[전력공학] 8. 유도 장해와 안정도

1. 유도 장해

 유도 장해는 정전 유도, 전자 유도, 고조파 유도의 세 가지가 있으며, 각각이 발생하는 이유와 특징을 살펴보도록 하겠습니다.

 

1) 정전 유도 장해

 전력선과 통신선과의 상호 정전 용량과 영산전압에 의해 발생하는 유도 장해로 크게 두 가지 경우로 구분할 수 있습니다.

 (1) 전력선을 3선 일괄한 경우 통신선과 유도 장해

 그림과 같은 경우입니다. 전력선 a의 충전 전압을 E, 통신선 b의 대지 정전 용량을 Cb, ab 사이의 상호 정전 용량을 Cab라 했을 때, 통신선 b의 정전 유도 전압 Es는 오른쪽 그림에서 Cb에 걸리는 전압이 됩니다. 따라서 오른쪽 회로에 따라 정전 유도 전압을 구하면 다음과 같으며, 이 전압이 커지게 되면 통신선에 정전 유도 장해를 발생하게 됩니다.

 

 (2) 전력선의 각 상과 통신선의 유도 장해

 그림과 같이 전력선과 통신선간의 정전용량이 모두 다른 경우 중성점 전위에 의해 정전 유도 전압을 결정하게 됩니다. 먼저 각각의 전류를 구하면,

 그리고,

 이므로, 위 식을 대입하게되면,

 가 되어 이를 정리하면,

 로 구할 수 있습니다.

 

 이 정전유도 전압의 특징은 고장 시에만 발생하는 것이 아니라 평상시에도 발생한다는 점입니다. 또한, 위 식을 통해서 정전 유도 전압은 주파수와 양 선로의 평행 길이와는 관계가 없고 전력선의 대지전압 E에만 비례한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서, 연가를 충분히 해 Ca=Cb=Cc=C가 되면 정전 유도 전압을 0으로 만들 수 있습니다.

 위와 같이 전력선과 통신선간의 정전용량이 모두 같은 경우 정전 유도 전압을 0으로 할 수 있지만, 정전 유도 전압은 전압 분배법칙에 의해 3CV0/(3C+C0)만큼 유도되기 때문에 완전히 정전 유도 전압을 없앨 수는 없습니다.

 

 

 

2) 전자 유도 장해

 전력선과 통신선과의 상호 인덕턴스와 영상전류에 의해 발생하는 유도 장해입니다. 송전선에 1선 지락사고가 발생해 영상전류가 흐르게 되면, 통신선과의 전자적인 결합에 의해 통신선에 커다란 전압과 전류를 유도하게 되어 통신용 기기나 주변에 위험을 끼칠 수 있습니다.

 그림과 같은 경우로 전자 유도 전압은 다음의 식을 통해 구할 수 있습니다.

 여기서 I0는 기유도 전류로, 전자 유도 전압을 유기하는 전류입니다. 그리고 M은 상호 인덕턴스, l은 전력선과 통신선이 병행한 길이입니다.

 

3) 고조파 유도

 고조파의 유도에 의한 잡음 장해를 말합니다.

 

4) 유도 장해 경감 대책

 이런 유도 장해를 줄이기 위한 몇 가지 방법이 있습니다.

 (1) 전력선 측 대책

 ① 송전선로를 통신선으로부터 멀리 이격시켜 상호 인덕턴스 M을 저감합니다.

 ② 중성점의 접지저항값을 크게하여 기유도 전류를 억제합니다.

 ③ 고속도 지락보호 계전기를 채택해 고장 지속시간을 단축합니다.

 ④ 송전선과 통신선 사이에 차폐선을 가설해 상호 인덕턴스 M을 저감합니다.

 ⑤ 차폐선을 설치합니다.

 

 (2) 통신선 측 대책

 ① 통신선의 도중에 중계 코일을 설치해 병행길이를 단축합니다.

 ② 연피 통신케이블을 사용해 상호 인덕턴스 M을 저감합니다.

 ③ 통신선에 우수한 피뢰기를 설치해 유도전압을 강제적으로 저감합니다.

 ④ 배류코일, 중화코일 등으로 통신선을 접지해 저주파수의 유도전류를 대지로 흘려주어 통신 잡음을 저감합니다.

 

 

 

2. 안정도

 안정도는 계통이 주어진 운전 조건 하에서 안정하게 운전을 계속할 수 있는 능력을 나타내는 수치로 조건에 따라 몇 가지 안정도가 있습니다.

 

1) 안정도의 종류

 (1) 정태 안정도(Static Stability)

 송전 게통이 불변 부하 또는 극히 서서히 증가하는 부하에 대해 계속적으로 송전할 수 있는 능력을 정태 안정도라고 합니다. 그리고 안정도를 유지할 수 있는 극한의 송전 전력을 정태 안정 극한 전력이라 말합니다.

 

 (2) 과도 안정도(Transient Stability)

 계통에 갑자기 고장 사고와 같은 급격한 외란이 발생하였을 때에도 탈조하지 않고 새로운 평형 상태를 회복하여 송전을 계속할 수 있는 능력을 과도 안정도라 합니다. 이 경우의 극한 전력을 과도 안정 극한 전력이라 합니다.

 

 (3) 동태 안정도(Dynamic Stability)

 고속 자동 전압 조정기로 동기기의 여자 전류를 제어 할 경우의 정태 안정도를 특히 동태 안정도라 말합니다.

 

이런 안정도와 관련해 필요한 공식은 다음과 같습니다.

 

2) 안정도 관련 공식

 (1) 송전 전력과 최대 송전 전력

 (2) 바그너의 식

 

 

 

 

3) 안정도 향상 대책

 (1) 직렬 리액턴스 X의 경감.

 ① 발전기나 변압기의 리액턴스를 작게 한다.

 ② 선로의 병행 회선수를 늘리거나 복도체 또는 다도체 방식을 적용한다.

 ③ 직렬 콘덴서를 삽입해 선로의 리액턴스를 보상한다.

 

 (2) 전압 변동의 경감.

 ① 속응 여자 방식을 채용한다.

 ② 계통을 연계 한다.

 

 (3) 중간 조상 방식의 채용

 선로 중간에 동기조상기를 연결하는 방식을 말합니다.

 

 (4) 고장 전류의 경감과 고장 구간의 신속한 차단.

 ① 적당한 중성점 접지 방식을 채용해 지락 전류를 줄인다.

 ② 고속도 계전기 및 차단기를 사용한다.

 ③ 고속도 재폐로 방식을 채용한다.

 

 (5) 고장시 발전기 입, 출력의 불평형 경감

 ① 조속기의 동작을 빠르게 한다.

 ② 고장 발생과 동시에 발전기 회로의 저항을 직렬 또는 병렬로 삽입해 발전기의 입, 출력의 불평형을 작게 한다.