(1+n) +1

- 연선지름 = (1+2n)d    ※ n : 층수, d : 소선지름

③ ACSR(Aluminium Cable Steel Reinforced)

- 강심 알루미늄 연선

철심(강심)

알루미늄선(도전율 62%)

- 도전율은 구리보다 낮지만 기계적강도(철로 보강했으니

까)가 커서 긴 거리용(장경간용)에 적합

- 전선의 바깥지름이 커서 코로나방지에 좋다

(※코로나 - 송전선로에서 발생하는 코로나는 송전선의   전계강도가 주위의 공기절연강도를 초과하여 전선 주위의  공기가 이온화되어 국부적(부분적)으로 절연이 파괴되는 현상

※코로나 발생은 전선에 흐르는 전류와는 무관(절연파괴는 고전위차에 의해 발생)하며 인가전압과 전선표면의 조건 및 대기여건에 영향을 받으며 전선의 직경이 클수록 코로나 발생이 감소)

- 알루미늄은 물러서 전선표면 손상 쉽다.

④ 쌍금속선(복도체)  ⑤ 중공전선

4. 교류송전의 장점

① 변압기를 이용한 변압 용이

② 회전자계를 쉽게 얻는다

③ 전력계통의 일관된 운영(교류로 생산해서 교류로 송전)

5. 직류송전의 장점

① 절연계급이 낮다  ② 송전효율이 좋다

③ 안정도가 높다

6. 전선의 표피효과 : 전류가 중심보다 표면으로 흐르는 효과

복도체 : 전선 두 개

중공전선 : 속빈 전선

7. 전선의 진동과 도약

① 진동 : 송전선에 바람(5[m/s]정도의 미풍)이 불면 전선 주변에 소용돌이가 발생하여 전선은 상하로 진동하는데  특히 가볍고 굵은 ACSR에 잘 발생한다.

- 진동방지대책 : 아머로드, 댐퍼

철탑       송전선   무게추(댐퍼)

애자

아머로드(같은 재질의 전선을 보강해서 묶어준다)

송전선

② 도약 : 전선 위의 눈이 녹으며 전선이 위로 튀는 것

- 영향 : 전선 상호간 단란 (위로 튀다가 윗 전선이랑 만난다)

- 대책 : 철탑의 오프셋

상과 상사이의 간격이 오프셋

철탑

8. 애자(Insulator)

애자

철탑

송전선

① 역할 : 철탑과 전선 절연, 전선과 철탑을 견고하게 연결

② 구비조건

- 절연내력이 클것(인슐레이터, 섬락에 잘 견딜 것)

- 기계적강도↑, 절연저항↑(누설전류작다)

- 풍화작용에 잘 견딜것, 중략이 가볍고 쌀것

③ 종류

- 송전선로 : 핀애자, 현수애자, 장간애자, 내무애자

- 배전선로 : 핀애자, 현수애자, 지지애자, 인류애자

④ 애자련의 전압부담(154[KV]에서 현수애자 10개)

10번애자

8번애자 : 전압분담최소

1번애자 : 전압분담최대

⑤ 애자의 보호장치

- 아킹링(소호링), 아킹혼(소호각)설치한다

- 역할 : ․ 번개로부터 애자보호

․ 전압 균일분담

․ 역섬락 방지

□ 직격뢰                 금속판을 덧덴다

아크발생

(●역섬락 : 가공지선의 뇌격에 의한 철탑의 전위상승과  전력선에 유도되는 전위와의 차가 애자련의 내압보다 크면 역섬락이 발생한다.)

⑥ 애자의 절연내력 시험(250[mm]현수애자 1개)

- 건조 섬락전압 : 80[KV] - 맑은 날씨

- 주수 섬락점압 : 50[KV] - 비오는 날씨

- 충격 파괴전압 : 125[KV] - 번개 맞을 때

- 유중 파괴전압 : 140[KV] - 실험실에서

⑦ 애자련의 효율

[eqn: eta = {V _{n}} over {nV} TIMES 100[%]]  Vn=애자련의 전압, V1=애자1개의 전압

n=애자개수

9. 지지물(철탑)

◎ 위에서 철탑을 봤을 때

① 직선형 ▣          ▣ : 두 철탑사이의 각도가 3°이하

② 각도 : B형 : 20°↓, C형 : 20°↑,  D형 : 30°↑

③ 내장형(E형) : 장경간일 때, 거리가 멀어서 강한 철탑사용

S'=S+150   (S는 표중경간으로 250m)

④ 10째 철탑은 기계적 강도를 높이기 위해 내장형을 쓴다

◎ 합성하중 계산

풍압하중(W3)

빙설하중(W2)+자체하중(W1)     합성하중(W)

- 가장 중요한 것은 W3이다. 빙설하중이나 자체하중은  철탑이 자체적으로 충분히 지지해준다.

◎ 이도(Dip) 계산

① 이도 : 전선이 늘어진 정도

② 이도계산식 : [eqn: D= {WS ^{2}} over {8T} [m]] W:전선무게,S:거리,T:장력

③ 전선의 실제거리 [eqn: L=S+ {8D ^{2}} over {3S} [m]]

이도D

지지점간의 경간S

실제전선의길이L

■ 지중송전선로

1. 특징

① 환경친화적(땅속에 묻으니까)

② 자연재해나 지락사고 등에 비교적 안전해 공급신뢰도 우수

③ 건설기간이 길고 비싸다.

2. 전력케이블

① OF(Oil Filled) 케이블 : 케이블의 냉각효과 증대

중공에 차가운 기름을 흘려준다.

케이블

② POF(Pipe type Oil Filled) 케이블

금속 파이프(시스층 역할도 한다.)

전체에 절연유를 흘린다.

절연지지대

(※시스(Sheath)층 : 내외부 전자계                        차폐, 기계적 강도 우수)

- 송전용량은 도체의 두께보다 절연체의 성질에       더 영향을 받는다. (줄열 때문에)

③ CV 케이블 : XLPE케이블이라고도 함 : 가교 폴리에틸렌 절연외장케이블

④ CN-CV케이블 : 동심중성선 CV케이블

(E : 폴리에틸렌, C : 가교폴리에틸렌

V : 염화비닐(PVC), B : 부틸고무

EV-Cable에서 앞의 E는 절연체를 의미하고 뒤의 V는    외피를 의미한다. 그러므로 EV케이블은 폴리에틸렌 절연체에 염화비닐 외피 케이블이다.)

3. 매설 방법

① 직접 매설식

0.6~0.8m(인도)

1.2m(차도)

흙    모래

케이블       콘크리트  콘크리트뚜껑

- 공사비 저렴, 기간 단축

- 모래가 케이블 열을 흡수해서 열방산이 좋아 허용전류가 크다

- 케이블이 손상받기 쉽고 케이블의 재시공이나 증설 힘듬

② 관로식(관로인입식)

관로     맨홀    케이블      케이블접속부

맨홀

맨홀뚜껑     케이블  접속    관로

- 합성수지관이나 철근콘크리트관 등을 사용하여 관로를 설치하고 적당한 간격(100~200m)마다 맨홀을 설치하여  관로안에 케이블을 부설하는 방식

- 많은 양의 케이블을 포설하는데 유리하다

- 케이블 증설이나 교체가 예상될 때 유리하다

- 직접 매설식에 비해 건설비가 비싸다.

③ 전력구식(암거식 : 걸쳐놓는다고 해서 암거)

통신용       수도관

배전선로     가스관

송전선로

행거             전력구

- 지하에 전력구를 설치하고 전력구내의 행거위에     케이블을 설치하는 방식

- 관로식보다 손상이 적고 케이블 고장시 교체 유리

- 관로식보다 전류용량 크다(전력구에 환풍기설치)

- 다량의 케이블 포설에 유리

- 공사비가 가장 비싸고, 공사기간도 길다

4. 케이블의 전력손실

① 저항손 : 도체의 저항에 의해 발생하는 손실

- [eqn: W _{c} =I ^{2} R[W]]  I : 도체에 흐르는 전류 R : 도체저항

② 유전체손 : 절연체에 전압이 가해지면 정전용량과     누설저항과의 병렬회로가 된다.

- [eqn: W=2 pi fCE ^{2} tan delta [W]]

C : 도체와 접지간 절연제 정전용량

E : 도체의 대지전압

[eqn: tan delta] : 유전체 역률

③ 연피손(시스손) : 와전류손과 회로손이 있다. 와류손은 시스의 근접효과 때문에 와전류가 발생하고 케이블의 송전전류에 의한 전자유도 작용에 의해 시스전류가 흐르면   시스 저항에 의해 손실이 발생한다.

5. 전력 케이블의 고장점 측정법

① 머레이 루프법(Murrey Loop) : 1선지락이 가장많다.

[eqn: R= rho {l} over {s}] 고장점의 길이에 따라 R이 달라져 고장점 찾기

② 펄스에 의한 측정법 : 고장종류에 영향을 안받지만    오차가 비교적 크다.

③ 정전용량법

④ 수색코일법 : 장비고가, 종류영향없음, 오차큼

⑤ 임피던스 브리지법

6. 전식(전자적 부식)

① 정의 : 매설금속체가 양극으로 되고 여기에서 지중에  전류가 유출되어 페러데이 법칙에 따른 금속의 감손,     변질을 초래하는 것.

유입전류                         유출전류

전류

전식발생

② 지중케이블의 전식 방지법

- 파이프 표면을 코팅한다.(일시적이다)

- 희생양극법(유전 양극법)        - 외부 전원법

- 배류법(직접배류법, 강제배류법, 선택배류법) : 누설  전류가 아예 잘 흐르도록 길을 만들어줘서 금속 표면의  부식을 방지한다.

■ 선로정수 및 코로나

1. 송전선로의 선로정수 : R, L, G, C

R                L

G           C

GROUND

- L>>R, C>>G

- 특성 임피던스 : 전선을 설치하자마자 정해지는 저항값

- 특성 임피던스 [eqn: Z _{0} image sqrt {{L} over {C}}]

- 전파 정수 [eqn: r image j omega sqrt {LC}]

2. 인덕턴스 : 전선자체에서 생기는 코일성분

- [eqn: L=0.05+0.4605log _{10} {D} over {r} [mH/Km]] 중요공식!!!

※ D : 도체간의 거리[m],   r : 도체의 반지름[m]

3. 정전용량 : 전선과 땅의 정전용량

[eqn: C= {0.02413} over {log _{10} {D} over {r}} [ mu F/Km]] 중요공식!!!

4. 선로의 등가선간 거리(등가 평균거리)

- [eqn: D=(D _{1} D _{2} D _{3} ) ^{{1} over {3}}] 지수의 분모 3은 선간 거리의 개수이다.

2D

D        D

라면...[eqn: D= root {3} of {D BULLET 2D BULLET D} = root {3} of {2} D]

5. 복도체 : 송전선로를 1선 대신 2선으로 설치

스페이서 설치 : 같은 방향으로 흐르는 전류에 의해서 두 전선 사이의 자기력은 약화되고 바깥쪽 자기력은 강화되어 두 전선이 서로 붙는 것을 방지하기  위해 설치한다.

- 다도체

[eqn: L _{} = {0.05} over {n} +0.4605log _{10} {D} over {root {n} of {rd ^{n-1}}} [mH/Km]]

※ r : 소도체 반지름,            D : 전선의 선간거리

d : 소도체간 등가 평균 거리,   n : 소도체의 수

6. 작용정전용량

- 1상 2선

Cm                     2Cm       2Cm

Cs              Cs  →Cs                  Cs

Cn = 2Cm + Cs

- 3상 3선

Cm

Cm         Cm

Cs      Cs         Cs

델타결선

Cm          Cm

Cm

Cs                     Cs           Cs

Y결선

3Cm

3Cm         3Cm

Cs                   Cs           Cs

Cn = 3Cm + Cs

- 충전용량 : 회로이론에서 [eqn: I= {V} over {Z}] 이고 전력에서는

[eqn: I _{c} = {E} over {Z}] (※ E는 상전압이다.) [eqn: = {E} over {{1} over {omega C}} = omega CE= {omega CV} over {sqrt {3}}]

- 3선의 충전용량은...

[eqn: Q _{c} =3EI _{c} =3E TIMES omega CE=3 omega CE ^{2} = omega CV ^{2}]

(※V는 선간접압)

7. 연가(Transposition)

① 목적 : 일반적인 3상 3선식 선로에서는 각 전선의 선간 거리와 지표상의 높이도 다르게 되어 각 상당 인덕턴스와 정전용량의 값이 다르게 된다. 따라서 송전단에서 대칭

전압을 인가하더라도 수전단에서는 비대칭 전압이 되게  된다. 이것을 방지하기 위해서 3의 배수로 등분하여 개폐소나 연가용 철탑을 이용하여 각 상별 전선의 배치가 서로 평형이 되도록 한다. 이것이 연가이다.

A             C            B

B             A            C

C             B            A8

8. 코로나

① 현상 : 송전선로의 인가전압이 직류30[kv/cm]이거나

교류21[kv/cm](직류30[kv/cm]를 교류의 실효값으로 환산하면 21[kv/cm]나온다.) 이상이 되면 공기의 절연이 파괴되어 전선 주변에서 빛과 소리를 내는 국부방전 현상.(영화를 보면 전선 주변에서 지지직 거리는 소리를 들을 수 있을 것이다. 이것이 코로나다. - 코로나 하니까 맥주가 먹고 싶군~~캬~)

② 코로나 임계전압식 - 중요하다!!

[eqn: E _{0} =24.3m _{0} m _{1} delta d BULLET log _{10} {D} over {r} [kV]] 얘는 실험으로 구한 식

→ 계산값보다 낮으면 코로나 발생

․ m0 : 전선의 표면계수 (단선(매끈전선) : 1,

연선(거친전선) : 0.8 - 전하는 좁은 곳으로 모이는 성질이 있으므로 연선의 표면계수 값이 낮다.)

․ m1 : 날씨계수 (맑은 날 : 1, 우천시 : 0.8)

․ δ : 공기 상대 밀도 = [eqn: {0.386b} over {273+t}] (※b : 기압, t : 온도)

․ d : 전선의 지름[cm]

․ r : 전선의 반지름[cm]

․ D : 전선간의 거리[cm]

③ 영향

- 코로나 손실 발생

[eqn: P= {241} over {delta } (f+25) sqrt {{r} over {D}} (E-E _{0} ) ^{2} TIMES 10 ^{-5} [kw/km/1선]]

․ f : 주파수

- 고조파 방해, 전파방해, 오존에 의한 전선 부식

④ 대책

- 굵은 전선을 사용, 복도체 사용, 가선금구(애자와 전선을 묶는 기구)를 개량한다.

■ 송전특성

1. 송전선로 해석 : 오차를 줄이기 위해 거리별로 나눔

→Is     R           jx       IR

Es                                  부하   Er

① 단거리 송전선로의 특성 : 선로정수 R과 L만의 집중     정수회로가 구성된다.

- [eqn: E _{s} =E _{R} `+`I(Rcos theta _{R} +Xsin theta _{R} )] - 단상일 경우

[eqn: V _{s} =V _{R} + sqrt {3} I(Rcos theta _{R} +Xsin theta _{R} )] - 3상일 경우

- 전압강하 (e)

[eqn: e=V _{s} -V _{R} = sqrt {3} I(Rcos theta _{R} +Xsin theta _{R} )] -중요하다!!

- 전압 강하율 (ε)

[eqn: epsilon = {V _{s} -V _{R}} over {V _{R}} TIMES 100[%]=]

[eqn: {sqrt {3} I(Rcos theta _{R} +Xsin theta _{R} )} over {V _{R}} TIMES 100[%]]

- 수전단 전력 (PR)

[eqn: P _{R} = sqrt {3} V _{R} Icos theta _{R} [W]]

② 중거리 송전선로 : 오차를 줄이기 위해 집중대칭정수회로구성

- T형 회로 : 임피던스 Z를 이등분한 회로

[eqn: {Z} over {2} = {1} over {2} (R+jX)]  [eqn: {Z} over {2} = {1} over {2} (R+jX)]

IR

Is                    [eqn: Y=j omega C]              부하

Es                                  Er

- 송전단 전압

[eqn: E _{S} =(1+ {ZY} over {2} )E _{R} +Z(1+ {ZY} over {4} )I _{R}]

- 송전단 전류

[eqn: I _{S} =YE _{R} +(1+ {ZY} over {2} )I _{R}]

- 4단자 정수

[eqn: {bmatrix{A&B#C&D}} = {bmatrix{{1+ZY} over {2}&Z(1+ {ZY} over {4} )#Y&1+ {ZY} over {2}}}]

(※ABCD는 입력과 출력의 관계상수)

- π형 회로

[eqn: Z=R+jx]

Is                                   IR

Es         [eqn: {Y} over {2}]            [eqn: {Y} over {2}]         Er   부하

- 송전단 전압

[eqn: E _{S} =(1+ {ZY} over {2} )E _{R} +ZI _{R}]

- 송전단 전류

[eqn: I _{s} =Y(1+ {ZY} over {4} )E _{R} +(1+ {ZY} over {2} )I _{R}]

- 4단자 정수

[eqn: {bmatrix{A&B#C&D}} = {bmatrix{1+ {ZY} over {2}&Z#Y(1+ {ZY} over {4} )&1+ {ZY} over {2}}}]

※ 참고

Z       [eqn: {bmatrix{1&Z#0&1}}]   [eqn: {bmatrix{V _{S}&#I _{S}&}} = {bmatrix{A&B#C&D}} {bmatrix{V _{R}&#I _{R}&}}]

Y       [eqn: {bmatrix{1&0#Y&1}}]   [eqn: V _{S} =AV _{R} +BI _{R}# I _{S} =CV _{R} +DI _{R}]

A : 전압비 [eqn: V _{S} =AV _{R}] 단위는 없다

B : 임피던스 [eqn: V _{S} =BI _{R} [ OMEGA ]]

C : 어드미턴스

D : 전류비

③ 장거리 송전선로 : R L G C 모두를 고려한 분포정수회로

2. 전력원선도

- 전력원선도에서 알 수 있는 사항

① 송․수전단 전압간의 상차각

② 송․수전 할 수 있는 최대 전력

③ 선로 손실과 송전효율

④ 수전단의 역률

⑤ 필요한 조상 용량

3. 조상설비

① 조상설비가 필요한 이유 : 전력계통을 일정한 전압으로 하기 위해서 무효전력을 공급(지상 혹은 진상무효전력)해 주기 위해서 필요하다.

② 조상설비의 종류

종 류	진상 무효전력(+Q)	지상무효전력(-Q)
전력용콘덴서	○(+jQ)
분로 리액터		○(-jQ)
동기조상기	○	○

(※동기조상기 : 동기모터로서 회전수를 조절하여 진상 혹은 지상으로 전압을 일정하게 해준다.)

P=100[W]                   P=100[W]

발전기                        부 하

P=100[W]                   P=90[W]

10[W]?

잉여전력으로 보이는 10[W]는 주파수로 소비한다.

( ※ ex) 60㎐ → 61㎐로 변환하면서 소비)

4. 송전선로의 이상현상

① 패란티 현상

- 정의 : 심야의 무부하나 경부하시에 수전단 전압이   송전단 전압보다 높아지는 현상

- 원인 : 선로의 정전용량 때문에 발생한다.

- 대책 : 병렬 리액터를 설치해서 C성분을 없앤다.

② 발전기 자기여자 현상

- 정의 : 선로의 정전용량 때문에 발전기 전압이 이상   상승하게 되는 형상

- 대책 : ․ 병렬 리액터를 사용한다.(지상무효전력공급)

․ 발전기 용량이 선로의 충전용량보다 클 것

→ 발전기용량 > 선로의 충전용량*3 (3상3선식)

5. 송전용량

① 정의 : 송전 선로에 얼마까지의 전력을 보낼 수 있느냐 하는 최대 송전 전력을 의미

② 송전용량 결정 조건

- 송․수전단 전압의 상차각이 적당할 것(30°~40°)

→ 상차각은 [eqn: P= {V _{R} V _{S}} over {X} sin theta]의 [eqn: theta]

- 조상기용량이 적당할 것 (수전전력의 75%)

- 송전 효율이 적당할 것 (90%이상)

③ 송전용량 계산법

- 고유 부하법

[eqn: P= {V _{R} ^{2}} over {Z _{omega }} = {V _{R} ^{2}} over {sqrt {{L} over {C}}} [MW/회선]][eqn: V _{R} :수전단`선간`전압[kV]# Z _{omega } :선로의`특성`임피던스[ OMEGA ]]

- 송전용량 계산법(계수법)

[eqn: P=k {V _{R} ^{2}} over {l} [kW]`]  [eqn: k:송전용량계수# l:송전거리[km]]

- Still식(경제적인 송전 전압) 중요하다!!

[eqn: V=5.5 sqrt {0.6l+ {P} over {100}} [kW]] [eqn: l:송전거리[km]# P:송전용량[kW]]

참고

1. 3상 송전선로의 공칭전압 : 전부하 상태에서 그의 송전단의 선간전압(송전단은 잘 안변하니까 기준으로 삼는다.   그리고 154[kV]는 팔겠다는 가정 하에 보내니까 전부하)

2. 역률 : [eqn: cos theta]

①  R             X

[eqn: Z=R±X]

X            |Z|

Θ

R

[eqn: cos theta = {R} over {|Z`|} = {R} over {sqrt {R ^{2} +X ^{2}}}# sin theta (무효율)= {X} over {|Z`|} = {X} over {sqrt {R ^{2} +X ^{2}}}]

②             X            [eqn: Y= {1} over {R} -j {L} over {X}]

[eqn: cos theta = {{1} over {R}} over {|Y`|} = {X} over {sqrt {R ^{2} +X ^{2}}}]

[eqn: sin theta = {R} over {sqrt {R ^{2} +X ^{2}}}]

3. 교류전력

[eqn: L은 {1} over {2} LI ^{2}]으로 축적

[eqn: C는 {1} over {2} CV ^{2}]으로 축적

G                                            L

피상전력             무효전력               소비전력

[eqn: P _{a} =VI[VA]]    우리가 안쓰니까      [eqn: P=VIcos theta [W]]

무효전력             = 유효전력

= [eqn: VIsin theta]           = 평균전력

= 전력

■ 중성점 접지와 유도장해

1. 중성점 접지 방식의 종류

․ Z=0 : 직접접지(유효접지) - 대부분 사용(22.9,154,345,765[kV])

Z    ․ Z=R : 저항접지

․ Z=jωL : 리액터(소호리액터 - 소호는 아크 불꽃은 끈다는 뜻) 접지(66[kV]에 사용)

․ Z=∞ : 비접지(20[kV]이하에서 사용)

2. 비접지 방식

△결선으로 3고조파 제거

1선지락   CS    CS    CS

지락과 함께 사라짐

- [eqn: I _{g} =I _{b} +I _{c} =j omega C sqrt {3} V]

- 송전전압이 비교적 작고 선로가 짧은 단거리 송전에  적용된다.(변압기 결선은 △-△결선법 채택)

- Ig는 작을 수록 좋다. 장거리가 되면 C가 커지고 Ig 가 커지므로 저전압단거리에 사용할 수 밖에 없다.

- [eqn: V`'(고장시`전압)= sqrt {3} V(평상시`전압)]

3. 직접접지 방식

154[kV]

0[V]            단절연 : 중성점이 0[V]이기 때문에 절연체의 두께가 중성점으로 갈 수록 줄어든다.(cf저감절연 : 절연체의 두께를 일괄로 줄임)

차단기

1선지락(大)

가로등

感電死

보호계전기

- 장점

① TR의 단절연, 저감절연 가능 - 경제적이다.

② 고장시 이상전압 상승이 적다.

③ 보호계전기(릴레이) 동작이 확실하다 - Ig가 크므로   코일이 전자석이 잘되어 보호계전기의 동작이 확실

④ 선로의 전위상승이 작기 때문에 낮은 정격의 피뢰기를 사용할 수 있다.

- 단점

① 전자유도장해가 크다 - 상호인덕턴스 M이 커져서...

② 과도안정도(사고가 났을 때 안정도 - 계속 전압을 잘 보내줄 수 있느냐 하는 능력)는 나빠진다. 왜냐하면

보호계전기가 확실히 동작하니 차단기기가 확실히 동작 하고 그에 따라서 전압을 보내주는 것이 잘 끊기게 된다.

③ 지락전류로 인해 기기에 기계적 충격이 크다.(Ig大)

④ 계통사고의 70~80%는 1선지락사고이므로, 차단기가  대전류를 차단할 기회가 많아져 차단기의 수명이 단축될 수 있다.

(●유효접지방식 : 직접 접지방식 중에서 1선 지락 고장 시 건전상의 전압상승이 정상시 상(Y)전압의 1.3배를 넘지 않도록 접지임피던스를 조절해서 접지하는 방식)

4. 소호리액터 접지방식

[eqn: X _{L}]

[eqn: I _{2}]

C    C    C

[eqn: I _{1}]

[eqn: I _{g}]

장거리

[eqn: I _{g} =I _{1} +I _{2}] (코일의 방해로 [eqn: I _{2}]도 흐른다.)

[eqn: omega L= {1} over {omega C} (병렬공진(공진`:`L과`C가`사라지는`것)조건)]

[eqn: THEREFORE omega L= {1} over {3 omega C}]

결국...

[eqn: I _{g} SIMEQ 0]

- 특징

① 유도장해 거의 없다.([eqn: I _{g} SIMEQ 0])

② 과도안정도가 좋다.

③ 단절연, 저감절연이 어렵다.

④ 이상 상승전압 상당히 크다. ([eqn: sqrt {3}]배 이상)

⑤ 보호 계전기 동작 불확실 - 1선 지락시에도 송전이 가능

5. 중성점의 잔류전압

- 정의 : 보통의 운전상태에서 중성점 접지를 하지 않을 경우 중성점에 나타나는 전압

[eqn: □E _{n} □= {sqrt {C _{a} (C _{a} -C _{b} )+C _{b} (C _{b} -C _{c} )+C _{c} (C _{c} -C _{a} )}} over {C _{a} +C _{b} +C _{c}}# TIMES {V} over {sqrt {3}}]

V:선간전압

- 대책 : 송전선로의 연가를 실시해서 각상의 대지정전 용량을 평형으로 유지

6. 송전선로에서의 유도장해의 원인과 대책

● 정전유도장해

- 원인 : 송전선의 영상전압과 통신선의 상호 정전용량의 불평형에 의해 통신선에 유도되는 전압(평상시 발생)

[eqn: □E _{0} □= {sqrt {C _{a} (C _{a} -C _{b} )+C _{b} (C _{b} -C _{c} )+C _{c} (C _{c} -C _{a} )}} over {C _{a} +C _{b} +C _{c} +C _{0}}# TIMES {V} over {sqrt {3}}]

- 대책

① 송전선로의 완전 연가

② 전력선과 통신선의 이격거리 증대(50m이상)

③ 통신선을 케이블화하여 외피접지

● 전자 유도 장해

- 원인 : 전력선과 통신선의 상호인덕턴스에 의해 유도되는 전압

- 대책 : [eqn: M,`l,`I _{0}]해결

① 직류송전([eqn: omega =0]이 되니까)

② [eqn: M downarrow](거리 증대)

③ [eqn: I _{0} downarrow](소호리액터접지 채용)

④ 차폐선([eqn: M downarrow])

전력선

차폐선

통신선

⑤ 통신선측에 성능 좋은 피뢰기 설치

⑥ 배류코일

전력선

통신선

코일은 회로로 분할되고, 전류도 잘 못흐르게 한다.

⑦ [eqn: l downarrow]        통신선

전력선                 전력선과 통신선을 교차 배치

참고

1. 중성점 접지 문제가 나왔을 경우 우리 나라에서는 직접 접지방식을 채택하고 있기 때문에 직접접지방식과 소호리액터접지방식이 상충되는 경우 직접접지방식이 답이다.

■ 고장 계산 및 안정도

1. % 임피던스 법

I               Z

E

V=ZI

[eqn: %Z= {ZI} over {E} TIMES 100[%]] : 전전력계통의 전압분의 어느 한  부분의 전압 강하가 몇%인가를 나타낸다.

[eqn: %Z= {ZI} over {E} TIMES 100= {ZIE} over {EE} TIMES 100= {PZ} over {10E ^{2}} [%]]

[eqn: {PZ} over {10E ^{2}} [%](단상) -> {PZ} over {10( {V} over {sqrt {3}} ) ^{2}} (3상)= {3PZ} over {10V ^{2}}]

[eqn: {3PZ} over {10V ^{2}} = {P``'Z} over {10V ^{2}}](P는 단상전력, P'은 3상전력)

[eqn: I _{s} (단락전류)= {100} over {%Z} TIMES I _{n} ` -> `P _{s} (단락용량)-최종목표]

[eqn: P _{s} = sqrt {3} VI _{S} ``=` {100} over {%Z} P _{n}]

2. 대칭좌표법

a

2

1

a        0                a

0     0

1               1

2            a2         2

c                                  b

a2

[eqn: V _{a} =V _{0} +V _{1} +V _{2} ```````````````````````````````````V _{0} = {1} over {3} (V _{a} +V _{b} +V _{c} )# V _{b} =V _{0} +a ^{2} V _{1} +aV _{2} `````````````````````````V _{1} = {1} over {3} (V _{a} +aV _{b} +a ^{2} V _{c} )# V _{c} =V _{0} +aV _{1} +a ^{2} V _{2} `````````````````````````V _{0} = {1} over {3} (V _{a} +a ^{2} V _{b} +aV _{c} )]

([eqn: V _{0} :영상,`V _{1} :정상,`V _{2} :역상])

3. 안정도

G                 L

① 정의 : 꾸준히 정해진 전압, 정해진 주파수를 공급하는 것

[eqn: P= {V _{S} V _{R}} over {X} sin theta]

② 안정도의 종류

- 정태안정도 : 예측 가능한 부하전력

․ 정상상태에서의 계통의 안정도(부하가 서서히 변할  경우의 안정도)

- 과도안정도 : 사고시→예측 불가능한 부하전력

․ 계통의 사고가 발생했을 경우의 안정도

- 동태안정도 : 정태+AVR(Automatic Voltage Regulator)

․ 고속자동전압조정기(AVR)로 계통을 제어했을 경우

③ 안정도 향상대책

[eqn: P= {V _{S} V _{R}} over {X} sin theta]  [eqn: P uparrow 면`안정도도 uparrow]

- 분자↑ : 승압(·154→345→765)

- 중간조상채용

[eqn: V _{S}]                                [eqn: V _{R} ']

[eqn: V _{R}] 결국분자↑

G

동기조상기

- X : 선로의 리액턴스 : 선로에 직렬콘덴서 설치

․ [eqn: X=jX _{L} -jX _{C}] 분모가 작아진다.

- 다회선 설치 : 선로의 병렬운전

- 연계 : 계통을 연계하여 병렬회로가 되게 한다.

- 직접접지, 복도체, 속응여자방식채용, 고속도재폐로방식

고속도계전기, 고속도차단기 채용

■ 이상전압

먹구름

직격뢰유도

가공지선

[eqn: 제1종접지(10 OMEGA 이하)]

1. 외부 이상전압

① 직격뢰 : 가공지선

② 유도뢰 : 가공지선

직격뢰와 유도뢰는 가공지선으로 97%정도 예방이 된다.  그런데 나머지 3%는?? 피뢰기로 예방한다. 피뢰기는 쉽게 박스형 스위치라고 생각하면 된다. 평상시에는 열려있다가 직격뢰나 유도뢰가 발생하면 스위치를 닫아 전류를 대지로 보내는 역할을 한다.

③ 타선과의 혼촉 : 대책 없다.

2. 내부 이상전압

① 개폐이상 전압

② 사고시 과도이상 전압

③ 계통 조작과 고장시의 지속이상 전압

3. 이상전압의 방지대책

- 피뢰기(LA : Lightnig Arrester)

① 피뢰기의 구조 : 직렬갭 + 특성요소

선로

직렬갭

특성요소

② 피뢰기의 기능(역할

․ 이상전압 침입시 대지로 즉시 방전한다

․ 정상상태(정상전압)에서는 즉시 속류(계통전압)를 차단계통전압

피뢰기Off

정상상태

이상전압

피뢰기On      방전

이상전압 침입시

③ 피뢰기의 정격전압 : 속류 차단이 되는 교류 최고전압

④ 피뢰기의 제한전압 : 충격파 전류가 흐르고 있을 때의                      피뢰기의 단자전압

⑤ 피뢰기의 구비조건

․ 충격 방전 개시 전압이 낮을 것

․ 상용주파 방전개시 전압이 높을 것

․ 방전내량이 크면서 제한전압이 낮을 것 : 낮아야   방전이 잘된다, 더불어 수명도 길어야 한다.

․ 속류 차단능력이 충분할 것 : 빨리 스위치를 열어야 정전이 안된다.

- 가공지선

① 역할 : 송전선에 직격뢰의 피해로부터 보호

② 재료 및 위치 : ACSR(최근에 OPGW로 교체추세),  철탑 최상부 위치

가공지선

송전선로

- 철탑의 섬락(flashover), 역섬락(back flashover) : 철탑의 접지저항이 높아서 철탑과 송전선로간의 절연이 파괴되어 아크 방전이 일어나는 현상으로 철탑에 매설지선을   설치하여 철탑의 접지저항 값을 낮춰서 방지한다.

4. 절연 협조(Insulation Coordination)

- 정의 : 계통 내 각 기기, 기구 및 애자 등의 상호 간에 적정한 절연강도를 지니게 함으로써 계통설계를 합리적, 경제적으로 할 수 있게한 것.

- 기준 충격 절연 강도(BIL : Basic Impulse Insulation level) : 각 기기의 절연을 표준화 하기 위해서 각 기기에 정한 절연등급(선로애자 〉차단기 〉변압기 〉피뢰기)

BIL[kV]

860

750

선로     CB      650

애자     DS     변압기  460

피뢰기

5. 차단기(CB : Circuit Breaker)

- 차단기의 기능 : 계통의 사고발생시에 자동으로 회로를 차단 분리시키는 장치

- 차단기의 구조

전력계통

CT                           PT

보호계전기

CB

트립코일(TC)

- 차단기에 대한 용어

① 정격 전압 : 차단기에 과할 수 있는 사용회로 전압의 상한값(예 : 22.9kV계통 → 25.8kV, 154kV → 170kV)

② 정격 차단 용량 : 차단기가 차단할 수 있는 용량

[eqn: P= sqrt {3} VI[kVA](V:정격전압,`I:정격차단전류)]

③ 표준 동작 책무 : 부과된 1회 또는 2회 이상의 투입, 차단동작을 일정시간 간격을 두고 행하는 일련의 동작

④ 차단기의 종류 : 차단기는 차단시 발생되는 아크를  소호하는 매체에 따라서 나뉜다.

종 류	약 어	소 호 원 리
유입차단기	OCB	기름 내에서 아크 소호
기중차단기	ACB	대기중에서 아크 소호
자기차단기	MCB	자기의 성질을 이용해서 아크 소호
공기차단기	ABB	압축공기로 아크를 불어서 소호
진공차단기	VCB	진공상태에서 아크 소호
가스차단기	GCB	SF6가스를 이용하여 아크 소호

6. 보호 계전기(릴레이)

- 역할 : 계통에 고장 발생시 신속히 검출하는 것

- 종류(동작 시간에 따른 분류)

① 순한시 계전기 : 정해진 최소동작 전류이상이 되면  즉시 동작하는 것

② 정한시 계전기 : 동작전류의 크기와는 상관없이 항상 정해진 시간이 경과한 후에 동작하는 것

③ 반한시 계전기 : 전류 값이 크면 빨리 동작하고, 전류값이 작으면 느리게 동작하는 것

④ 반한시 성 정한시 계전기 : 정한시 계전기와 반한시 계전기의 특성을 모두 가지고 있는 것

동작시간[sec]

반한시특성

반한시성전한시특성

정한시특성

일정시간      순한시특성

0.3초

동작전류[mA]

■ 배전선로의 구성과 전기방식

1. 배전선로의 개요

- 배전선로의 범위 : 변전소에서 직접 수용가에 이르는 전선로까지가 배전선로이다.

- 배전선압의 종별

① 저압 - 직류 : 750[V]이하, 교류 : 600[V]이하

② 고압 - 직류 : 750[V]를 넘고 7000[V]이하

교류 : 600[V]를 넘고 7000[V]이하

③ 특별고압 - 7000[V]를 넘는 전압

- 배전선로의 구성

① 급전선(feeder) : 배전 변전소로부터배전간선에 이르기까지 도중에 부하가 접속되어있지 않은 선로

② 간선(main line) : 급전선에서 부하에 따라 배전된 선

③ 분기선(branch line) : 간선에서 분기된 가지모양의 선

고압배전선로  저압배전선로

변전소                                 일반수용가

급전선

배전                 간선

변전소

분기선

2. 배전방식의 종류 및 특성비교

종 류	공급전력	1선당공급전력	전류	소요전선비
[eqn: 1 phi 2 omega]	[eqn: P=VIcos theta]	[eqn: P _{1} = {1} over {2} VIcos`theta]	1(I2)	1
[eqn: 1 phi 3 omega]	[eqn: P=2VIcos theta]	[eqn: P _{1} = {2} over {3} VIcos`theta]	0.5	0.375
[eqn: 3` phi 3 omega]	[eqn: P= sqrt {3} VIcos theta]	[eqn: P _{1} = {1} over {sqrt {3}} VIcos`theta]	0.577	0.75
[eqn: 3 phi 4 omega]	[eqn: P=3VIcos theta]	[eqn: P _{1} = {3} over {4} VIcos`theta]	0.33	0.33

※송전선로는 철탑에 긴 거리의 전선을 끌고와야하기 때문에 3상3선식이 3상4선식보다 더 경제적이다.

3. 저압 배전방식의 구성

- 방사상(수지상(나뭇가지식))방식 : 한전 초창기 방식

변전소 100V

길다       짧다

A  B  C  ․ ․ ․ X

90 80 70     ?ㅋㅋㅋ

① 구성이 쉽고 경제적이다 또한 분해하기가 쉽다.

② 전압강하가 크고 사고시 정전범위가 넓으며 전력손식과 전압 변동율 역시 크다. 흐미...완전GG

- 저압 뱅킹방식

고압배전선

저압배전선

부하           부하

즉, 변압기의 병렬운전

① 정전범위가 좁다(공급신뢰도가 높다)

② 전압강하, 전력손실이 적다.

③ 구성이 복잡하다(비경제적)

④ 케스케이딩 장해가 있다.(한 곳의사고가 다른 곳으로 퍼저버리는 것 - 사고의 연쇄효과!!)

- 저압 네트워크 방식 : 저압뱅킹을 입체적으로 구성

① 공급신뢰도가 가장 높다(무정전 공급가능)

② 뱅킹과 장점 같다

③ 부하 증가에 대해 적응성이 좋다.

④ 비싸다. 특별한 보호장치 또한 필요하다...번거롭긴...

- 환상식(루프식)

차단기

대충 이런 식~~

변전소                                      변전소

부하

① 전압강하, 전력 손실이 적다.

② 전선 소요비가 높다.

③ 부하 증가에 대한 적응성이 떨어진다.

④ 플리커 현상이 나타난다.

■ 배전선로의 전기적 특성

1. 전압 강하율

- 배전선로에 부하가 접속되면 수전단 전압은 송저단   전압보다 낮아진다.

- 전압강하율 : [eqn: epsilon = {V _{s} -V _{r}} over {V _{r}} TIMES 100[%]]

[eqn: (V _{s} :송전단`전압,`V _{r} :수전단전압)]

2. 전압 변동률

- 부하가 갑자기 변화하였을 때 전압이 변동하는 비율

- 전압변동률 : [eqn: delta = {V _{r0} -V _{r}} over {V _{r}} TIMES 100[%]]

[eqn: (V _{r0} :무부하시`수전단전압,``V _{r} :전부하시`수전단전압)]

3. 전력손실

- 전력손실의 원인 : 전선에서의 저항에 의한 옴손실   (열손실)과 변압기 손실이다.

․ 전력손실 : [eqn: P _{l} =I ^{2} R[W]]

․ 전력 손실량 : [eqn: W=P _{t} =I ^{2} Rt[Wh]( THEREFORE t=시간[h])]

- 부하 분포에 따른 전력손실

․ 배전선로는 다음과 같이 부하가 어떻게 분포되어    있는가에 따라서도 전력손실이 달라지게 된다.

부하형태	모양	분산부하율 (전압강하)	분산손실계수 (전력손실)
평등부하		[eqn: {1} over {2}]	[eqn: {1} over {3}]
말단일수록 큰부하		[eqn: {2} over {3}]	[eqn: {8} over {15}]
송전단일수록 큰부하		[eqn: {1} over {3}]	[eqn: {1} over {5}]

4. 변압기 손실

- 변압기 손실은 철손과 동손 두 가지다.

- 철손 : 부하의 유무와 상관없이 발생

- 동손 : 부하전류에 의한 권선의 [eqn: I ^{2} R]손실이다.

- 대책

① 동손 감소 대책 : 동손의 권선수 감소, 권선의 단면적 증가

② 철손의 감소 대책 : 저손실 철심재료, 고배향성 규소강판, 아몰퍼스 변압기 사용(부피커짐), 철심구조변경

5. 수용률

- 정의 : 어느 기간 중에 수용가의 초대수요전력[kW]과 그 수용가가 설치하고 있는 설비용량의 합계[kW]와의 비

- 수용률 = [eqn: {최대수요전력[kW]} over {부하설비합계[kW]} TIMES 100[%](30 SIM 90%)]

6. 부등률 : 가능한한 비용을 줄여보자!!

- 정의 : 두 개 이상의 변압기 상호간의 부하 발생 크기의 비를 나타낸 계수(전력소비기기가 동시에 사용되는 정도)

- 부등률 = [eqn: {각`부하의`최대수요전력의`합계[kW]} over {각`부하를`종합했을`때`최대수요전력[kW]}]

ex) 1대의 주상변압기로 수용가에 공급할 때 각 수용가의 최대 부하의 합이 15[kW], 변압기의 최대부하가 7.5[kW]라고 하면 부등률은?

답 : 부등률=[eqn: {15} over {7.5} =2]

7. 부하율

- 정의 : 어느 일정기 중에 부하의 변동정도, 기간을 얼마로 잡느냐에 따라서 일부하율, 월부하율, 연부하율로     나누어진다.

- 부하율 = [eqn: {평균수요전력[kW]} over {최대수요전력[kW]} TIMES 100[%]]

ex1) 1일 사용 전력량 60[kWh], 최대전력 8[kW]의 공장의 부하율은?

답 : [eqn: {{60} over {24}} over {8} TIMES 100[%]=31.25[%]]

ex2) 정격 10[kVA]의 주상변압기가 있다. 이것의 2차측  일일 부하 곡선이 다음과 같을 때 1일의 부하율은?

10

8

6

4

2

6      12      18     24       시간

답 : [eqn: {{4 TIMES 6+2 TIMES 6+4 TIMES 6+8 TIMES 6} over {25}} over {8} TIMES 100=56.25[%]]

8. 변압기 용량의 결정

- 변압기의 용량은 부하용량, 수용률, 부등률의 3가지   계수를 적절히 적용하여 부하용량을 충분히 감당하면서 가능한 가장 경제적인 변압기 용량이 되도록 결정

- 합성최대부하 = [eqn: {부하용량 TIMES 수용률} over {부등률} [kW]]

■ 배전 선로의 운용과 보호

1. 전압조정

- 전압조정의 필요성 : 계통내의 설비나 수용가의 부하는 정격전압에서의 최고효율 및 최고수명을 갖기 때문에 일정한 전압공급이 이루어져야 하므로 필요하다.

- 우리나라의 표준전압의 범위

표준전압	유지하여야 하는 전압	비고
110[V] 220[V] 380[V]	110[V]의 상하로 6[V]이내 220[V]의 상하로 13[V]이내 380[V]의 상하로 38[V]이내	104[V]~116[V] 207[V]~233[V] 348[V]~418[V]
주파수	60[Hz]의 상하로 0.2[Hz]이내	59.8[Hz]~60.2[Hz]

2. 전압조정방법

- 배전 변압기의 탭 조정 : 변압기의 2차측의 탭을     조정하여 변압기 권선을 바꿔주는 방법

․ 권선비 : [eqn: a= {N _{1}} over {N _{2}} = {V _{1}} over {V _{2}}]에서 권선비[eqn: N _{2}]를 조정하여 [eqn: V _{2}] 값을 변화시킬 수 있다.

- 승압기 : 배전선로에서 발생된 전압강하를 변압기를  써서 보상해주는 방법

3. 역률개선

- 역률의 정의 : 역률 = [eqn: {유효전력[kW]} over {피상전력[kVA]}] 즉, 공급된    전력에서 실제 소비전력의 비

- 역률 개선의 필요성 : 부하는 보통 코일성분의 지상  부하이므로 지상무효전력이 증가하여 위 역률식의   분모가 증가하여 역률이 나빠지므로 역률값을 높여줄 필요가 있다.

- 역률 개선 방법 : 부하(지상성분)와 병렬(만약 콘덴서가 파괴되어도 병렬이기 때문에 회로에는 지장이 없다.)로 역률 개선용 콘덴서를 접속하여 진상 무효전력을 공급해준다.

- 역률 개선 효과

① 전력손실 감소

② 설비 용량의 여유 증가

③ 전압 강하의 감소

④ 전력 요금의 절약

- 접지공사의 실시

① 접지 공사의 목적

1) 고저압 혼촉시에 저압선 전위상승 억제

2) 기기의 지락사고시 인체에 걸리는 전압의 억제

3) 선로로부터 유도에 의한 감전 방지

4) 보호장치의 동작 확실화

② 접지 공사의 종류

1) 제 1종 접지공사 : 2.6[mm] 전선으로 10[Ω]이하

2) 제 2종 접지공사 : 4.0[mm] 전선으로[eqn: R= {150} over {I}][Ω]이하

3) 제 3종 접지공사 : 1.6[mm] 전선으로 100[Ω]이하

4) 특별 제 3종 접지공사 : 1.6[mm] 전선으로 10[Ω]이하