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전기기사 전력공학 · 송전방식

Transmission Method

송전 방식은 발전소의 전력을 높은 전압으로 바꿔 먼 수요지까지 보내는 방법이다. 전력이 같으면 전압을 높일수록 전류가 줄어 손실 I²R 이 전압의 제곱에 반비례해 줄고, 전선 굵기는 켈빈 법칙으로 전선비와 손실비가 같아지는 점에서 고른다. 교류 3상 송전이 기본이고, 해저 케이블이나 주파수가 다른 계통을 이을 때는 직류(HVDC) 송전을 써요. 송전 전압 슬라이더를 움직이면 같은 전력을 보낼 때의 손실 비율이 바뀌어요.

전기를 먼 곳까지 보내는 방법

🏭 송전의 고민
①발전소는 도심에서 멀리 있어 전력을 수백 km 보내야 한다
②전선에 전류가 흐르면 저항 때문에 열로 손실된다
③그래서 전압을 높여 전류를 줄인다(P = VI 라 V 가 커지면 I 가 작아져요)
⚡ 전선로 구성 요소
①지지물: 전선을 땅에서 높이 받치는 철탑(송전)과 전주(배전)
②전선: 강심 알루미늄 연선(ACSR)이 송전에서 표준으로, 가볍고 부식에 강하다
③애자: 전선과 지지물 사이를 절연하며, 현수 애자 · 핀 애자 · 장간 애자 등이 있다
④댐퍼: 바람으로 생기는 전선 진동을 줄인다(스톡브리지 댐퍼)
⑤지선: 지지물에 걸리는 불평형 장력을 받치며, 선로 끝이나 꺾이는 곳의 지지물에 단다

전압이 높을수록 손실이 준다

154 kV
⚡ 765 kV 까지 올리는 까닭
①손실 Ploss = I²R = P²R/V² 이라 전압을 두 배로 올리면 손실이 1/4 이 된다
②765 kV 로 보내면 손실이 154 kV 의 (154/765)² ≒ 4% 수준이다
③멀리 보낼수록 초고압 송전이 경제적이에요

송전 손실 공식

송전 손실
Ploss = 3I²R = P²RV²cos²θ
P 는 송전 전력[W], V 는 선간 전압[V], R 은 선로 저항[Ω], cosθ 는 역률이다.
전선 굵기(켈빈 법칙)
연간 전선비 = 연간 손실비
연간 전선비(이자 · 감가상각)와 연간 손실 전력량 비용이 같아지는 굵기가 가장 경제적이다.
전압 강하(3상)
e = √3·I(R cosθ + X sinθ)
R 은 선로 저항, X 는 선로 리액턴스, I 는 선전류예요.

교류와 직류(HVDC) 견주기

🌊 HVDC 를 쓰는 경우
①해저 케이블: 교류는 케이블의 충전 전류가 커서 길게 보내기 어렵다
②비동기 연계: 주파수나 위상이 다른 두 계통을 잇는다
③초장거리(대략 800 km 이상): 선로 리액턴스에 의한 전압 강하와 안정도 문제가 없다
④선로에 무효 전력이 흐르지 않고, 전선 두 가닥으로 보낼 수 있어요. 다만 양 끝의 변환 장치는 무효 전력을 써서 조상 설비가 따로 필요하다

시험 총정리

우리나라 송전 전압
66 → 154 → 345 → 765 kV
765 kV 는 수도권으로 보내는 대용량 간선
손실 비례
Ploss ∝ 1V²
전압 두 배 → 손실 1/4
🎯 시험 포인트
①송전 전압을 높이면 손실이 1/V² 에 비례해 준다. 계산 문제로 자주 나온다
②전선로 구성: 지지물(철탑 · 전주), 전선(ACSR), 애자, 댐퍼, 지선
③우리나라 송전 전압은 765 kV · 345 kV(기간 송전망), 154 kV(지역 송전)다
④HVDC 는 선로에 무효 전력과 리액턴스 문제가 없어 해저 · 장거리 · 비동기 연계에 쓴다
⑤켈빈 법칙: 전선비와 손실비가 같아지는 굵기가 경제적인 굵기예요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 송전 전압을 154 kV 에서 345 kV 로 올리면 전력 손실은 몇 배가 되는가? (답: (154/345)² ≒ 0.199 배, 약 1/5 로 준다)
②[기출유형] HVDC 송전의 장점 세 가지를 쓰시오. (답: 선로에 무효 전력이 없음, 안정도가 좋음, 해저 · 장거리에 유리)
③[기출유형] 전선로를 이루는 요소 다섯 가지를 쓰시오. (답: 지지물, 전선, 애자, 댐퍼, 지선)
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