개념 한 쪽
송전방식은 교류와 직류로 나뉘고, 같은 조건에서 두 방식을 비교하면 도체량과 손실의 관계가 명확히 드러난다. 직류 송전은 절연 조건에 따라 교류 선간전압의 √2배 전압을 쓸 수 있어 손실 면에서 유리하다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「직류 송전방식」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 교류·직류 손실 비교 계산 | 1 | 절연·도체량 같은 조건에서 직류 선로 손실의 배수 구하기 |
| 송전방식 특성 비교 | 1 | 두 송전방식의 전압·전류 관계 판단하기 |
| 직류 송전 조건 적용 | 1 | 주어진 가정에서 저항과 손실 관계 가리기 |
직류 2선식 송전방식과 교류 3상 3선식 송전방식을 비교하는 문제는 송전 전력, 송전 거리, 절연재료의 두께, 허용 전압의 상한, 전체 도체의 부피(구리량)가 같다는 가정에서 출발한다. 리액턴스와 피복효과는 무시하고, 오직 저항에 의한 손실만을 대상으로 삼는다.
절연재료의 두께가 같다는 조건이 핵심이다. 절연은 전압의 최대값으로 결정되므로, 직류는 교류 선간전압 실효치의 √2배 전압을 쓸 수 있다. 전력이 같다는 조건과 결합하면 √3·V_ac·I_ac = V_dc·I_dc = √2·V_ac·I_dc 가 되어 전류 사이에 I_ac = √(2/3)·I_dc 의 관계가 성립한다.
총 구리량이 같다는 조건은 저항의 비를 정한다. 직류 2선식은 교류 3상 3선식보다 선로의 가닥 수가 적으므로 한 가닥의 단면적이 3/2배가 되고, 저항은 그 역수인 2/3배가 된다. 즉 R_dc = (2/3)·R_ac 이다.
손실을 계산하면 직류 송전선로의 손실은 W_dc = 2·I_dc²·(2/3)R_ac = (4/3)·I_dc²·R_ac 이고, 교류 송전선로의 손실은 W_ac = 3·I_ac²·R_ac = 2·I_dc²·R_ac 이므로 손실비는 2/3배가 된다. 즉 같은 절연·같은 도체량 조건에서 직류 2선식 송전의 선로 손실은 교류 3상 3선식의 2/3이다.
이 비교는 「전압비 √2배 → 전류비 √(2/3)배, 도체량 같음 → 저항비 2/3배」의 순서로 정리하면 된다. 절연 조건이 달라지면 전압비가 바뀌고 결과도 달라지므로, 어떤 조건이 주어졌는지 먼저 확인하는 것이 풀이의 출발점이다.
교류 3상 3선식과 직류 2선식을 비교해 선로 손실의 배수를 묻는 문제를 풀이한다. 절연 두께가 같아 직류 전압을 교류 선간전압 실효치의 √2배로 잡는다.
전력이 같으므로 √3·V_ac·I_ac = √2·V_ac·I_dc → I_ac = √(2/3)·I_dc 이다.
총 구리량이 같으므로 직류 2선의 한 가닥 저항은 R_dc = (2/3)·R_ac 이다.
손실을 각각 계산하면 W_dc = 2·I_dc²·(2/3)R = (4/3)·I_dc²·R, W_ac = 3·I_ac²·R = 2·I_dc²·R 이다.
따라서 W_dc / W_ac = 2/3 이고, 직류 송전선로의 선로 손실은 교류의 2/3배다.
교류 3상 3선식 송전방식과 직류 2선식 송전방식을 비교하였다. 두 방식은 송전 전력, 송전 거리, 사용하는 절연재료의 두께와 허용 전압의 상한이 서로 같고, 전체 도체의 부피(구리량)도 서로 같다고 가정한다. 단, 교류의 리액턴스 및 피복효과는 무시하고 순수 저항 손실만 고려한다. 이때 직류 송전선로의 선로 손실은 교류 송전선로 선로 손실의 몇 배인가? (단, 두 방식의 절연재료 두께가 같으므로 직류 전압은 교류 선간전압 실효치의 √2배이다.)
정답 ② · 절연내력이 같으므로 직류전압 V_dc = √2 × 교류선간전압 V_ac이다. 송전전력이 같으므로 √3 × V_ac × I_ac = V_dc × I_dc 에서 I_ac = √(2/3) × I_dc가 된다.
절연 같으면 V_dc=√2V_ac, 도체량 같으면 R_dc=(2/3)R_ac, 손실비 W_dc/W_ac=2/3배다.
직류 송전방식에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ④ · 문제는 직류 송전 방식에 대한 설명 중 틀린 것을 고르라고 한다. HVDC는 유전손이 없어 케이블 송전에서 유리하고 위상·리액턴스를 고려할 필요가 없으며 선로의 전압 스트레스 등에서 유리한 점이 있지만 비동기 연계가 불가능하다는 주장은 틀리다; 오히려 DC는 서로 다른 주파수를 가진 계통을 연계(비동기 연계)할 수 있게 해준다.
송전방식에는 교류 송전과 직류송전방식이 있다. 교류에 비하여 직류송전방식의 장점은?
정답 ② · 문제는 직류송전이 교류송전에 비해 갖는 장점을 묻고 있다. 장거리 송전에서 직류는 무효전력과 주파수 문제 없이 전력을 전달하므로 전력 손실과 전송능률 측면에서 유리해 송전 효율이 좋다.
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