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송전선로의 송전용량 결정 조건 및 계산법에 대해서 알아보겠습니다. 송전용량은 송전선로에서 경제적, 기술적 측면에서 공급 가능한 최대 전력을 의미합니다. 발전기나 변압기 용량처럼 고정된 정격 값이 아니라 다양한 조건에 따라 달라질 수 있습니다.
단거리 송전선로의 송전용량 결정 조건
1. 전선의 허용 전류
전선에 전류가 흐를 때 도체에서 발생하는 줄열(Joule Heat)로 인해 열이 방산되는 열량보다 많아지면 전선의 온도가 상승합니다. 이때 전선의 온도 상승은 송전용량에 영향을 미칩니다. 온도가 높아지면 전선의 강도는 약해지고 열화가 촉진되므로, 허용 전류를 초과하지 않도록 해야 합니다.
2. 전압강하
전류가 흐를 때 저항으로 인해 전압강하가 발생합니다. 단거리 송전선로에서는 전압강하가 송전손실에 중요한 요인으로 작용하며, 경동선 등에서 이를 고려해 효율을 유지해야 합니다.
장거리 송전선로의 송전용량 결정 조건
1. 송·수전단의 전압 상차각
송전선로에서 송·수전단의 전압 상차각이 적절해야 합니다. 상차각이 너무 크면 송전 효율이 떨어지고 전력계통의 안정도에 문제가 생길 수 있습니다. 일반적으로 상차각은 30°에서 40° 사이가 적당합니다.
2. 조상기 용량
조상기 용량은 적절히 유지되어야 하며, 송전 전력이 증가해 상차각이 커질 경우 조상기 용량도 커지게 됩니다. 과도한 조상기 용량은 비용 상승을 초래하므로, 경제적인 측면에서 조상기 용량은 수전 전력의 약 75%가 적당합니다.
3. 송전 효율
송전 효율은 90% 이상이 되어야 하며, 이를 초과하지 않도록 송전용량을 제한해야 합니다. 송전 효율은 다음과 같이 계산됩니다:
$
송전효율 = \frac{P_{수전}}{P_{송전}} \times 100(\%)
$
여기서 $P_{수전}$은 수전 전력, $P_{송전}$은 송전 전력을 의미합니다.
송전용량 계산법
1. 고유 부법 (SIL: Surge Impedance Loading)
고유 부법은 송전선로의 특성 임피던스($Z_0$)와 수전단 선간 전압($V_F$)을 이용해 송전용량을 계산하는 방법입니다.
$
SIL = \frac{V_F^2}{Z_0}
$
2. 송전용량 계수법
선로의 길이를 고려한 송전용량 계산법입니다. 송전거리($R$)와 송전용량 계수($k$)를 고려해 송전용량을 구합니다.
$
P = k \times R
$
여기서 $k$는 송전용량 계수로, 60kV일 때 600, 100kV일 때 800, 345kV일 때 1200의 값을 가집니다.
3. A-Still 실험식(경제적 송전 전압)
경제적인 송전 전압을 계산하는 A-Still의 실험식은 다음과 같습니다:
$
V = 5.51 \times \sqrt{D} + k
$
여기서 $D$는 송전거리($km$), $P_r$는 수전 전력($kV$)을 의미합니다.
결론
송전용량은 송전선로에서 공급 가능한 최대 전력을 의미하며, 전선의 허용 전류, 전압강하, 상차각, 조상기 용량, 송전 효율 등 다양한 요인을 고려해 결정됩니다. 이를 계산하기 위한 방법으로는 고유 부법, 송전용량 계수법, A-Still 실험식 등이 사용됩니다.
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