최신 배전 시스템 공학

제 1 장 배전 개요2011-09-292011 09 29

대한전기학회

1.1 배전 일반배전 일반정의

배전선로(Di t ib ti Li ) 발전소 변전소 또는 송전선로배전선로(Distribution Line) : 발전소, 변전소 또는 송전선로로부터 다른 발전소 또는 변전소를 거치지 아니하고 전기수용장소에 이르는 전선로 즉, 배전선로를 이용해서 직접 고객에 전력을 공급하는 것

배전계통의 특징전력에너지의 배분낮은 전압 (송전에 비해)짧은 전선로

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배전자동화설계[2/33]

배전계통의 특징배전계통의 특징인출 회선수 多

전선로의 복잡 (간선과 많은 분기선) 한 구성

전력설비와 고객의 접점 지대로 공급신뢰도와 직접적으로 관련

고객의 안전과 사용상의 필요성 고려고객의 안전과 사용상의 필요성 고려

공급지역의 다양성(도심지의 도로, 번화가, 시장, 인가 밀집지역, 농촌, 어촌 등)

사람이 사는 곳과 근접하여 건설 (전기설비기술기준, 교통 및 건축물과 관

계 법 준수)

자연 상태에 노출 (풍수해, 폭설, 폭염, 혹한, 자외선, 기타 영향)

도시미관 고려 (지중화)

배전자동화설계

시미 려 (지중화)

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1.2 배전의 특수성배전의 특수성광범위하게 산재된 부하

복잡한 선로의 구조(간선, 분기선)

부하의 다양성부하의 다양성

부하변화의 가변성

자연재해에 노출 (태풍, 폭우, 폭설)

각종 안전사고 위험에 노출(차량충돌,건축공사,도로굴착)

일반인의 안전사고 방지를 위한 예방관리

배전자동화설계

일반인의 안전사고 방지를 위한 예방관리

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1 2 배전의 특수성1.2 배전의 특수성

설비의 열화 (외기 온도, 습도, 자외선 등)설비의 열화 (외기 온 , 습 , 자외선 등)

선로고장의 최소화를 위한 제도적 장치와 예방진단

시스템의 구축

전기에너지의 사회성전기에너지의 사회성

광범위한 설비와 이에 대한 유지관리 시스템의 확보

자연재해에 대한 비상 시스템 필요

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배전계통의 고장 및 사고에 대한 신속한 대처 능력

확보

공공설비로서 인축에 대한 안전, 전기적 안전 및 미관

의 확보의 확보

대단위 설비의 유지 관리 체계화

현대사회의 필수품 차원의 중단 없는 전력공급(신뢰성)

전기에너지의 사회성 공익성 및 이익의 추구전기에너지의 사회성, 공익성 및 이익의 추구

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1.3 우리나라 배전의 역사우리나라 배전의 역사1.3.1 최초의 전기 사용

1 8 8 7 년 : 우리나라에서 최초로 전기 사용 시작사 용 장 소 : 서울 경복궁 안 향원정에 발전기 설치– 사 용 장 소 : 서울 경복궁 안 향원정에 발전기 설치

– 사 용 시 기 : 에디슨이 백열등을 발명한지 8년만에 서울에서 점등에서 점등

– 발전기규모 : 16와트 백열등 750개를 점등할 수 있는 큰규모

– 전 등 가 설 : 미국 에디슨 전기회사의 전기기술자인 윌리엄 멕케이 (William Mckay)가 시공

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1.3.2 전기회사의 설립관 련 사 건 : 발전 과정에서 연못의 수온이 올라가 물고기가

떼죽음 당하는 사건이 발생, 이런 연유로 물고기를 끊인다는 뜻으로 전등을 증어(烝魚)라 했기를 끊인다는 뜻으로 전등을 증어(烝魚)라 했

다는 일화 생김

1 8 9 8 년 : 한성전기회사 설립(고종황제가 미국인 콜브란의1 8 9 8 년 : 한성전기회사 설립(고종황제가 미국인 콜브란의조언으로 이근배, 김두승 두 사람의 이름으로)

– 사업 내용 : 전등 전차 전화사업 운영권 취득– 사업 내용 : 전등, 전차, 전화사업 운영권 취득

1 8 9 9 년 : 최초로 전차가 개통

의 의 한성전기회사의 탄생은 발전소에서 생산된– 의 의 : 한성전기회사의 탄생은 발전소에서 생산된전력을 배전설비를 이용하여 일반가정과 사무실에 전기를 공급한 본질적인 전력사업

배전자동화설계

무실에 전기를 공급한 본질적인 전력사업

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1.3 우리나라 배전의 역사우리나라 배전의 역사1.3.3 전기회사 3사 통합과 전력회사의 탄생

한성전기회사

– 전등 사업(동대문 발전소에 200[kW] 발전기 설치), 전차와 전등에 전력 공급와 전등에 전력 공급

– 1900년 4월

처음으로 가로등 형 조명 전등 등장» 처음으로 가로등 형 조명 전등 등장

– 1901년

충무로(당시 진고개)에 밀집되어 있는 상가에 600개» 충무로(당시 진고개)에 밀집되어 있는 상가에 600개의 민간조명용 점등

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한성전기회사한성전기회사– 1944년

» 대규모 수력발전소가 한반도 북부지역에 건설대규모 수력발전소가 한반도 북부지역에 건설– 1948년 5월

» 북으로부터 일방적인 송전 중단과 6.25 사변에 의한황전력설비의 파괴로 전력난에 빠지고, 경제기반이 황

폐화되면서 전력사업도 역시 만성적인 적자 상태발생

– 1961년 7월» 상기 문제 타계를 위해 조선전업, 경성전기, 남선전

기 등 3사가 통합 한국전력주식회사 발족기 등 3사가 통합 한국전력주식회사 발족

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1.3 우리나라 배전의 역사우리나라 배전의 역사1.3.4 배전전압의 변천

우리나라 초기의 배전전압 및 배전방식 : 3.3[kV] 3상3선식우리나라 기의 배전전압 및 배전방식 [ ] 상 선식Δ방식

1957년 : 3 3[kV] 3상3선식 Δ방식을 Y 방식으로 바꾼1957년 : 3.3[kV] 3상3선식 Δ방식을 Y 방식으로 바꾼

5.7[kV] 3상 4선식 격상 시도

5.7[kV] 3상4선식 Y 방식 : 3.3[kV] 기기 그대로 사용 가능,

투자면에서 유리, 고․저압 지락사고 발생시 사고검출불능과고장전류의 대지귀로로 인한 통신선로의 상시 유도장해가발생

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1.3.4 배전전압의 변천6.6[kV] Δ방식 : 기술적 경제적 타당성 검토(1961년 이후부

터 6.6[kV] 3상3선식 Δ 방식으로 승압)– 1960년대(경제개발로 전력수요 증가로 배전선의 용량– 1960년대(경제개발로 전력수요 증가로 배전선의 용량

부족문제 심각)

22.9[[kV-y]]와 11.4[kV-y] 3상4선식 다중 접지계통방식 : [[ y]]와 [ y] 상 선식 다중 접지계통방식

1965년에 경북, 1966년에는 문산, 고성, 양구 등지에22.9[kV-y] 방식 적용

1차 배전전압 변천 : 3.3[kV] → 5.7[kV-y] → 6.6[kV]

→11.4[kV-y] → 22.9[kV-y]y y

현재 : 1991년부터 22.9[kV-y]로 승압, 1차 배전계통 전압 모

두 22.9[kV-y]로 단일화

배전자동화설계

두 [ y] 단일화

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1.3 우리나라 배전의 역사우리나라 배전의 역사1.3.5 배전계통 구성의 변천

초기 배전계통 구성 : 수지상 방식

1964년 11월 : 서울 명동에서 고압 1회선 루프 시행

1980년대 초 : 대부분 수지상

1986년대 말 : 다중 Loop화 개념 도입1986년대 말 : 다중 Loop화 개념 도입

1989년부터 : 다분할 다연계 개념

1991년대 말 : 단일루프 선로 완전 일소

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1.3.6 지중 배전선로의 역사

1929년 : 우리나라 최초 지중선로(당인리 화력발전소 건설로

, 당인리- 영등포, 아현동- 순화동까지 22[kV] 지중

선로 2회선을 직매식으로 건설)선로 2회선을 직매식으로 건설)

1973년 : 우리나라의 가공배전선로의 지중화(효자동- 광화문

구간이 효시)

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1.4 배전계통의 환경과 전망배전계통의 환경과 전망1.4.1 배전계통의 환경과 전망

80년대 이후 2003년 현재까지 지속적으로 증가년대 이후 년 현재까지 지속적 증가2005년도 정점으로 점진적으로 설비 증가 추세 둔화 예측

1.4.2 전력품질 현황1.4.2 전력품질 현황전력품질 지표 : 주파수 유지율, 전압유지율, 정전횟수60년대 - 70년대 : 무제한 전력 공급으로 만족년대 년대 무제한 전력 공급 만족80년대 - 90년대 : 순간 정전에 대한 문제의식 없이 안정적인전력 공급에 만족2000년 이후 : 반도체 소자 및 IT 기술 등으로 초정밀 전력기기가 사용되면서 순간정전 등과 같은 미세한 전력변화에도민감하게 반응하여 불만족 표출

배전자동화설계

민감하게 반응하여 불만족 표출

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1.4.2 전력품질 현황향후 : 과전압, 서지, 고조파, 순시전압 강하, 플리커 등 미세

전기품질 관리 기준 요구 시대

표 1 1 전력품질에 대한 고객 요구수준 변화

구 분 60 70년대 80 90년대 2000년대

표 1 - 1 전력품질에 대한 고객 요구수준 변화

구 분 60 ~ 70년대 80 ~ 90년대 2000년대 ~

무제한 전력공고품질의 전력공급

고객요구수준

무제한 전력공급

(전력공급자체에 만족)

안정적 전력공급(순간정전 등에

둔감)

품질의 전력공급(순간정전 등미세한 전력품질변화에도

자체에 만족)둔감) 품질변화에도

불만족 표시)

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1.4 배전계통의 환경과 전망배전계통의 환경과 전망1.4.3 배전계통 구성 방식의 변화

단방향 전력 조류 형태 운영 : 고객의 부하설비에 전력 공급단방향 전력 조류 형태 운영 : 고객의 부하설비에 전력 공급

하는 단 방향 전력조류 형태로 운영

양방향 전력 조류 형태 운영 : 분산형 전원이 배전계통에 확양방향 전력 조류 형태 운영 : 분산형 전원이 배전계통에 확

대 보급(가스터빈, 가스엔진, 디젤엔진, 소수력, 연료전지, 태양광, 풍력, 전력저장장치 등)양광, 풍력, 전력저장장치 등)

향후 : 전원과 연계되어 배전계통의 전력 조류는 단방향성에

서 양방향성으로 전환서 양방향성으로 전환

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1.4.4 배전선로 역할의 확대

종래의 배전선로 : 단순히 전기에너지의 통로로만 사용

향후의 배전선로 : IT 산업 발전(전력 수송 + 통신, 데이터 전

송 통신망으로 사용)

※ 전력선 반송(PLC : Power Line Communication) :해외의 몇몇 나라에서는 실용화해서 인터넷 전화 원격검침해외의 몇몇 나라에서는 실용화해서 인터넷, 전화, 원격검침,부하감시 등에 활용, 이 방식의 활용 가능성은 매우 높아 향후 전력설비 감시 및 제어, 배전자동화, 홈 네트워크, 유비쿼터스 등을 실현할 또 하나의 통신망으로 사용될 것으로 전망

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1.4 배전계통의 환경과 전망배전계통의 환경과 전망1.4.5 전력 IT

IT 산업을 전력과 접목한 전력 IT 기술IT 산업을 전력과 접목한 전력 IT 기술

적용 분야 : 배전자동화용 개폐기의 원격제어, 배전용 변압기적용 분야 배전자동화용 개폐기의 원격제어, 배전용 변압기

의 원격 부하측정 및 열화진단, 지능형 전자식 전력량계를

이용한 원격검침 전자식 전력량계의 G t 를 이용한 에이용한 원격검침, 전자식 전력량계의 Gateway를 이용한 에

어콘 부하의 원격 직접제어, 홈 네트워킹을 통한 가전기기의

원격제어, 수도․가스 및 난방 설비의 원격제어, 방범시스템,

PLC방식을 이용한 인터넷 부가서비스 제공 등

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1.4 배전계통의 환경과 전망배전계통의 환경과 전망1.4.5 전력 IT

※ HSA : home service aggregator(홈서비스 종합사업자) 그림 1 2 PLC를 활용한 HSA 개념도

배전자동화설계

그림 1 - 2 PLC를 활용한 HSA 개념도

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1.4 배전계통의 환경과 전망배전계통의 환경과 전망1.4.6 배전선로 구성재의 발전 방향

기자재의 품질 : 전력의 공급신뢰도와 밀접한 관련

요구조건 : 고신뢰성, 경제성, 환경과의 조화, 작업성, 안전성요구조건 : 고신뢰성, 경제성, 환경과의 조화, 작업성, 안전성

– 고 신뢰성

기기의 보수 및 고장을 최소화할 수 있는 신소재의 개발» 기기의 보수 및 고장을 최소화할 수 있는 신소재의 개발필요

– 경제성 확보경제성 확보

» 기기손실, 제작단가의 저감, 설비 건설에 소요되는 노동량 감소 요구

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요구조건 고신뢰성 경제성 환경과의 조화 작업성 안전성요구조건 : 고신뢰성, 경제성, 환경과의 조화, 작업성, 안전성

– 주변 환경과의 조화주변 환경과의 조화» 작고, 칼라화, 주변 환경오염에 강한구조

– 작업성작업성

» 간편, 소형, 경량, 표준화 필요

– 안전성안전성

» 재료에 독성이 없고 강도가 좋고 절연성이 확보필요

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1.4 배전계통의 환경과 전망배전계통의 환경과 전망1.4.6 배전선로 구성재의 발전 방향

표 1 - 2 배전기자재 발전방향표 배전기자재 발전방향

무보수화(Maintenance free)

무고장화(Trouble free)

신소재화(New materials)

고신뢰성

저손실화(Lower loss)

원가절감(Cost down)

공량감소(Lower manpower)

경제성

컬러화 컴팩트화 내오손화 환경친화컬러화(Colorful)

컴팩트화(Compact)

내오손화(Anti-pollution)

환경친화

간편화(Skilll )

소형 경량화(S ll & li ht)

표준화(St d di ti )

작업성(Skillless) (Small & light) (Standardization)

무독성(Non hazard)

고강도화(High strength)

절연보강(Insulation improve)

안정성

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구분 발전추이 개발전망

전주 콘크리트전주, 강관전주, 컬러전주

고강도화 : 하중 2000kg 이상환경친화 : 무지선형,슬림형,컬러형,나무형

콘크리트전주 강관전주

참고

인입용 전주인입용 전주

컬러전주

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구분 발전추이 개발전망

전선

ACSR – OCACSR/AW – OCOC-W

대용량, 저손실화수밀화, 내트래킹성 절연피복

OC W

ACSR

ACSR/AW - OCACSR/AW OCOC-W

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구분 발전추이 개발전망

특고압케이블

CNCVCNCV – WFR CNCO - W

Encapsulated Type 케이블수밀성 보강 케이블

FR CNCO W

CNCV-WCNCV CNCV WCNCV

FR CNCO-W

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구분 발전추이 개발전망

지지애자특고핀애자라인포스트애자

신소재화 : Epoxy, Polymer신장주화 : 수직장주용 LP

지지애자

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구분 발전추이 개발전망

자기제 현수애자

현수애자

자기제 현수애자장간형 현수애자폴리머 현수애자

신소재화 : Silicon, EPDM 등내오손화, 고신뢰성

금구류

ㄱ형 완철경완철 신소재화, 경량화

환경친화: 컬러화 슬림화아연도금, 볼트조임 환경친화: 컬러화, 슬림화

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구분 발전추이 개발전망

적철심 권철심

변압기

적철심 권철심G11 G9 G6자기 진단형

고강도화 : 하중 2000kg 이상환경친화 : 무지선형,슬림형,컬러형,나무형

개폐기자동화 개폐기SF 가스개폐기

다기능화 : 제기능 집약형소형경량화, 내오손성 보강

SF6 가스개폐기 무접점화 : 전력반도체 이용

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구분 발전추이 개발전망가공지선22 9k 가공선로22.9kv 가공선로

컷아웃 위치피뢰기

SiC소자 ZnO소자자기제 하우징

신소재화 : 폴리머 하우징기기 내장화

피뢰기

특고압중성선

참고

컷아웃스위치COS

피뢰기

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1.5 단원의 구성단원의 구성제 1장 배전개요 : 배전의 특수성, 배전의 역사를 과거 현재, 미래로 구분하여 배전의 개요 설명

제 2장 배전용 변전설비 : 가공배전선로 상위 계통의 배전계통 운영상 꼭 알아야 할 내용만 기술통 운영상 꼭 알아야 할 내용만 기술

제 3장 가공배전설비 : 우리나라에서 운영 중에 있는 배전용기기 및 기자재와 관련된 내 을 실 적 기술기기 및 기자재와 관련된 내용을 실무적으로 기술

제 4장 지중배전설비 : 우리나라에서 운영 중에 있는 배전용제 4장 지중배전설비 : 우리나라에서 운영 중에 있는 배전용기기 및 기자재와 관련된 내용을 실무적으로 기술

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제 5장 자가용 전기설비 :수변전 설비 보호시스템 수변전 설비의 구성 구내 배전- 수변전 설비, 보호시스템, 수변전 설비의 구성, 구내 배전

설비, 예비전원 설비 내용제 6장 전기 품질 및 신뢰도 :제 장 전기 품질 및 신뢰– 마이크로프로세서와 반도체 사용 장비가 늘면서 가장 크

게 요구하고 있는 부분이 전력품질이와 관련된 용어와 관련 규정 현상 보상방법 등에 대– 이와 관련된 용어와 관련 규정, 현상, 보상방법 등에 대하여 학습, 신뢰도에서는 해석기법, 배전계통의 신뢰도지수, 계통설비가 신뢰도에 미치는 영향 등 설명

제 7장 배전계획 :

– 배전계통을 구축하기 위해서는 선로 및 변전소 부지, 계통 보호 및 제어를 위한 최신의 전력설비, 계통 건설 및운용을 위한 많은 인력 등, 상당한 비용 및 예산이 필요, 여기에 소요되는 투자계획과 관련된 내용

배전자동화설계

여기에 소요되는 투자계획과 관련된 내용

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제 8장 배전운용 :제 8장 배전운용 :

– 운용지표, 운용현황, 전압관리, 손실관리, 공급방식에 대한 내용 설명

제 9장 부하특성 및 부하관리 : 하특성 하관리와 하 제어 전기 금 에너지 절약- 부하특성, 부하관리와 부하 제어, 전기요금, 에너지 절약

과 심야전력 설명

제 10장 배전선로 고장 계산 및 보호협조 : 선로보호용 보호장치, 보호목적, 보호협조, 고장전류 계산, 보호 계전기 설명

배전자동화설계[36/33]

제 11장 배전 자동화 :– 컴퓨터와 통신망을 사용하여 배전선로에 설치된 개폐기의 운

전상태를 감시하고 고장이 발생되면 원격에 있는 개폐기를신속 정확하게 제어 감시하여 배전선로의 신뢰도를 높이고신속 정확하게 제어․감시하여 배전선로의 신뢰도를 높이고자 개발된 배전자동화 시스템에 대하여 학습, 시스템 종류, 시스템 구성, 통신방식 그리고 소프트웨어 설명

제 12장 신 배전 정보시스템(NDIS) : – 설비 신설과 증설 유지보수 업무의 효율성을 높이기 위해설비 신설과 증설, 유지보수 업무의 효율성을 높이기 위해

NDIS의 시스템 개요, 시스템 구성, 시스템의 적용업무 언급

배전자동화설계[37/33]

제 13장 분산형 전원 및 신재생 에너지 :제 장 분산형 전원 및 신재생 에너지- 분산형 전원의 개요, 종류, 분산형 전원의 장점 및 단점

과 대책, 관계기술 기준에 대한 설명

- 신재생에너지 기술, 수소에너지, 연료전지, 이들 에너지의 전력계통 연계 등에 대하여 설명의 전력계통 연계 등에 대하여 설명

제 14장 신배전 시스템과 스마트 그리드 : - 신 배전계통방식의 개요, 신배전시스템 구축을 위한 구성

요소, 발전 방향 설명- 스마트 그리드스마트 그리드

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