변전방식 및 변전설비

Substation Systems & Equipment

변전소는 전압을 바꾸고 모선으로 전력을 나누며 보호·조상을 수행하는 거점이에요. 단모선·이중모선 등 모선 방식이 신뢰도와 보수성을 가르고, %Z로 단락전류·용량을 계산해요. 주요 기기 역할만 잡아도 단선도가 읽혀요. 모선 방식과 %Z·용량 슬라이더로 단락 규모가 어떻게 변하는지 살펴봐요.

변전소의 역할과 구성

🔍 변전소가 하는 일

①전압 변환: 송전(154kV→345kV) 또는 배전(22.9kV→380/220V)으로 변환

②전력 분배: 여러 회선(피더)으로 전력을 나누어 공급

③계통 보호: 차단기·보호계전기로 고장 구간을 신속히 분리

④전력 품질: 조상설비로 역률 개선, 전압 안정화

💡 변전소 주요 기기

①변압기: 전압 승압/강압의 핵심 기기

②차단기(CB): 부하전류·고장전류 차단

③단로기(DS): 무부하 시 회로 개폐 (보수용)

④계기용변성기: PT(전압측정), CT(전류측정) → 보호·계측용

모선 방식별 특성 비교

모선 방식0

0: 단모선 / 1: 이중모선 / 2: 링버스

🔑 모선 방식 비교 핵심

①단모선: 가장 단순·저렴, 모선 고장 시 전정전 → 소규모 변전소

②이중모선: 모선 절체 가능, 무정전 보수 → 대규모 변전소 표준

③링버스: CB 수 = 회선 수(경제적), CB 1개 고장 시 1회선만 정전

④1½CB(Breaker-and-a-half): 신뢰도 최고, CB 수 = 1.5×회선수 → 초고압

%임피던스와 단락용량

%Z (임피던스)7.5%

변압기 용량30 MVA

단락전류

Is = 100 · I_n%Z

%Z가 작을수록 단락전류 ↑ → 차단기 용량 결정의 핵심

단락용량

Ps = 기준용량%Z(pu) [MVA]

차단기 정격차단용량 > 단락용량이어야 안전

💡 실기 핵심

①"변압기 %Z = 7.5%, 용량 30MVA일 때 단락용량은?" → Ps = 30/0.075 = 400 MVA

②%Z 큰 변압기: 단락전류↓(보호 유리) but 전압변동률↑(품질 불리)

③병렬운전 시 %Z가 같아야 부하분담이 용량에 비례

조상설비와 개폐장치

역률 개선 용량

Qc = P(tanφ₁ − tanφ₂) [kVar]

P: 유효전력, φ₁: 개선 전, φ₂: 개선 후 역률각

💡 조상설비 종류

①전력용 콘덴서(SC): 진상 무효전력 공급, 가장 경제적, 단계 투입

②분로리액터(ShR): 지상 무효전력 흡수, 경부하 시 전압상승 억제

③동기조상기: 연속적 무효전력 조정, 고가이나 유연성 ↑

④SVC/STATCOM: 반도체 기반 고속 응답, 전압 안정도 향상

💡 개폐장치 비교

①차단기(CB): 부하·고장전류 모두 차단 가능 (GIS/VCB/GCB/OCB)

②단로기(DS): 무부하 개폐만 가능, 보수 시 안전 확보용

③부하개폐기(LBS): 부하전류만 차단, 고장전류 차단 불가

④개폐 순서: 투입=DS→CB, 개방=CB→DS (반드시 암기!)

시험 총정리

단락전류

100 · I_n%Z

%Z↓ → Is↑

역률개선

Qc = P(tanφ₁−tanφ₂)

콘덴서 용량

🎯 시험 포인트

①모선방식: 단모선/이중모선/링버스/1½CB 방식. 구조·장단점 비교 필수

②%Z와 단락전류 역수 관계: %Z = 7.5% → 단락전류 = 13.3배 정격전류

③개폐 순서: 투입(DS→CB), 개방(CB→DS) 순서 반대 시 아크 사고

④GIS(가스절연개폐장치): SF₆ 사용, 축소형, 도심 변전소 적합

⑤실기: 단락용량·차단기 선정, 역률개선 콘덴서 용량 계산이 중요

📝 대표 기출문제

①[기출유형] %Z = 5%, 용량 20MVA 변압기의 2차 단락용량[MVA]은? (답: 20/0.05 = 400 MVA)

②[기출유형] 유효전력 1000kW, 역률 0.7→0.95 개선 시 필요 콘덴서 용량[kVar]은? (답: 1000×(tan(cos⁻¹0.7) − tan(cos⁻¹0.95)) ≒ 691 kVar)

③[기출유형] 이중모선 방식과 단모선 방식의 장단점을 비교 서술하시오.