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전력공학 통합과정
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총 20개 챕터, 71강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 전력공학 오리엔테이션
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전력공학 개론: 송배전과 전력계통의 통합적 이해
• 전력공학 시스템: 송배전공학과 전력계통공학을 통합하여 안정적 전력 공급을 연구하는 시스템 학문. • 송배전공학: 선로 임피던스, 고장계산, 이상전압 등 전력 전송의 물리적·이론적 기반을 다룸. • 전력계통공학: 전력조류계산, 주파수-전압 제어, 경제운영 등 시스템 전체의 안정적 운영 및 제어 기법을 분석. |
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| 1장. 송배전계통의 구성 (송배전공학) | ||
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[2강] 송전 방식 : 직류방식
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직류 송전방식의 특징과 적용 분야
• 직류(DC) 송전방식: 표피효과·유전체손실이 없고 역률이 1로 송전효율이 높으며, 낮은 절연계급과 높은 안정도를 갖는 전력 전송 기술 • 비동기 계통 연계: 주파수가 다른 두 교류(AC) 계통을 AC-DC-AC 변환을 통해 단락용량 증대 없이 안정적으로 연결하는 기능 • 대용량 장거리·해저 송전: AC 방식의 충전전류 및 과전압 문제 없이 대용량 전력을 전송하고 신재생에너지 연계에 활용 |
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[3강] 송전 방식 : 교류방식
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교류 송전방식의 특징과 3상 3선식 채택 이유
• 교류 송전방식: 변압기를 이용한 용이한 전압 변성과 3상 전류를 통한 회전자계 생성이 핵심 특징. • 3상 3선식 송전방식: 1선당 송전전력이 타 방식(단상 2선식 기준 115%) 대비 가장 커 경제성이 우수하여 표준으로 채택. • 3상 교류 순시 전력: 평형 3상 회로의 전체 순시 전력 합이 시간에 관계없이 일정하여 전력 맥동 없는 안정적 공급 가능. |
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[4강] 송전전압
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송전전압과 송전전력, 경제성 및 표준전압의 관계
• 송전전력-전압 관계: 송전전력(P)은 송전전압(V)의 제곱에 비례($P \propto V^2$)하며, 이는 전선 중량 등 경제성을 고려하여 유도된 원리. • 전압 상승 경제성: 전압 상승 시 전선비·전력손실은 감소하나 설비·유지비는 증가하므로 Alfred Still 식으로 경제적 송전전압 산출. • 표준전압: 기기 호환성 및 계통 효율화를 위해 제정된 전압 체계로, 계통을 대표하는 공칭전압과 절연 설계 기준인 최고전압으로 구분. |
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| 2장. 가공송전선로 | ||
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[5강] 전선의 종류
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전력공학: 가공 송전선로 전선의 종류 및 특징
• 가공 송전선로 전선: 구조(단선, 연선)와 조합(단도체, 복도체)에 따라 분류되며, 높은 도전율과 기계적 강도 등의 구비조건을 요구함. • 강심 알루미늄 연선(ACSR): 강심으로 기계적 강도를 보강한 대표적 연선으로, 전해부식 방지(AW) 및 절연 피복(OC) 등 기능에 따라 세분화됨. • 복도체 방식: 1상에 복수 도체를 사용하여 등가 반지름을 증대시켜 코로나 임계전압을 상승시키고 코로나 발생을 억제하는 초고압 송전 기술. |
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[6강] 전선의 허용전류
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전선의 허용전류와 경제적 굵기 선정 (켈빈의 법칙)
• 전선의 허용전류: 연속 및 단시간 사용 시 최고 허용온도를 기준으로 산정되는 최대 전류 한계. • 송전용량 선정: 단거리는 허용전류·전압강하를, 장거리는 계통 안정도를 핵심 기준으로 결정. • 켈빈의 법칙: 연간 전력손실비용과 전선 투자 경비가 같아지는 지점에서 가장 경제적인 전선 굵기를 선정하는 원리. |
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[7강] 전선의 이도
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전선의 이도(Dip) 정의, 계산 및 관련 현상(진동, 도약)
• 전선의 이도(Dip): 온도 변화에 따른 장력 조절을 위한 전선 처짐 길이로, 포물선 근사 공식($D = wS^2/8T_0$)으로 계산. • 전선 진동: 칼만 와류가 원인인 주기적 상하 운동으로, 공진에 의한 피로 및 단선 방지를 위해 댐퍼(Damper) 설치. • 전선 도약(Sleeting): 빙설 탈락 반동으로 전선이 튀어 오르는 현상으로, 상간 단락 방지를 위해 옵셋(Offset) 설계 적용. |
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[8강] 가공 전선로용 애자
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가공 전선로용 애자의 종류, 특성 및 전압분포
• 애자(Insulator): 전선을 지지 및 절연하는 절연체로, 충분한 절연내력과 기계적 강도가 요구됨. • 애자련 전압분포: 정전용량 불균형으로 각 애자의 전압 분담이 불균일하며, 전선에 가장 가까운 애자의 부담이 최대가 됨. • 전압분포 개선 및 설계: 초호각/초호환으로 전압분포를 개선하고, 애자련 개수는 내부 이상전압과 주수 섬락전압을 기준으로 산정. |
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[9강] 가공 전선로용 지지물 : 철탑
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가공 전선로의 구성 요소: 지지물, 애자, 이도
• 가공 전선로 지지물: 선로의 수평 각도에 따라 직선(A형), 각도(B/C형), 억류(D형), 내장(E형) 철탑으로 분류. • 전선의 이도(Sag): 장력과 안전거리 확보를 위한 전선 처짐 정도로, 진동(댐퍼)과 도약(옵셋) 방지 대책이 필요. • 가공 전선로용 애자: 전선 지지와 전기적 절연 장치로, 주수 섬락 전압을 기준으로 개수를 산정하며 초호환으로 전압 분포를 개선. |
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| 3장. 지중송전선로 | ||
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[10강] 지중 선로의 전력공급방식과 계통구성
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지중 선로 전력공급방식: 유닛, 루프, 방사상, 수지상
• 지중 송전선로: 지하 케이블을 이용한 전력 공급 방식으로, 높은 공급 신뢰도와 건설비를 특징으로 함. • 유닛 방식과 루프 방식: 선로와 변압기 직접 접속(유닛) 또는 선로 환상망 구성(루프)으로 경제성과 신뢰도를 조절함. • 방사상 방식과 수지상 방식: 변전소에서 분기하는 방사형(방사상) 또는 주간선에서 분기하는 나뭇가지형(수지상) 공급망 구성. |
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[11강] 전력 케이블의 종류
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전력 케이블의 종류와 특징: CV, OF, GIL, 초전도
• CV(가교폴리에틸렌) 케이블: XLPE 절연체 기반 표준 케이블로, 반도전층으로 전계 집중을 완화하나 수분 침투 시 트리 현상이 발생. • OF(오일 충만) 케이블: 절연유를 충전하여 절연 및 냉각 성능을 높인 지절연 방식으로, 별도의 급유 설비와 지속적인 유압 유지가 필요. • GIL 및 초전도 케이블: SF6 가스 절연(GIL) 또는 극저온 냉각(초전도)을 이용해 대용량 송전을 구현하는 차세대 기술. |
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[12강] 전력 케이블의 시공방식
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전력 케이블의 시공방식: 직매식, 관로식, 암거식 비교
• 직매식: 케이블을 직접 땅에 매설하는 방식으로, 공사비가 저렴하고 열 발산이 좋으나 외부 충격에 취약하고 증설이 곤란함. • 관로식: 맨홀과 연결된 관로에 케이블을 부설하는 방식으로, 케이블 증설 및 교체가 용이하여 가장 보편적으로 사용됨. • 암거식: 터널형 구조물(전력구) 내에 다회선 케이블을 설치하는 방식으로, 유지보수와 증설은 용이하나 초기 비용이 가장 높음. |
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[13강] 지중 전선로의 방식
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지중 전선로의 부식 방지(방식) 원리와 종류
• 전식(電蝕) 발생 원리: 누설전류가 지중 매설 금속체에서 유출될 때 발생하는 전기화학적 부식 현상. • 유전양극 방식과 외부전원 방식: 금속 간 전위차를 이용하는 희생양극 방식과 외부 직류전원으로 강제 전류를 공급하는 방식. • 배류 방식: 전기철도 누설전류를 직접·선택·강제 배류법을 통해 발생원으로 귀환시켜 부식을 방지하는 기술. |
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| 4장. 선로정수와 코로나 | ||
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[14강] 저항
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전력공학 선로정수: DC 저항과 AC 저항(표피효과)
• 선로정수: 전선의 종류·크기·배치로 결정되는 고유 전기 특성(R, L, C, G)으로, 선로 해석의 기본 요소. • DC 저항: 전류가 도체 단면에 균일하게 분포할 때의 저항으로, 고유저항(ρ)과 도체 형상(L/A)으로 결정. • 표피효과 (Skin Effect): 교류 전류가 도체 중심부의 쇄교자속으로 인해 표면에 집중, 유효 단면적을 감소시켜 AC 저항을 증대시키는 현상. |
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[15강] 인덕턴스 (1)
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전력공학 인덕턴스: 자기, 상호 및 작용 인덕턴스
• 자기인덕턴스: 단일 도체 전류 변화가 자신에게 자속 쇄교를 일으키는 현상으로, 내부(0.05)와 외부(0.4605 log) 인덕턴스의 합으로 구성됨. • 상호인덕턴스: 인접한 도체의 전류 변화가 다른 도체에 기전력을 유도하는 현상으로, 다중 도체 시스템 해석에 사용됨. • 작용인덕턴스: 전력계통에서 실제 사용되는 1상당 인덕턴스로, 자기인덕턴스와 모든 상호인덕턴스 효과를 종합한 값. |
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[16강] 인덕턴스 (2)
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전력공학 인덕턴스 계산: 왕복 2도선, 3상, 대지귀로
• 송전선로 작용인덕턴스: 왕복 2도선 및 3상 정삼각배치 등 대칭 선로의 인덕턴스 계산 원리 및 공식. • 비대칭 선로 평형화: 비정삼각배치 선로에서 기하평균거리(GMD)를 이용한 등가 계산 또는 연가를 통한 물리적 평형화 적용. • 1선 대지귀로 인덕턴스: 1개 도선과 대지를 왕복회로로 간주하고 등가 대지면 깊이(He)를 이용해 총 인덕턴스 산출. |
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[17강] 인덕턴스 (3)
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3상 송전선로의 인덕턴스: 자기, 상호, 작용, 영상
• 대지귀로 자기·상호 인덕턴스: 작용 및 영상 인덕턴스 유도의 기초가 되는 실측 기반의 자기($L_e$)와 상호($L_e'$) 인덕턴스. • 작용인덕턴스(L): 3상 평형 상태(정상 운전, 평형 고장)에서 적용되는 1선당 인덕턴스로, 정상분 임피던스($Z_1$) 산출에 사용. • 영상 인덕턴스($L_0$): 1선 지락 등 불평형 고장 상태에서 적용되는 인덕턴스로, 영상분 임피던스($Z_0$) 산출에 사용. |
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[18강] 정전용량
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송전선로의 정전용량: 대지, 상호, 작용 정전용량
• 송전선로 정전용량: 도선과 대지 간의 대지 정전용량($C_S$)과 도선 간 상호 정전용량($C_M$)으로 구성 • 작용 정전용량($C_N$): 대지 및 상호 정전용량을 모두 고려한 한 상의 실효 정전용량으로, 3상 계통에서 $C_N = C_S + 3C_M$ 관계 성립 • 정전용량 계산: 가우스 법칙과 전위차 원리를 통해 유도하며, 실용 공식은 $C = \frac{0.02413}{\log_{10}(D/r)}$ [μF/km]를 사용 |
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[19강] 복도체의 선로정수
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복도체(다도체)의 개념, 장단점 및 선로정수 분석
• 복도체: 1상당 복수 소도체를 사용하여 전선의 등가 지름 증대로 코로나 현상을 방지하는 송전 방식. • 선로정수 변화: 인덕턴스(L) 감소와 정전용량(C) 증가를 통해 송전용량 및 계통 안정도를 증대. • 주요 단점: 페란티 효과 및 고장전류 증대, 소도체 진동 등이 있으며 스페이서(spacer)로 보완. |
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[20강] 전력케이블의 선로정수
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전력 케이블의 선로정수: 저항, 인덕턴스, 정전용량
• 전력 케이블 저항: 교류 시 표피효과와 근접효과로 유효 단면적이 감소하여 직류 저항보다 증가함. • 인덕턴스 및 정전용량: 짧은 선간거리로 인덕턴스는 작고, 절연체 비유전율 영향으로 정전용량은 매우 큼. • 작용 정전용량 및 충전 전류: 대지 및 상호 정전용량의 합으로 측정되며, 큰 정전용량은 충전 전류를 발생시킴. |
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[21강] 송전 계통의 임피던스
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계통 임피던스: 옴법과 퍼센트법의 비교 및 환산
• 옴 임피던스와 퍼센트 임피던스: 변압기 권수비 환산이 복잡한 옴법과 달리, 기준량에 대한 비(ratio)로 표현해 계통 해석을 간소화하는 방법 비교 • 퍼센트 임피던스 정의: 정격전류가 흐를 때의 전압강하를 정격전압의 백분율로 나타내는 값으로, 변압기 1, 2차측에서 환산 없이 동일하게 적용 • 기준 용량 환산: 계통 해석 시 자기 용량이 다른 기기들의 퍼센트 임피던스를 공통 기준 용량으로 통일하는 절차이며, 용량에 비례하고 전압 제곱에 반비례 |
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[22강] 코로나
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송전선로 코로나 현상의 원인, 영향 및 대책
• 코로나 현상: 송전 전압 상승으로 전선 주위 공기 절연이 파괴되어 손실, 잡음, 부식을 유발하는 방전 현상. • 코로나 임계 전압: 방전 시작 한계 전압으로, 전선 지름 및 상대 공기 밀도에 의해 결정되는 발생 억제 기준. • 코로나 대책: 등가 반지름을 증대시켜 임계 전압을 높이는 복도체/다도체 방식이 핵심이며 가선 금구 개량으로 보완. |
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| 5장. 송전특성 | ||
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[23강] 집중정수회로
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송전 특성: 단거리 및 중거리 선로 모델링 및 해석
• 단거리 송전선로: 직렬 임피던스(Z)만으로 모델링하며, 전압강하는 근사식 $I(R\cos\theta+X\sin\theta)$으로 계산하고 4단자 정수 C=0이 특징임. • T형 등가회로: 중거리 선로 모델로, 총 직렬 임피던스를 양단(Z/2)에, 병렬 어드미턴스(Y)를 중앙에 배치한 구조. • Π(파이)형 등가회로: 중거리 선로의 실용적 모델로, 총 병렬 어드미턴스를 양단(Y/2)에, 직렬 임피던스(Z)를 중앙에 배치한 구조. |
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[24강] 분포정수회로
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분포정수회로: 전파방정식, 특성 임피던스, 전파정수
• 분포정수회로: 장거리 선로 해석 모델로, 미소 구간의 전압·전류 관계를 통해 전파방정식을 유도. • 특성 임피던스(ZW)와 전파정수(γ): 진행파의 전압/전류 비, 크기/위상 변화를 나타내는 선로 고유 파라미터. • 4단자 정수: 특성 임피던스와 전파정수를 이용해 송수전단 관계를 쌍곡선 함수로 표현하고 단락·무부하 시험으로 측정. |
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[25강] 송수전 전력계산식
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송수전 전력계산식과 4단자 정수
• 4단자 정수: 송전선로의 송수전단 전압·전류 관계를 정의하는 파라미터(A,B,C,D)로, 특성 해석 및 전력 조류 계산의 기본 모델. • 전류 공액 기반 복소전력: 유도성 부하의 무효전력(Q)을 양수로 정의하기 위해, 전력 계산($W=EI^*$) 시 전압이 아닌 전류에 공액복소수를 적용하는 방식. • 송수전단 전력 공식: 4단자 정수를 이용해 유도된 송전단(Ps, Qs) 및 수전단(Pr, Qr)의 유효·무효전력 계산식으로, 계통의 최대 전력 공급 능력(정태안정 극한전력) 분석에 사용. |
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[26강] 전력 원선도, 전압조정
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전력 원선도 원리 및 전압 조정 방법
• 전력 원선도: 송수전단 유효-무효 전력 관계를 원의 방정식으로 표현하여 최대 전력 및 안정도 한계를 분석하는 기법. • 동기 조상기: 무부하 동기 전동기의 계자 전류를 조정하여 진상/지상 무효전력을 연속적으로 제어하는 전압 조정 설비. • 전력용 콘덴서: 진상 무효전력을 공급하여 역률을 개선하고 전압을 조정하는 정지기기로, 뱅크 단위의 비연속적 제어가 특징. |
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[27강] 전기자 반작용
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발전기 전기자 반작용의 종류와 원리
• 전기자 반작용: 전기자 전류에 의한 자속이 계자 자속에 영향을 미치는 현상으로, 부하 종류(R, L, C)에 따라 작용이 구분됨. • 부하별 반작용 종류: 저항(R) 부하는 교차자화(자속 왜곡), 인덕터(L)는 감자(자속 감소), 커패시터(C)는 증자(자속 증가) 작용을 유발함. • 전기자 반작용 리액턴스: 물리적 자속 변화 효과를 등가 회로의 리액턴스(XA)로 모델링하며, 발전기 동기 임피던스(ZS)의 핵심 구성 요소. |
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[28강] 선로의 충전에 의한 장해
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선로 충전에 의한 장해: 페란티 현상과 발전기 자기여자현상
• 페란티 현상: 선로 정전용량(C)으로 인해 경부하 시 수전단 전압이 송전단보다 높아지는 현상. • 발전기 자기여자현상: 선로의 진상 전류가 전기자 증자작용을 일으켜 발전기 단자 전압이 급상승하는 현상. • 분로 리액터 및 단락비: 진상 무효전력 보상(분로 리액터) 및 저여자 운전 능력(단락비)을 통해 전압 상승 장해를 방지하는 핵심 대책. |
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[29강] 전력 조류계산, 송전 용량
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전력 조류계산과 송전 용량의 개념 및 계산법
• 전력 조류계산: 발전·부하·슬랙 모선의 기지량/미지량(P,Q,|V|,δ)을 기반으로 Y-bus 행렬을 이용해 계통의 전압, 조류, 손실을 해석하는 기법 • 송전 용량 결정 요인: 단거리 선로는 허용 전류·전압강하 등 전기적 특성이, 장거리 선로는 안정도(상차각)와 송전효율이 최대 전력을 제한 • 송전 용량 계산법: 선로 특성임피던스를 이용하는 고유부하법(SIL)과 선로 길이에 따른 경험적 계수를 사용하는 송전용량 계수법으로 산정 |
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| 6장. 중성점 접지 방식과 유도장해 | ||
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[30강] 중성점 접지 방식의 종류
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중성점 접지 방식의 종류 및 비교 분석
• 직접 접지 방식: 변압기 중성점을 직접 대지에 연결하여 절연 비용을 낮추고 보호 계전기 동작을 확보하는 방식. • 비접지·저항·소호 리액터 접지: 중성점 임피던스를 조정해 지락 전류를 억제하고 과도 안정도를 높이는 방식. • 접지 방식 선정 기준: 1선 지락 시 건전상 전위 상승, 지락 전류 크기, 과도 안정도, 절연 비용 등을 종합적으로 비교 분석. |
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[31강] 중성점 잔류전압과 유도장해
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중성점 잔류전압과 통신선 유도장해의 원인 및 대책
• 중성점 잔류전압 : 3상 선로정수(정전용량) 불평형으로 발생하는 전위로, 연가(Transposition)를 통해 해소. • 정전유도 : 평상시 상호 정전용량 불평형에 의해 통신선에 잡음을 유기하는 현상. • 전자유도 : 1선 지락사고 시 영상전류가 상호 인덕턴스를 통해 인명에 위험한 고전압을 유기하는 현상. |
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[32강] 유도장해 경감대책
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유도장해 경감대책: 전력선, 통신선 측 대책 및 차폐선 이론
• 전력선측 유도장해 경감대책: 유도전압 공식($E_m$)의 인자(M, 3I₀) 저감을 목표로 차폐선 가설, 이격거리 확보, 고저항 접지, 고속도 차단 적용 • 통신선측 유도장해 경감대책: 연피 케이블·피뢰기·배류코일로 유도전압을 직접 저감하고, 중계코일로 유도전압 누적 구간(L) 단축 • 차폐선 이론: 전자유도 현상을 역이용해 상쇄 전압을 유기하는 원리로, 전력선 근접 설치 및 저임피던스 설계로 차폐 효과(λ) 극대화 |
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| 7장. 고장계산 | ||
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[33강] 3상 단락고장
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3상 단락고장 계산의 목적, 방법 및 절차
• 고장계산: 차단기 용량 결정 및 보호계전기 정정을 목적으로 평형·불평형 고장 전류를 산출하는 과정. • 퍼센트 임피던스법: 계통 임피던스를 기준 용량 기반 백분율로 환산하여 단락전류를 계산하는 실용적 방법. • 단락전류 계산 절차: 기준 용량 설정, %임피던스 환산, 임피던스 맵 합성, 최종 고장전류 산출 순서. |
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[34강] 대칭좌표법에 의한 고장계산
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대칭좌표법을 이용한 불평형 고장 계산
• 대칭좌표법: 3상 불평형 고장 해석을 위해 불평형 전압/전류를 영상, 정상, 역상의 세 가지 대칭 성분으로 분해하는 계산 원리. • 대칭분 전류 특성: 영상분(지락), 정상분(회전 토크), 역상분(제동 작용) 등 고유의 물리적 의미를 통해 고장 현상을 분석. • 발전기 기본식: 대칭분 전압과 전류의 관계를 정의하는 핵심 공식으로, 각 성분별 등가회로를 구성하여 고장 값을 산출하는 기반. |
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[35강] 무부하 발전기의 고장계산 (1)
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무부하 발전기 고장계산: 3상 단락 및 선간 단락
• 대칭 좌표법 기반 고장계산: 불평형 고장점의 전압·전류를 영상·정상·역상 성분으로 변환하여 대칭회로도를 구성하고 고장 전류를 계산하는 원리 • 3상 단락 고장: 단자 전압(Va,b,c)이 0인 조건으로부터 정상분 회로(V₁=0)만을 이용하여 고장 전류(I₁ = Eₐ / Z₁)를 계산하는 평형고장 • 선간 단락 고장: 특정 상(b, c)만 단락된 조건(Vb=Vc, Ia=0)으로부터 정상·역상 회로를 병렬 연결하여 고장 전류(I₁ = Eₐ / (Z₁ + Z₂))를 계산하는 불평형고장 |
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[36강] 무부하 발전기의 고장계산 (2)
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무부하 발전기 고장 계산: 1선 지락 및 2선 지락
• 1선 지락 고장: 대칭분 전류($I_0=I_1=I_2$) 조건에 따라 영상·정상·역상 임피던스를 직렬 연결하여 해석. • 2선 지락 고장: 대칭분 전압($V_0=V_1=V_2$) 조건에 따라 영상·역상 병렬회로와 정상 임피던스를 직렬 연결하여 해석. • 대칭좌표법 기반 고장 해석: 불평형 고장 조건을 대칭분 경계 조건으로 변환하고, 구성된 등가회로를 통해 고장 전류와 전압을 계산하는 기법. |
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[37강] 계통 임피던스의 개략값
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계통 임피던스 개략값과 대칭분 회로를 이용한 고장계산
• 대칭 좌표법: 1선 지락 등 비대칭 고장을 영상, 정상, 역상의 3개 대칭분 회로로 분해하여 해석하는 고장계산 기법. • 대칭분 회로: 정상·역상회로는 평형 3상 회로이며, 영상회로는 접지 귀로가 필수이고 변압기 델타 결선 시 차단되는 단상 회로. • 동기기 임피던스: 고장 후 시간 경과에 따라 차과도(x_d''), 과도(x_d'), 동기(x_d) 리액턴스로 증가하여 고장전류 크기를 결정. |
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| 8장. 안정도 | ||
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[38강] 정태 안정도
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전력계통 안정도: 정태 안정도와 전력-상차각 곡선
• 정태 안정도: 완만한 부하 변동 시 동기 운전을 유지하는 능력으로, 상차각(δ)이 90도 미만인 안정 영역에서 운전 조건이 결정됨. • 전력-상차각 곡선: 송전 전력과 상차각의 관계($P = P_{max}\sin\delta$)를 나타내는 그래프로, 안정 및 불안정 운전 영역을 구분하는 기준. • 동기화력: 동기 상태를 유지하려는 복원력으로, 전력-상차각 곡선의 기울기($dP/d\delta$)이며 양수일 때 정태 안정성이 확보됨. |
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[39강] 과도 안정도
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과도 안정도 개념, 등가 고장 임피던스 및 등면적법
• 과도 안정도: 계통 사고 등 급격한 외란으로 인한 기계적 입력과 전기적 출력의 불균형 발생 시, 동기 운전을 유지하는 능력. • 등가 고장 임피던스: 1선 지락, 3상 단락 등 고장 종류에 따라 크기가 결정되며, 송전 가능 전력을 제한하는 핵심 요소. • 등면적법: P-δ 곡선 상에서 사고 시 발생하는 가속 에너지와 사고 제거 후의 감속 에너지를 면적으로 비교하여 안정도를 판별하는 해석법. |
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[40강] 회전체의 운동방정식
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회전체 운동방정식, 단단법 및 안정도 향상 대책
• 회전체 운동방정식 : 기계적 입력과 전기적 출력의 불평형이 회전자의 각가속도 변화를 유발하는 과도 안정도의 동요 방정식 • 단단법(Step-by-step method) : 운동방정식을 다기 계통에 적용하여 시간에 따른 상차각 변화를 축차 계산하는 실용적 안정도 해석 기법 • 안정도 향상 대책 : 리액턴스 감소, 전압 변동 제어, 계통 충격 경감, 발전기 입출력 평형 조절을 통한 계통 안정도 확보 방안 |
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| 9장. 이상전압 | ||
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[41강] 이상전압
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전력계통의 이상전압: 내부 서지와 외부 서지(낙뢰)
• 이상전압 유형: 계통 내부 원인(개폐 서지)과 외부 원인(직격뢰, 유도뢰)으로 발생하는 과도전압. • 개폐 서지와 절연협조: 무부하 선로 차단 시 4배 전압 상승(절연설계 기준)과 직격뢰로부터 기기를 보호하는 합리적 절연 체계. • 표준 충격파형 ($1.2 \times 50 \mu s$): BIL(기준 충격 절연 강도)의 기준이 되는 시험 파형으로, 파두장과 파미장으로 정의. |
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[42강] 진행파의 특성 (1)
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진행파의 특성: 특성 임피던스와 전파 속도
• 진행파: 송전선로에서 전압과 전류가 분포정수(L, C)에 따라 파동 형태로 전파되는 현상. • 특성 임피던스(Z): 진행하는 전압파와 전류파의 비율($Z=e/i$)로, 선로 고유의 값인 $\sqrt{L/C}$로 정의되는 파동 저항. • 전파 속도(V): 파동의 진행 속도($V=1/\sqrt{LC}$)로, 가공선은 광속에 근접하나 지중선은 비유전율($\varepsilon_s$) 영향으로 더 느림. |
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[43강] 진행파의 특성 (2)
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전력공학 진행파의 반사와 투과 특성
• 진행파 반사와 투과: 특성 임피던스($Z_1, Z_2$)가 다른 접속점(변곡점)에서 입사파가 전압·전류 연속 조건에 따라 반사파와 투과파로 나뉘는 현상. • 반사계수(ρ) 및 투과계수(τ): 입사파에 대한 반사파와 투과파의 비율을 정의하는 지표로, 두 선로의 특성 임피던스($Z_1, Z_2$) 차이로 결정. • 선로 종단 조건별 특성: 종단 개방($Z_2=\infty$) 시 전압 2배 상승(정반사), 종단 접지($Z_2=0$) 시 전류 2배 상승(정반사) 현상 발생. |
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[44강] 이상전압 방지 대책 (1)
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피뢰기를 이용한 이상전압 방지 대책의 원리 및 특성
• 피뢰기(LA) 기본 기능: 이상전압 내습 시 파고값을 제한전압 이하로 억제하여 기기를 보호하고, 방전 후 속류를 차단하여 계통을 정상화하는 장치. • 제한전압과 절연협조: 피뢰기 방전 중 단자 간에 남는 최대 충격전압으로, 보호기기의 기준충격절연강도(BIL)는 이 전압보다 높게 설정. • 정격전압 선정 원리: 계통 접지방식에 따른 1선 지락 고장 시 건전상 전위 상승을 고려, 속류를 차단할 수 있는 상용주파 교류전압의 최고 실효값으로 결정. |
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[45강] 이상전압 방지 대책 (2)
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이상전압 방지 대책: 가공지선, 역섬락 및 절연협조
• 가공지선: 직격뢰로부터 송전선을 차폐하여 애자 섬락 및 역섬락 발생을 방지하는 핵심 보호 설비. • 철탑 역섬락 방지 대책: 매설지선 및 침상접지봉을 사용하여 철탑 접지저항을 낮추고 뇌격 시 전위 상승을 억제하는 기술. • 절연협조: 피뢰기 제한전압을 기준으로 계통 내 기기들의 절연 강도(BIL)를 경제적이고 합리적으로 설계하는 체계. |
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| 10장. 보호계전방식 | ||
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[46강] 보호계전방식
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전력공학 보호계전방식의 원리, 구비조건 및 종류
• 보호계전방식의 원리 및 구비조건 : CT·PT로 고장을 검출해 차단기를 트립시키는 시스템으로, 선택 차단·후비보호·안정도 유지 조건을 충족해야 함 • 보호계전 시스템 구성 원리 : 주보호와 후비보호 체계를 갖추고, 보호 범위 중첩(Overlap) 설계를 통해 보호의 맹점(Blind Spot)을 제거 • 과전류 계전기 동작시간 특성 : 고장 전류와 동작 시간의 관계에 따라 순시, 정한시, 반한시, 그리고 이들을 조합한 반한시성 정한시(IDMT)로 분류됨 |
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| 11장. 변전소 | ||
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[47강] 변전소의 역할과 종류
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변전소의 역할, 종류 및 주요 설비
• 변전소의 4대 역할: 전압 변성·조정, 전력 집중·배분, 전력조류 제어, 계통 보호를 수행하는 전력망 핵심 시설 • 변전소 종류 및 주요 설비: 옥외철구형·GIS형으로 구분되며, 전압 변성을 위한 주변압기와 계통 안정을 위한 조상설비로 구성 • 모선 구성 방식: 단일·환상·이중 모선(1CB/1.5CB) 등 신뢰도에 따라 구분되는 주요 설비 공통 접속 도체 |
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[48강] 변전소의 설비
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변전소의 주요 설비: 차단기, 피뢰기, SCADA 시스템
• 차단기 및 피뢰기: 고장 전류 차단(차단기)과 이상전압 방전(피뢰기)으로 전력 설비를 보호하는 핵심 장치. • 단로기 및 계기용 변성기: 유지보수를 위한 회로 분리(단로기)와 계측을 위한 고전압·대전류 변성(계기용 변성기) 기능 수행. • 배전반 및 SCADA 시스템: 설비의 현장 감시·제어(배전반)와 데이터 기반 원격 통합 관리(SCADA)를 담당하는 중추 시스템. |
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| 12장. 배전계통의 구성 | ||
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[49강] 배전계통의 구성
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배전계통의 정의, 구성 방식 및 전기방식
• 배전계통: 변전소에서 수용가까지 전력을 공급하는 시스템으로 급전선·간선·분기선으로 구성 • 배전 방식 유형: 공급 신뢰도와 경제성에 따라 수지식(저비용·저신뢰), 환상식, 망상식(고비용·고신뢰)으로 구분 • 3상 4선식 배전방식: 국내 표준 전기방식으로, 단상 2선식 대비 전선 소요량(33.3%)이 가장 적어 경제성이 우수함 |
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| 13장. 배전선로의 전기적 특성 | ||
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[50강] 전압 강하
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배전선로의 전기적 특성: 전압 강하, 강하율, 변동률
• 전압 강하: 송전단과 수전단 전압의 스칼라 차이로, 선로 임피던스(R, X)와 부하를 기반으로 근사 계산. • 전압 강하율: 수전단 전압 대비 전압 강하의 비율로, 유효전력(P)과 무효전력(Q) 기반의 공식으로 계산. • 전압 변동률: 수전단에서 무부하와 전부하 시의 전압 변화 비율로, 부하 변동에 따른 시간적 전압 안정성 지표. |
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[51강] 전력 손실 (1)
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전력 손실의 이해: 손실계수(H)와 분산손실계수(h)
• 전력 손실: 배전 계통에서 발생하는 옴 손(Ohmic Loss)이 주 원인이며, 부하의 시간적 변동과 공간적 분포에 따라 결정됨. • 손실계수(H): 시간적 부하 변동에 따른 손실을 나타내는 지표로, 부하율(F)과의 관계식 H = αF + (1-α)F²로 정의됨. • 분산손실계수(h): 공간적 부하 분포에 따른 손실을 나타내는 지표로, 전원을 부하 중심점에 배치하여 손실을 최소화하는 원리를 제공. |
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[52강] 전력 손실 (2)
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변압기 손실, 효율 및 수요/부하 관련 지표 분석
• 변압기 손실: 부하 전류에 비례하는 부하손(동손)과 부하와 무관하게 일정한 무부하손(철손)으로 구성. • 변압기 효율: 설계 사양을 정의하는 규약효율과 24시간 부하 변동을 반영해 운전 효율을 평가하는 전일효율로 구분. • 수용률·부하율·부등률: 변압기 용량 설계(수용률, 부등률) 및 설비 이용 효율(부하율)을 평가하는 핵심 지표. |
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| 14장. 배전선로의 관리와 보호 | ||
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[53강] 전압 조정
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배전선로의 전압 조정 원리 및 방법
• 배전선로 전압 조정 원리: 거리 및 부하 변동에 따른 전압강하를 보상하기 위한 계통 단계별 조정 방법 • OLTC와 SVR: 변전소(OLTC)와 장거리 선로(SVR)에서 자동화된 방식으로 전압을 조정하는 핵심 장치 • 주상변압기 탭 조정: 전원과의 거리에 따라 권수비를 수동 조절하여 말단 수용가 전압을 보상하는 방식 |
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[54강] 역율 개선
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전력용 콘덴서를 이용한 역률 개선의 원리와 효과
• 역률 개선 원리: 전력용 콘덴서를 부하와 병렬 연결하여 무효전력을 보상하고, 전력 손실 저감·전압 강하 경감·설비 용량 여유 확보. • 역률 개선용 콘덴서 용량 산출: 유효전력(P) 기준, 개선 전후 역률각($\theta_1, \theta_2$) 차이를 이용한 필요 무효전력($Q_C = P(\tan\theta_1 - \tan\theta_2)$) 계산. • 콘덴서 결선 방식 (Δ/Y): 동일 용량 구현 시 정전용량 관계($C_S = 3C_D$) 및 저압(Δ)과 고압(Y)에서의 절연·경제성 기반 선택. |
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[55강] 배전 전압 승압
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배전 전압 승압 효과 및 안전 대책, 선로 사고와 보호
• 배전 전압 승압: 공급 용량은 전압에 비례해 증대하고, 전력 손실과 전압 강하율은 전압 제곱에 반비례하여 감소하는 효과. • 배전선로 안전 대책: 전압 상승에 따른 감전 위험 방지를 위해 누전 차단기 설치와 접지저항 저감으로 인체 및 설비 보호. • 배전선로 사고 보호: 일선 지락 등 선로 사고 발생 시, 과전류 계전기·퓨즈·피뢰기를 통해 고장 구간을 분리하는 시스템. |
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| 1장. 전력계통의 개요 (전력계통공학) | ||
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[56강] 전력계통의 개요
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전력계통의 개요: 구성, 특질, 발달 과정
• 전력계통: 발전, 수송(송·변·배전), 수용, 운용 설비가 유기적으로 결합된 전력 생산-소비 시스템. • 전력계통 특질: 생산과 소비의 동시성을 가지며 유효전력(P)-주파수(f)는 전 계통적, 무효전력(Q)-전압(V)은 국지적 특성을 보임. • 우리나라 전력계통 발달: 과거 방사상 구조에서 현재 345/765kV 초고압 송전망 및 고압 직류 송전(HVDC)을 포함한 복잡한 계통으로 고도화. |
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| 2장. 전력계통의 표현 | ||
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[57강] 전력계통의 표현 (1)
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전력계통의 표현: 구성 요소의 등가회로와 모델링
• 전력계통 표현 기초: 단선도를 기반으로 발전기, 변압기, 송전선로 등 각 요소를 수학적 등가회로와 임피던스 모델로 변환. • 주요 기기 모델링: 동기 발전기의 시간별 리액턴스($X_d'' |
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[58강] 전력계통의 표현 (2)
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전력계통의 단위법(PU) 표현과 어드미턴스 행렬
• 단위법(PU법): 전력계통 물리량을 기준값에 대한 비율로 표현하여 변압기 임피던스 환산 없이 해석을 단순화하는 기법. • % 임피던스 변환: 기준용량 변경 시 용량에 비례하고, 기준전압 변경 시 전압의 제곱에 반비례하는 원리로 값을 재계산하는 절차. • 어드미턴스 행렬(Y bus): 계통 접속 정보를 나타내는 행렬로, 대각 요소는 모선 어드미턴스 총합, 비대각 요소는 모선 간 어드미턴스의 음수 값으로 구성. |
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| 3장. 전력조류계산 | ||
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[59강] 전력조류계산 (1)
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전력조류계산의 개념, 정식화 및 기본 알고리즘
• 전력조류계산: 전력계통의 전압분포, 전력 흐름, 손실 등을 파악하는 핵심 해석 기법. • 전력조류계산 정식화: Ybus 행렬과 전력방정식으로 계통을 모델링하고 발전기·부하·슬랙 모선별 기지량·미지량을 설정하는 과정. • 조류계산 알고리즘: 초깃값 가정 후 전력 편차 계산과 수렴 판정을 반복하여 계통의 해를 도출하는 절차. |
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[60강] 전력조류계산 (2)
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전력조류계산: 가우스-자이델법과 뉴턴-랩슨법 비교
• 가우스-자이델법: 전압 수정 방정식을 순차적으로 반복 대입하여 해를 구하는 1차 수렴 방식의 조류계산법. • 뉴턴-랩슨법: 테일러 급수와 자코비안 행렬을 이용해 전압 보정량을 계산하는 2차 수렴 방식의 조류계산법. • 조류계산법 비교: 수렴 속도(뉴턴-랩슨 우세)와 안정성(가우스-자이델 우세)의 트레이드오프 관계를 분석하여 실무 적용성 파악. |
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| 4장. 주파수-유효전력 제어 | ||
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[61강] 주파수-유효전력
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주파수-유효전력 제어의 원리 및 필요성
• 계통제어: 규정 주파수 및 전압 유지를 위해 유효전력-주파수(P-f)와 무효전력-전압(Q-V)을 제어하는 체계 • 자동 주파수 제어(AFC): 부하 변동에 따른 주파수 편차를 감지하여 발전기 출력을 조정하고 계통 주파수를 기준값으로 복귀시키는 시스템 • 주파수 변동 제어: 부하 변동을 주 원인으로 구분하며, AFC는 이 중 분 단위의 단주기 동요 성분을 제어 대상으로 설정 |
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[62강] 전력계통의 전력-주파수 특성
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전력계통의 전력-주파수 특성과 속도 조정률
• 전력-주파수 특성: 기계적 입력과 전기적 출력의 불균형으로 발생하는 주파수 변동 원리와 이에 대한 발전기(반비례) 및 부하(비례)의 응답 특성. • 계통 특성 정수(K): 주파수 변화에 대한 계통 전체의 전력 변화 민감도를 나타내는 지표로, 발전(KG) 및 부하(KL) 특성 정수의 합으로 정의. • 속도 조정률(δ): 정격 주파수 변화율과 정격 출력 변화율의 비로, 발전기 고유의 주파수 제어 성능을 정의하는 지표. |
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[63강] 주파수 제어의 원리
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전력계통의 주파수 제어 원리와 자동주파수제어(AFC)
• 주파수-출력 평형 원리: 발전량과 부하량의 균형점으로 계통 주파수가 결정되며, 발전기 수화특성과 부하 자기제어성이 1차 반응을 구성. • 자동주파수제어(AFC): 주파수 편차 발생 시, 조속기가 증기량을 조절해 발전기 출력을 제어하여 목표 주파수(60Hz)로 복귀시키는 2차 제어. • 발전기 운전 주파수 한계: 터빈 블레이드 보호를 위한 연속·시간제한·금지 운전 영역으로, 보호계전기가 이탈 시 발전기를 계통에서 분리. |
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[64강] 주파수 제어 방식
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전력계통 주파수 제어 방식: FFC, FTC, TBC
• 정주파수 제어 (FFC): 단독 계통에서 주파수 편차(ΔF)만을 검출하여 규정 주파수를 유지하는 제어 방식 • 정연락선 전력 제어 (FTC): 종속 연계 계통에서 연락선 전력 편차(ΔPt)를 검출하여 약정 전력을 유지하는 제어 방식 • 연락선 전력 바이어스 제어 (TBC): 대등 연계 계통에서 주파수(ΔF)와 연락선 전력(ΔPt) 편차를 동시에 제어하는 방식 |
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| 5장. 전압-무효전력 제어 | ||
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[65강] 전압-무효전력 제어의 필요성
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전압-무효전력 제어의 개념 및 필요성
• 전력계통 제어: 계통 전체에 영향을 주는 유효전력-주파수 제어와 국지적 특성을 갖는 무효전력-전압 제어로 구분. • 전압 변동 문제점: 전압 저하 시 전력 손실 증가·송전 용량 감소·부하 과열, 과전압 시 기기 절연 파괴·고조파 발생 유발. • 전압-무효전력 제어 방식: 변압기 탭(OLTC) 직접 조정 또는 발전기, 무효전력 보상설비(SVC, STATCOM)를 이용한 간접 제어. |
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[66강] 전압-무효전력의 기본특징
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전압-무효전력 기본 특징과 유효전력과의 관계 비교
• 무효전력-전압(Q-V) 연동: 전압(V)이 유효전력(P)보다 무효전력(Q) 변화에 민감하게 반응하는 계통 제어의 핵심 원리. • 전압 민감도 분석: 수학적 모델링($\rho \approx P/C < 1$)과 그래프 기울기 비교를 통해 무효전력에 대한 전압의 높은 민감도를 증명하는 과정. • 무효전력의 양적 특성: 부하($Q_L$)와 계통 손실분($Q_{Loss}$)을 모두 보상해야 하므로 유효전력에 필적하는 많은 양이 요구되는 요소. |
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[67강] 전압제어를 위한 무효전력
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전압 제어를 위한 무효전력 공급원 종류 및 특징
• 무효전력과 전압 제어: 계통 전압 안정을 위해 유효전력(P)보다 변동에 민감한 무효전력(Q)을 제어하는 기본 원리. • 기계적·회전기기 제어: OLTC의 탭 직접 조정 방식과 발전기·동기 조상기의 여자전류 조정을 통한 무효전력 공급·흡수 방식. • 정지형 무효전력 보상: 커패시터(공급)·리액터(흡수)의 개폐 방식 및 사이리스터 소자를 이용한 SVC의 고속·연속 제어 원리. |
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[68강] 전압-무효전력 제어 방식
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전압-무효전력 제어 방식과 전압 안정성
• 전압 제어: 무효전력(Q)과 연관된 국부적 제어로, 유효전력(P)과 연관된 전계통적 주파수 제어와 구분 • 전압-무효전력 제어 방식: 제어 범위에 따라 개별·협조·종합 방식으로 구분되며, 전압 안정성 확보를 목표 • 전압 안정성 분석: P-V 곡선과 Q-V 곡선의 임계점을 기준으로 안정/불안정 영역을 판단하여 계통 붕괴 방지 |
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| 6장. 전력계통의 경제 운용 | ||
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[69강] 화력발전소의 연료비 특성
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전력계통 경제운용과 화력발전소 연료비 특성
• 화력발전소 연료비: 경제부하배분을 위해 발전출력(PG)에 대한 2차 함수($F=aP_G^2+bP_G+c$)로 근사화하여 모델링. • 증분연료비(λ): 발전출력 1kW 증가 시 추가되는 연료비로, 연료비 함수를 발전출력(PG)으로 미분한 1차 함수($\lambda=dF/dP_G$) 값. • 등증분연료비 법칙: 계통 내 모든 발전기의 증분연료비($\lambda$)를 동일하게 유지할 때 총연료비가 최소화되는 경제부하배분의 핵심 원리. |
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[70강] 화력 계통의 경제 부하 배분
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화력 계통의 경제 부하 배분: 손실 유무 비교
• 등증분 연료비 원칙: 송전 손실 무시 시, 모든 발전기의 증분 연료비를 동일하게 맞춰 총연료비를 최소화하는 경제 부하 배분 원리. • 페널티 계수: 송전 손실 고려 시, 증분 송전 손실을 반영하여 최적 부하 배분 조건을 보정하는 계수. • 화력계통 협조방정식: 손실을 포함한 최적 배분 조건으로, 각 발전기의 페널티 계수와 증분 연료비의 곱이 동일해야 한다는 원칙. |
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[71강] 손실 방정식
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손실 방정식을 이용한 화력계통 경제 부하 배분
• 경제 부하 배분(ELD) : 총 발전량과 부하의 수급 균형 조건 하에서 전체 연료비를 최소화하는 발전량 배분 원리 • 손실 방정식 : 계통 송전손실을 각 발전기 출력의 함수(B계수)로 정의하여 손실을 계산하는 수식 • 협조방정식 : 증분연료비에 페널티 계수를 적용하여 송전손실을 고려한 최적 부하 배분 조건식 |
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이승재 교수님
전력공학 통합과정
