전력계통의 전압을 조정하기 위해 사용되는 기기의 종류 ? 전력계통의 전압을 조정하기 위해 사용되는 기기의 종류

전력계통의 전압을 조정하기 위해 사용되는 기기의 종류를 들고, 그 기능의 개요에 대해 설명하라.

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>;전압조정에 사용되는 기기의 종류<;전력계통의 전압을 조정하는 기기의 원리는 다음의 세 가지로 분류된다.

① 무효전력을 발생하거나 흡수함으로써 전압을 조정한다.② 변압기의 변압비를 변화시켜 전압을 조정한다.③ 선로 임피던스를 변화시켜 전압을 조정한다.각각에 대응하는 기기로서는 다음과 같은 것들을 들 수 있다.

① 무효전력조정 발전기 동기조상기 분로 리액터 전력용 콘덴서 정지형 무효전력 보상장치(SVC)② 변압비의 조정 부하시 탭 절환 변압기 주상 변압기 SVR③ 선로 임피던스 조정 직렬 콘덴서

해설 ▶(1) 전압조정의 목적전력계통의 전압은 수요 및 공급력의 변동에 의해 시시각각 변화한다. 이 변화를 일정한 범위로 끌어들여 수용가가 지장 없이 전기기기를 사용할 수 있도록 하는 것이 전압조정의 목적이다. (2) 전압의 조정 방법전압을 적정값으로 유지하기 위해서는 전력계통에 산재하는 각 전기소의 무효전력을 제어할 필요가 있으며, 발전기 전압이나 역률 조정, 전압조정 기기 및 각종 조상설비의 공급운용에 의해 전력계통의 전압조정을 실행하고 있다.

포인트 2

>;발전기에 의한 전압조정<;발전기의 계자전류를 변화시키면 발전기의 역률각이 변화하여 무효전력을 제어할 수 있다. 발전기의 단자전압을 일정하게 했을 경우, 자계전류를 증가시키면 내부 유기전압이 상승하여 뒤쳐진 전류가 유출되는 이른바 지상(遲相)운전이 된다. 반대로, 계자전류를 감소시키면 내부 유기전압이 감소하여 앞선 전류가 유출되는 이른바 진상(進相)운전이 된다.최근, 심야 경부하시에 계통전압이 상승하여 그 대책으로 수·화력발전소의 저려자운전(진상운전)이 이루어지고 있다. 이 경우, 화력기의 단락비는 작기(동기 임피던스가 크다) 때문에 정태안정도가 저하하므로 저려자운전의 한도를 파악하여 운용할 필요가 있다.

해설 ▶(1) 자계전류의 영향그림 6에서 나타내는 1상분의 회로에서 그림 7과 같이 내부유기전압 E0은 계자전류에 거의 비례한다.계자전류가 클 경우와 작을 경우의 벡터도를 그리면 그림 8(a) 및 (b)와 같아진다. (a)가 지상운전, (b)가 진상운전의 상태이다. 단자전압 E1은 다음 식으로 나타낼 수 있다.여기서, 단자전압을 기준으로 하고 발전기의 내부 상차각을 δ라 하면,

따라서

① 일 때는

단, ② 일 때는 단, 이 되어 계자전류를 저하시키면 앞선 전류가 공급된다.

(2) 정태안정도그림 9와 같은 3상 송전선에서 공급되는 유효전력은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

이것이 정태안정도를 나타내는 식으로, 정태안정도는 전압의 제곱에 비례하고, 선로 리액턴스에 반비례한다. 따라서 이것과 마찬가지로 동기 리액턴스가 큰 발전기는 작은 발전기에 비해 정태안정도는 저하하게 된다.

(3) 진상운전시의 유의사항전술한 바와 같이 진상운전시에는 안정도 저하에 유의해야 하는 외에,① 발전기 고정자 철심단부의 과열② 소내 전압의 저하에 대해서도 주의를 기울여야 한다.(4) 계자를 제어하는 방법의 종류발전기의 계자제어를 실시하는 방법에는 다음과 같은 종류가 있다.

① 자동전압 조정기(AVR : Automatic Voltage Regulator)발전기 전압이 미리 정해진 기준전압에 대해 편차가 발생했을 경우, 계자전류를 조정하여 발전기 전압을 기준전압으로 유지하는 방법② 자동역률 조정기(APRF : Automatic Power Factor Regulator)발전기의 역률이 미리 정해진 기준치에 대해 편차가 발생했을 경우, 계자전류를 조정하여 역률을 기준치로 유지하는 방법③ 자동무효전력 조정기(AQR : Automatic Reactive Power Regulator)발전기의 무효전력이 미리 정해진 기준치에 대해 편차가 발생했을 경우, 계자전류를 조정하여 무효전력을 기준치로 유지하는 방법

포인트 3

>;동기조상기(RC : Rotaly Condenser)<;동기발전기를 무부하 상태로 운전하고, 계전전류를 변화시켜 무효전력을 조정한다. 가격이 비싸고 보수가 어렵다는 결점은 있지만, 즉응성이 좋고, 조정이 연속적이라는 장점이 있어 계통의 주요 개소에 설치하고 있는 전력회사도 있다.

>;전력용 콘덴서(SC : Static Condenser)<;부하의 역률을 개선함으로써 뒤진 무효전력을 보상하여 전압강하를 경감한다.

>;분로 리액터(ShR : Shunt Reactor)<;전력용 콘덴서와는 반대로 앞선 무효전력을 보상하는 조상설비이다. 장거리 송전선이나 케이블 계통의 통전용량에 의한 전압상승을 억제한다.

>;정지형 무효전력 보상장치(SVC : Static Var Compensator)<;사이리스터에 의해 콘덴서 혹은 리액터의 병렬회로를 고속 개폐함으로써 무효전력을 조정한다.

해설 ▶(1) 전압강하

그림 10과 같은 뒤진 부하의 경우 전압강하를 다음 식으로 나타낼 수 있다.

부하단에 콘덴서를 접속하여 역률을 개선하면 그림 11의 전력 벡터도와 같이 tanθ가 작아지므로 전압강하가 작아진다. 경부하시와 같은 경우에도 앞선 전류가 흐르면 그림 12의 벡터도와 같아지며, 심할 경우에는 수전단의 전압이 송전단의 전압보다 커진다. 이것을 페란티 효과(Ferranti effect)라고 한다.

이와 같은 경우에는 분로 리액터를 접속하여 지상무효전력을 소비함으로써 전압상승을 억제할 수 있다.

(2) 동기조상기동기진동기의 여자전류를 가감하면 그 역률은 그림 13의 V곡선을 나타낸다. 동기조상기는 동기전동기를 무부하운전하는 것으로서, 여자전류가 작은 경우에는 뒤진 전류가 유입되어 분로 리액터로서 작용하고, 여자전류를 크게 하면 앞선 전류가 유입되어 전력용 콘덴서로서 기능한다.

(3) 정지형 무효전력 보상장치(SVC)콘덴서 그룹 또는 콘덴서와 리액터를 조합한 것을 사이리스터로 고속 개폐하여 무효전력을 조정하는 장치가 정지형 무효전력 보상장치이며, 다음과 같은 종류가 있다.

그림 14와 같이 콘덴서 그룹을 사이리스터로 개폐하고 필요 용량을 얻는 방식을 TSC(Thyristor Switched Capacitor)라고 부르고 있다. 이 방식은 앞선 무효전력의 단계제어가 된다.

그림 15와 같이 콘덴서에 병렬로 리액터를 접속하고, 리액터에 흐르는 전류의 위상제어 방법을 TCR(Thyrisor Controlled Reactor)이라고 부르고 있다. 연속제어가 가능하며, 콘덴서와 리액터의 조합으로 뒤짐, 앞섬을 보상할 수 있게 되는데, 리액터에 흐르는 전류가 왜곡되므로 고주파가 발생한다.

최근에는 그림 16과 같이 인버터의 원리를 이용한 SVG(Static Var Generator)라고 불리는 것도 있다. 이 방식은 뒤지거나 앞선 무효전력의 연속제어가 가능하며, 높은 동작주파수의 PWM제어를 함으로써 저차 고주파의 저감을 꾀할 수 있다.

포인트 4

>;부하시 탭 절환 변압기(LPT : Load Ratio Control Transformer)<;부하가 걸린 상태에서 탭 절환을 실행하는 장치를 부하시 탭 절환장치(LRA : Load Ratio Adjuster 또는 LTC : On Load Tap Changer)라고 하며, 이것을 부착한 변압기를 부하시 탭 절환 변압기라고 한다.

LPA는 부하전류를 흘린 상태에서 유효전력이나 무효전력에 영향을 미치지 않고, 변압기의 변압비를 조정할 수 있기 때문에 배전용 변전소의 변압기에서 500kV 변압기까지 광범위하게 이용되고 있다.

해설 ▶(1) 부하시 탭 절환 변압기변압기 본체에 부하시 탭 절환장치를 내장시킨 것으로, 탭 위치 및 직렬 변압기의 사용 유무의 조합에 따라 여러 종류가 있다.

탭 위치 : 1차 또는 2차 권선직렬변압기 : 없으면 직접식, 있으면 간접식

(2) 주상변압기

6.6kV용 변압기의 1차측에는 일반적으로 6,900V, 6,600V, 6,300V, 6,000V, 5,700V의 5개 탭을 부착하고 있으며, 변압기 취부 위치의 전압값에 맞춰 사용할 탭을 설정한다.

(3) 직렬 콘덴서직렬 콘덴서는 전선로의 유도 리액턴스를 콘덴서의 용량 리액턴스로 부정하여 전압변동의 개선을 꾀한 것이다. 직렬 콘덴서는 부하전류에 즉시 대응하여 전압강하를 보상할 수 있으므로 전압변동률의 개선, 대용량 전동기나 용접기 등의 기동정지에 의한 플리커 방지 등에 양호한 특성을 나타낸다.

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