[전력공학] 3. 지중 송전 선로

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1. 지중 송전 선로?

 

: 지하에 전력케이블을 매설해서 송배전용으로 사용하는 것

 

 

 

 

2. 지중선로의 전기방식과 계통 구성

 

: 사고 발생 확률이 낮긴 하지만 한번 발생하면 상당한 시간이 소요됨

=> 공급 신뢰도를 높이고 유지 보수 관리가 용이하고 경제적이도록 하는게 중요

 

종류는 유닛식, 루프식, 방사식, 수지식 등이 있다.

 

 

(1) 유닛(Unit) 방식 (=다단자식)

- 변압기 고압측의 차단기 및 모선을 생략, 선로와 변압기를 직접 또는 개폐기를 통해 접속하는 방식

- 송전선, 부하측 변압기 사고 발생시 차단기가 동작해서 사고부분 분리

 

효과: 변전소의 소요면적을 줄여 건설비 저감, 용지 확보 용이한 편

 

 

(2) 루프 방식

- 선로를 루프상으로 구성

- 유닛방식보다 복잡하지만 송전선 사고 발생시 사고구간 양측의 차단기 동작으로 사고 장소 자동분리

 

효과: 사고에 의한 급전상의 지장을 좁은 범위로 억제가능, 특고 수용가가 가까이 위치할 시 경제적으로 효과적

 

 

(3) 방사상 방식

- 1차 변전소로부터 복수장소의 2차 변전소, 특고 수용가의 각각에 방사상으로 선로를 연결해 전력을 공급하는 방식

- 설비는 간단하지만 선로의 경과지가 각각 별도로 되기 때문에 공사비 ↑, 운용 보수 어려움

 

 

(4) 수지상 방식

- 변전소로부터 인출된 큰 용량의 송전선으로부터 부하 분포에 따라 분기선을 연결, 인출하는 방법

- 선로, 개폐기 설비비 적게들지만 사고시 정전범위가 넓다는 결점 ㅇ

 

 

 

 

 

3. 전력 케이블의 종류

- 도체, 절연체 및 외장으로 구성

도체: 전기용 연동선 (단면적에 따라 단선, 연선 사용)

절연체: 절연지, 고무, 플라스틱, 절연 컴파운드, 절연유 드

외장: 연피, 강대, 강선, 알루미늄피, 주트

 

심선의 수에 따른 분류 : 단심/2심/3심 케이블

출처 입력

* 우리나라는 154kV 지중케이블을 가장 많이 사용한다.

 

 

 

 

1) 지절연 케이블

 

(1) 벨트지 케이블

- 바깥지름이 작아서 구조가 간단, 경제적

- 구조상 절연내역 ↓ , 22kV 이하의 전선로에 사용됨

 

(2) H지 케이블

- 절연층이 접선방향에 대해서 절연내력이 약해 절연층의 열화를 가져온다는 단점을 보완하기 위함

 

(3) SL지 케이블

- 연피로 정전차폐시키고 있어 전기력선 절연층과 직교

- 연피는 열용량이 커서 열의 양도체, 열 발산 좋아 송전용량의 증대 기대

- 11~33 kV급의 도시 송배전용

 

(4) OF 케이블

- 66kV 이상의 고전압 케이블로서 널리 사용

1. 절연유 충전 후 공극 x

2. 온도변화에 의한 팽창, 수축을 부설된 기름탱크에서 흡수

3. 외기의 침입 방지되는 구조

4. 절연체의 두께를 얇게할 수 있음

5. 사용온도 높아 정전용량 증대

 

 

(5) 파이프형 케이블

- 강관 먼저 매설 한 후 강관 내에 케이블, 절연유 삽입

- 절연유가 높은 유압으로 충만되어 가스 들어갈 수 없음 => 초고압 케이블로 적합

- 절연유 대량으로 필요, 특수한 급유설비를 설치하지 않으면 안된다는 결점

- 절연유 순환으로 케이블 온도조절 쉽고, 강제 냉각장치로 송전용량 증대 가능

- 66~500kV급 케이블로서 상용화됨

 

1. 중량 가벼움

2. 제조과정 용이

3. OF에 비해 접속방법 용이

4. 기계적 강도 큼

5. 강관에 의한 차폐효과로 유도장해 경감

 

 

 

2) 새로운 전력 케이블

전력 수요에 따라 전력의 대량생산, 대량수송 필요 => 지중케이블의 대용량화에 관심

신형 케이블은 관로기중 케이블, 극저온 케이블, 초전도 케이블이 있다.

 

 

 

(1) 관로기중 케이블 (가스 절연 스페이서 케이블)

 

 

1. 가공선과 거의 같은 정도의 송전용량 가질수 있음

2. SF_6 가스 비유전율이 거의 1이므로, OF 케이블에 비해 정전용량 1/10=> 충전전류 ↓

3. 온도상승에 따른 송전용량 제약x

(유전체손 거의 0)

 

- 대용량이 필요할때 경제적으로 유리

- 작업환경에 특별한 주의가 요구됨

 

 

(2) 극저온 케이블

 

(3) 초전도 케이블

- 초전도 현상(T=0에서 저항 0)이용하여 무손실 대용량 송전 지향

- 액체 헬륨, 질소로 온도를 4~5K 까지 낮춰 도체에 초전도 재료를 사용함으로써 전기저항 0에 수렴

- 목표 송전용량: 500kV~1000만 kW

 

 

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4. 전력 케이블의 시공방식

 

1) 직매식

- 외장케이블에 간단한 보호시설 후 직접 땅속에 묻는 방법

- 덮어주는 흙의 깊이는 압력을 받는곳에서 1.2m 이상

 

2) 관로식

- 강관, 흄관, 철근 콘크리트관을 이용하여 수십가닥의 관로(duct) 축조후 적당한 간격으로 설치한 맨홀로부터 케이블을 집어 넣는 방식

- 주로 케이블 회선수가 3~9회선/장래에 회선증설이 예상되는 경우/도로 굴착 작업이 곤란한 경우 채택됨

 

3) 암거식(전력구식)

- 터널과 같은 구조물에 케이블 시공

- 회선수 많은(9회 이상) 케이블 수용시 사용

 

 

 

 

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5. 지중 전선로의 방식 문제

지중케이블에서 주로 발생하는 금속의 습식 부식 중 전식(電蝕)이 문제가 됨

여러 전기 장치(직류 전기 철도의 레일이 가장 빈번)에 의해 토양. 바닷물에 누설전류 존재

케이블 금속 외피 부식 방지를 위해 전기적인 방식을 채용하고 있다.

전기 방식법은 유전 양극법, 외부 전원법, 배류법 등이 있음

 

 

1) 유전 양극 방식

- 이종 금속과의 전위차 이용하여 방식전류 얻는 방법

- 전원 필요없음. 분산 배치 용이, 공사비 저렴. but 유효범위 좁아 국부방식에 사용

 

2) 외부 전원 방식

- 직류전원장치의 양극을 전해질 내에 설치한 전극에 접속, 음극을 피방식 금속에 접속 후 전압 가해 방식전류 얻음

- 직류전원설비 소요되지만 방식효과 크고, 유효범위 넓음

- 주위 다른 매설물에 간섭에 의한 전식 일으킬 수 있으니 주의

 

3) 배류 방식

- 선택배류법 가장 많이 이용

- 선택배류법: 매설 금속과 전철 레일 사이에 선택 배류기를 접속

- 매설 금속의 전위가 전철 레일에 대해 가장 높게, 장시간에 걸쳐 정전위가 되는 장소에 설치하는 것이 효과적

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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