[전력공학] 선로정수, 저항, 인덕턴스, 정전용량, 누설 컨덕턴스, 복도체, 다도체, 충전전류, 충전용량, 연가, 코로나
1. 선로정수의 구성 및 특징
송배전선로는 저항 R, 인덕턴스 L, 정전용량 C, 누설 컨덕턴스 G 라는 4개의 정수로 이루어진 연속된 전기회로로 전선의 배치, 종류, 굵기 등에 따라 정해지고 전선의 배치에 가장 많은 영향을 받는다.
2. 선로의 저항과 누설 컨덕턴스
1) 저항 (R)
ρ : 연동선 고유저항 = 1/58 [Ω㎟/m]
C : %도전율
S : 단면적 [㎟]
l : 선로의 길이 [m]
※ 표피효과
① 정의 : 전선 중심부로 갈수록 쇄교자속이 커서 인덕턴스가 증가되어 전선 중심에 전류밀도가 적어지는 현상
② 침투두께 (δ)
w : 각주파수 [rad/s]
μ : 투자율 [H/m]
k : 도전율
ρ : 고유저항 [Ω*m]
즉, 주파수, 투자율, 도전율 및 전선의 지름이 클수록 침투두께(δ) 는 작아지고, 표피효과는 커진다.
2) 누설 컨덕턴스 (G)
절연저항의 역수로 장거리 송전선로를 제외하고는 무시한다.
R : 절연저항
3. 인덕턴스 (L)
1) 작용 인덕턴스
자기유도에 의한 자기 인덕턴스와 상호 유도에 의한 상호 인덕턴스의 합으로 한 상에 대한 인덕턴스
r : 도체의 반지름 [m]
De : 등가선간거리 [m]
2) 등가선간거리 (기하평균거리)
선로는 각 상의 배치가 보통 비대칭 3각형이므로 그 선간거리의 평균값으로 기하학적 평균값을 취해야 한다
(1) 수평배치인 경우
(2) 정삼각배치인 경우
(3) 정사각배치인 경우
4. 복도체(다도체) 방식의 인덕턴스
n : 소도체 수
re : 등가 반지름
※ 복도체의 등가 반지름 re
s : 소도체 간의 간격
r : 소도체 반지름
n : 소도체 수
① n = 2 (복도체) 인 경우 등가 반지름
② n = 3 (다도체) 인 경우 등가 반지름
5. 정전용량 (C)
1) 단상 2선식의 작용정전용량
Cs : 대지정전용량 [μF/km]
Cm : 선간정전용량 [μF/km]
2) 3상 3선식의 작용정전용량
작용정전용량 (C) 는 아래와 같다
3) 복도체(다도체)인 경우
여기서 등가반지름 re
6. 충전전류와 충전용량
1) 충전전류
작용정전용량에 대지전압이 가해져 흐르는 전류
2) 충전용량
7. 연가
송전선로는 지표상의 높이가 동일하지 않기 때문에 각 상의 인덕턴스와 정전용량의 선로정수가 불평형 상태이므로 선로정수의 평형을 위해 선로를 3배수 등분하여 각 상의 위치를 바꾸어 주는 것
1) 주목적
선로정수 평형
2) 연가의 효과
① 선로정수 평형
② 통신선의 유도장해 경감
③ 직렬 공진에 의한 이상전압 방지
8. 코로나
초고압 송전선로에서 전선로 주변의 공기의 절연이 부분적으로 파괴되어 낮은 소리나 엷은 빛을 내면서 방전되는 현상
* 공기의 파열 극한 전위경도
직류 : 30 [kV/cm]
교류 : 21 [kV/cm]
1) 코로나 임계전압
m0 : 전선 표면계수 [단선(1.0), 연선(0.8)]
m1 : 날씨에 관한 계수 [맑은 날(1.0), 우천 시(0.8)]
δ : 상대공기밀도( 0.386b / 273+t ) , b : t[℃] 에서의 기압 [mmHg]
D : 선간거리 [cm]
d : 전선의 지름 [cm]
r : 전선의 반지름 [cm]
2) 코로나 영향
① 코로나 방전에 의한 전력 손실 발생
코로나 손실 (Peak 실험식)
E : 대지전압 [kV]
E0 : 임계전압 [kV]
f : 주파수 [Hz]
δ : 상대공기밀도
D : 선간거리 [cm]
d : 전선의 직경 [cm]
② 코로나 방전으로 공기 중에 오존이 생겨 전선 부식이 생긴다
③ 코로나 잡음이 발생한다
④ 코로나에 의한 제3고조파 발생으로 통신선 유도장해를 일으킨다
⑤ 코로나 발생의 이점은 이상전압 발생 시 파고값을 낮게 한다
3) 코로나 방지대책
① 굵은 전선(ACSR)을 사용하여 코로나 임계전압을 높인다
② 등가 반경이 큰 복도체 및 다도체 방식을 채택한다
③ 가선금구류를 개량한다
④ 가선 시 전선 표면에 손상이 발생하지 않도록 주의한다
9. 복도체(다도체)
우리나라의 경우 154[kV] 는 2도체, 345[kV] 는 4도체, 765[kV] 는 6도체를 사용하고 있다
1상의 도체를 2~6개로 나누어 시설하는 전선
1) 주목적
코로나 임계전압을 높여 코로나 발생 방지
2) 복도체방식의 장단점
(1) 장점
① 단도체에 비해 인덕턴스는 감소하고, 정전용량아 증가하여 송전용량이 증가된다
② 전선의 허용전류 증대
③ 전선표면의 전위 경도를 감소시켜 코로나 개시전압이 높아지므로 코로나 손실을 줄일 수 있다
④ 안정도 증대
(2) 단점
① 소도체 사이에서 흡인력 발생, 도체 간 충돌로 인해 전선 표면을 손상, 단락사고 발생 → 스페이서 설치
② 정전용량이 커지기 때문에 페란티 현상 발생 에 의한 수전단의 전압이 상승한다. → 분로리액터 설치
③ 풍압하중, 빙설하중으로 인한 진동 발생 → 댐퍼 설치
3) 특징
① 초고압 송전선로에 시설
② 코로나 방지
③ 인덕턴스(L) 감소, 정전용량(C) 증가 → 송전용량 증가
④ 전류 방향이 같을 경우 소도체 간 흡입력 발생
⑤ 전선표면 손상방지 → 스페이서 설치
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