개념 한 쪽
초고압 송전선로에서는 전선 표면의 전계가 강해지면 주변 공기가 부분적으로 절연 파괴되어 코로나가 일어난다. 코로나를 막는 핵심은 전선 표면의 전계를 약하게 만드는 것이고, 이를 위해 도체 여러 개를 묶는 복도체를 쓴다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「코로나 현상 및 임계전압」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 등가 반지름 공식 계산 | 1 | 소도체 수 n에 따른 복도체 등가 반지름의 거듭제곱근 꼴 구하기 |
| 고장 검출 방법 판별 | 1 | 머리 루프법에서 전원·검출 기기 조건에 따라 찾을 수 있는 고장 종류 가리기 |
코로나는 전선 표면의 전계가 너무 강해져 전선 주변 공기가 부분 방전을 일으키며 빛과 소리를 내는 현상이다. 코로나가 생기면 전력 손실, 통신 장해, 소음 등의 문제가 따라온다. 방지의 원리는 하나로 전선 표면의 전기적인 세기(전계)를 약하게 만드는 것이다.
전계를 약하게 하려면 전선을 굵게 만들어야 한다. 그런데 한 가닥으로 아주 굵게 만들면 무겁고 비경제적이므로, 가는 소도체 여러 개를 한 상으로 묶어 쓰는데 이것이 복도체다. 복도체를 쓰면 등가 반경(전기적으로 보는 굵기)이 커져 표면 전계가 약해지고 코로나가 방지된다. 인덕턴스 감소 같은 부수 효과도 있지만 주된 목적은 코로나 방지다.
복도체의 등가 반지름은 소도체가 n개일 때 D = (r × d^(n-1))^(1/n)로 구한다. 이때 r은 소도체의 반지름[m], d는 인접한 소도체 사이의 선간거리[m]다. 소도체가 2개인 경우(n = 2)에는 D = (r × d)^(1/2) = √(rd)가 된다. 근호 안에 r은 1개, d는 (n-1)개 들어간다는 점을 기억하면 지수 헷갈림이 없다.
복도체를 쓰면 등가 반경이 커지므로 인덕턴스는 감소하고 정전용량은 증가한다. 같은 단면적 조건에서 단도체와 비교하면 L은 줄고 C는 늘어나는 방향으로 변한다. 「등가 반경↑ → 전계↓ → 코로나↓」와 「등가 반경↑ → L↓, C↑」의 두 인과를 함께 외워 둔다.
정전용량과 관련해 전선과 대지 사이의 정전용량 때문에 선로에는 충전전류가 흐른다. 총 충전전류는 단위길이당 충전전류에 선로 길이를 곱해 구한다. 단위길이당 값이 3상 합계로 주어진 경우에는 3을 다시 곱하지 않는다.
복도체 등가 반지름 계산 — 소도체 반지름 r[m], 선간거리 d[m]인 2개의 소도체를 쓰는 345kV 송전선로의 경우: D = (r × d^(n-1))^(1/n), n = 2 이므로 D = (r × d)^(1/2) = √(rd) [m]가 된다. r과 d의 지수 자리를 바꾼 √(rd²)·√(r²d)나 제곱근을 씌우지 않은 rd는 모두 틀린 꼴이다.
충전전류 계산 — 대지에 대해 각 상이 가지는 km당 충전전류가 0.25 A/km이고 선로 길이가 18km인 경우: I = 0.25 A/km × 18 km = 4.5 A 여기에 3상이라며 3을 한 번 더 곱한 13.5A는 함정이다. A/km × km = A로 단위 검산하면 실수가 없다.
소도체의 반지름이 r[m], 소도체간의 선간거리가 d[m]인 2개의 소도체를 사용한 345kV 송전선로가 있다. 복도체의 등가 반지름은?
정답 ① · 문항은 복도체의 등가 반지름을 묻고 있다. 복도체 등가반지름 일반식 D = (r · d^(n-1))^(1/n)에 n=2를 대입하면 D = (r·d)^(1/2) = √(rd)가 된다.
복도체 등가반지름은 D=(r·d^(n-1))^(1/n)이고, n=2이면 D=√(rd)가 된다.
송전계통에 복도체가 사용되는 주된 목적은?
정답 ④ · 문제는 송전선로에서 복도체를 사용하는 주된 목적을 묻는 것이다. 복도체는 여러 가닥의 도체를 묶어 등가 반경을 키움으로써 선 표면의 전계강도를 낮추어 코로나 발생을 억제하는 것이 핵심 목적이다.
복도체는 도체를 여러 개 묶어 등가 반경을 키워 표면 전계를 줄여 코로나를 방지한다.
장거리 경간을 갖는 송전선로에서 전선의 단선을 방지하기 위하여 사용하는 전선은?
정답 ④ · 문제는 장거리 경간 송전선로에서 전선 단선을 방지하기 위해 어떤 전선을 사용하는가를 묻는 것이다. 장거리 경간에서는 인장강도가 중요한데 ACSR은 알루미늄 도체에 강심(강선)을 넣어 인장강도를 크게 확보하므로 단선 방지에 적합하다.
장거리 경간 송전선로는 인장강도가 필요하므로 강심을 넣은 ACSR을 사용해 단선을 방지한다.
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