송전방식 – 발송배전기술사 98회 4교시 초고압 직류송전 (HVDC)의 장단점을 교류송전과 비교하여 설명하시오
1. 송전방식의 개요
현재의 전력 전송은 발전에서 배전에 이르기까지 대부분이 교류 방식에 의해서 이루어지고 있다. 그러나 최근에 와서는 전원이 원격화되고 대용량화되었기 때문에 장거리(수백km), 대용량(수백만 kW) 용으로서 송전 안정도 문제가 없는 직류 송전이 각광을 받고 있다.
2. 초고압 직류송전(HVDC)의 장단점
1) 장점
(1) 절연 계급을 낮출 수 있다.
직류 방식은 선로 전압이 같은 실효값을 갖는 교류 전압 최고값의 \( 1/\sqrt{2} (\doteq0.707) \) 배 이므로 선로의 절연이 용이, 가공선은 선로의 건설비가 싸지고 철탑 소형화 가능, 케이블의 경우 과대한 충전용량, 유전체 손실 발생 없음, 송전 용량 크게
(2) 송전 효율이 좋다.
직류에서는 주파수가 0이므로 무효 전력과 표피효과에 의한 송전 손실이 없고, 역률이 1로 되어 송전 효율이 좋다.
\( (X_L = wL = 2\pi fL = 0, X_C = {1\over wC} = {1 \over 2\pi fL} = \infty ) \)
\( (송전용량 P = \sqrt{3}VI\cos{\theta}) \)
(3) 안정도가 좋다.
직류방식에서는 리액턴스, 위상각에 대해서 고려할 필요가 없다. 따라서 교류방식에서의 안정도 제약이 없으므로 전선의 열적허용전류의 한도까지 송전할 수 있다. 대전력의 장거리 송전 가능.
(4) 직류에 의한 계통연계의 단락 용량을 증대시키지 않기 때문에 연계되는 교류 계통의 차단 용량이 작아도 된다.
고장전류는 무효전류인데 직류방식에서는 무효분이 존재하지 않으므로 고장전류가 전달되지 않는다.
(5) 비동기 연계가 가능하므로 주파수가 다른 계통 간 연계 가능.
(6) 장거리 선로의 경우 직류가 경제적으로 유리하다.
765kV 송전선로의 경우 가공송전시 500km, 지중송전시 40km 이후 직류가 경제성이 있다.
HVDC 선로는 변환설비, DC선로의 초기 투자비가 높은 대신 무효전력이 존재하지 않아 장거리 선로에서 손실이 적기 때문에 경제적이다.
교류 해저송전 시 50km 이상의 구간에서는 무효전력과 표피효과로 송전용량이 급감
2) 단점
(1) 교류처럼 전압의 승압, 강압이 용이하지 않다.
(2) 교류방식은 선로의 차단 시 전류가 0점을 통과하며 소호되는데 직류 방식은 0점을 통과하지 않아 임의로 0점을 만들어줘야 하는 등 차단이 어렵다.
(3) 인버터, 컨버터, 무효전력 공급설비 등 고가의 장비가 필요하여 초기 투자비가 많이 필요하다.