배전실무 I - 1. 전기품질관리 001

출처 : 한국전기공사정보센터

 

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1.  품질면에서 본 전기의 특성

W. Gilbert가 명명한 전기(Electricity)의 언어학적 의미는 호박 (Amber)과 같은 힘인데 호박을 라티어로는 Electrum, 근대 라틴어(NL)로는 electr, 그리스어로는 Electron 이라고 하며, 전기(Electricity)는 근대 라틴어의 electricus와 ity의 조어임 (Electricus = Electrum+icus)

 

가. 상품으로서의 전기의 특성

• 무색, 무취, 불가시적 (Invisible)
• 국민생활과 산업활동에 필요 불가결한 에너지
• 공급과 소비의 동시성
• 생산(발전)에서 수용가까지 전용 공급설비(송배전선) 구성 (설비의 안전성이 요구됨)
• 공급 중단시 영향의 광범위 및 즉시성
• 품질 불량시 타 산업제품에 미치는 영향 심대
• 가격의 저렴화, 공급의 계속성 (장기적, 안정적)
• 지역사회와의 조화성
• 서비스의 필수성 (공익성)

나. 전기 품질의 결정 요소

1) 기본적요소 (협의의 의미) : 정격주파수, 정격 전압, 무정전, 순간전압 강하, 고조파

2) 부가적요소

• 경제적 요소 : 저렴한 요금
• 사용상 요소 : 안전성
• 사회적 요소 : 서비스 질, 지역사회에의 발전 기여도 등

다. 전기품질에 영향을 주는 기본요소 (3M)

• 사람 (Man) : 신뢰성 확인 (보수, 운용기술, 건설기술 등)
• 기기, 설비 등 (Machine & Materials) : 기기 신뢰성 (기기품질검사, 제작자의 제작기술)
• 건설, 유지, 보수투자비 (Money) : 효율성 (적정투자, 자재조달)

 

2. 전기품질 저하가 미치는 영향

 

가. 전기품질을 결정하는 기본적 제요소

• 주파수 : 상시변동, 사고시 변동
• 전압 : 상시변동, 순간전압 강하, 상간 붎평형
• 정전 : 사고정전 (단시간정전, 장시간정전, 국부정전, 광범위 정전), 작업정전
• 최근 첨단기기 확산에 따른 고조파 장해에 대한 관리문제 

 

나. 요소별 영향

1) 주파수 변동

가) 발생원인

• 계통 설비사고 발생시
• 송전선 또는 변압기 사고에 의한 계통 분리시
• 발전기 사고 정지 등 전력계통의 수급균형유지 곤란시 등
• 대용량 부하 급변시
• 수요공급 변화에 따른 발전소 부하추종성 미흡 등

나) 수용가에 미치는 영향

• 저주파수 계전기 (UFR)동작시 공급선로 차단으로 정전 유발
• 주파수 변동이 심하면 전동기 회전수 변동으로 제조 제품등의 품질이 저하
• 전기, 전자기기 등의 고장 및 기능 저하

 

2) 전압불량 (저전압 등)

가) 발생원인

• 설비 노후, 과부하 및 단위선로가 길어서 전압강하 심함
• 상간 불균형에 의한 전압강하

나) 수용가에 미치는 영향

• 가전기기 성능저하 및 기기수명 단축
• 전기, 전자기기등의 고장 및 기능저하로 인한 공장제품 품질저하 (화학, 반도체, 제철, 제지, 섬유 등)

 

3) 정전

[ 작업정전 ]

가) 발생원인

• 설비점검보수
• 공급설비 신증설 등

나) 수용가에 주는 영향

• 불편을 주지만 사전예고로 대비가능

[ 사고정전 ]

가) 발생원인

• 기후, 지역적 영향에 의한 자연재해 (낙뢰, 풍우, 염진해 등)
• 자동화 충돌 등 인위적 원인에 의한 사고
• 기기 사고 등

나) 수용가에 미치는 영향

• 예고없는 정전으로 피해 발생
• 생산업체의 생산 장애로 인한 손실 발생 (화학, 제철, 섬유, 시멘트 등)
• 정전이 장시간 대규모화할 경우 사회적 혼란 및 불안 촐래 (공공시설 마비, 전화, 지하철, 수도, 가스공급 정지 등)
• 순간정전 (2초이내)의 경우 일반 수용가는 거의 피해없으나 특수수용가는 순간전압강하 때와 비슷한 영향 발생

 

4) 전압외란 (Voltage Disturbance)

가) 기기에 영향을 주는 외란의 종류와 발생원인

• 전력회사에서 생산하는 전력은 규칙적인 정현파 (Sine Wave)이지만 계통에서의 외란과 전기기기에서 발생되는 외란은 수용가 기기에 들어가는 Signal을 충분히 왜곡시킬 수 있음
• 외란은 일반적으로 그 지속시간에 따라 분류되며 그 범위는 낙뢰에 의해 돌발적으로 발생하는 전압 Spike로 부터 전력계통 고장으로 생기는 광범위한 정전 등 여러가지임.
• 60Hz의 기본파 전류에 합성하여 나타나는 고조파신호 때문에 고조파 장해가 나타남.

종류	원인	지속시간
순간과전압 (전압 Spike 및 Surge)	- 낙뢰 - 전력계통 개폐 - 수용가 중부하 운전	- Spike : 0.5~200㎲ - Surge : 16.7㎳ 이상
순간전압강하 (Sags)	- 수용가측 부하 변동 - 전력계통 고장 - 공급설비 기능 저하	- 0.067 ~ 1  sec
정전 (Outage)	- 전력계통 단락 - 공급설비 기능저하 - 수용가 설비 기능 저하	- 자동화시스템 운영시 : 2 ~ 60 sec
고조파 장해	- 불연속 또는 비선형 전자식 제어 장치	- 제한없음

 

나) 발생원인별 원인분류

종류	원인
제작기기 자체 결함	- 기기 결선 또는 접합 (납땜 등 )불량, 단락, 설치 또는 기기 적용의 부적합
수용가 구내 또는 인근의 전기기기 운전 및 불량 전선	- 전동기, Compressor 대형냉방기 등과 같은 중부하 개폐 - 구내설비 불량등
전력회사의 공급전력 문제	- 제어할 수 없는 낙뢰 등 자연현상이 원인이 되는 전기적 외란 - 자동차 충돌에 의한 인위적 사고 - 설비에 외물이 접촉되어 발생하는 사고 - 보호기기 순간재폐로, 저주파수계전기(UFR)동작 - 고장정전 해소 내지는 파급방지를 위한 보호기기 동작 - 사고시 보호기기 자체에 의한 약간의 외란 발생 - 대용량 발전기 불시 정지로 인한 계통 불안정

※ (예시) 높은 뇌전압을 대지로 분리하는 자동 Switch는 순간적으로 공급차단의 원인이 될수 있음.

- 배전 공급 시스템 자체에 의한 사고시 순간전압강하 범위와 빈도가 큼.

- 22.9kv-y 다중접지 배전계통의 1선 지락사고 발생시 사고선로에 연결된 변전소 동일모선내 타선로에도 순간 전압강하가 발생하여 사고 빈도가 크게 됨.

 

다) 수용가에 미치는 영향

• Computer, Magnet SW 를 사용하는 전동기, 정류기를 쓰는 가변속 전동기, 고압 방전램프 등이 영향을 받으므로 이것을 사용하는 수용가에 영향
• 제조설비 중단 (컴퓨터, 모터 등의 정지로 생산라인 정지, 제품의 품질 저하, 재가동에 장시간 소요 등)
• 기타시설 중단 (컴퓨터, 모터등의 정지로 복구에 수분~1시간 소요, 조명등의 소등으로 불편 초래)

 

5) 고조파 장해

가) 고조파 장해의 내용별 분류

• 기기의 전기적 (열적), 전압적 과부하
• 기기소음
• 위상제어 기기에 악영향
• 기타 통신선 유도장해는 광섬유케이블, 지중화 차폐케이블 사용, 기기향상 등으로 장해요인 감소 추세

나) 고조파 발생원인과 기기의 사용목적

[ Inverter등 전력변환장치 ]

• 공장자동화(FA) 시스템에서의 공장제조라인을 가동하는 주된 동원력으로 각종 전동기가 되므로
• Inverter 등은 전동기의 회전수를 정확히 제어, 부하상태에 따른 최소 필요출력을 공급함으로써 효율적으로 제어하기 위하여

[ Switching regulator 등 ]

• 컴퓨터의 연산처리 부분은 IC등으로 구성된 논리회로이며 이것을 구동하기 위해서는 직류의 안정된 전원이 필요하여
• 직류전압을 안정화 하는 목적으로 사용

다) 고조파 영향을 받는 기기

• 콘덴서 또는 리액터
• 변압기
• 형광등
• 통신선
• 유도전동기
• 영상기기
• 전자계산기
• 계전기 
• 전력 Fuse 등

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3. 전기품질향상 대책

 

가. 기간계통의 강화

• 변전소 모선의 Loop화와 사고의 고속 제거장치 설치
• 기간계통의 2 Root화
• T/L 및 S/S에서 일어날 수 있는 어떤 사고에 대해서도 신속한 계통절체가 가능토록 설비 구성

나. 배전선로 회선당 긍장 단축

• 평균 긍장 단축 목표 : 20km
• 외국과의 비교

구분	일본	대만	한국
전압 (kV)	6.6	11.4	22.9
상시기준용량 (kW)	2,000	3,500	10,000
평균긍장(C-km)	12	21	41
정전범위	소	중	대
정전시간	단	중	장

다. 전력 유통설비의 체질강화

• 변전소간 송전선로 2회선화
• 변전소의 주변압기에서 송출되는 전압을 일정하게 유지시켜 주는 ULTC설치
• 배전계통 연계력 강화 (사고 및 작업정전시 정전범위 축소, 서울등 6대 도시 : 3연계 이상, 기타 지역 : 2연계 이상)
• 공급계통별 신뢰도 비교

계통별	차단회수 / 년	정전시간 / 년
수지상	0.281	3.44
환상망	0.128	0.8
자동절체시	0.143	0.142
Spot Network	0.0028	0.002

라. 전력계통 운전 효율화를 위한 자동화설비 운전

• EMS (Engery Management System) : 급전자동화 설비가 '88.10에 준공되어 전력계통의 경제적, 안정적 최적운영을 도모
• SCADA (Supervisory Control and Data Acuisition) : 전국 총 305개 변전소 중 179개 변전소의 차단기를 원방에서 조작하고 전압, 전류 등 선로 운전 정보를 원방에서 수집하여 변전소 운전효율을 제고시키고 있다.
• ADS (Automated Distribution System) : 배전설비 운전을 자동화 하여 운전효율 제고 (개폐기 원방조작, 배전선로 운전상태 감시제어 및 정보수집, 고장개소 색출)

마. 무정전 공법의 개발 및 활선작업 확대

• 무정전으로 배전공사 시행
• 6.6kV 선로를 운용하는 일본의 경우 무정전공법 정착단계

바. 국산기자재 품질향상

• 하자보증기간 연장  : 현행 1~3년을 1.5~7년 (품질보증기간 포함)
• 하자율에 의한 물량배정 감축기준 강화 (균하자율 이상인 업체에 대하여 현행 :인도지시 물량의 5%씩 3회  감축, 개정 : 분기별 년간 물량의 10% 감량)
• 불량 자재 납품업체 제재강화 (중대한 하자 발생시 엄격한 제재조치 강구, 하자발생 정도에 따라 중도해약 가능토록 조치검토

사. 현장업무의 효율화, 능률화

• 배전업무 전산화의 지속적 추진
• 배전설비의 완전 절연화
• 설비 열화 진단 기술의 도입 (Sensor를 이용한 설비 열화 진단기술의 개발

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