발송배전 및 건축전기 기술사 문제 | 송전 및 배전에서의 HVDC 역할

전기전공자가 취득할 수 있는 자격증으로는 발송배전 및 건축전기기술사 등이 있습니다.

여러 기술사 문제 중에서 HVDC(직류송전)에 대해서 살펴보겠습니다.

93회 3교시 4번 기출문제로 송전 및 배전에서의 HVDC 역할에 대해 알아보겠습니다.

 

 

송전 및 배전에서의 HVDC 역할

 

#문제

기존 전력계통에 분산형 전원의 연계에 따른 직류송전(HVDC)의 요구가 증가되고 있는바 송전과 배전에서의 HVDC 역할을 설명하시오.

 

#풀이

 

1. 개요

 

직류 송전방식이란 발전소에서 생산된 교류 전력을 대용량 정류기를 이용하여 직류전력으로 변환하여 송전한 후 수전점에서 이를 교류로 재변환하여 부하 측에 공급하는 방식을 말합니다.

 

2. 구성도 및 구성설비

 

1) 구성도

 

HVDC 구성도

 

2) 구성설비

(1) 변환장치(컨버터/인버터)

① Thyristor 변환장치의 핵심이 되는 요소

② AC를 DC로(컨버터), DC를 AC로(인버터) 변환하는 장치

③ 여러 개의 Thyristor 소자를 병렬로 접속한 Module 형태

④ Thyristor Valve와 Tap 부 변환용 변압기로 구성

⑤ 변환기는 6-Pulse 또는 12-Pulse가 있음, 보통 밸브의 역내전압과 변압기 이용률이 높은 3상 브리지 정류 방식 사용

⑥ 변환기 쪽의 변압기는 비접지하고 DC는 자체 접지를 이용

 

(2) 변환기용 변압기 : ① 3상·옥외형, ② 역 변환기(정전압제어)

(3) 제어 및 보호 : ① 순변환기(정전류제어), ② 역변환기(정전압 제어)

(4) 직류 차단기 : 전류 영점 발생장치 및 산화아연 저항으로 구성

(5) 고조파 Filter : 변환기에서 발생하는 고조파를 흡수

(6) 직류 Cable : 유침지 Solid OF, GF, Pipe Cable 등

(7) 철탑 : 교류 송전 철탑에 비해 크기와 높이가 2/3 정도

(8) 접지전극

① DC 계통의 중성선으로 주로 대지나 해수를 이용

② 대지저항이 높으면 전극이 필요하고 전극은 변환소에 가까이 설치

(9) 직류 피뢰기

① 뇌, 개폐 써지시 기기를 보호

② 고성능 산화아연(ZnO) 피뢰기가 사용됨

(10) 직류 리액터

① 직류 전류의 맥동을 감쇄시킴

② 경부하시의 직류 전류를 단속

③ 송전계통 사고 시의 전압 상승을 억제

④ 직류계통 사고 시 고조파 억제기능

⑤ 포화를 방지하기 위해 보통 공심리액터 사용

 

3. 송전과 배전에서의 HVDC 역할

 

 

 

1) 송전

(1) 장거리 대전력 수송

전통적으로 컨버터 스테이션 코스트를 상쇄하기 위하여 보다 단순한 선로의 설계를 채택하여 고유의 비용을 절감시킵니다.(약 600km 기준)

 

(2) 해저 케이블 시스템에서의 전력수송

DC는 계속적인 충전전류를 필요로 하지 않기 때문에 DC 케이블 연결에서는 거리의 제한이 없습니다.

 

(3) 네트워크의 비동기 연계

동기 연계 시에 문제가 될 수 있는 과도안정도 또는 정태 주파수 제어와 같은 다른 고려사항에 대한 배려 없이 연계의 전력 레벨을 직접 선택할 수 있습니다.

HVDC는 서로 상이한 신뢰성 및 성능 표준을 가진 지역을 연계하는 데 사용할 수 있습니다.

 

(4) 명확한 계약상의 패스 제공

DC인 경우 전력의 흐름을 직접 제어할 수 있습니다.

그러므로 병렬 또는 아래에 가설된 AC 시스템에 정태 충격 없이 계약상의 패스를 비교적 쉽게 획득할 수 있습니다.

제어의 속도와 DC 송전의 유연성은 흔히 시스템 성능을 향상하는 데 사용되며, 이와 같이 AC 연계와 비교해서 보다 좋은 성능을 제공해 줍니다.

 

(5) 주어진 송전선용 부지에서 전력밀도 증가

주어진 송전선용 부지에서 AC 선로를 DC 선로로 전환, DC 선로를 위에 추가로 가설 또는 AC 선로를 DC 선로로 교체함으로써 전력의 흐름을 증가시키는 것이 가능합니다.

 

2) 배전

 

HVDC 배전계통

 

직류배전시스템은 현재 IDC(정보통신시설 사업자가 운영하는 집적정보통신시설)를 중심으로 직류 전원공급시스템 도입을 통해 AC-DC 간 에너지 전환과정 및 전력손실을 줄이기 위한 노력이 진행되고 있습니다.

 

그러나 이러한 노력은 IDC에 국한되지 않고 상업부문, 산업시설, 가정부문으로까지 꾸준히 확대될 전망입니다.

일반 생활 영역까지 직류배전시스템이 확산되는 주요 원인으로는 정보화의 확산으로 인해 직류전원을 필요로 하는 디지털 기기의 대폭 확대, 태양광, 연료전지 등 직류 기반의 분산전원 보급의 활성화, 전기자동차 보급에 따른 대용량 전력저장 장치의 확산, LED와 같은 직류 기반의 저전력 생활기기 확산 등을 들 수 있습니다.

 

직류배전시스템의 효용을 효과적으로 활용하기 위해서는 우선 직류배전시스템을 도입하는 과정에서 적정 전압과 설비에 대한 안정 기준 및 표준화를 추진할 필요가 있습니다.

 

2024.11.19 - [전기/자격증] - 발송배전 및 건축전기 기술사 문제 | 발전소 및 변전소 전압 유지

발송배전 및 건축전기 기술사 문제 | 발전소 및 변전소 전압 유지