변전실무(變電實務)

변전실무(變電實務)

1. 변전소 

                                              

발전소에서 생산된 전력을 전기 사용자에게 효율적으로 공급하기 위해 전압의 크기를 적정하게 변환하여 전력의 집중 및 각 방면으로 배분하는 장소를 말한다.   

2. 변전소의 주요기능

변전소에 요구되는 주요기능은 다음과 같다.

1) 전압의 변성 : 전력의 경제적 수송

2) 전력의 집중과 배분

3) 전압조정 : 전기의 품질 유지

․4)전력조류 제어 : 전압조정과 무효전류에 의한 손실경감

 

3. 변전소의 종류

 

변전소 형태는 일반적으로 변전소의 대표설비인 주변압기 설치장소에 따라 옥외형, 옥내형, 지하형으로 분류하며, 모선, 단로기, 차단기 등의 구성방법에 따라 철구형, GIS 형으로 분류한다.  

변전소 형태별 주요특징은 다음과 같다.

 

1) 옥외철구형

① 상간 및 상-대지간에 공기절연거리와 안전거리를 확보 해야 하므로 넓은 면적이 소요된다.

② 주변압기, 모선, 차단기, 단로기, 변성기, 피뢰기 등 주요설비가 대기중에 노출된 상태로 염분, 먼지 등에 의한 오염이 쉽고 기기의 열화가 빠르기 때문에 설비신뢰도가 저하된다.

③ 충전부가 대부분 대기중에 노출된 상태로 감전의 위험성이 상존하는 등 안전성이 저하된다.

④ 부지조성에 따른 절․성토면적의 증가로 산림훼손 악화 등 자연환경 조화에 불리하다.

⑤ 설비구조가 단순하고 차단기, 단로기 등 개별기기를 단독으로 설치하고 옥외 가공모선으로 구성하므로 투자비용이 저렴하며 주변압기 냉각효과를 용이하게 얻을 수 있다.

 

2) 옥외 Full GIS형

① 모선과 차단기, 단로기, 변 변성기 등의 개폐장치를 GIS로 구성하므로 소요면적이 송전선로 인출입부분 이외에는 변전소 내에서 공기절연거리의 확보가 필요 없으므로 옥외GIS형에 비해 소요면적을 줄일 수 있는 형태이다.

② 충전부가 모두 SF6 Gas로 절연된 Tank내에 내장되어 있으므로 감전에 대한 위험이 거의 없고 SF6 Gas는 불연성이기 때문에 화재위험이 없어 안전성이 높다.  

③ 개폐장치가 완전 밀폐된 구조이므로 염해, 먼지 등으로 인한 열화가 거의 없어 신뢰도가 높고 Unit별로 조립되어 공급되므로 설치기간이 단축된다.

④ 소요면적이 축소되어 부지매수 및 토목공사 비용은 상당히 절약되지만 변전설비 자재비가 고가이다.

                                         

3)  옥외GIS형        

① 주모선과 차단기, 단로기, 변성기 등의 개폐장치를 GIS 로 구성하므로 소요면적이 옥외철구형에 비해 훨씬 적게 옥외철구형에 비해 적게 소요된다.

② 1차측 설비, 주변압기, 2차측 설비간은 강심알루미늄 전선(ACSR) 등의 나모선도체를 사용하여 접속한다. 송전선로 인출입부분과 주변압기 연결부분은 공기절연거리의 확보가 필요하여 옥외 Full GIS형에 비하여 더 큰 면적이 소요된다.

 

4) 옥내GIS형

① 설비 전부가 옥내에 설치되어 기후 영향으로부터 완전히 보호할 수 있고 여러층으로 설치되므로 소요면적이 옥외GIS형보다 훨씬 적게 소요된다.  

② 건축공사비가 증가되어 건설비용이 고가이며 작업공간이 협소하여 기기 설치작업이 복잡하고 설비고장시 기기 교체작업이 어렵다.

 

5) 지하GIS형

① 지하공간의 토목공사비가 매우 고가이므로 적절한 기 기배치를 통하여 소요면적 및 각 층 높이의 축소가 필요 하다.   

② 기기의 분할 반입 및 침수, 화재 등의 방재대책에 대하 여 충분한 검토가 필요하다.

 

6) 복합GIS형   

① 지상부분이 변전소이외의 다른 용도(사무실, 오피스텔,  상가, 아파트 등)로 이용되는 복합용도 건물 내의 지하부 분에 변전소를 설치한다.

② 서울과 같은 도시지역에서 옥내 또는 지하변전소 부지  면적 확보가 곤란한 경우 적용하는 형태이다. 

 

 

4. 변압기

 

변압기는 전자유도작용을 이용하여 한 권선에 공급한  교류전력을 다른 권선에 동일한 주파수의 교류전력으로

변환하는 정지 유도장치이다.

1) 변압기의 종류  

변압기의 종류는 다종 다양하나 크게 분류하면 다음과 같다.

 

① 용도에 의한 분류  

사용전압에 따라 승압용 변압기, 강압용변압기, 계통연계용 변압기로 구분된다.  

② 상수에 의한 분류  

단상용과 3상용이 있으나 최근 변압기의 제작기술이 매우 진보되었고 신뢰도가 향상되어 예비기의 필요성이 낮아지고 있는점, 다뱅크 구성이 채용되어 변압기의 이용률을 적당히 선정하는 점과 설치면적이 축소된다는 점에서 경제적인 이유로 3상용이 일반적으로 사용되었으나 현재에는 변압기 단위기 용량의 증대로 인한 운반등의 이유로 단상형이 사용되고 있다.

기타 설치장소, 냉각 및 절연방식, 결선방식에 따라 분류되기도 한다.

 

2) 변압기의 구조  

변압기의 주요 구성부는 철심, 권선, 외함, 붓싱 및 콘서베이터이다.

 

 

5. 부하시 Tap 절환장치

부하시 Tap 절환장치는 송전을 멈추는 일 없이 계통의 전압을 조정하는 설비로 변압기와 일체가 된 부하시 Tap 절환변압기로 사용된다. 부하시 Tap 절환장치는 부하가 걸린 상태에서 전압을 조정하는 장치인 만큼 무부하시

Tap 절환장치에 비해 기구도 복잡하고 고가이며 구성부품으로는 절환스위치, Tap 선택기, Tap 절환기 헤드, 구동장치 및 Tap 범위를 확대하기 위한 전위절환기가 있다.

 

 

6. 개폐장치

변전소에는 다수의 송전선 혹은 배전선이 변압기, 조상 설비와 함께 차단기, 단로기로 구성된 개폐설비를 매개로 모선에 접속되어 전력의 연계, 집중 및 배분을 행하고 있다. 개폐설비는 상기의 변전소 기능을 효율적으로 달성하기 위해 전기회로를 구성, 변경 및 개폐하여 주는 장치이다. 개폐설비의 종류에는 차단기, 단로기, Fuse등이 있으며 최근에는 모선, 차단기, 단로기, 변성기 등을 금속제 외함에 내장하고 절연이 뛰어난 SF6 가스로 절연한 가스 절연개폐장치(GIS)가 주로 사용되고 있다.   

1) 차단기

차단기는 정상상태의 전류 투입, 통전, 차단 뿐만 아니라 단락고장과 같은 소정의 이상상태에 있어서 투입, 일정시 간의 통전, 차단이 가능하도록 설계된 개폐장치를 말한다.

차단기는 사용회로에 따라 직류용, 교류용으로 소호방법에 따라 자력식, 타력식 소호방식으로 소호 매질에 따라 기중차단기(ACB), 공기차단기(ABB), 진공차단기(VCB), 가스차단기(GCB)로 분류된다. 또한 차단기 사용목적에 따라 발전기용, 변압기용, 콘덴서 회로용, 분로리엑터용 등으로 분류되기도 한다.

 

2) 단로기

단로기는 정격전압이하에서 단지 충전된 電路를 개폐하여 회로의 변경, 구분이나 차단기 등의 점검보수시 전원으로부터 분리를 확실하게 하기 위한 개폐장치이다.

 

3) 가스절연 개폐장치

금속용기(Enclosure)내에 모선 및 개폐장치, 변성기, 피뢰기 등을 내장시키고 절연 및 소호특성이 우수한 SF6가 스로 충진, 밀폐하여 절연을 유지시키는 종합 개폐장치로 환경조화 및 신뢰성이 뛰어나 현재 22.9kV 계통에서 765kV까지의 전 계통에서 널리 사용되고 있다.

 

 

7. 조상설비

조상설비는 무효전력(진상 또는 지상)을 조정하여 전압 조정 및 전력손실의 경감을 도모하기 위한 설비이다.

 

1) 전압조정

현재의 송전계통은 부하의 변동에 대해 수전단 전압을 일정하게 유지하는 정전압 송전방식이 채용되고 있으며

그 방법에는

① 부하시 Tap 절환 변압기에서 제어하는 방법

② 수전단 종합역률을 조절하는 방법

③ 상기의 조합에 의한 방법 등이 있다. 일반적으로 조상설비라 하면 수전단 역률을 조절하는 설비를 의미한다.

 

2) 조상설비의 종류

조상설비에는 회전기와 정지기가 있다. 전자는 동기조상기 및 비동기조상기가 있고 후자는 진상용으로서 전력용 콘덴서, 지상용으로서 분로 리엑터가 있다. 회전기는 진상 및 지상 어느 것 이라도 얻을 수 있고 연속 가변할 수 있는 장점이 있으나 가격이 비싸고 운전 보수가 어렵고 소음이 큰 점 때문에 정지기에 비해 많이 사용되지는 않는다. 정지기는 전력계통이 단계적으로 회전기에 비해 불리하나 운전보수가 용이하고 가격이 저렴하며 전력계통의 커짐에 따라 조정이 단계적이어도 실용상 지장이 없으므로 가장 많이 사용되고 있다. 최근에는 전력전자 기술의 발달로 부하상태에서도 무효전력을 연속적으로 변화시키는 정지형 무효전력 보상장치(SVC : Static Var Compen- sator)가 사용되고 있다. 

 

 

8. 제어장치  

 

제어장치는 변전소의 중추신경으로 운전원이 계통 및 기기상태를 감시하고 필요에 따라 기기조작 및 전압, 전류, 전력 등을 계측하고 고장시에는 보호계전기에 의해 자동적으로 이상을 검출하여 차단기를 동작시키고 고장부 분을 회로에서 분리시키기 위한 지령을 발생시키는 배전반, 계기, 계전기, 기구, 제어 케이블, 제어전선, 압축공 기계 등을 말한다.

계통․설비의 보호 : 관련설비의 전기 및 기계적 보호

  

9. 보호장치

전력계통은 자연환경에 직접적으로 노출되어 뇌해, 염해, 풍수해 등의 자연재해에 의한 고장과 계통 내부로 부

터의 이상전압 및 기기불량에 의한 전기적 고장이 있다.  

이러한 고장을 미연에 방지하고 고장발생시의 파급방지를 위해 각종의 보호장치가 설치된다.

 

1) 가공지선

송전선 또는 기기에의 뇌 직격을 방지하기 위해 기기 상방에 설치하는 접지 도체를 말한다.

2) 피뢰기

피뢰기는 뇌 Surge 및 개폐 Surge로 인한 이상전압에 견디도록 Surge 에너지를 대지로 분류시켜 변전소 기기의 전위상승을 규정치 이하로 억제하여 기기의 절연파괴를 방지하기 위한 장치이다. 최근에는 기기에 대한 보호 특성이 우수한 산화 아연형 피뢰기가 전면적으로 사용되고 있다.

3) 보호계전장치

보호계전장치는 계기용 변성기에서 입력을 받아 정상인가 고장상태인가를 판정, 고장부분 검출을 행하여 차단기에 개폐지령을 주는 장치를 말한다. 보호계전장치는 주요부분이 전자 기계부품으로 구성된전자형과 트랜지스터 등 전자부품으로 구성된 정지형 및 마이크로프로세서를 사용한 디지털형으로 구분된다.   

10. 계기용 변성기

 

변전소를 운전하기 위해서는 전력계통의 전압, 전류 등을 계측할 필요가 있고 계통 및 설비의 보호를 행하기 위해서도 이러한 요소를 이용할 필요가 있다. 그러나 고전압, 대전류의 전기를 측정 또는 보호할 수 없기 때문에 이것을 적당한 전압, 전류로 변성하기 위한 것으로 계기용 변압기, 변류기, 전압전류변성기 등이 있다.  

 

 

11. 변전설비 운전

 

일반적으로 변전소의 운전업무는 감시, 기록, 순시, 조작의 4항목으로 대별 된다.

 

1)감시  

변압기, 차단기 등 필요한 기기류의 운전상황, 송전선을 포함한 계통의 운전상황을 파악하는 것을 말하며 이에

필요한 계기류는 일반적으로 감시실 또는 배전반에 설치되어 있다.

 

2) 운전기록  

운전계획, 보수계획, 설비계획의 자료를 얻기 위해 변전소 운전상황을 주기적으로 기록하는 것을 말한다.

 

3)순시  

기기의 고장을 미연에 방지하기 위해 운전상태의 변화 및 이상발견과 성능유지에 필요한 간단한 점검업무를 실시하는 것을 말한다.

 

4)조작  

계통의 절체, 기기정지 또는 절체, 고장시 및 전압조정을 위해 설비를 움직이는 일련의 활동을 말한다.  

 

 

12. 설비 보전

 

변전소 기기 및 장치는 사용기간에 따라 자연열화, 마찰, 염진해 부착 등에 의해 기능이 저하하기 때문에 변전 

소 설비기능을 회복 유지하여 사고를 미연에 방지하기 위해 행하는 일련의 활동을 말한다.