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최신 배전 시스템 공학

제8장 배전운용2011-11-102011 11 10

대한전기학회

88장장 배전배전 운용운용88장장 배전배전 운용운용

배전자동화설계 제8장 - 배전운용[1/30]

8 18 1 배전계통의배전계통의 운용현황운용현황 및및 운용지표운용지표

8.1.1 배전계통의 구성

8.1 8.1 배전계통의배전계통의 운용현황운용현황 및및 운용지표운용지표

배전계통154kV를 22 9kV로 변환하는 배전용변전소~고객에 이르는 구간154kV를 22.9kV로 변환하는 배전용변전소 고객에 이르는 구간고압배전계통 / 저압배전계통으로 나눌 수 있음

고압배전계통 저압배전계통

22.9kV, 3상 4선식 주상변압기 이후의 전력계통

고압 배전선로 전주 보호협 주상변압기 2차측에서 저압고압 배전선로, 전주, 보호협조기기, 주상변압기, 선로 전압조정장치 등으로 구성

주상변압기 2차측에서 저압배전선로와 인입선으로 구성

(지상) 가공 배전선로 전등용(220V 단상) /(지상) 가공 배전선로(지하) 지중 배전선로

- 전등용(220V 단상) / - 동력용(380V 삼상) 으로 나눌 수 있음


배전자동화설계 제8장 - 배전운용[3/]

8 1 28 1 2 배전계통의배전계통의 운용운용 지표지표 (1)(1)

고품질, 고신뢰도의 전력공급 + 경제적, 효율적인 배전계통 운용을위해서는? 합리적인 기술 투자가 필요!!

8.1.2 8.1.2 배전계통의배전계통의 운용운용 지표지표 (1)(1)

위해서는? 합리적인 기술 투자가 필요!!

기술개발과 투자에 대한 평가 항목 (9가지)

1-7항목: 기존 항목8-9항목: 새롭게 정의

된 항목기 개 과 투자에 대 평가 항목 가지

번호 항목 내용 관련 기술

1 호당 정전시간 • 고객에게 가장 민감한 영향을 미치는 지표• 전력회사의 경영평가 항목 중 하나

• 배전자동화 시스템• 무 정전 공법• 전력회사의 경영평가 항목 중 하나

(고려항목) 총 고객수, 고압 연장, 순간 고장, 저압 고장, 조류 사고, 변압기 소손율, 불량률 등

• 무 정전 공법• 배전선로 보호기기 운용• 배전설비 진단 기술 등

2 규정전압 유지율 • 표본 고객을 선정 규정전압 유지상태를 24시간 동안 30분 평균 전압을 측정 후 적정 여

• 효율적인 전압 관리기법• 고압선로 전압조정장치시간 동안 30분 평균 전압을 측정 후, 적정 여

부를 백분율로 나타낸 값• 전력회사의 경영평가 항목

• 고압선로 전압조정장치• 전력용 콘덴서의 최적 배치 등

3 배전 손실률 • 총 고압연장에 대한 하계 피크 시의 전력손실을 산정한 지표

• 대용량 배전설비저 손실형 주상변압기을 산정한 지표

• 경제성과 밀접! (선로 전압, 역률, 부하 균형에의존)

• 저 손실형 주상변압기• 배전계통 최적구성 및 운용 기술


8 1 28 1 2 배전계통의배전계통의 운용운용 지표지표 (2)(2)

기술개발과 투자에 대한 평가 항목 (계속, 9가지)

8.1.2 8.1.2 배전계통의배전계통의 운용운용 지표지표 (2)(2)

번호 항목 내용 관련 기술

4 절연화율 • 고압 배전선의 절연화율• 자연적인 요소에 의한 순간 사고와 작업원과

공중의 안전사고와 밀접

• 가공 절연 전선의 성능 향상 및 접속자재 개선 등

공중의 안전사고와 밀접

5 지중화율 • 가공배전선로에 대한 고압선로의 지중화율• 도심지의 환경보호와 미관향상에 기여, 하지

만 경제성과 운용, 관리 면에서 문제가 많음

• 지중케이블의 유지, 보수, 신뢰성 확보기술, 다회로 차단기의 개발 등

6 부하율 • 부하곡선상에서 평균부하와 피크부하의 백분율

• 일 부하율과 연 부하율의 형태로 자주 사용되는 지표

• 신 에너지전원의 도입 및부하관리 기법 등

7 설비이용률 • 설비의 정격용량에 대한 최대 사용 실적치• 설비의 확충이나 신설공사 등에서 판단지표로활용

• 배전계통의 최적 구성과운용• 부하관리 기법 등

8 순시 전력품질 • 정밀 제어기기나 정보통신기기에 영향을 미치 • 고조파 대책기기8 순시 전력품질유지율

• 정밀 제어기기나 정보통신기기에 영향을 미치는 전력품질 유지율

• 고조파 대책기기• 순간 전압저하 방지기기등

9 고객 요구도 • 멀티메뉴서비스(전기품질에 따른 전기요금의요구 정전정보 이외의 각종 생활 지표등)에 대

• 정보 네트워크의 구축배전업무의 전산화


요구, 정전정보 이외의 각종 생활 지표등)에 대한 고객의 요구도

• 배전업무의 전산화• 차세대 배전계통 등

8 1 38 1 3 배전계통의배전계통의 운용운용 현황현황 (1)(1)

배전설비는 광범위한 지역에 산재해 있으며 외부에 노출되어 있어완벽한 설비 관리가 어려움

8.1.3 8.1.3 배전계통의배전계통의 운용운용 현황현황 (1)(1)

완벽한 설비 관리가 어려움외적 요인(풍우, 뇌격등)에 의한 고장 발생이 필연적현재 약 1800만 호수(2007년 기준, 한전자료) 재 약 수 기 자그림 8-3과 같이 수 많은 고객과 인접한 설비이므로, 설비운용이 매우중요함

15000

20000고객호수(천호)

0

5000

10000

1961년1970년1980년1990년2000년2004년

고객호수(천호) 797 2025 5484 9315 14975 17061

0

그림 8-3 고객 호수의 현황



1) 전기품질


호당 평균 정전시간, 규정전압 유지율로 나타냄세계 각국별 정전시간 비교 (그림 8-4)

우리나라 약 19분 -일본에는 미치지 못함우리나라 약 분 일본에는 미치지 못함미국, 유럽의 경우 약 40~80분

세계 각국별 규정전압 유지율우리나라 약 99 87% (선진국에 가까워지고 있음)우리나라 – 약 99.87% (선진국에 가까워지고 있음)일본, 미국 – 99.99% 호당 정전시간 및 정전횟수

800 3 5

200

400

600

800

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0

200

0

0.5

1

정전시간(호당) 663 295 22 18.9

정전횟수(호당) 3 14 2 67 0 5 0 39

1980년 1990년 2000년 2004년

그림 8-4 호당 평균정전시간 현황


정전횟수(호당) 3.14 2.67 0.5 0.39그림 8-4 호당 평균정전시간 현황


2) 배전 손실


배전전압의 승압, 자재 및 설계방법의 개선, 선로 운용의 합리화를 통해전체 손실률은 감소하고 있음2007년 현재 약 2.3%를 유지 (한전자료)- 선진국 수준

그림 8-5 배전설비 손실률 현황



3) 배전설비 사고원인


사고율은 배전설비 운용에 있어서 가장 중요한 요소


사고율을 감소시키기 위해,60년대 후반~70년대: 부식 목주의 콘크리트 전주 전면 교체78년~ : 7 2kV용 내염 애자 개발 및 보급78년~ : 7.2kV용 내염 애자 개발 및 보급80년대: 특고압 선로용 Line Post 애자 국산개발79년~ : Al 배전선 접속 금구류 시공법 개선, 조류사고 방지용 Line H 설치Hose 설치77년: 고압 절연전선 개발 사용78년: 특고 절연전선 개발 및 22.9kV 선로에 사용

위의 노력들을 통하여 사고율은 대폭적으로 감소되는 추세를 보임



각 저압배전방식 비교 – 現 단상2선식과 3상4선식 사용 중



[[참고참고]] 배전설비의배전설비의 범위범위[[참고참고] ] 배전설비의배전설비의 범위범위

기간 송전선기간 송전선 소수력 발전소화력、수력、원자력화력、수력、원자력기간 송전선

345kV～765kV

기간 송전선

345kV～765kV 송전선345kV송전선345kV

송전선154kV송전선154kV

１차 변전소발전소발전소

２차 변전소

송전선154kV송전선154kV

22.9kV

고압배전선

22.9kV

고압배전선

22.9kV

고압배전선배전용변전소

저압배전선저압배전선주상변압기

220/380V220/380V

저압 수용가저압 수용가 고압 수용가고압 수용가 특고 수용가특고 수용가


저압 수용가저압 수용가 고압 수용가고압 수용가 특 수용가특 수용가

[[참고참고]] 배전설비의배전설비의 구성요소구성요소[[참고참고] ] 배전설비의배전설비의 구성요소구성요소

①전주주

④고압선 ⑤저압선③변압기②개폐기

데이터 항목설비 데이터 항목설비

＜ 배전설비데이터항목 （예）＞

전주 № 피더 № 용량 메이커 제 년월 등③ 변압기

전주 №, 피더 №, 용량, 메이커, 제조 년월 등② 개폐기

전주 №, 재질, 길이, 건주 년월, 소유자 등① 전주

데이터 항목설비

전주 № 피더 № 용량 메이커 제 년월 등③ 변압기

전주 №, 피더 №, 용량, 메이커, 제조 년월 등② 개폐기

전주 №, 재질, 길이, 건주 년월, 소유자 등① 전주

데이터 항목설비

전주 №, 피더 №, 용량, 메이커, 제조 년월 등③ 변압기

전주 №, 길이, 전기방식 등⑤ 저압선

전주 №, 피더 №, 길이, 전기방식 등④ 고압선

전주 №, 피더 №, 용량, 메이커, 제조 년월 등③ 변압기

전주 №, 길이, 전기방식 등⑤ 저압선

전주 №, 피더 №, 길이, 전기방식 등④ 고압선


8 28 2 배전계통의배전계통의 모델링모델링 및및 전압강하계산전압강하계산 (1)(1)

8.2.1 고압 배전선의 부하상정

8.2 8.2 배전계통의배전계통의 모델링모델링 및및 전압강하계산전압강하계산 (1)(1)

주요 포인트?구간: 배전선을 주요 포인트로 분할한 배전선

주요 포인트?-전선 선종 변경점-분기 선로 접속점-전압조정기 설치지점

그림 8-7 고압배전선의 구간 부하 상정 개념도

고압과 저압의 최대부하의 전류 추정 값을 구간단위로 합하여 구간 부하를 산정각 구간 부하의 총합(추정 값): isum, 송출전류(계측 값): Iss를 일치시키기각 구간 부하의 총합(추정 값) sum, 송출전류(계측 값) ss를 일치시키기위해 다음 식 (8.1) 사용

sum

SSnn i

IiI ×= )()( (8.1)I(n):구간의 최종전류, i(n):n구간의 추정전류Iss: 송출전류isum: 각 구간의 추정전류의 총합


isum: 각 구간의 추정전류의 총합

8 28 2 배전계통의배전계통의 모델링모델링 및및 전압강하계산전압강하계산 (2)(2)8.2 8.2 배전계통의배전계통의 모델링모델링 및및 전압강하계산전압강하계산 (2) (2)

SSnn i

IiI ×= )()( (8.1)

식 (8.1)의 I(n)을 이용하여 각 구간의 유입 및 유출 전류를 산출구간 부하를 정확하게 산정하는 것이 요건! (그림 8-8 참고)

sumnn i)()( (8.1)

구간 부하를 정확하게 산정하는 것이 요건! (그림 8 8 참고)

그림 8 8 구간부하 산정 개념도


그림 8-8 구간부하 산정 개념도

8 2 28 2 2 고압배전선의고압배전선의 전압강하전압강하 계산식계산식 (1)(1)8.2.2 8.2.2 고압배전선의고압배전선의 전압강하전압강하 계산식계산식 (1)(1)

그림 8-9 전압강하 벡터도

E : 송출단 상전압 E : 수전단 상전압 r: 선로저항 x: 선로 리액턴스

(8.2)

Es : 송출단 상전압, Er : 수전단 상전압, r: 선로저항, x: 선로 리액턴스식 (8.2)에서 2항은 1항에 비해 매우 작으므로 무시 가능!

따라서, 로 정리 가능Es ≒ Es’ (제1항)＝ Er ＋ I（ r・cosθ＋ x・sinθ）＝ Er + I・z

∴ ΔE ≒ Es－ Er ＝ I・zΔV ≒ k・ I・ z (8.3)


≒ ( )

8 2 28 2 2 고압배전선의고압배전선의 전압강하전압강하 계산식계산식 (2)(2)

일반적인 전압강하 식

8.2.2 8.2.2 고압배전선의고압배전선의 전압강하전압강하 계산식계산식 (2)(2)

식 (8.3)을 바탕으로 부하분포의 정도를 향상하기 위해, (평등 부하분포) + (말단 부하분포)를 동시에 고려 (그림 8-10)


그림 8-10 부하분포를 고려한 전압강하 계산식


구간의 유출전류와 유입전류도 고려 (그림 8-11)


그림 8 10과 그림 8 11을 통해

그림 8-11 n 구간의 전류 분포

그림 8-10과 그림 8-11을 통해,일반적인 전압강하 계산식 계산 가능 (식 8.4)

⎫⎧ ++ IIII

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

×+

+×+

×= )()()(

)()()(

)( nnRqnSq

nnRpnSp

n xII

rII

kV22

∆ (8.4)

• 역률은 송출단에서 말단까지 동일하다고 가정역률은 송출단에서 말단까지 동일하다고 가정• Vss: 변전소의 송출 선간전압• Iss: 송출전류 (계측값)• ISp(n): n 구간의 유입 유효전류, IRp(n): n 구간의 유출 유효전류• ISq(n): n 구간의 유입 무효전류, IRq(n): n 구간의 유출 무효전류


ISq(n): n 구간의 유입 무효전류, IRq(n): n 구간의 유출 무효전류


식 (8.4)에 따라 배전용변전소에서 말단 고객까지의 고압배전선의 전압강하를 구하면 그림 8 12와 같음


강하를 구하면, 그림 8-12와 같음

그림 8 12 고압배전선의 전압강하 개념도


그림 8-12 고압배전선의 전압강하 개념도

8.2.3 8.2.3 예제예제 -- 고압고압 배전선로배전선로 전압강하전압강하 계산계산 (1)(1)


8 38 3 배전계통의배전계통의 전압관리전압관리8.3 8.3 배전계통의배전계통의 전압관리전압관리

전력회사는 배전 설계기준과 배전 전압관리 업무지침에서 전압관리에 대한 관련 사항을 규정하고 있음

본 지침에서는,

1 준 전압의 유지기준을 준수(1) 표준 전압의 유지기준을 준수(2) 배전선로에서 발생하는 전압강하를 효율적으로 관리함으로써

(3) 고객에게 ‘고품질의 전력을 공급’ 하는데 목적이 있고(4) 고객에게 전압을 적정수준으로 공급하고자 함


[[참고참고]] 전압관리의전압관리의 기본기본 개념개념[[참고참고] ] 전압관리의전압관리의 기본기본 개념개념


8.3.1 8.3.1 전압관리전압관리 요소요소 (1)(1)

배전계통의 전압분포 결정 요소배전용변전소의 송출전압과 고압선로의 전압조정장치(SVR PVR 콘덴서 등)배전용변전소의 송출전압과 고압선로의 전압조정장치(SVR, PVR, 콘덴서 등)주상변압기의 탭고, 저압선로의 전압강하고압선로의 구성(긍장 및 용량)고객의 부하 특성(공장, 주택, 상업, 농촌부하 등)


그림 8-14 배전계통의 전압조정 개념도

8 3 18 3 1 전압관리전압관리 요소요소 (2)(2)

(1) 배전용 변전소의 송출전압 조정

8.3.1 8.3.1 전압관리전압관리 요소요소 (2)(2)

고객 전압에 가장 큰 영향을 끼치는 요인임조정방식

프로그램 방식램 방식– 시간대 별로 타임스위치의 지정에 의해 송출전압을 단계적으로 조

정하는 것– 간단하게 여러 송출 전압을 얻을 수 있지만, 부하변동의 폭이 큰 경간단하게 여러 송출 전압을 얻을 수 있지만, 부하변동의 폭이 큰 경

우 적절한 전압 강하의 보상이 어렵게 되는 단점이 있음

LDC(Line Drop Compensator)방식– 미리 정해진 전압조정 요소(등가 임피던스와 부하중심점 전압)에– 미리 정해진 전압조정 요소(등가 임피던스와 부하중심점 전압)에

의해 시간에 따라 변화하는 부하전류의 크기에 따라 고압선로의 전압강하를 보상

– 급격한 부하변동에도 유연하게 대응 가능 (장점)급격한 부하변동에도 유연하게 대응 가능 (장점)– 유사한 부하변동 특성을 가진 고압선로들로 구성된 뱅크(Bank)에

만 효과가 크다는 한계성 지님 (단점)

우리나라 : OLTC(ON Load Tap Changer)자동 운전 LDC방식 채택!!

배전자동화설계 제8장 - 배전운용

우리나라 : OLTC(ON Load Tap Changer)자동 운전, LDC방식 채택!!

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8 3 18 3 1 전압관리전압관리 요소요소 (3)(3)

(2) 주상변압기의 탭 선정고객 전압에 영향을 미치는 요소 중 하나

8.3.1 8.3.1 전압관리전압관리 요소요소 (3)(3)

고객 전압에 영향을 미치는 요소 중 하나보통은 피크부하(하계)시의 전압강하 5% 지점을 계산하여 결정하고 있지만, 한번 정해지면 정정이 어려우므로 장기간에 걸쳐 운용함

(3) 선로전압조정장치(SVR)의 운용장거리(전압강하 5% 초과) 고압 배전선로나 부하변동이 심한 고압 배전장거리(전압강하 5% 초과) 고압 배전선로나 부하변동이 심한 고압 배전선로, 주상변압기의 무 탭 운용 고압선로 등에서 필수적선로구성(부하특성), 부하시간대(피크/미들/오프피크)를 고려한 SVR의설치 위치 및 최적 운용 알고리즘이 필요설치 위치 및 최적 운용 알고리즘이 필요

(4) 저압선로의 전압강하 배분주상변압기 내부 전압강하와 저압선 전압강하, 인입선 전압강하로 구성각각은 피크치를 기준으로 2%, 6%, 2%의 전압강하 한도로 규정되어 있으나, 이는 선로구성 변화요소를 포함하도록 검토하여 운영하는 것이


중요

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8 3 28 3 2 배전용변전소의배전용변전소의 송출전압송출전압 조정조정 (1)(1)

(1) 송출전압 조정방식경부하시에는 송출전압을 내리고 부하의 변화에 관계없이 항상 수용가의

8.3.2 8.3.2 배전용변전소의배전용변전소의 송출전압송출전압 조정조정 (1)(1)

경부하시에는 송출전압을 내리고, 부하의 변화에 관계없이 항상 수용가의전압을 규정치 이내로 유지할 수 있도록 송출전압을 조정 필요!

배전선의 송출전압의 정방법 (3가지)배전선의 송출전압의 조정방법 (3가지)부하전류에 응동하여 조정하는 LDC 조정방식

부하 증감에 따라 선로에 대한 전압강하를 보상하여 송출전압을 조정우리나라 전력회사에서 대부분 선택(단점) 가능한 한 부하특성이 유사한 선로로 구성된 뱅크에만 적용 가능

시간에 의하여 정해진 송출전압을 조정하는 프로그램방식타임 스케쥴 방식이상적인 송출전압 곡선을 수 개의 구간으로 구분 시간대별로 전압 조정(단점) 부하전류의 변동 폭이 커서 송출전압만으로 보상 못하는 경우엔 적응성이 떨어짐

이 둘을 병용한 LDC + 프로그램 병용 조정방식 등이 있음부하형태에 따라 가장 많은 수용가를 규정치 이내로 유지할 수 있는 조정방식을선택할 필 가 있음


선택할 필요가 있음

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(2) 전압조정의 기본식


송출전압 조정의 기본은 ‘선로 전압강하를 보상함으로써, 전압강하가 부하(통과전류)에 비례하여 발생’ 한다는 가정임하(통과전류)에 비례하여 발생 한다 가정임따라서, 항상 고압선 부하율과 희망 송출전압을 관련시켜서 생각할 필요가 있음규정치(220±13V)를 초과하지 않는 변전소의 송출상 전압 Es와 부하율규정치(220±13V)를 초과하지 않는 변전소의 송출상 전압 Es와 부하율의 관계는 다음의 두 식으로 표현됨 다음 두 식의 범위로 유지 필요!



(3) 송출전압 조정영역도의 작성법


가) 저압선 전압강하 배분이 일정한 경우송출전압 조정 영역도는 앞서 본 식 (8.5), (8.6)을 기준으로 작성 가능(그림 8-18 참고) fH가 0%인 경우의 송출전압 상한치와 하한치의 종점 P1, P2와 fH가 100%의 송출전압 상한치와 하한치의 종점 Q1, Q2를 알 수 있다면 쉽게 그래프를 그릴 수 있음또한 부하율 100[%]와 0[%]의 송출전압의 차가 전압 일정점까지의전압강하가 됨

그림 8-18 송출전압 영역도



나) 저압선 전압강하 배분이 변하는 경우고압선 경부하 시에는 저압선의 전압강하도 감소한다는 것을 예측


고압선 경부하 시에는 저압선의 전압강하도 감소한다는 것을 예측할 수 있음따라서 고압선 부하율 fH 에 비례하여 Vd와 Ve가 변화된다고 생각하면 식 다 과 같이 변형 가면 식 (8.5), (8.6)을 다음과 같이 변형 가능

HiHHdTi

S fVVfVVE ×+−×+×≤ )()()(1233 ∆ (8.11)HiHHdS ff − )()( 1230

HiHHeTi

S fVVfVVE ×++×+×≥ )()()(∆207

230

( )

(8.12)

이 경우 전압 조정영역은 전기의 계산과 마찬가지로 고압선 부하율fH 의 값을 구하여 직선으로 연결한 범위가 됨


QuestionsQuestionsQuestionsQuestions


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