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전기기사 전력공학 · 코로나 현상

Corona Discharge

코로나는 도체 표면의 전계가 공기의 절연 내력을 넘을 때 도체 둘레의 공기가 부분적으로 방전하는 현상이다. 가는 전선, 높은 전압, 거친 표면, 비 · 눈 같은 악천후에서 잘 생기고, 임계 전압 E₀ = 24.3 m₀m₁δ d log₁₀(D/r) [kV] 와 Peek 손실식이 계산의 중심이다. 복도체나 굵은 전선으로 표면 전계를 낮추는 것이 가장 효과적인 대책이에요. 운전 전압 · 도체 반지름 · 선간 거리 · 표면 계수 · 기상 슬라이더를 움직이면, 운전 전압이 임계 전압을 넘는 순간 도체 둘레에 코로나 빛과 손실이 나타나요.

코로나가 생기는 까닭

🔍 코로나
①고전압 도체 표면의 전계 세기가 공기의 절연 내력(약 30 kV/cm, 최댓값)을 넘으면 생긴다
②도체 둘레의 공기가 부분적으로 절연 파괴되어 보랏빛으로 빛나고 쉬쉬 소리가 난다
③전선이 가늘수록, 전압이 높을수록, 습도가 높을수록 잘 생긴다
④전력 손실, 통신선 유도 장해, 전선 부식을 일으켜요

코로나 임계 전압 공식

코로나 임계 전압(대지 전압)
E0 = 24.3 m0 m1 δ d log10Dr [kV]
m₀ 는 도체 표면 계수(매끈하면 1, 연선은 0.8 쯤), m₁ 은 기상 계수, δ 는 상대 공기 밀도, d 는 도체 지름[cm], D 는 선간 거리, r 은 도체 반지름(D 와 같은 단위)이다. 24.3 은 공기의 파괴 전위 경도 21.1 kV/cm(실효값)에 ln10 / 2 를 곱한 계수예요.
임계 선간 전압
V0 = √3 · E0 [kV]
운전 선간 전압 V 가 V₀ 를 넘으면 코로나가 생긴다.
💡 각 계수의 뜻
①m₀(도체 표면): 매끈하면 1.0, 연선은 0.8 ~ 0.85, 오손되면 0.6 ~ 0.7 이라 연선일수록 임계 전압이 낮다
②m₁(기상): 맑으면 1.0, 비 0.8, 눈 0.66 이라 악천후에 코로나가 늘어난다
③δ(상대 공기 밀도): 고도가 높거나 기온이 높으면 δ 가 작아져 임계 전압이 낮아진다
④도체 지름 d 가 커지면 표면 전계가 약해져 임계 전압이 올라가요. 굵은 도체가 코로나에 유리한 까닭이다

코로나 생기는 조건 찾기

154 kV
0.015 m
5 m
1
0
0: 맑음(m₁ = 1.0) / 1: 비(m₁ = 0.8) / 2: 눈(m₁ = 0.66)
🔑 그림에서 볼 것
①전압을 올리다 V₀ 를 넘는 순간 도체 둘레가 빛나기 시작하고 손실이 생긴다
②도체가 굵을수록 표면 전계가 약해져 V₀ 가 올라가, 코로나가 덜 생긴다
③선간 거리 D 를 넓혀도 V₀ 가 오르지만, 철탑이 커져 비용이 늘어난다
④비 · 눈이 오면 m₁ 이 작아져 V₀ 가 크게 떨어지므로, 맑은 날 괜찮던 선로에도 코로나가 생길 수 있어요

코로나 손실과 방지 대책

Peek 코로나 손실
Pc = 241(f+25)δ · √rD · (E−E0)² × 10⁻⁵ [kW/km/선]
E 는 운전 대지 전압(V/√3), E₀ 는 임계 대지 전압[kV]이다. E > E₀ 일 때만 생기고 (E − E₀)² 에 비례해, 전압이 임계값을 넘는 만큼 빠르게 늘어난다.
💡 코로나가 일으키는 장해
①전력 손실: 열 · 빛 · 소리로 에너지가 빠져나가 송전 효율이 떨어진다
②통신 유도 장해: 코로나 전류의 고조파가 이웃 통신선에 잡음을 일으킨다
③전선 부식: 오존(O₃)과 질산(HNO₃)이 생겨 도체 표면을 화학적으로 깎아 낸다
④소음: 비 오는 날 송전선에서 지지직 하는 소리가 나는 까닭이에요
⚠️ 코로나 방지 대책
①복도체 사용: 등가 반지름이 커져 표면 전계가 낮아지는 가장 효과적인 방법이며, 345 kV 이상 선로에 널리 쓴다
②굵은 도체: 반지름이 커지면 V₀ 가 올라가 그것만으로도 효과가 있다
③가선 금구 개량: 클램프처럼 튀어나온 곳에 전계가 몰리지 않게 다듬는다
④선간 거리 확대: D 를 넓히면 V₀ 가 오르지만, 비용과 맞바꿔야 해요

시험 총정리

임계 전압(대지)
E0 = 24.3m0m1δ·d·log10Dr
[kV] 대지 전압
코로나 손실
Pc ∝ (E−E₀)²
Peek 공식
임계 선간 전압
V0 = √3·E0
V > V₀ 이면 코로나
방지 대책
복도체 > 굵기↑ > 거리↑
효과가 큰 순서
🎯 시험 포인트
①코로나 임계 전압 E₀ = 24.3 m₀m₁δ d log₁₀(D/r) [kV](대지 전압)의 각 계수 뜻을 함께 알아 둔다
②m₀(표면): 매끈 1.0 · 연선 0.8, m₁(기상): 맑음 1.0 · 비 0.8 · 눈 0.66
③코로나 장해 세 가지는 전력 손실, 통신 장해, 전선 부식이다
④복도체는 코로나를 억제하고 인덕턴스를 줄여 송전 용량을 키우는 두 가지 효과가 있다
⑤실기에는 V₀ 를 계산해 운전 전압과 견주는 문제, 코로나 손실 계산, 복도체 등가 반지름이 나와요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 코로나 임계 전압에 영향을 주는 인자 네 가지를 쓰시오. (답: 도체 표면 계수 m₀, 기상 계수 m₁, 상대 공기 밀도 δ, 도체 지름 d · 선간 거리 D)
②[기출유형] 코로나에 의한 장해 세 가지를 쓰시오. (답: 전력 손실, 통신 유도 장해, 전선 부식)
③[기출유형] 코로나 방지 대책 가운데 가장 효과적인 방법은? (답: 복도체 사용. 등가 반지름이 커져 표면 전계가 낮아진다)
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