【전기산업기사】 전력공학 2강. 송전 특성 및 전력 원선도

전력공학 2강. 송전 특성 및 전력 원선도

 

추천글 : 【전기산업기사】 전력공학 목차

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1. 단거리 송전선로 [본문]

2. 중거리 송전선로 [본문]

3. 장거리 송전선로 [본문]

4. 전력원선도 [본문]

5. 조상설비 [본문]

6. 페란티 현상 [본문]

7. 송전용량 [본문]

8. 전력계통의 연계 [본문]

9. 주파수 전압 제어 [본문]

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1. 단거리 송전선로 : 집중정수회로로 취급 [목차]

⑴ 전압강하

① e := Vs - Vr ≃ KI ( R cosθr + X sinθr ) = ( P / Vr ) × ( R + X tanθr )

○ 단, K : 배선방식에 대한 계수, 단상 2선식 : 2, 단상 3선식 : 1, 3상 3선식 : √3, 3상 4선식 : 1

○ 단상 2선식 : 선간, 단상 3선식 : 대지간, 3상 3선식 : 선간, 3상 4선식 : 대지 간

○ 단, e : 전압강하, I : 부하전류, X : 전선 1선의 리액턴스, R : 전선 1선의 저항, cosθr : 부하측 역률

② (실기 빈출) 전압강하의 근사값

○ 배전선로의 길이 L (m), 배전선의 굵기 A (㎟), 배전선의 전류 I (A),

○ 표준연동선의 고유저항율(20 ℃) ρ (Ω · ㎟ / m), 동선의 도전율 C (%),

○ 한 선로의 저항 R, 한 선로의 리액턴스 X, 역률 cos θ에 대해

○ 조건 : X = 0, θ = 0

○ 상수 : ρ = 1 / 58, C = 97

○ 위의 조건으로부터, 전압강하 e의 식을 도출할 수 있음

 

 

○ 단, e : 각 선간의 전압강하 (V), e' : 외측선 또는 각 상의 1선과 중성선 사이의 전압강하(V)

○ 단, K* : 배전방식에 대한 계수, 단상 2선식·직류 3선식·3상 4선식 : 1, 단상 2선식·직류 2선식 : 2, 3상 3선식 : √3 

○ 1Φ 2ω · 직류 2ω에서의 전압강하 e ≃ ( 35.6 / 1000 ) × ( L × I / A) (V)

○ 3Φ 3ω에서의 전압강하 e ≃ ( 30.8 / 1000 ) × ( L × I / A) (V)

○ 3Φ 4ω · 1Φ 3ω · 직류 3ω에서의 전압강하 e' ≃ ( 17.8 / 1000 ) × ( L × I / A) (V)

⑵ 전압강하율과 전압변동률

① Vs : 송전단 전압, Vr0 : 무부하 상태에서의 수전단 전압, Vr : 정격부하 상태에서의 수전단 전압

② 전압강하율 ε

 

 

③ 전압변동률 δ

 

 

⑶ (필기빈출) 선로손실(전력손실) Pℓ 

① 수식화

 

 

② 전력손실은 전압의 제곱에 반비례

⑷ 전력손실율 : 공급전력에 대한 전력손실의 비율

⑸ 승압의 목적

① 전압의 제곱에 비례 : 송전전력(P)

② 전압에 반비례 : 전압강하(e)

③ 전압의 제곱에 반비례 : 전선의 단면적(A), 전선의 총중량(W), 전력손실(Pℓ), 전압강하율(ε)

 

 

2. 중거리 송전선로 [목차]

⑴ 4단자 정수

⑵ 중거리 송전선로

① T 회로 : 선로 양단에 Z / 2씩, 선로 중앙에 Y로 집중한 회로로 해석 (계산생략)

② π 회로 : 선로 양단에 Y / 2씩, 선로 중앙에 Z로 집중한 회로로 해석 (계산생략)

③ 선로의 직렬접속 : 행렬릐 곱셈법칙 이용 (계산생략)

④ 동일 선로의 병렬접속 : 4단자 정수가 A, B, C, D인 두 선로를 병렬로 접속할 경우 A, D는 전압비와 전류비이므로 불변하며, 직렬요소의 임피던스 값인 B는 1 / 2 감소, 병렬요소의 어드미턴스 값인 C는 2배 증가

⑤ 무부하 충전전류 : Es = AEr, Is = CEr

 

 

3. 장거리 송전선로 : 분포정수회로로 취급 [목차]

⑴ 특성 임피던스 Z0 = √( Z / Y ) = √( ( r + jωL ) / ( g + jωC ) ) ≃ √( L / C )

⑵ 전파정수 γ = √( ZY )

⑶ 인덕턴스와 정전용량 Z0 

 

 

 

4. 전력원선도 : 가로축 - 유효전력, 세로축 - 무효전력 [목차]

⑴ 원선도의 반지름 ρ = VsVr / B

① Vs : 송전단 상전압

② Vr : 수전단 상전압

③ B : 4단자 회로 정수

⑵ 전력원선도에서 알 수 있는 사항

⑶ 전력원선도에서 알 수 없는 사항 : 과도 안정 극한 전력, 코로나 손실 등

 

 

5. 조상설비 [목차]

⑴ 정의 : 송전선을 일정한 전압으로 운전하기 위해 필요한 무효전력을 공급하는 장치

⑵ 전력용 콘덴서(SC, Static Capacitor) : 역률 개선

① 방전 코일(DC, Discharge Coil) 설치 목적

○ 콘덴서에 축전된 잔류 전하를 방전하여 감전사고 방지

○ 선로에 재투입시 콘덴서에 걸리는 과전압 방지

② 직렬 리액터 설치 목적 : 제5고조파로부터 전력용 콘덴서 보호 및 파형 개선 목적

③ 설치 효과(필기 빈출) : 부하의 역률 개선 → 전압강하 감소, 전력손실 감소, 전기용량 여유 증가, 전기요금 절감

④ 역률 과보상시 단점 : 역률 저하 → 전력손실↑, 단자전압 상승(페란티 현상), 계전기 오동작

○ 단자전압 상승 : L < C가 되면서 페란티 현상(Vs < Vr)이 발생 (분로 리액터로 방지)

○ 계전기 오동작 : 기본적으로 계전기는 L > C를 전제함을 상기

⑤ 이론적 리액터 용량 : 콘덴서 용량 × 4 (%)

 

 

⑥ 실제 리액터 용량 : 콘덴서 용량 × 6 (%)

⑦ (실기 빈출) 정기점검(육안검사) 항목 : 단자의 이완 및 과열유무, 용기의 발청 유무, 절연유 누설유무

⑧ 콘덴서 설비의 주요 사고 원인 : 모선 단락 및 지락, 설비 내의 배선 단락, 소체 파괴 및 층간 절연 파괴

⑵ 분로 리액터(Sh.R, Shunt Reactor) : 페란티 현상의 방지

① 한류 리액터 : 단락 전류 감소

② 직렬 리액터(SR, Serial Reactor) : 제5고조파 억제

③ 한류 리액터, 직렬 리액터는 조상설비가 아니다.

⑶ 동기조상기 

① 무부하 운전 중인 동기 전동기를 과여자 운전하면 콘덴서로 작용 → 앞선 전류, 역률 개선 (ref) 

② 무부하 운전 중인 동기 전동기를 부족여자 운전하면 리액터로 작용 → 뒤진 전류, 이상전압 ↓ (ref) 

③ 동기조상기는 가격이 비싸고 유지보수가 까다로움

⑷ 조상설비의 비교

① 조정 : 동기조상기(연속) vs 전력용 콘덴서(계단적), 분로 리액터(계단적)

② 시송전 : 동기조상기(가능) vs 전력용 콘덴서(불가능), 분로 리액터(불가능)

 

 

6. 페란티 현상 [목차]

⑴ 페란티 현상 : 정전용량 때문에 전압보다 위상이 90˚ 앞선 충전 전류의 영향이 커져서 선로에 흐르는 전류가 진상이 되어 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지는 현상

① 표피효과 : 교류전류의 경우 도체 표면에 전류가 많이 흐르는 현상

○ 와전류 : 자속에 의해서 도체에 유도된 전류

○ 와전류가 주파수가 낮은 경우 도체 단면의 전체에 전류밀도가 거의 같음

○ 와전류 주파수가 높은 경우 전류밀도는 도체의 표면에 집중됨

○ 이와 같은 현상을 표피효과라고 함

○ δ = √ ( 2 / ωσμ ) (m), ω : 각진동수, σ : 도전율, μ : 투자율

○ 고주파일수록 δ가 작아지면서 표피효과가 두드러짐 

○ 같은 단면적이라도 가는 선을 모은 도체를 주로 사용하는 이유  

② 근접효과 : 같은 방향의 전류는 바깥쪽으로, 다른 방향의 전류는 안쪽으로 모이는 현상 

⑵ 페란티 현상 대책 : 선로에 흐르는 전류가 지상이 되도록 한다.

① 수전단에 분로 리액터를 설치

② 동기조상기의 부족여자 운전

 

 

7. 송전용량 [목차]

⑴ 정의 : 송전선로로 보낼 수 있는 최대 전력

⑵ 송전용량 결정 시 고려사항

⑶ 송전용량 개략 계산법

① Still의 식(경제적인 송전 전압) : Vs = 5.5√( 0.6ℓ + 0.01P ) (kV), ℓ : 선로 길이, P : 전력

② 고유 부하법

③ 송전 용량 계수법

④ 송전 전력 P = VsVr sin δ / X, Vs : 송전단 전압, Vr : 수전단 전압, δ : 송수전단 위상차, X : 선로 리액턴스

○ 송전 전력에는 저항보다 인덕턴스가 기여하는 게 크다.

○ 일반적으로 선로의 리액턴스는 저항의 약 6배이다.

 

 

8. 전력계통의 연계 [목차]

⑴ 정의 : 전력계통을 병렬로 운전하는 것

⑵ 장점

① 전력의 융통으로 설비 용량 절감

② 건설비 및 운전 경비를 절감하므로 경제 급전이 용이

③ 계통 전체로서의 신뢰도 증가

④ 부하 변동의 영향이 작아져서 안정된 주파수 유지 가능

⑶ 단점

 

 

9. 주파수 전압 제어 [목차]

 

입력: 2018.03.01 08:30