옥외GIS형과 옥내GIS형 비교
변전소 등의 종류
1. 변전소의 형태
1) 변전설비 형식(GIS형, 철구형)
전철변전설비 형식에는 GIS형과 철구형으로 구분하며 각 형식별 경제성, 신뢰성, 안정성, 유지보수 등 장․단점은 다음과 같다.
GIS형과 철구형의 비교
항목 | GIS형 | 모선 연결(옥외철구형) |
형 태 | 모양이 간 단하고 외관이 미려하다. | 외관이 좋지 않다. |
부 지 | 부지면적이 작으 므 로 비용이 적다. | 부지면적이 커지므로 비용이 증가한다. |
안 전 성 | 활 선 부분이 없 으 므 로 안전하다. | 활선 부분이 많아 위험하다. |
신뢰성 | S F 6 Gas로 충 전되 므 로 안전하고 신 뢰 성이 있다. | 활 선 부분이 노출 되 므 로 사고 및 정전의 위험이 있다. |
절연력 | SF6 Gas로 충전되어 밀폐되므로 외부 와 접촉이 없다. | 붓싱, 모선, 철구, 애자류, 크램프 등이 주 변의 먼지, 염분, 철분, 아황산가스, 공해 등으로부터 오염되어 절연력이 나빠진다. |
유지보수 | GIS는 반영구적 기기이 므 로 보수가 불 필요하다. | 절연 력이 나 빠 지고 노출 되 므 로 유지 및 보수에 많은 시간과 노력이 필요하다. |
설 치 비용 | 설 치 비용이 싸 다. | 옥외철구, 모선, 애자류 등의 설치비용 및 토목 기초비용이 필요하므로 GIS보다 높다. |
경제성 (개략건설비) | 100 % | 63 % |
공사기간 | U nit별로 완 전 조 립 된 상 태이기 때문에 설치가 간편하고 공사기간이 짧다. | 철구조 물 이 많 고 기기기초 및 각종 기기 가 별도 설치되므로 공사기간이 길다. |
특징 | ∙ 절연 내력이 우수한 S F 6 Gas를 이용 하기 때문에 개 폐 장 치 를 대 폭 축 소하 여 기기설 치 면적이 작다.인체감전에 대한 위 험 과 화재의 위 험 성이 없 고 무독성 때문에 인체에도 무해하다. ∙ 염해, 먼 지 등에 대한 오손 , 기 후 및 뇌 의 영향을 받 지 않 도록 완 전 히 밀 폐되어 있고 SF6 Gas중에서 사용 하 기 때문에 열화가 없다. ∙유지보수가 간편하다. ∙소음이 적고 주변환경과의 조화를 이 룰 수 있으므로 민원해소에 도움이 된다. ∙무인운전이 가능하다. | ∙ 조작에 대한 육 안감시가 용이하다. ∙ 충 전부 노출 로 인한 코로나 소음 및 Loss가 문제된다. ∙ 해안, 대도시, 공단등 공해지역은 절연 력이 나빠지므로 대책이 필요하다. ∙ 민원발생 우려가 크 다. ∙ 유지보수 작업인원이 필 요하다. |
종합 | - 건설비 측면에서는 철구형이 다소 유리 - 토지이용, 운전유지보수, 신뢰성, 안정성 등을 고려할 때 GIS형이 유리 | |
2) 변전설비 건설 방식(옥내, 옥외)
변전설비 형식을 GIS형으로 건설할 경우 그 건설방식(옥내 및 옥외)은 옥내방식의 경우 옥외방식에 비해 설치부지 면적 축소, 미관, 수명, 신뢰성, 안전성 및 무보수화, 무인화에 따른 보안 등의 이점이 있으므로 최근 한국전력공사에서는 모든 신설변전소를 옥내 GIS화하는 추세이며 특히, 국가경제의 고도성장과 국민의식구조 향상으로 인하여 변전설비 등은 주거환경을 저해하는 시설물로 인식하고 있어 다소 건설비가 고가이나, 국토이용률의 극대화와 민원발생의 최소화를 위하여 환경 친화적인 건설방식인 옥내GIS화 방식이 바람직하다.
옥외GIS형과 옥내GIS형 비교
구분 | 변전소 | 급전구분소 | 보조급전구분소 | |||
옥외GIS형 | 옥내GIS형 | 옥외GIS형 | 옥내GIS형 | 옥외GIS형 | 옥내GIS형 | |
부지면적 [㎡] | 약 8,000 | 약 2,992 | 약 1,250 | 약 688 | 약 1,000 | 약 465 |
연건축면적 [㎡] | 약 880 | 약1,940.5 | 약 330 | 약 560 | 약 236 | 약 322 |
소음 및 진 동 | 크 다 | 적다 | 크다 | 적다 | 크다 | 적다 |
염해 및 공해 (부 식) | 크다 | 적다 | 크다 | 적다 | 크다 | 적다 |
시공성 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 |
미 관 | 나 쁘 다 | 좋다 | 나쁘다 | 좋다 | 나쁘다 | 좋다 |
유지보수성 | 불 리 | 유리 | 불리 | 유리 | 불리 | 유리 |
민 원 | 많 다 | 보통 | 많다 | 보통 | 많다 | 보통 |
무인화운용 (보 안) | 불리 | 유리 | 불리 | 유리 | 불리 | 유리 |
경제성 (개략건설비) | 100[%] | 108[%] | 100[%] | 112[%] | 100[%] | 109[%] |
추진방안 | ○ | ◎ | ○ | ◎ | ○ | ◎ |
※ 상기 비교 결과 옥내GIS형이 투자비는 다소 증가하나 부지면적을 최소화 할 수 있어 민원 발생 우려가 적으며 또한 급전구분소 및 보조급전구분소의 무인화에 따른 보안상의 유익성 등을 고려하여 옥내 GIS형을 추진하는 것이 유리함.
2. 한전모선의 단락용량 및 등가임피던스 영향
현재 수도권과 산업선의 AT급전구간 대부분의 교류전철구간에서는 한국전력공사 변전소의 154㎸ 모선으로부터 전력을 인출하여 전철변전소에 2회선을 공급받고 있다. 철도용 전력은 한국전력공사의 전력공급 품질에 의존되며, 반대로 대용량의 전철부하 특성이 전력회사의 계통에 영향을 주기도 한다. 따라서 전력계통과 전철계통의 계획 및 운용시에는 이들 계통의 특성을 충분히 이해하고 합리적인 방안을 모색하여야 한다.
여기서는 전철변전소와 한국전력 변전소간의 연계상태가 전철급전계통에 미치는 영향을 전압강하 및 전압불평형에 주안점을 두고 검토한다. 전압강하 및 전압불평형은 전철계통과 연계된 한전 변전소 모선의 단락용량에 의존한다는 점에 착안하여 먼저 한전 변전소 모선의 단락용량을 조사하고 조사한 단락용량을 이용하여 전압강하와 전압불평형률을 계산함으로써 이들 문제에의 당면 가능성 및 대응방안을 분석한다.
1) 모선 단락용량 및 모선 등가임피던스의 정의
모선 단락용량이란 계통의 어느 한 모선에 단락고장이 발생하였을 경우 흐르게 될 고장 전류와 고장 직전의 고장점 전압과의 곱으로써 정의되며, 변전소 등에 있어서 전원의 단락강도를 나타낸다. 따라서 단락용량은 보통 (㎸A) 또는 (MVA)단위로 나타내며, 단상의 경우는 지락 또는 선간단락 고장으로, 3상의 경우는 고장의 종류를 3상 단락 고장으로써 고려한다.
일반적으로는 3상 단락용량을 사용하며 이는 수전점에 있어서 3상을 단락한 경우에 어느 정도의 전력을 공급할 수 있는가를 표시하며 차단기의 차단용량, 고장전류, 전압강하 등의 계산에 매우 중요한 요소로 사용된다.
단락용량은 P s 대신에 1상분의 임피던스 Z o = V 2 / P s (Ω)로서 나타내기도 한다.
계통의 단락용량의 크기는 계통전압, 발전용량 및 선로 구성상태에 의존된다. 일반적으로 계통전압이 높고 발전용량이 크며 선로의 병렬 회선수가 많을수록 단락용량은 커진다. 이런 이유로 같은 계통이라 하더라도 계통의 전원 보수유지 및 선로 구성상태, 고장 등에 따라 계통단락용량은 항시 변화하게 된다.
2) 수전 전압강하 해소대책
단위법을 사용하는 경우, 단락용량은 단락임피던스에 직접 반비례하며, 단락임피던스는 고장점에서 본 테브난 등가임피던스에 해당한다. 따라서 일정한 부하에 대하여 단락 임피던스가 큰 지점은 전압강하의 정도가 크고, 단락임피던스가 작은 지점은 전압강하의 정도가 작다. 달리 말하면, 단락용량이 상대적으로 큰 지점일수록 전압강하율이 적다.
앞서 언급한 바와 같이 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, 이상에서 검토한 바와 같이 단락용량이 큰 변전소로부터 전력을 인출받는 방안 외에, 송전전압을 높이는 방안, 송전선의 종류를 바꾸거나 회선수를 늘리는 방안, 철도 급전방식을 바꾸는 방안 등이 있다.
3) 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 시설하여야 한다”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, 송․변전설비 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 변전소의 수전점에 있어서 전압불평형율을 3% 정도 이하로 하도록 의무화하고 있다.