PW-C4 · 송배전·단위법

전압조정: 무효를 다스려 전압을 붙든다

부하가 변하면 I·Z 강하 때문에 수전단 전압이 출렁인다. 중부하에선 처지고 경부하에선 오른다. 그러나 전압은 규정 범위 안에 있어야 한다. 콘덴서로 무효를 메워 강하를 줄이는 손잡이를 직접 끌어, 처진 전압을 어떻게 다시 범위 안으로 끌어올리는지 익힌다.

콘덴서를 키워 전압을 밴드 안으로

중부하에서 수전단 전압이 규정 하한 아래로 처져 있다(빨강). 손잡이를 끌어 콘덴서 무효 Q_C를 키워라. 선로를 흐르는 뒤처진 무효가 줄어 X 강하가 작아지고, 전압 표지가 초록 밴드(0.95~1.05) 안으로 올라온다. 너무 키우면 과전압으로 밴드를 넘는다.

손잡이를 좌우로 끌어 콘덴서량을 조절.

수전단 전압 (규정 밴드 0.95~1.05)

V_r ≈ 0.880 pu

저전압 · 밴드 아래

Q_C ≈ 0.00   Q_L = 0.30

전압은 부하 따라 출렁인다

수전단 전압은 부하 전류가 선로 임피던스에 만드는 I·Z 강하만큼 송전단보다 낮다. 그래서 한낮의 무거운 부하에서는 전압이 뚝 떨어지고, 한밤의 가벼운 부하에서는 강하가 작아 전압이 거의 그대로이거나, 장거리 선로에서는 충전전류 탓에 오히려 송전단보다 높아지기도 한다(페란티 효과). 기기는 정해진 전압 부근에서만 제대로 도니, 부하가 어떻게 변하든 전압을 규정 범위 안에 두어야 한다.

조상설비 · 무효로 전압을 민다

강하 e ≈ I(R cosφ + X sinφ)에서 고압선은 X가 크니 X sinφ 항, 곧 무효 전류가 강하를 지배한다. 부하 옆에 콘덴서를 달아 뒤처진 무효를 메우면 선로를 흐르는 무효 전류가 줄어 강하가 작아지고 수전단 전압이 오른다. 반대로 경부하 과전압에서는 분로 리액터로 무효를 흡수해 전압을 끌어내린다. 무효를 공급하거나 흡수해 전압을 미는 이 설비들을 조상설비라 한다.

관찰VR(%) = (V_nl − V_fl) / V_fl × 100

전압변동률은 무부하와 전부하 전압의 차의 비.

고르기e ≈ I(R cosφ + X ?)

고압선 강하는 X에 sinφ 항이 지배.

빈칸Q_C ↑ → V_r ?

콘덴서로 무효를 메우면 전압이 오른다.

스스로과전압 → 리액터로 V_r ?

경부하 과전압은 리액터로 전압을 내린다.

탭변환 · 권수비로 직접

또 하나의 손잡이는 변압기 탭이다. 권선의 탭을 바꿔 권수비를 조절하면 2차 전압을 직접 올리거나 내릴 수 있다. 부하가 큰 시간대에는 권수비를 낮춰 전압을 올리고, 부하가 가벼운 시간대에는 반대로 한다. 부하시 전압을 끊지 않고 탭을 바꾸는 부하시 탭절환(OLTC)이 흔히 쓰인다. 조상설비와 탭변환을 함께 운용해, 부하가 하루 종일 출렁여도 수전단 전압을 규정 범위 안에 붙들어 둔다.

첫 화면으로 돌아가서

콘덴서를 키우자 빨갛게 처져 있던 수전단 전압 표지가 초록 밴드 안으로 올라왔고, 더 키우니 위로 넘쳐 과전압이 되었다. 콘덴서가 선로의 뒤처진 무효를 메워 X sinφ 강하를 줄였기 때문이다. 전압조정이란 이렇게 무효를 공급하거나 흡수하고, 필요하면 변압기 탭으로 권수비까지 바꿔, 부하가 어떻게 출렁이든 전압을 규정 범위라는 좁은 띠 안에 묶어 두는 일이다.

전압조정: 부하가 변하면 I·Z 강하로 수전단 전압이 처지거나(중부하) 오른다(경부하·페란티). 전압변동률 VR = (V_무부하 − V_전부하)/V_전부하. 강하는 X sinφ 항이 지배하므로, 조상설비(콘덴서=무효 공급→전압↑, 리액터=무효 흡수→전압↓)와 변압기 탭변환(권수비 조절)으로 부하가 출렁여도 전압을 규정 범위(±5% 등) 안에 붙든다.

다음 한 걸음

여기까지가 전기를 멀리 보내는 송전 쪽 이야기였다. 다음 유닛(PW-C5)은 그 전기를 수용가까지 나누는 배전 방식을 본다. 단상 2선·3상 3선·3상 4선 같은 결선과, 한 방향으로만 뻗는 방사상부터 고리로 잇는 환상·여러 경로의 네트워크까지, 신뢰도와 비용을 저울질해 배전망을 어떻게 짜는지가 섹션 C를 닫는다.