변전설비 구성 및 계획

1. 변전설비

변전실비는 가공 또는 지중 수전선로를 통하여 수전한 154kV의 전원을 전기차량 운행에 필요한 전력으로 변성하기 위하여 필요한 설비들을 총칭한다.
(1) 변전소는 일반적으로 그 형태에 따라 철구형 변전소, GIS형 변전소 및 혼합형(Hybrid) 변전소로 분류한다.
(2) 변전설비는 급전계통 구성에 따라 전철변전소, 급전구분소, 보조급전구분소, 병렬급전소, 단말보조급전구분소로 구성한다.
(3) 변전설비는 170kV GIS, 72.5kV GIS, 단권변압기, 전철제어반, 소내전원설비, 고장점 표정반, 원격진단장치, 전력품질개선장치 등으로 구성한다.

 

2. 급전계통

(1) 교류전철화 구간에는 방면별로 급전하며, 각 변전소의 중간에 급전구분소를 시설하여 차단기 등의 보호장치와 함께 절연구분장치를 설치한다.
(2) 절연구분장치는 각 변전소의 급전전압의 위상이 다른 경우 계통을 구분하기 위하여 설치한다.
(3) 보통의 급전상태는 양단변전소에서 급전구분소의 절연구분장치까지 단독으로 급전하지만 사고와 작업 등의 경우에는 급전구분소에서 인접 변전소까지 급전을 연장한다.
(4) 변전소의 간격이 비교적 긴 경우 보수작업이나 사고 시에 급전구간을 구분하는 목적으로 보조급전구분소를 시설한다.
(5) 종래에는 BT급전방식을 사용하였으나 부하용량의 증가로 최근에는 AT방식으로 전환하고 있으며 신설 설비는 AT급전방식을 표준으로 한다.
(6) 급전방식은 교류 단상 2만5천볼트 단권변압기 비절연보호방식을 표준으로 한다.
(7) 수전측의 상불평형을 최소화하기 위하여 급전용변압기는 스코트 결선을 사용하며, 급전용변압기 2차측의 M, T상은 단권변압기를 통하여 변전소에서 선로를 향할 때 좌 또는 우방향으로 급전구분소까지 공급한다.
(8) 변전소에서 전기차량까지 구성되는 회로의 전압보상을 위하여 단권변압기를 적절하게 분산배치하며, 단권변압기의 중성점과 매설접지선, 보호선, 궤도를 연결하여 전류를 변전소까지 귀환시켜 통신 유도장해와 사고파급을 최소화 되도록 설계한다.
(9) 각종 사고 또는 고장시 파급 등을 방지하기 위한 적절한 보호방식을 제시하여야 한다.
(10) 전차선로의 상하선 구분 없이 방면별 급전되도록 회로를 구성한다.
(11) 3개 이상의 선로에 급전하는 경우 적정하게 부하가 분담되도록 회로를 구성한다.

(12) 부하측에서 발생되는 고조파의 크기를 검토하여 필요시 저감방안을 제시하여야 한다.

 

3. 변전소 건설방식(옥내, 옥외)

1) 기기 건설방식에 의한 분류
변전설비의 기기건설은 차단설비의 건설방식에 의해 구분되는데 공기절연형과 SF6가스 절연형이 있다. 현재 건설되는 한전, 한국철도공사 및 운영중인 경부고속철도 우선개통구간(서울~부산)의 변전소 기기는 공기절연형에 비해 염해등 외부환경 또는 이물질 접촉에 의한 사고가 없고, 유지보수 작업자의 안전을 도모한다. 각 기기가 표준화된 조립방식에 의하므로 대량생산이 가능하고, 제작공장에서 조립한 상태로 수송하기 때문에 현장 설치작업의 공기가 단축 및 보수 점검 업무가 불필요하기 때문에 운전경비가 절감되며 설치면적 축소가 가능한 GIS(SF6가스 절연형)방식으로 건설되고 있다.

2) 건축물 건설방식에 의한 분류
변전설비의 각종기기(변압기 및 차단설비등)는 옥외에 설치하고 배전반 및 각종 감시 장비만 옥내에 설치하는 옥외방식과 변전설비의 모든 기기를 건축물내에 설치하는 옥내 방식이 있으며, 이를 비교하면 다음과 같다. 옥내GIS방식은 초기투자비가 다소 불리하나 국토이용효율의 극대화와 설비의 기능성, 유지보수성, 보안성, 기기의 내구성, 민원 해소를 감안할 때 옥내GIS가 가장 유리한 건설방식이다. 특히, 최근에는 경제성장과 함께 삶의 질을 추구하는 국민의식 변화에 따라 자기주변의 변전설비에 대한 거부감을 갖고 있어 집단민원발생으로 건설에 어려운 실정이므로 한전에서도 기존 설비(옥외철구형)를 옥내GIS방식으로 개량하고 있으며, 철도 전철화시 변전설비도 옥내GIS형으로 건설하고 있는 추세이다.

 

 

4. 변전설비 하중표 조사 (샘플)

 

(1) 옥내 전철S/S

구 분		산 출		비 고
1층	M.TR	100.6[t] x 2 = 201.2[t]		(30/40MVA기준)
	AT	15.1[t] x 5 = 75.5[t]		(7,500kVA기준)
	배전반	1[t] x 6 = 6[t]		6면 기준
	소계	282.7[t]
2층	무근	35.6[㎡] x 2.3[t/㎡] = 81.88[t]		-
	제어반	11[면] x 1[t]=11[t]		11면 기준
	소계	92.88[t]
3층	무근	100.8[㎡] x 2.3[t/㎡] = 231.84[t]		-
	72.5㎸ GIS	정하중 : 94.5[tf] 동하중 : 112[tf]		동하중
	소계	343.84[tf]
4층	무근	131[㎡] x 2.3[t/㎡] = 301.3[t]		-
	170㎸ GIS	정하중 : 68[tf] 동하중 : 82[tf]		동하중
	소계	383.3[tf]
옥상	전력품질개선장치	9[t] x 2 = 18[t]		55㎸ 1SET 기준(M상, T상)
	무근	50[㎡] x 2.3[t/㎡] = 115[t]
	소계	133[t]

 

(2) 옥내SP

구 분		산 출		비 고
1층	AT	15.1[t] × 4 = 60.4[t]		(7,500kVA기준)
2층	72.5㎸ GIS	정하중 : 54 [tf] 동하중 : 62 [tf]		동하중 기준
	제 어 반	1[t] × 3면 = 3[t]
	배 전 반	1[t] × 5 = 5[t]
	무근콘크리트	74.85[㎥] × 2.3 = 172.155[t]
	소 계	302.555[t]
옥상	R-C BANK	2[t] × 4 = 8[t]

 

(3) 옥내SSP

구 분		산 출		비 고
1층	AT	15.1[t]× 2=30.2[t]		(7,500kVA기준)
2층	72.5㎸ GIS	정하중 : 32 [tf] 동하중 : 36 [tf]		동하중 기준
	제 어 반	1[t]× 2면=2 [t]
	배 전 반	1[t]× 5 = 5 [t]
	무근콘크리트	28.65[㎥]× 2.3= 65.895 [t]
	소 계	139.095[t]

 

 

5. 변전설비 강제 통풍량 계산

 

종 류	용 량[㎸A]	효 율[%]	손 실[㎾]	공기소요량 [㎥/min]	배기팬모터 [HP]
단권변압기	5,000	99.3	35	387.8	5
	7,500	99.3	52.5	581.7	7.5
주변압기	30,000	99.53	141	1,562.28	15
	40,000	99.4	240	2,659.2	25
	50,000	99.45	275	3,047	40

 

출처-국가철도공단 KRE-02030