[스크랩] 송배전 계통의 개념도

전력 계통의 개요

전기를 생산하고 이것을 수용가에게 공급하는 일련의 설비를 전력 계통이라고 한다. 전력 계통은 전기 사업의 핵심을 이루는 것이다. 그 설비 내용은 전력을 생산하는 수력 발전소, 화력 발전소, 원자력 발전소 등의 발전 설비와 여기서 생산된 전력을 수용 장소에까지 수송하고 배분하는 송전선, 변전소, 배전선 등의 수송 설비 및 수송 배분된 전력을 일반 가정이나 공장에서 소비하기 위한 수용 설비 등으로 구성되고 있다.

송배전 선로의 구성

수력, 화력 또는 원자력 발전소에서 발전된 전력은 발전기가 회전기이고 발전기의 회전 자가 120`의 위상각을 갖도록 배치되어 있기 때문에 그 전압은 3상 교류로서 6.6-24[KV] 정도로 낮은 것이 보통이다. 그러나 수전 전력은 전압의 제곱에 비례해서 결정되므로 이 정도의 낮은 발전 전압을 가지고는 대전력을 먼 지점까지 송전하기엔 부적당하다. 그러므로, 일반적으로는 발전단에 승압 변압기를 설치해서 대전력의 장거리 송전에 적당한 전압, 즉154-345[kV] 또는 그 이상의 초고압으로 송전단 전압을 승압하여 이것을 송전선로를 통해서 수용지 부근의 변전소에 일괄해서 송전하게 된다. 

현재 전력 수송은 발전으로부터 배전의 말단에 이르기까지 거의 전부가 교류 방식에 의해서 이루어지고 있다. 이것은 한마디로 말해서 교류 방식이 직류 방식보다 유리한 점이 많기 때문이다. 

교류 송전 방식

발전기에서 발전되어 전력을 변압기로 적당한 전압으로 높여서 송전하는 것으로서 직류 송전 방식처럼 중간에 아무런 변환 설비를 두지 않고 발전에서 말단 수요까지 모두 교류로 통일해서 운전하는 방식이다. 교류 방식에는 단상, 3상 등 여러 가지가 있으나, 전선 한 가닥의 송전 전력이 크다는 것, 회전 자계를 쉽게 얻을 수 있어서 회전 기기의 사용에 편리하다는 것, 그리고 3상분을 합계한 송전 전력의 순시값이 일정해서 단상처럼 맥동하지 않는다는 것 등의 이유로 3상 3선식이 일반적으로 많이 쓰이고 있다. 

교류 방식의 장점 

* 전압의 승압, 강압 변경이 용이하다. 

전력 전송을 합리적, 경제적으로 운영해 나가기 위해서는 발전단에서 부하단에 이르는 각 구간에서 전압을 사용하기에 편리하고 적당한 값으로 변화시켜 줄 필요가 있다. 교류 방식은 변압기라는 간단한 기기로 이들 전압의 승압과 강압을 용이하게 또한 효율적으로 수행할 수 있다. 

* 교류 방식으로 회전 자계를 쉽게 얻을 수 있다. 

교류 발전기는 직류 발전기보다 구조가 간단하고 효율도 좋으므로 특수한 경우를 제외하고는 모두 교류 발전기를 사용하고있다. 또한, 3상 교류 방식에서는 회전 자계를 쉽게 얻을 수 있다는 장점도 있다. 

* 교류 방식으로 일관된 운용을 기할 수 있다. 

전등, 전동력을 비롯하여 현재 부하의 대부분은 교류 방식으로 되어 있기 때문에 발전에서 배전까지 전과정을 교류 방식으로 통일하면 보다 합리적이고 경제적으로 운용할 수 있다. 그러나, 대전력의 장거리 수송이나, 케이블 송전 등의 경우에는 앞의 장점과는 달리 직류 방식이 유리해진다. 

직류 송전 방식 

전기 사업의 초기에는 직류 발전기로 부근의 수요에 대해 수천 볼트 이하의 저전압으로 전력을 공급해왔으나, 수요가 증대하고 또한 공급 지역이 광범위해짐에 따라 변압기로 전압을 쉽게 변압할 수 있는 교류 송전이 유리하게 되어 현재는 거의 모두가 교류 송전을 하고 있다. 그러나 최근에 와서는 전원이 원격화되고 대용량화되었기 때문에 장거리, 대용량(수백만 kv)용으로서 송전 안전도 문제가 없는 직류 송전이 각광을 받기 시작하고 있다. 또, 해협 횡당 등 비교적 거리가 긴 해저 케이블 송전이라든지 주파수가 서로 다른 지역간의 계통 연계, 그 밖에 점점 증대하는 단락 용량 억제 대책의 하나로서, 교-직 연계 계통의 필요성이 높아져서 세계 각지에서 직류 송전을 채용하는 사례가 늘어나고 있다. 

* 직류 송전 계통의 구성 

직류 송전 계통은 일반적으로 교류 계통-교류,직류 변환소-직류 송전선-직류,교류 변환소-교류 계통처럼 구성되고 있다. 송전단측에서의 순변환소에서 교류 계통의 전력을 변환용 변압기로 변환에 적합한 전압으로 변압하고 변환기로 교류를 직류로 순변환한다. 변환기는 사이리스터 밸브를 3상 브리지 결선해서 구성하고 있다. 변환기를 구성하고 있는 사이리스터 밸브의 기본적인 기능은 각 밸브암의 양극과 음극간에 순방향의 주회로 전압이 인가되어 있는 주기에는 게이트에 점호 펄스를 인가하면 직시에 통전 상태로 되지만 양극과 음극간의 전압이 역방향으로 되면 주회로 전류를 차단하게 된다. 점호 펄스를 내는 시기를 적절히 제어함으로써 순변환(교류-직류) 역변환(직류-교류), 사고 전류 차단 등을 할 수 있다. 

직류 방식의 장점 

*절연 계급을 낮출 수 있다.

*송전 효율이 좋다.

교류에서는 무효 전력이라든지 표피 효과 때문에 손실이 커지지만 직류에서는 이런 것이 없고, 또 역률이 항상 1로 되기 때문에 효율이 좋다. 

*안정도가 좋다 

*직류에 의한 계통 연계는 단락 용량이 증대하지 않기 때문에 교류 계통의 차단 용량이 작아도 된다.

*비동기 연계가 가능하므로 주파수가 다른 계통간의 연계가 가능하다. 

이와 같은 일련의 계통을 송배전 계통이라고 부른다. 다음은 송배전 계통의 일례에 대한 그림이다.

출처 : 상대적이며 절대적인 지식의 백과사전

글쓴이 : JS Kim 원글보기

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