전력공학 송전용량 계산방법 페란티 현상

안녕하세요, 이번 포스팅은 전력공학 송전용량 계산방법 페란티 현상 대해서 작성하도록 하겠습니다.

전압의 경우에는 길이가 길면 길 수록 전압강하가 일어나지만 선로의 정전용량으로 인해 수전단의 전압이 송전단의 전압보다 커지는 현상을 페란티 현상이라고 합니다.

이런 페란티 현상과 더불어 송전용량 계산방법 대해서 자세히 알아보도록 하겠습니다.

페란티 현상

: 그럼 먼저 페란티 현상 대해서 설명드리도록 하겠습니다.

페란티 현상은 간단히 말하면 송전전압보다 수전전압이 높아지는 현상을 말합니다.

사실 송전전압이 수전전압보다 높은 게 일반적입니다. 왜냐하면 전압강하가 발생각하기 때문입니다.

그런데 이렇게 수전전압이 높아지는 현상의 이유는 바로 무부하의 경우 선로의 정전용량 때문에 전압보다 위상이 90 º 앞선 충전 전류의 영향이 커져서 선로에 흐르는 전류가 진상이 되기 때문입니다.

수전전압이 높아지게 되면 원하는 전압을 제대로 보낼 수 없으니 수전단의 절연까지 감안하면 의도치 않는 절연파괴까지 발생할 수 있습니다.

그렇기 때문에 이런 페란티 현상을 방지하기 위해서 수전단에 분로리액터를 설치하거나 동기 조상기의 부족여자 운전을 합니다.

해당 부분은 전기기사 시험에도 나오니 참조 하시면 좋을 거 같습니다.

– 페란티 현상 방지 대책

위에서 설명 드린 방법을 적용하는 이유는 정전용량으로 인한 진상 전류에 의해 발생하기 때문에, 선로에 흐르는 전류가 지상이 되도록 조절하기 위함입니다.

이를 통해 페란티 현상을 방지할 수 있고, 벡터도로 살펴보면 다음과 같습니다.

좀 더 자세히 설명 드리면 LC인 충전 전류의 영향으로 진상전류가 되어 수전단 전압이 송전단 전압보다 커지는 것을 방지 위하여 위에서 설명드린 분로리액터를 설치하거나 동기 조상기의 부족여자 운전해야 합니다.

: 다음은 송전용량에 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.

말 그대로 송전, 전기를 보내는 것인데 이렇게 전기를 보내는 용량을 말하는 것입니다.

다시 말해 발전소에서 수전을 받는 곳까지 송전선로로 보낼 수 있는 최대전력을 말합니다.

송전선로에는 단거리 송전선로와 장거리 송전선로로 나뉘어서 해석할 수 있습니다.

송전용량에 따라 단거리 또는 장거리 송전선로를 적용할지를 고려하셔야 합니다.

단거리송전선로의 경우에는 R,L 만 고려하기 때문에 전선의 허용전류, 선로의 전압강하를 고려하시면 됩니다.

반면 장거리 송전선로의 경우에는 송, 수전단 전압의 상차각이 적당해야 하며, 조상이 용량이 적당해야 한다고 합니다. 장거리이니 만큼 송전 효율도 검토가 필요합니다.

이렇게 송전용량 및 송전을 하고 수전을 하는 과정에서 꼭 체크해야 하는 사항이 바로 전력계통을 어떻게 설계를 하느냐입니다.

전력계통의 연계는 전력 계통을 병렬로 운전하는 것을 의미합니다.

저항을 직렬로 연결할 경우에는 저항이 커지지만 병렬로 연결하는 경우에는 해당 저항이 작아집닙니다.

전력계통의 경우에는 저항 뿐만 아니라 다른 리액턴스까지 고려해야 하기 때문에 임피던스 측면에서 보면 병렬로 운전하게 됨으로써 전력 계통의 규모가 증대되고 계통의 임피던스는 감소하게 됩니다.

눈치 빠르신 분들은 캐치하셨겠지만 이렇게 임피던스가 낮아지면 단락전류가 커지면 사고가 발생하게 되면 해당 설비뿐만 아니라 연결된 모든 설비에 영향을 주게 됩니다.

물론 병렬로 운전하기 때문에 전력의 융통성이 증대가 되고, 건설비나 운전을 하는 경비가 절감이 되는 것은 장점입니다.

이런 장,단점을 잘 고려하셔서 설계를 하거나 설치를 하려는 전력설비에 맞게 적용하시는 걸 추천드립니다.

전력 계통 적용 시 장점	전력 계통 적용 시 단점
전력의 융통성 증대 설비 용량이 절감 건설비 및 운전 경비를 절감 경제 급전이 용이함 계통 전체로서의 신뢰도가 증가 부하 변동의 영향이 작아짐 안정된 주파수 유지 가능함	연계설비를 신설 필요 (설비 비용 증대) 사고 시 사고가 파급 및 확대 우려 병렬 회로수 많아져 선로 임피던스 감소 임피던스 감소로 인해 단락 전류 증대 또한 통신선의 전자유도 장해 증대

: 그럼 다음으로 송전용량 계산방법 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.

송전용량 계산 방법으로는 still 식, 고유 부하법, 송전 용량 계수법, 송전 전력 계산법이 있습니다.

송전용량 계산 방법	세부 사항
Still의 식(경제적인 송전 전압)	L 송전거리(km) P는 송전용량(kW)
고유 부하법	Vr 은 수전단 선간 전압(kV) Z는 특성 임피던스
송전 용량 계수법	Vr 은 수전단 선간 전압(kV) l은 송전거리(km) k는 송전 용량 계수(참고로 송전 용량 계수는 사용하는 전압에 의해 결정됩니다. 일반적으로 60[kV]의 경우에는 송전용량계수는 600이고, 100[kV]는 800, 140[kV]는 1200 으로 적용)
송전 전력	Vs 송전단 전압(kV) Vr 수전단 전압(kV) δ는 송수전단 전압의 위상차 X는 선로의 리액턴스