악성부하의 영향

악성 부하의 영향

(1) 악성 부하의 정의

   전기사업자의 입장에서 볼 때

  ① 전력 변동이 극심한 부하 및 순간적으로 대전류가 흐르는 부하

  ② 부하율이 낮은 부하

  ③ 역율이 낮은 부하

  ④ 부하 불평형이 심한 부하

  ⑤ 고조파를 많이 발생시키는 부하 등을 모두 악성 부하라고 볼 수 있는데 이들이 지중 케이블에 미치는 영향에 대해 검토해 보면 다음과 같다

(2) 악성 부하가 지중 케이블에 미치는 영향

  ① 전력 변동이 극심한 부하 및 순간적으로 대전류가 흐르는 부하

   ㄱ.전기로, 아크로, 전기철도 등과 같이 전력 변동이 매우 심한 부하나 대용 량 전동기의 기동시와 같이 순간적으로 대전류가 흐르는 부하가 지중 케이블에 미치는 영향은 배전계통에 Sag 나 Flicker를 발생시킬 수 있다 는 것이다

   ㄴ.이를 방지하기 위해서는 지중 케이블의 임피던스를 작게 해서 대전류에 의한 전압강하를 작게 해야 한다

  ② 부하율이 낮은 부하

   ㄱ.부하율은 평균 전력/최대 전력으로 계산된다

   ㄴ.부하율이 낮으면 지중케이블의 선로 이용률이 저하되므로 전기사업자의 입장에서 비경제적이 된다

  ③ 역율이 낮은 부하

   ㄱ.지중 케이블은 가공 전선로에 비해서 정전용량이 매우 크기 때문에 큰 충전 전류가 흐른다

   ㄴ.충전전류는 진상 무효 전류인데 비해 부하 역률이 낮으면 지상 무효 전류 가 흐르므로 진상 충전 전류를 상쇄시켜 줄 수도 있다

  ④ 부하 불평형이 심한 부하

   ㄱ.부하 불평형이 심하면 다음과 같은 악영향이 있다

    ⒜ 역상 전류에 의해서 전원 발전소의 발전용량 감소

    ⒝ 동일 모선에서 수전하는 다른 수용가의 전동기 출력 감소,  회전자 과열

    ⒞ 동기 전동기의 토크 맥동 및 제동 권선 과열

   ㄴ.불평형 부하가 지중 케이블에 미치는 영향은 별로 없다고 본다

  ⑤ 고조파가 지중 케이블에 주는 영향 악성 부하 중에서 지중 케이블에 가장 큰 악영향을 미치는 것은 고조파이다

   ㄱ.전력손실 증가

    ⒜ 전력손실은 Pℓ= I^2*R [W]로 표시된다

    ⒝ 교류저항 RAC와 직류 저항 RDC의 관계는 RAC  = K∙ RDC로 표시되는 데 여기서 K는 교류 저항과 직류 저항의 비이다.

    ⒞ K 는 교류에서의 표피 효과 및 근접효과에 의해서 결정되는 값이므로 주파수가 높아질수록 커지는데 고조파의 경우에는 기본 파보다 주파 수가 매우 높으므로 K의 값이 커지게 되고 그만큼 도체의 교류 저항 이 증가하게 된다

    ⒟ 고조파를 포함하고 있는 전류의 크기는 다음식으로 표시되는데 이 값은 기본파 I1  보다 크다.

고조파-전류의-크기-식

    ⒠ 결국 고조파에 의해서 저항도 증가하고 전류도 증가하므로 I2R [W] 로 표시되는 전력 손실도 증가하게 된다

  ㄴ.허용전류 감소

   ⒜ 전선에 전류가 흐르면 Joule 열이 발생하므로 전선의 온도가 상승한 다. 전류가 어느 한도를 넘어서면 전선의 온도가 절연물질이 견딜 수 있는 한도를 초과하게 되면 절연이 파괴되고 심하면 화재의 원인 이 되기도 하므로, 이러한 위험을 방지하기 위해서 전선의 종류, 굵기 및 시공방법에 따라 안전하게 흘릴 수 있는 전류치를 정한 것이 전선의 허용전류이다

   ⒝ 고조파가 많으면 케이블의 저항과 전류가 모두 증가해서 손실이 증 가하므로 이에 비례해서 발열량이 많아 지므로 케이블의 온도를 상승시 키므로 허용전류가 감소하게 된다

  ㄷ. 충전 전류의 증가

   ⒜ 케이블의 정전용량을 C라고 하고 케이블에 인가되는 전압을 E라고 하면,

정전용량-식

   ⒝ 고조파의 경우는 주파수가 기본 파보다 매우 높으므로 윗식에서 충전 전류가 증가하게 된다

  ㄹ. 중성선에 과전류가 흐른다

   ⒜ 3 상 4 선식에서 3 배수 고조파는 영상 전류가 되어 중성선에 흐른다

   ⒝ 이로 인해 중성선에 흐르는 전류가 때로는 상전류 보다도 커져서 중 성선이 과열되기도 한다