강의노트 배전 선로의 전압 조정

배전 선로의 전압 조정의 개요

배전 선로의 전압은 수용가 부하의 변동에 따라 순시적으로 변동됩니다. 이는 부하 전압의 변동을 가져와 부하 기기의 효율과 수명에 영향을 줍니다. 따라서 부하 전압을 일정 범위내로 유지하는 것이 중요합니다.

현재 부하 전압은 다음과 같은 범위 내에서 유지되도록 전기 사업법에서 규정하고 있습니다.

$$220[\mathrm{V}] \pm 13[\mathrm{V}] \, / \, 380[\mathrm{V}] \pm 38[\mathrm{V}]$$

부하 전압 유지를 위하여 크게 다음과 같은 두가지 방법을 이용합니다.

• 모선 전압 조정
• 선로 전압 조정

모선 전압 조정

유도 전압 조정기 (IVR: Induction Voltage Regulator)

유도 전압 조정기는 일종의 단권 변압기로서 1차측과 2차측의 상대적인 위치를 변화시켜 결합도를 가변할 수 있도록 함으로써 2차측 전압을 연속적으로 가변할 수 있도록 하는 장치입니다.

부하시 탭 절환 변압기 (ULTC : Under Load Tap Changing Transformer)

모선 주 변압기의 1차측에 탭을 부가하여 권수비를 가변할 수 있도록 하는 장치입니다. 부하시 탭 절환 변압기의 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 탭 절환기(tap changer)
• 선로 전압 강하 보상기(line drop compensator)

선로 전압 조정

배전 선로의 길이가 길고 전압 강하가 심한 경우 다음과 같이 배전 선로에 승압기를 설치하여 전압 강하를 보상합니다.

• 승압기(booster)
• 자동 승압기(step regulator, automatic booster)

승압기

승압기의 전압 전류 관계

승압기는 일종의 단권 변압기로서 다음과 같은 1차측과 2차측의 전압 관계를 가집니다.

$$\begin{align*} E_{2} &= E_{1} + E_1 \left( \frac{e _2}{e _1} \right) \\[2.5ex] &= E_1 \left( 1+ \frac{e _2}{e _1} \right) \\[2.5ex] &= E_1 \left( 1+ \frac{1}{a} \right) \end{align*}$$

위 식에서 $a \,$는 다음과 같습니다.

$$a= \frac{e _1}{e _2}$$

승압기의 용량

승압기의 용량은 2차측에 의해서 결정됩니다. 즉, 승압기의 용량 $W$는 다음과 같습니다.

$$W = e_2 I_2$$

이때, 승압기가 부담할 수 있는 부하 용량 $S_L$은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

$$S_L = (e_1 + e_2) I_2 = E_2 I_2$$

단권 변압기의 장점

승압기로서 단권 변압기를 사용하는 장점은 다음과 같습니다.

• 자기회로가 단축되므로 사용 재료가 절약된다.
• 전압비가 1에 가까울수록 동손이 감소되어 효율이 좋다.
• 누설 리액턴스가 작아 전압변동률이 적다.

단권 변압기의 단점

단권 변압기의 단점은 다음과 같습니다.

• 누설 리액턴스가 작아 단락시 고장전류가 크다.
• 1차측과 2차측이 절연이 되어 있지 않으므로 1차측에 이상전압이 발생할 경우 2차측으로 파급된다.
• 절연 강도를 낮출 수 없다.