전력공학›배전반 및 제어기기

전압조정

Voltage Regulation

전압은 왜 변동하는가?
📉 부하가 늘면 전압이 떨어진다
①선로 저항·리액턴스를 통해 전류 흐름 → 전압강하 발생
②부하↑ → 전류↑ → 전압강하↑ → 수전단 전압↓
③허용 전압 범위: 정격의 ±10% 이내 유지 필요
50%

부하율에 따른 송전단~수전단 전압 분포 프로파일

전압조정 방법 3가지
① 탭 전환 (OLTC)
변압기 권수비 변경 → 2차 전압 조정
부하시 탭 전환기: 무정전 탭 조작 가능
② 무효전력 보상 (콘덴서·리액터)
Q 공급(SC) → 전압↑ / Q 흡수(SR) → 전압↓
연속·고속 제어: SVC, STATCOM
③ AVR (자동전압조정기)
발전기 여자전류 조정 → 단자전압 유지
응답속도: 수십ms — 발전기 전압 기준 유지
⚡ 충전전류와 충전용량
①충전전류: Ic = ωCwE = ωCw × V/√3 [A] (E: 상전압, V: 선간전압)
②충전용량: Y결선 Qc = ωCV² [var], Δ결선 Qc = 3ωCV² [var]
③장거리 선로: 충전전류↑ → 수전단 전압 상승(페란티) → 분로리액터 필요
④충전용량이 큰 케이블 선로에서는 전압 제어가 더욱 중요해진다
부하시 탭 전환기(OLTC) 동작
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부하시 탭절환기(OLTC) — 탭 위치에 따른 변압비 변화와 출력전압

🔧 OLTC 동작 원리
①탭을 올리면(+) 1차 권수 증가 → 권수비↑ → 2차 전압↓
②탭을 내리면(−) 1차 권수 감소 → 권수비↓ → 2차 전압↑
③부하 증가(전압↓) 시 → 탭 내림(−) → 2차 전압 회복
④OLTC: 부하 차단 없이 통전 중 탭 변환 가능
탭 전환 전압 조정
V₂ = V₁ × (N₂ / N₁) [V]
탭 1단 조정: 보통 ±2.5% (변압기 정격전압 대비)
AVR: 발전기 전압 자동 유지

AVR 자동전압조정기 피드백 제어 루프 블록선도

전압 조정률
ε = (V₀ − VFL) / VFL × 100 [%]
V₀: 무부하 전압, VFL: 전부하 전압 — 작을수록 우수
🔄 AVR 피드백 제어 과정
①PT로 단자전압 검출 → 기준전압 Vref와 비교
②전압↓ → 편차 발생 → AVR이 여자전류↑ → 자속↑ → 전압↑
③발전기 전압을 수십ms 내 정격으로 복귀
시험 포인트
전압 조정률
ε = (V₀−VFL)/VFL × 100 [%]
작을수록 안정된 전압 공급
OLTC 탭 방향
전압↓ → 탭 내림(−) → 2차 전압↑
탭 1단 ≈ ±2.5% 조정
허용 전압 범위
정격전압 ±10% 이내 유지
KEC 기준 — 공급전압 유지 의무
조정 수단 우선순위
AVR(빠름) → OLTC → Q보상(연속)
AVR: ms급, OLTC: 수초, SC: 단계적
🎯 시험 포인트
①전압 조정률 ε = (V₀−VFL)/VFL × 100% — 무부하/전부하 전압 비교
②OLTC: 부하 차단 없이 탭 전환, 탭↓→2차 전압↑ 방향 암기
③AVR: 여자전류 제어로 발전기 단자전압 ms급 유지
④충전전류 Ic = ωCwE, 충전용량 Qc = ωCV² — 장거리·케이블 선로 핵심
⑤허용 전압 범위 ±10% — KEC 규정
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 무부하 전압 240V, 전부하 전압 220V일 때 전압조정률[%]은? (답: ε = (240-220)/220 × 100 = 9.1%)
②[기출유형] 154kV 송전선, 길이 100km, C=0.01μF/km일 때 충전전류[A]는? (답: Ic = 2π×60×0.01×10⁻⁶×100 × 154000/√3)
③[기출유형] OLTC 탭을 (−) 방향으로 조작하면 2차 전압은 어떻게 변하는가? (답: 1차 권수 감소 → 권수비↓ → 2차 전압↑)