PW-C4 · 송배전·단위법

전압조정: 무효를 다스려 전압을 붙든다

부하가 바뀌면 I·Z 강하 때문에 수전단 전압이 출렁여, 무거운 부하에서는 처지고 가벼운 부하에서는 오른다. 그래도 전압은 규정 범위 안에 있어야 하므로, 콘덴서로 무효를 메워 강하를 줄이는 손잡이를 직접 끌어 처진 전압을 어떻게 다시 범위 안으로 끌어올리는지 익혀요.

콘덴서를 키워 전압을 밴드 안으로

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

손잡이를 좌우로 끌어 콘덴서량을 바꾼다. 처음에는 콘덴서가 없어 V_r = 0.88이고, Q_C가 0.175 ~ 0.425 사이면 밴드 안이며, 부하 무효 Q_L = 0.3과 같아지는 곳에서 정확히 1.000이 돼요.

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 선로라면 충전전류 때문에 오히려 송전단보다 높아지기도 한다(페란티 효과). 기기는 정해진 전압 부근에서만 제대로 돌기 때문에, 부하가 어떻게 바뀌든 전압을 규정 범위 안에 두어야 해요.

조상설비 · 무효로 전압을 민다

강하 e ≈ I(R cosφ + X sinφ)에서 고압선은 X가 크므로 X sinφ 항, 곧 무효 전류가 강하를 좌우한다. 부하 옆에 콘덴서를 달아 뒤처진 무효를 메우면 선로를 흐르는 무효 전류가 줄어 강하가 작아지고 수전단 전압이 올라가요. 반대로 가벼운 부하에서 과전압이 나면 분로 리액터로 무효를 흡수해 전압을 끌어내리고, 이렇게 무효를 공급하거나 흡수해 전압을 미는 설비들을 조상설비라 한다.

관찰VR(%) = (V_nl − V_fl) / V_fl × 100

전압변동률은 무부하와 전부하 전압의 차를 전부하 전압으로 나눈 비예요.

고르기e ≈ I(R cosφ + X ?)

고압선의 강하는 X에 sinφ를 곱한 항이 좌우한다.

빈칸Q_C ↑ → V_r ?

콘덴서로 무효를 메우면 전압이 올라간다.

스스로과전압 → 리액터로 V_r ?

가벼운 부하의 과전압은 리액터로 내린다.

탭변환 · 권수비로 직접

또 하나의 손잡이는 변압기 탭이다. 권선의 탭을 바꿔 권수비를 조절하면 부하 쪽 전압을 직접 올리거나 내릴 수 있어서, 부하가 큰 시간대에는 권수비를 낮춰 전압을 올리고 부하가 가벼운 시간대에는 반대로 한다. 전류를 끊지 않고 운전 중에 탭을 바꾸는 부하시 탭절환(OLTC)이 흔히 쓰여요. 조상설비와 탭변환을 함께 운용해, 부하가 하루 내내 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 때문이에요. 전압조정이란 이렇게 무효를 공급하거나 흡수하고, 필요하면 변압기 탭으로 권수비까지 바꿔 부하가 어떻게 출렁이든 전압을 규정 범위라는 좁은 띠 안에 묶어 두는 일이다.

전압조정: 부하가 바뀌면 I·Z 강하로 수전단 전압이 처지거나(무거운 부하) 오른다(가벼운 부하 · 페란티). 전압변동률 VR = (V_무부하 − V_전부하)/V_전부하. 강하는 X sinφ 항이 좌우하므로 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 다뤄요. 단상 2선식 · 삼상 3선식 · 삼상 4선식 같은 결선과, 한 방향으로만 뻗는 방사상부터 고리로 잇는 환상, 여러 경로를 엮은 네트워크까지, 신뢰도와 비용을 저울질해 배전망을 어떻게 짜는지가 섹션 C를 닫는다.