[전력공학] 13. 이도와 애자, 배전방식

1. 이도(Dip)

 이도는 전선의 지지점을 연결하는 수평선으로부터 밑으로 내려가 있는 길이를 말합니다. 철탑에 연결된 전선이 팽팽하게 연결되어 있으면 당연히 문제가 생기겠죠? 그래서 적당히 여유를 두고 연결하게 됩니다.

 여기서, D는 이도[m], W는 단위 길이당 전선의 중량[kg/m], S는 경간[m], T는 전선의 수평장력[kg]를 뜻합니다. 그리고 이도 D는 다음의 식을 통해 구할 수 있습니다.

<이도>

 따라서 전선의 길이는 철탑과 같은 지지물의 과의 간격보다 길어지게 됩니다. 그러므로 전선의 실제길이는 다음의 식을 통해 구할 수 있습니다.

<전선의 실제 길이>

 

 

2. 애자

 애자는 전선을 기계적으로 고정시키고 전기적으로 절연하기 위해 사용하는 절연 지지체를 애자라고 합니다.

<애자, 출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:High_Voltage_Transmission_Line_Insulator_-_Howrah_2011-03-19_1874.JPG>

  지나가다 전선로를 보면 이런 애자를 쉽게 볼 수 있습니다. 전압 등에 따라 형태나 사용되는 갯수가 조금 다르지만 대부분 이러한 형태를 가지고 있습니다. 이 애자는 애자련 각 애자 사이의 정전용량이 서로 다르기 때문에 각각의 애자에 분포되는 전압 분포가 균등하지 않습니다. 최대 전압은 전선에 가장 가까운 애자가 분담하게 되고, 최소 전압은 전선으로부터 2/3 지점, 철탑으로부터 1/3이 되는 지점에 있는 애자가 분담하게 됩니다.

 

 

3. 배전방식

 배전 방식은 다양한 방식이 있습니다. 살펴보기 앞서 먼저 선로의 구분을 간략하게 보겠습니다.

 - 급전선(Feeder) : 배전 변전소 또는 발전소로부터 배전 간선에 이르기까지의 도중에 부하가 접속되어 있지 않은 선로를 말합니다.

 - 간선(Main Line) : 급전선에 접속된 수용 지역에서의 배전 선로 중 부하의 분포 상태에 따라서 배전하거나 또는 분기선을 내어서 배전하는 주간 부분을 말합니다.

 - 분기선(Branch Line) : 간선으로부터 분기한 배전 선로의 가지 모양으로 된 부분을 말합니다.

 

 대표적인 배전방식으로는 수지식, 환상식, 저압 뱅킹 방식, 망상식이 있습니다. 그리고 각가의 특징은 다음과 같습니다.

 

1) 수지식(나뭇가지식 : Tree System)

 수지식은 나뭇가지식으로도 불리며 전원 변전소로부터 1회선을 인출해 수용가에 공급하는 방식입니다. 간단하므로 경제적인 공급 방식이며 신규 부하 증설이 용이합니다.

 

2) 환상식(Loop System)

 루프 배선의 이점은 선로 도중에 고장이 발생했을 때 고장 개소의 분리 조작이 용이하여 그 부분을 빨리 분리시킬 수 있고 전류의 통로에 융통성이 있으므로 전력 손실과 전압 강하가 적습니다. 그리고 이 환상식은 다시 순수 환상 방식과 개방 환상 방식의 두 가지로 분류할 수 있습니다.

 

 - 순수 환상 방식

 동일 변전소, 동일 뱅크에서 2회선으로 상시 공급하는 방식으로 비교적 설비 구성이 비싼 방식입니다. 선로 고장시에 고장 구간 양측의 계전기를 통해 차단기를 동작하며 건전 선로에 의해 수용가에 무정전으로 공급이 가능합니다.

 

 - 개방환상방식

 동일 변전소 동일 뱅크 또는 벼전소나 뱅크를 달리해 양 계통을 연계하고 선로 부하 중심을 상시 개방하여 운전하는 방식으로 선로 고장시에 고장점 탐색 및 개폐기 조작 방식에 따라 정전 시간이 좌우되는 특징을 가지고 있습니다.

 

3) 저압 뱅킹 방식(Banking)

 동일 고압 배전선로에 접속되어 있는 2대 이상의 배전용 변압기를 경유해 저압측 간선을 병렬 접속하는 방식으로 수지식과 비교해 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.

 - 변압기의 공급 전력을 서로 융통시킴으로써 변압기 용량을 저감할 수 있습니다.

 - 전압 변동 및 전력 손실이 경감됩니다.

 - 부하의 증가에 대응할 수 있는 탄력성이 향상됩니다.

 - 고장 보호 방식이 적당할 때 공급 신뢰도가 향상됩니다. 즉, 정전이 감소하게 됩니다.

 그러나 변압기 2차측에 발생한 사고가 단락보호 장치로 제거 및 구분되지 않아 사고 범위가 확대되어 나가는 현상이 생길 수 있으며 이런 현상을 캐스케이딩 현상이라 말합니다.

 

4) 망상식(Network System)

 망상식은 어느 회선에 사고가 일어나더라도 다른 회선에서 무정전으로 공급할 수 있기 때문에 다양한 장점을 가지고 있습니다.

 - 무정전 공급이 가능하므로 공급 신뢰도가 높습니다.

 - 플리커, 전압 변동률이 적고 전력 손실이 감소됩니다.

 - 기기의 이용률이 향상되고 부하 증가에 대한 적응성이 좋습니다.

 - 변전소의 수를 줄일 수 있습니다.

 그러나 건설비가 비싸고 네트워크 프로텍터와 같은 특별한 보호 장치가 필요하다는 단점이 있습니다. 따라서 이런 네트워크 방식을 간소화한 소프트 네트워크 방식을 사용하기도 합니다.