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Chapter I. 전력계통(Power System)의 개요

1장. 전력 계통 (Power System) 정의

- 전력을 경제적으로 생산하고 안정하게 운용하는 시스템

전력 계통 공학 (Power System Engineering)

- 전력시스템의 효율적인 운영에 관련된 기술적인 내용

- 계통요소 (발전기, 송배전선로, 부하)가 전력시스템의 주요 변수인 전압, 전류,

주파수, 전력에 미치는 영향 해석.

주요 관심사항

- 전력의 품질 : 주파수(60 ± 0.2Hz)와 전압( ± 5%)

- 경제성

특징

- 대규모

지구상에서 가장 거대한 시스템, 전세계에 걸쳐 존재함,

국가의 기간 산업.

- 비저장성

저장이 불가능하여 생산과 동시에 소비하여야 함.

- 안정적 공급이 필요

전력의 중단은 거대한 사회적 손실을 초래.

전압과 주파수가 일정하게 유지되는 고품질 공급이 필요.

- 전체적(주파수)이면서 국지적(전압)

구분

발전(Generation), 송전(Transmission), 배전(Distribution)

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전력 시스템의 개념도

- 발전 3 상 교류 전압: 6.6~24 [kV]

- 장거리 송전 승압: 154, 345, 765 [kV]

- 배전전압: 22.9 [kV]

역사

1887 에디슨 전구 발명

1880년대 에디스 최초 발전회사 설립(직류)

웨스팅하우스 발전회사 설립(교류)

1897 경복궁내 750개 전등 설치

1898 미국 한성전기회사 설립

1948 남쪽에 전력 공급 중단

대부분의 수력발전이 북쪽에 편중

남한에는 영월과 당인리발전소 정도

1961년 한국전력주식회사 창립

기존3사 통합(조선전업, 경성전기, 남선전기)

1978년 석유파동으로 원자력1호기 준공

1982년 한전 공기업화

2001년 발전부분을 6개의 자회사로 분리 및 전력거래소 설립

(수력원자력, 남동발전, 중부발전, 서부발전, 남부발전, 동서발전)

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직교논쟁 (DC versus AC)

(교류) (직류)

교 류 직 류

→ 자유로운 승압/강압

사용하기 편리한 값으로 바꾸기 용이

→ 고효율의 회전 자계

구조가 간단하고 효율이 높은

회전자계가 쉽게 얻어짐

→ 발생 전력이 교류

→ 낮은 절연 계급:교류 전압의 최고값

보다 1/ √2 만큼 전압이 낮아 절연

비용 감 소

→ 역률이 항상 1 이므로 높은 송전 효율

→ 전압 안정도 문제 극복

직류송전 분야

- 장거리 대전력 전송 : 가공선로 500Km 이상 일 때 교류보다 유리

- 해저 케이블 전송 : 30Km 이상 일 때 교류보다 유리 (제주-해남간 설치)

- 계통간의 비동기 연계 : 캐나다-미국, 일본.

- 주파수 변환 : 일본 (50Hz-60Hz)

국내 전력생산 설비용량

- 2005년 현재 설비용량: 약 60 [GW], 원자력: 화력:수력=3:4:1

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2장. 발전계통 (Generation System)

화력발전 ( Fossil-Fuel Power Plant)

보령화력 발전소

삼천포 화력발전소 발전 계통도

석탄 발전소

석탄은 국내에서 일부 생산되나 품질이 좋지 않아 대부분 가정용으로 쓰이며

연료용은 수입에 의존.

장 점 단 점

→ 저렴한 연료비 → 원료수송에 따른 입지선정

→ 공해 유발

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유류 발전소

장 점 단 점

→ 석유 파동 이전의 주요 전력원.

→ 보일러 연소 장치 구조가 간단

→원유 가격의 상승에 따른

경제적 부담 초래

→ 공해 유발

가스 발전소

장 점 단 점

→ 발전소 건설 비용이 적음

→ 발전기 기동 시간이 짧음

→ 공해가 적음

→ 연료 비용 고가

원자력발전소 (Nuclear Power Plant)

핵분열 현상에 의해서 얻어지는 에너지를 이용

고리 원자력 발전소

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장 점 단 점

→ 연료비용이 적게 듬

→ 화석 연료 자원의 고갈에 대처할 수

있는 방안

→ 공해의 배출이 적음

→ 유가 상승의 영향을 받지 않음

→핵반응에 의해 출력이 결정

되므로 출력의 변화가 힘듬

→ 안전관리에 특별한 주의요망

수력발전 (Hydro Power Plant)

화천 수력 발전소

장 점 단 점

→ 연료 비용이 들지 않음.

→ 출력의 변동이 쉬움.

→ 자연적 입지 선정

→ 국내에서는 수량의 부족으로 이용

가능한 발전 시간이 적음.

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기타 발전 설비

- 양수발전(Pumped Storage Power Plant)

수력발전의 일종으로 심야전력을 이용하여 위치가 낮은 하부저수지의 물을

위치가 높은 상부저수지로 끌어 올려 저장하였다가 전력 수요가 많은 시간에

저장된 물을 하부저수지로 낙하시켜 발전

- 열병합발전 (Cogeneration Power Plant)

동일한 연료를 사용하여 열과 전기를 동시에 생산

전기를 발생시키고 나온 열을 생산공정이나 난방 열원으로 사용

발전 설비별 생산전력 구성

수력 → 값이 싸나 용량이 적어 첨두 부하 담당

가스 → 기동 및 출력 조절이 용이하여 전력수급 조절용으로 이용

유류 → 발전 단가 저렴

→ 중간 부하 담당

석탄

원자력

→ 발전 단가 저렴

→ 기저 부하 담당

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3장. 송배전계통 (Transmission and Distribution Systems)

정의

- 발전 설비에서 생산된 전력을 직접 소비하는 수용가까지 유통 배분하는 설비

- 송전선, 배전선, 변전소 및 이들과 밀접한 관계를 갖는 각종 보호 장치, 제어

장치, 조정 장치(차단기, 피뢰기, 보호 계전 시스템, 전압 조정용 콘덴서)

송전계통

- 발전소의 전력을 수용의 중심지에 보내는 역할

- 대전력, 고전압, 장거리의 일관 수송

- 송전선에서 배전용 변전소까지 포함

고전압 송전

- 송전 저항 R, 송전선의 전류 I, 부하의 전력(P) = VI

송전 손실 = I²R

같은 부하 전력에 대하여 송전전압이 증가하면 전류 감소로 송전 손실 감소

- 송전 전압을 높일 경우

대용량 송전, 손실 감소

- 경제성 분석 필요

각종 기기(애자, 지지물, 변압기나 차단기 등) 가격 증가

기타 환경비용, 운전 유지비는 전압에 따라 증가

송전선로의 표준 전압

- 154KV

과거의 기간 송전계통

60년대 초반 방사형에서, 60년대 후반 환상(Loop)계통으로 확장

- 345KV

현재 우리나라의 기간 송전 계통

각 선로가 2회선으로 구성

네트웍(Network)구조

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- 765KV

차세대 송전 계통

향후 우리나라의 중추 송전 계통

변전소 (Substation)의 역할

- 전압의 변성

- 전력의 집중과 분배

계통의 접속 변경

변전소의 모선(Bus)을 중심으로 한 송전과 배전

- 전압의 조정

전압조정장치(ULTC, Under Load Tap Changer) 및 조상설비

- 송배전선 및 변전소의 보호

사고의 확대 방지

변전소 (Substation)의 설비

- 주변압기

- 조상설비

- 모선 및 개폐설비

- 보호 계전기(Relay)

- 피뢰기

- 접지장치

- 배전반

전자계 최소화를 위한 345KV

송전선로의 역상배열

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4장. 전력계통 운영설비

정의

여러 가지 설비로 구성된 전력 계통을 가장 경제적으로 또한 안전하게 운전해서

양질의 전력을 필요한 수용가에게 배분하도록 하는 설비

Florida Power and Light

운영행태

- 수급운용

발전비용을 최소화하는 것을 목적으로 하며, 계통의 주파수를 유지하기 위해

발전기의 출력을 제어.

- 계통 운용 제어

송전 손실을 최소화하는 것을 목적으로 하며, 주로 계통의 전압을 유지하기

위해 송전선, 발전소, 변전소 등을 제어.

< 전력계통의 운용 목적과 제어 대상 >

목 적 제어 대상

운용형태

품질 경제성 대상 조정 및 조작

수급운용 주파수 발전비용 발전기 유효출력

병렬 및 해열

계통운용 전압 송전손실

발전소

송전선

변전소

운전, 정지 및 무효 출력

변압기의 사용과 정지

조상 설비의 투입과 개방

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중앙 급전 지령소

- 전력 계통에 포함되는 다수의 발전소, 송전선, 변전소 등을 그 목적 및 운전

조건에 맞추어서 종합적으로 운용

- 에너지 관리 시스템 (Energy Management System, EMS)

자동 주파수 제어, 경제 부하 배분, 원방 감시 및 제어의 온라인 시스템

한전 EMS 구성도

EMS 의 주요 기능

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전력계통도