전압불평형 경감대책

1. 수전 전압강하 해소대책

단위법을 사용하는 경우, 단락용량은 단락임피던스에 직접 반비례하며, 단락임피던스는 고장점에서 본 테브난 등가임피던스에 해당한다. 따라서 일정한 부하에 대하여 단락임피던스가 큰 지점은 전압강하의 정도가 크고, 단락임피던스가 작은 지점은 전압강하의 정도가 작다. 단락용량이 상대적으로 큰 지점일수록 전압강하율이 적다.
모선의 단락용량은 모선의 전압강하와 밀접한 관계가 있어 이 모선으로부터 전력을 공급받는 부하전류의 크기가 클수록 단락용량에 따른 전압강하 특성이 현저하게 달라진다.
철도 전력공급계통에서 전압강하를 적게 하기 위해서는,  단락용량이 큰 변전소로부터 전력을 인출받는 방안 외에, 송전전압을 높이는 방안, 송전선의 종류를 바꾸거나 회선수를 늘리는 방안, 철도 급전방식을 바꾸는 방안 등이 있다.

 

2. 전압불평형 대책

전기설비기술기준 제 291조에 의하면, “ 교류식 전기철도는 그 단상부하에 의한 전압 불평형에 의하여 교류식 전기철도 변전소의 변압기에 접속하는 전기사업용으로 공급하는 발전기, 조상기, 변압기 기타의 기계기구에 장해가 생기지 아니하도록 시설하여야한다”라고 명시되어 있다. 이는 교류식 전기철도가 단상부하이고 또한 그 용량도 종래의 전기로, 용접기 등의 단상부하에 비해서 상당히 커서 이를 3상 전력계통에 접속할 때는 전기 공급사업자의 발전설비, 송ㆍ변전설비 및 일반 수용가의 부하설비에 주는 영향이 크기 때문이다.

즉, 단상부하에 의해 3상 전원에 심한 불평형이 발생하면 발전기, 조상기 등의 회전기는 온도상승이 심해져 계통의 보호장치 및 계측장치의 오동작을 초래하고, 또한 유도전동기는 토오크의 감소나 이상 온도상승을 발생한다. 따라서 교류식 전기
철도는 단상부하에 의한 불평형을 가능한 한 적게 하도록 설계, 시공하고 유지되어야 한다.

 

이 조항은 전압불평형 경감조치를 요구한 것으로서 전기설비기술기준 전압불평형율의 허용한도에서는 교류식 전기철도 변전소의 변압기 결선방식에 따라 계산식을 지정하고, 변전소의 수전점에 있어서 전압불평형율을 3% 정도 이하로 하도록 의무화하고 있다.

 

국내의 불평형율 한도치는 각 기기에 미치는 영향을 고려하고 다른 국가의 실적 등을 참고로 해서 정해진 것으로, 일반부하에 의한 영향은 무시하고 전철변전소 수전점에 있어서 이를 규제한 것이다. 그리고 단상부하는 연속 10분의 평균부하를 취하도록 되어 있으며, 단시간에서는 한도치 이상의 불평형을 발생하는 것은 전철부하의 특성상 어느 정도 불가피한 일이지만 단시간의 불평형도 가능한 한 작게 하도록 노력 하여야 한다. 아울러 종래의 전압 불평형율 한도 3% 값은 전용선 수전의 경우에는 큰 의미가 없으며, 독일이나 프랑스 등 철도선진국에서도 보다 엄격히 규제하고 있다.
최근의 국내의 경우 고속철도 급전시스템에서는 10분 평균 1.0%를 전압불평형 규제치를 만족하도록 요구하고 있다.

 

 

3. 전압불평형 경감대책

 

1) 효과가 큰 방안으로는 변전소에서의 변압기 결선방식을 V결선 또는 T결선으로 채택하는 방법

2)  단락용량이 큰 수전변전소를 선정하는 방법

3) 전차선로를 얼마만큼의 섹션으로 분리해서 3상 급전을 각 상으로부터 분할 공급하는 방법

4) T결선의 경우로서 각 상의 부하가 불평형일 때 3상회로에 대해서 부하를 평형시키는 위상보상방식

5) 회전기에 의한 상수변환방식

6) 콘덴서 및 리액터를 사용한 정적 상수변환방식 등