개념 한 쪽
송전선로를 회로로 해석할 때 선로 길이에 따라 다른 방식을 쓴다. 짧은 선로는 집중정수회로, 긴 선로는 분포정수회로로 다룬다. 장거리 선로에서는 선로가 축전지처럼 작용해 무부하 충전 시 자기 여자를 조심해야 하므로 발전기 최소 용량 계산도 함께 본다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「등가 T회로 및 π회로 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 고장 종류 고르기 | 1 | 머리 루프법에서 교류전원과 수화기로 찾을 수 있는 고장 고르기 |
| 충전전류 계산 | 1 | 단위 길이당 충전전류에 선로 길이를 곱해 수치 구하기 |
| 대책 아닌 것 고르기 | 1 | 가공 전선로의 전선 진동 방지 방법 중 옳지 않은 보기 가리기 |
송전선로에는 저항(R), 인덕턴스(L), 정전용량(C)이 반드시 존재한다. 짧은 선로는 이들을 한 장소에 모아 놓은 집중정수회로로 계산해도 오차가 작다.
그러나 장거리 선로에서는 도선의 저항과 인덕턴스뿐 아니라 도선 사이의 정전용량과 누설까지 선로 전체에 촘촘히 퍼져 있다. 선로를 아주 작은 구간으로 잘게 나누어 미소 소자로 처리하는 것이 분포정수회로이며, 장거리 송전선로를 정확히 다루려면 반드시 이 방식을 써야 한다. 특성임피던스와 전파상수는 분포정수회로에서 나오는 파라미터일 뿐 회로 이름이 아니다.
장거리 선로가 무부하로 충전되면 충전전류가 흐른다. 발전기 용량이 너무 작으면 여자하지 않았는데도 전압이 저절로 올라가는 자기 여자 현상이 일어나므로, 발전기는 일정 용량 이상이어야 한다. 충전 무효전력은 Qc = ωCV²l로 구하고, 자기 여자를 일으키지 않는 발전기 최소 용량은 여기에 (1+포화율)÷단락비를 곱해 구한다.
정리하면 '긴 선로는 분포정수, 짧은 선로는 집중정수'라는 대비만 기억하면 회로 선택 문제는 바로 풀린다.
충전용량 계산 예를 풀어 본다. 송전전압 154kV, 주파수 60Hz, 작용 정전용량 0.01μF/km, 길이 100km인 선로의 충전 무효전력은 Qc = 2π×60×(0.01×10⁻⁶)×(154×10³)²×100 ≈ 8940kVA다. 발전기 단락비 1.1, 포화율 0.1일 때 자기 여자를 일으키지 않는 최소 용량은 P = 8940×(1+0.1)/1.1 = 8940kVA가 된다. (1+포화율)과 단락비가 같으면 답이 충전용량 그대로 나온다는 출제 포인트가 있다.
회로 선택 예로는 '장거리 송전선로의 특성을 정확히 다루는 회로'를 묻는 문제가 있다. 집중정수회로는 짧은 선로용 근사이고, 특성임피던스는 회로 이름이 아니라 파라미터이므로 정답은 분포정수회로다.
지중전선로인 전력케이블의 고장을 검출하는 방법으로 머리(Murray)루프법이 있다. 이 방법을 사용하되 교류전원, 수화기를 접속시켜 찾을 수 있는 고장은?
정답 ④ · 머리(Murray) 루프법은 전력 케이블의 1선 지락 고장 위치를 찾는 데 주로 사용되는 브리지 회로 방식입니다. 다만, 문제에서 교류 전원과 수화기(전화기)를 사용한다고 명시되어 있는데, 이는 일반적인 저항 브리지 방식인 머리 루프법의 특성과는 거리가 있으나, 수험생의 답안 선택과 기출 문제의 맥락을 고려하여 제시된 정답을 검증합니다.
머리 루프법에 교류전원+수화기를 쓰면 소리로 단선 고장점을 찾는다(직류+검류계는 지락).
3상1회선과 대지간의 단위길이당 충전전류가 0.25A/km일 때 길이가 18km인 선로의 충전전류는 몇 A 인가?
정답 ② · 문제는 단위길이당 충전전류와 선로 길이가 주어졌을 때 전체 충전전류를 계산하는 단순 곱셈 문제이다. 단위값 0.25 A/km에 길이 18 km를 곱하면 0.25 × 18 = 4.5 A가 된다.
충전전류 = 단위길이당 충전전류 × 선로길이, 즉 0.25A/km × 18km = 4.5A이다.
가공 전선로의 전선 진동을 방지하기 위한 방법으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 가공 전선로의 진동 방지를 위해서는 진동 에너지를 흡수하는 댐퍼 설치, 클램프의 무게를 가볍게 하는 방법 등이 사용됩니다. 경동선을 ACSR(강심 알루미늄 교연선)으로 교체하는 것은 선로의 인장 강도나 허용 전류를 높이기 위한 목적이지, 진동 방지를 위한 대책으로는 거리가 멉니다.
전선 진동 방지는 댐퍼 설치·클램프 경량화 등 에너지 흡수 대책이고, ACSR 교체는 인장강도 향상이 목적이다.
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