최신배전시스템공학 제 8 장배전운용 2011-11-10 10 대한전기학회
8 장배전운용 [1/30]
81 8.1 배전계통의운용현황및운용지표 8.1.1 배전계통의구성 배전계통 154kV 를 22.9kV 로변환하는배전용변전소~ 고객에이르는구간 고압배전계통 / 저압배전계통으로나눌수있음 고압배전계통 22.9kV, 3 상 4 선식 고압배전선로, 전주, 보호협조기기, 주상변압기, 선로전압조정장치등으로구성 저압배전계통 주상변압기이후의전력계통 주상변압기 2 차측에서저압배전선로와인입선으로구성 ( 지상 ) 가공배전선로 - 전등용 (220V 단상 )/ ( 지하 ) 지중배전선로 - 동력용 (380V 삼상 ) 으로나 눌수있음 [2/30]
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812 8.1.2 배전계통의운용지표 (1) 고품질, 고신뢰도의전력공급 + 경제적, 효율적인배전계통운용을위해서는? 합리적인기술투자가필요!! 기술개발과투자에대한평가항목 (9 가지) 1-7 항목 : 기존항목 8-9 항목 : 새롭게정의된항목 번호항목내용관련기술 1 호당정전시간 고객에게가장민감한영향을미치는지표 전력회사의경영평가항목중하나 ( 고려항목 ) 총고객수, 고압연장, 순간고장, 저 압고장, 조류사고, 변압기소손율, 불량률등 2 규정전압유지율 표본고객을선정 규정전압유지상태를 24 시간동안 30 분평균전압을측정후, 적정여 부를백분율로나타낸값 전력회사의경영평가항목 3 배전손실률 총고압연장에대한하계피크시의전력손실을산정한지표 경제성과밀접! ( 선로전압, 역률, 부하균형에 의존 ) 배전자동화시스템 무정전공법 배전선로보호기기운용 배전설비진단기술등 효율적인전압관리기법 고압선로전압조정장치 전력용콘덴서의최적배치등 대용량배전설비 저손실형주상변압기 배전계통최적구성및운용기술 [5/30]
812 8.1.2 배전계통의운용지표 (2) [6/30] 기술개발과투자에대한평가항목 ( 계속, 9 가지 ) 번호항목내용관련기술 4 절연화율 고압배전선의절연화율 자연적인요소에의한순간사고와작업원과 공중의안전사고와밀접 5 지중화율 가공배전선로에대한고압선로의지중화율 도심지의환경보호와미관향상에기여, 하지 만경제성과운용, 관리면에서문제가많음 6 부하율 부하곡선상에서평균부하와피크부하의백분율 일부하율과연부하율의형태로자주사용되는지표 7 설비이용률 설비의정격용량에대한최대사용실적치 설비의확충이나신설공사등에서판단지표로 활용 가공절연전선의성능향상및접속자재개선등 지중케이블의유지, 보수, 신뢰성확보기술, 다회로차단기의개발등 신에너지전원의도입및부하관리기법등 배전계통의최적구성과운용 부하관리기법등 8 순시전력품질 정밀제어기기나정보통신기기에영향을미치 고조파대책기기 유지율 는전력품질유지율 순간전압저하방지기기등 9 고객요구도 멀티메뉴서비스 ( 전기품질에따른전기요금의 요구, 정전정보이외의각종생활지표등 ) 에대 한고객의요구도 정보네트워크의구축 배전업무의전산화 차세대배전계통등
813 8.1.3 배전계통의운용현황 (1) 배전설비는광범위한지역에산재해있으며외부에노출되어있어완벽한설비관리가어려움 외적요인 ( 풍우, 뇌격등 ) 에의한고장발생이필연적 현재약 1800만호수 (2007년기준, 한전자료 ) 그림 8-3 과같이수많은고객과인접한설비이므로, 설비운용이매우중요함 20000 고객호수 ( 천호 ) 15000 10000 5000 0 1961 년 1970 년 1980 년 1990 년 2000 년 2004 년 그림 8-3 고객호수의현황 고객호수 ( 천호 ) 797 2025 5484 9315 14975 17061 [7/30]
813 8.1.3 배전계통의운용현황 (2) 1) 전기품질 호당평균정전시간, 규정전압유지율로나타냄 세계각국별정전시간비교 ( 그림 8-4) 우리나라약 19 분 - 일본에는미치지못함 미국, 유럽의경우약 40~80분 세계각국별규정전압유지율 우리나라 약 99.87% ( 선진국에가까워지고있음 ) 일본, 미국 99.99% 호당정전시간및정전횟수 그림 8-4 호당평균정전시간현황 800 35 3.5 3 600 2.5 400 2 1.5 200 1 0.5 0 1980년 1990년 2000년 2004년 0 정전시간 ( 호당 ) 663 295 22 18.9 정전횟수 ( 호당 ) 314 3.14 267 2.67 05 0.5 039 0.39 [8/30]
813 8.1.3 배전계통의운용현황 (3) 2) 배전손실 배전전압의승압, 자재및설계방법의개선, 선로운용의합리화를통해전체손실률은감소하고있음 2007년현재약2.3% 를유지 ( 한전자료 )- 선진국수준 그림 8-5 배전설비손실률현황 [9/30]
813 8.1.3 배전계통의운용현황 (4) 3) 배전설비사고원인 사고율은배전설비운용에있어서가장중요한요소 [10/30]
사고율을감소시키기위해, 60년대후반 ~70년대 : 부식목주의콘크리트전주전면교체 78 년 ~:72kV 7.2kV 용내염애자개발및보급 80년대 : 특고압선로용 Line Post 애자국산개발 79년 ~ : Al 배전선접속금구류시공법개선, 조류사고방지용 Line Hose 설치 77년 : 고압절연전선개발사용 78년 : 특고절연전선개발및 22.9kV 선로에사용 위의노력들을통하여사고율은대폭적으로감소되는추세를보임 [11/]
813 8.1.3 배전계통의운용현황 (5) 각저압배전방식비교 現단상 2 선식과 3 상 4 선식사용중 [12/30]
[ 참고 ] 배전설비의범위 화력 수력 원자력 발전소 기간송전선 345kV~765kV 1 차변전소 소수력발전소 송전선송전선 345kV 154kV 2 차변전소 저압배전선주상변압기 220/380V 고압배전선 22.9kV 배전용변전소 송전선 154kV 저압수용가 [13/30] 고압수용가특고수용가
[ 참고 ] 배전설비의구성요소 1 전주 2 개폐기 3 변압기 4 고압선 5 저압선 < 배전설비데이터항목 ( 예 ) > 설비 1 전주 2 개폐기 3 변압기 4 고압선 5 저압선 데이터항목전주, 재질, 길이, 건주년월, 소유자등전주, 피더, 용량, 메이커, 제조년월등전주, 피더, 용량, 메이커, 제조년월등전주, 피더, 길이, 전기방식등전주, 길이, 전기방식등 [14/30]
82 8.2 배전계통의모델링및전압강하계산 (1) 8.2.1 고압배전선의부하상정 구간 : 배전선을주요포인트로분할한배전선 주요포인트? -전선선종변경점 -분기선로접속점 -전압조정기설치지점 그림 8-7 고압배전선의구간부하상정개념도 고압과저압의최대부하의전류추정값을구간단위로합하여구간부하를산정 각구간부하의총합 ( 추정값 ): i sum,, 송출전류 ( 계측값 ): I ss 를일치시키기위해다음식 (8.1) 사용 I(n): 구간의최종전류, i(n):n구간의추정전류 Iss: 송출전류 isum: 각구간의추정전류의총합 I I n ) = i ( n ) i SS ( (8.1) sum [15/30]
82 8.2 배전계통의모델링및전압강하계산 (2) I I n ) = i ( n ) i SS ( (8.1) sum 식 (8.1) 의 I(n) 을이용하여각구간의유입및유출전류를산출 구간부하를정확하게산정하는것이요건!( 그림 8-8 8 참고 ) 그림 8-88 구간부하산정개념도 [16/30]
822 8.2.2 고압배전선의전압강하계산식 (1) 그림 8-9 전압강하벡터도 (8.2) E s : 송출단상전압, E r : 수전단상전압, r: 선로저항, x: 선로리액턴스 식 (8.2) 에서 2항은 1항에비해매우작으므로무시가능! 따라서, Es Es ( 제1항 ) 로정리가능 = Er + I( r cosθ+ x sinθ) = Er + I z ΔE Es- Er = I z ΔV k I z (8.3) [17/30]
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822 8.2.2 고압배전선의전압강하계산식 (2) 일반적인전압강하식 식 (8.3) 을바탕으로부하분포의정도를향상하기위해, ( 평등부하분포 ) + ( 말단부하분포 ) 를동시에고려 ( 그림 8-10) 그림 8-10 부하분포를고려한전압강하계산식 [19/30]
822 8.2.2 고압배전선의전압강하계산식 (3) 구간의유출전류와유입전류도고려 ( 그림 8-11) 그림 8-11 n 구간의전류분포 그림 8-10 과그림 8-11 을통해, 일반적인전압강하계산식계산가능 ( 식 8.4) V I Sp( n) + I Rp( n) I Sq( n) + I Rq( n) = k r( n) + x( ) 2 2 ( n) n 역률은송출단에서말단까지동일하다고가정 Vss: 변전소의송출선간전압 Iss: 송출전류 ( 계측값 ) I Sp(n) : n 구간의유입유효전류, I Rp(n) : n 구간의유출유효전류 I Sq(n) :n 구간의유입무효전류,I Rq(n) :n 구간의유출무효전류 (8.4) [20/30]
822 8.2.2 고압배전선의전압강하계산식 (4) 식 (8.4) 에따라배전용변전소에서말단고객까지의고압배전선의전압강하를구하면, 그림 8-12 와같음 그림 8-12 고압배전선의전압강하개념도 [21/30]
8.2.3 예제 - 고압배전선로전압강하계산 (1) [22/30]
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83 8.3 배전계통의전압관리 전력회사는배전설계기준과배전전압관리업무지침에서전압관리에대한관련사항을규정하고있음 본지침에서는, (1) 표준전압의유지기준을준수 (2) 배전선로에서발생하는전압강하를효율적으로관리함으로써 (3) 고객에게 고품질의전력을공급 하는데목적이있고 (4) 고객에게전압을적정수준으로공급하고자함 [30/30]
[ 참고 ] 전압관리의기본개념 [31/30]
8.3.1 전압관리요소 (1) 배전계통의전압분포결정요소 배전용변전소의송출전압과고압선로의전압조정장치 (SVR, PVR, 콘덴서등 ) 주상변압기의탭 고, 저압선로의전압강하 고압선로의구성 ( 긍장및용량 ) 고객의부하특성 ( 공장, 주택, 상업, 농촌부하등 ) 그림 8-14 배전계통의전압조정개념도 [32/30]
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831 8.3.1 전압관리요소 (2) (1) 배전용변전소의송출전압조정 고객전압에가장큰영향을끼치는요인임 조정방식 프로그램방식 시간대별로타임스위치의지정에의해송출전압을단계적으로조정하는것 간단하게여러송출전압을얻을수있지만, 부하변동의폭이큰경우적절한전압강하의보상이어렵게되는단점이있음 LDC(Line Drop Compensator) 방식 미리정해진전압조정요소 ( 등가임피던스와부하중심점전압 ) 에의해시간에따라변화하는부하전류의크기에따라고압선로의전압강하를보상 급격한부하변동에도유연하게대응가능 ( 장점 ) 유사한부하변동특성을가진고압선로들로구성된뱅크 (Bank) 에만효과가크다는한계성지님 ( 단점 ) 우리나라 : OLTC(ON Load Tap Changer) 자동운전, LDC 방식채택!! [34/30]
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831 8.3.1 전압관리요소 (3) [36/30] (2) 주상변압기의탭선정 고객전압에영향을미치는요소중하나 보통은피크부하 ( 하계 ) 시의전압강하 5% 지점을계산하여결정하고있지만, 한번정해지면정정이어려우므로장기간에걸쳐운용함 (3) 선로전압조정장치 (SVR) 의운용 장거리 ( 전압강하 5% 초과 ) 고압배전선로나부하변동이심한고압배전선로, 주상변압기의무탭운용고압선로등에서필수적 선로구성 ( 부하특성 ), 부하시간대 ( 피크 / 미들 / 오프피크 ) 를고려한 SVR의설치위치및최적운용알고리즘이필요 (4) 저압선로의전압강하배분 주상변압기내부전압강하와저압선전압강하, 인입선전압강하로구성 각각은피크치를기준으로 2%, 6%, 2% 의전압강하한도로규정되어있으나, 이는선로구성변화요소를포함하도록검토하여운영하는것이중요
832 8.3.2 배전용변전소의송출전압조정 (1) (1) 송출전압조정방식경부하시에는송출전압을내리고, 부하의변화에관계없이항상수용가의전압을규정치이내로유지할수있도록 송출전압을조정필요! 배전선의송출전압의조정방법 (3 가지 ) 부하전류에응동하여조정하는 LDC 조정방식 부하증감에따라선로에대한전압강하를보상하여송출전압을조정 우리나라전력회사에서대부분선택 ( 단점 ) 가능한한부하특성이유사한선로로구성된뱅크에만적용가능 시간에의하여정해진송출전압을조정하는프로그램방식 타임스케쥴방식 이상적인송출전압곡선을수개의구간으로구분 시간대별로전압조정 ( 단점 ) 부하전류의변동폭이커서송출전압만으로보상못하는경우엔적응성이떨어짐 이둘을병용한 LDC + 프로그램병용조정방식등이있음 부하형태에따라가장많은수용가를규정치이내로유지할수있는조정방식을선택할필요가있음 [37/30]
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832 8.3.2 배전용변전소의송출전압조정 (2) (2) 전압조정의기본식 송출전압조정의기본은 선로전압강하를보상함으로써, 전압강하가부하 ( 통과전류 ) 에비례하여발생 한다는가정임 따라서, 항상고압선부하율과희망송출전압을관련시켜서생각할필요가있음 규정치 (220±13V) 를초과하지않는변전소의송출상전압 Es 와부하율의관계는다음의두식으로표현됨 다음두식의범위로유지필요! [40/30]
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832 8.3.2 배전용변전소의송출전압조정 (3) (3) 송출전압조정영역도의작성법 가 ) 저압선전압강하배분이일정한경우 송출전압조정영역도는앞서본식 (8.5), (8.6) 을기준으로작성가능 ( 그림 8-18 참고 ) f H 가 0% 인경우의송출전압상한치와하한치의종점 P1, P2와 f H 가 100% 의송출전압상한치와하한치의종점 Q1, Q2 를알수있다면쉽게그래프를그릴수있음 또한부하율 100[%] 와 0[%] 의송출전압의차가전압일정점까지의전압강하가됨 그림 8-18 송출전압영역도 [44/30]
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832 8.3.2 배전용변전소의송출전압조정 (4) 나 ) 저압선전압강하배분이변하는경우 고압선경부하시에는저압선의전압강하도감소한다는것을예측할수있음 따라서고압선부하율 f H 에비례하여 V d 와V e 가변화된다고생각하면식 (8.5), (8.6) 을다음과같이변형가능 ( V) Ti E S ( 233+ V d f H ) V + V H ( i 1 ) f H 230 (8.11) ( V ) Ti E S ( 207+ Ve fh ) + V + VH ( i) fh 230 (8.12) 이경우전압조정영역은전기의계산과마찬가지로고압선부하율 f H 의값을구하여직선으로연결한범위가됨 [48/30]
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Questions [50/30]