[전기기사 전력공학 요약 / 전기기사 전력공학 PDF]

전력공학 요약노트 / 전기기사 요약노트 2편

1장 전선로

(1) 전선

1) 전선의 구비조건

- 도전율 클 것

- 기계적 강도가 클 것

- 부식성이 작을 것

- 가선공사 용이

2) 경제적인 전선의 굵기 선정 : 켈빈의 법칙

- 허용전류

- 기계적 강도

- 전압강하

3) 전선의 종류

① 단선

② 연선

- 소선의 총수 N=3n(n+1)+1

- 연선의 바깥지름 D=(2n+1)d

- 단면적

4) 합성연선 : ACSR(강심알루미늄 연선)

- 비중이 적음

- 바깥지름 크다 → 코로나방지

5)전선의 진동과 도약

- 진동방지: 아마로드 및 댐퍼사용

- 도약방지: OFF-SET(상하혼촉방지, 단락방지)

 

(2) 애자

1) 애자의 구비조건

- 절연내력이 클 것

- 절연저항이 클 것(누설전류가 작을 것)

- 기계적강도가 클 것

- 정전용량이 적을 것

2) 애자의 종류

- 핀 애자 : 2~4층 갓모양

- 현수애자 : 250mm, 연결개수 가감가능, 큰 하중 2련/3련

3) 애자련의 전압부담

- 최대: 전선에 가장 가까운 애자

- 최소: 전선로에서 8번째 애자(철탑에서 3번째)

4) 애자의 연능률

-

n:애자수, :애자1개 섬락전압 : 애자련의 섬락전압

5) 애자의 절연 내력시험

- 주수섬락: 50kV, 건조섬락: 80kV

- 충격섬락: 125kV, 유중섬락: 140kV

6) 애자련 보호장치

- 소호각(아킹혼), 소호환(아킹링)

- 섬락 시 애자련 보호, 애자련에 걸리는 전압분포 균일

 

(3) 지지물

1) 철탑의 종류 : 표준형 철탑

- 직선형, 각도형, 인류형, 보강형

- 내장형(E형): 직선철탑 10기마다 1기, 경간차가 큰곳

2) 전선로 하중

- [kg/m]

- : 전선의 하중 : 빙설 하중 : 풍압하중

3) 이도

- 이도: [m]

- 전선의 실제길이: [m]

- 전선 평균 높이: [m]

 

(4) 지중전선로

1) 매설방식: 직접매설식, 관로식, 암거식

2) 고장점 검출방법

- 머레이 루우프법(휘스톤 브리지 원리이용)

- 정전용량법, 수색코일법, 펄스법, 음향법

3) 전식 : 지하전력 케이블에서 발생 → 선택배류기

 

2장 선로정수와 코로나

(1) 선로정수: 전선의 종류, 크기, 전선의 배치상태에 따라 결정

1) 작용인턱턴스

2) 작용정전용량

- 등가선간거리: 일직선배치

정삼각형배치

정사각형배치시 도체간격

3) 1선의 작용 정전용량

- 단상 2선식:

- 3상 3선식:

4) 충전전류: 작용정전용량

- 충전전류 [A]

- 충전용량

5) 연가: 선로정수평형, 통신유도장애 경감, 소호리엑터 접지시 직렬공진 방지

 

(2) 코로나: 전선로 주변에 공기의 부분적인 절연파괴로 빛과 소리를 냄

1) 파열 극한 전위경도

- 직류: 30[kV/cm],

- 교류: 21[kV/cm]=실효값 30[kV/cm]=최대값

2) 코로나 임계전압이 높을수록 코로나 발생이 적음

3) 코로나의 영향: 코로나 손실, 통신서 유도장애, 코로나잡음

전선의 부식, 진행파의 파고값을 감소

4) 코로나 방지대책: 굵은전선, 복도체(다도체), 가선금구 개량

5) 복도체(다도체)

① 주목적 : 코로나 방지

- 전선주변의 전위경도 감소, 코로나 임계전압 상승

② 인덕턴스 감소, 정전용량 증대

- 송전용량 증대, 안정도 증진

③ 같은 면적의 단도체에 비해 전류용량이 크다

④ 단락시 대전류가 흐르는 경우 소도체간 흡인력발생(스페이서)

 

3장 송전선로 특성값 계산

(1) 단거리 송전선로: 수십[km], 집중정수회로

1) 전압강하:

2) 전압강하율:

3) 전압변동률: [%]

4) 전력손실: ,

5) 전력손실률: [%]

 

(2) 중거리 송전선로: 100km 이하, 집중정수회로

1) 4단자 정수: 선형조건(AD-BC=1)

2) 병행 2회선

A→A B→B/2 C→2C D→D

3) T형회로, 형회로

T형 형

 

(3) 장거리 송전선로: 100km 초과, 분포정수회로

1) 특성임피던스

2) 전파정수

3) 전파속도 [m/s]

 

4장 안정도

(1) 안정도: 정태안정도, 과도안정도, 동태안정도

(2) 안정도 대책

1) 계통의 직렬 리엑턴스를 작게

- 발전기: 단락비 크게, 단권변압기 사용

- 복도체(다도체), 병행 2회선

- 직렬콘덴서

2) 전압변동을 작게

- 속응여자방식, 계통을 연계(단점:사고시 사고용량 증대)

3) 중간조상 방식

4) 고장전류를 줄이고 적당한 중성점접지: 고속도 재폐로 방식

5) 고장시 발전기 입출력 불평형 작게: 고속도 밸브제어

 

(3) 전력원선도

1) 가로축: 유효전력 세로축: 무효전력

2) 전력원선도 작성에 필요한 사항

- 송,수전단 전압, 선로의 일반정수회로(A,B,C,D)

- 원선도 반지름:

3) 구할 수 없는 것: 과도안정도 극한전력, 코로나 손실

4) 구할 수 있는 것: 최대출력, 조상설비용량, 송수전단 효율

 

(4) 조상설비

항목	동기조상기	분로리엑터	전력용콘덴서
전압조정	지상+진상	지상	진상
조정방법	연속	불연속	불연속
전력손실	크다	작다	작다
시송전	가능	불가능	불가능
증설	불가능	가능	가능

(5) 페란티현상: 무부하시 정전용량 (대책; 분로리엑터)

(6) 콘덴서/리엑터설비

- 직렬콘덴서: 리엑턴스의 전압강하 보상, 안정도 증진

- 병렬콘덴서: 부하의 역률개선

- 전력용콘덴서: 부하의 역률개선

- 방전코일: 잔류전하 방전

- 직렬리엑터: 제5고조파 제거(이론4%, 실제 5~6%)

- 한류리엑터: 단락전류 제한

- 분로리엑터: 페란티현상 방지

- 소호리엑터: 지락 아크의 소멸

 

(7) 송전용량

1) 고유부하법:

2) 용량계수법:

3) 리엑턴스법: 최대조건

 

(8) 직류송전 장단점

1) 장점

- 선로 리엑턴스가 없어 안정도가 높음

- 비동기 연계 가능, 표피효과가 없음

- 충전전류와 유전체손 고려 필요없음, 절연레벨 낮음

2) 단점

- 변압 어려움, 고조파억제 대책 필요, 직교류 변환장치 필요

 

5장 고장계산

(1) 옴법: 단락전류

(2) %임피던스법

- 단락전류: 단락용량

(3) 대칭좌표법: 3상 불평형(영상분, 정상분, 역상분)

 

1) 1선지락

2) 2선지락

3) 선간단락

4) 3선단락

5) 송전선로 , 변압기

 

6장 중성점 접지방식

(1) 중성접 접지목적

- 1선지락시 건전상의 전위상승 억제

- 보호계전기 동작신속, 과도안정도 증진

- 지락아크 소멸 이상전압 방지

(2) 비접지 방식: 20~30km 저전압 단거리

- 지락전류 (90도 빠른 진상전류)

(3) 직접접지 방식: 우리나라 대부분 송전선로

1) 장점

- 1선 지락 시 건전상의 대지전위 상승이 낮음

- 중성점을 0전위로 유지가능 → 단절연 가능

- 보호계전기 신속동작(고속도차단)

- 정격이 낮은 피뢰기 사용 가능

2) 단점

- 지락전류가 커서 통신 유도장애가 큼, 과도안정도가 낮음

(4) 저항접지 방식: 저저항접지 30 , 고저항접지100~1000

(5) 소호리엑터 접지방식

- 1선 지락 시 건전상의 전위상승 배 이상

- 지락전류가 적음: 보호계전기 동작 불확실, 통신유도장애 적음

- 소호리엑터의 인덕턴스: [H]

- 소호리엑터의 용량: [kVA]

※ 잔류전압: 중성점이 접지되지 않은 경우 중성점과 대지간의 전압(연가시 잔류전압=0)

 

7장 이상전압

(1) 이상전압 종류

- 외부 이상전압: 직격뢰 유도뢰 → 대책: 가공지선

- 내부 이상전압: 개폐서지

1) 외부이상전압 보호대책

- 가공지선: 직격뢰 차폐, 전자유도장해 경감, 적을수록 차폐효과 우수

- 매설지선: 역섬락방지(철탑 접지저항 작게)

- 아킹혼, 아키링: 섬락시 애자련 보호

- 피뢰기: 이상전압에 변압기 보호

2) 뇌의파형 : 표준충격파형=파두 파미= 1.2 50[ sec]

반사계수 투과계수

 

(2) 피뢰기: 이상전압 내습시 대지로 방전하고 속류차단

1) 피뢰기 구비조건

- 사용주파 방전개시전압이 높을 것

- 충격방전 개시전압이 낮을 것, 제한전압이 낮을 것

- 속류차단 능력 우수, 내구성 좋을 것

2) 피뢰기 제한전압

- 피뢰기 동작 중 단자전압의 파고치, 직렬캡에 걸리는 전압

3) 피뢰기 정격전압 → 상용주파 허용 단자전압

- 직접접지: 0.8~1V, 소호리엑터 접지, 저항접지: 1.4~1.6V

- 22.9kV: 18kV, 66kV: 72, 154kV: 144, 345kV: 288

4) 절연협조: 피뢰기<변압기BIL<기기부싱<결합콘덴서<선로애자

 

(3) 보호계전시스템

1)보호계전기

① 보호계전기 시한특성

- 순한시계전기: 고속도 계전기

- 정한시계전기

- 반한시계전기: 동작시간과 전류는 서로 반비례

- 반한시 정한시계전기: 동작전류 작은구간 반한시

동작전류 큰 구간 정한시

② 사고종류에 따른 보호계전기 종류

- 단락사고: 과전류게전기(OCR)

- 지락사고: 지락계전기(GR)

- 선택지락계전기(SGR): 2회선 이상의 선로의 고장 회선 선택 차단

③ 보호종류에 따른 보호계전기 종류

- 기기보호: 비율차동계전기 → 발전기, 변압기

브흐홀쯔 게전기 → 변압기(수소검출)

- 선로보호: 거리계전기(임피던스 계전기)

- 모선보호: 전압차동, 전류차동, 위상비교, 방향비교

2) PT(계기용 변압기), CT

① PT: 2차측 전압110V, 점검시 2차측 개방(과전류보호)

② CT: 2차측 전류 5A, 점검시 2차측 단락(2차측 절연보호)

3) 전력용 개폐장치

① 단로기(DS): 무부하 회로 계패 장치

② 개폐기: 부하전류 개폐는 가능하나 고장전류 차단 불능

③ 차단기(CB): 부하전류 개폐 및 고장전류 차단

④ 인터록:차단기가 열려있어야만 단로기 조작 가능

-투입: DS → CB -차단: CB → DS

4) 차단기

	명칭	소호방식	특성
OCB	유입차단기	절연유	옥내사용금지(화재우려)
VCB	진공차단기	진공	무소음, 주파수 영향없음
ABB	공기차단기	압충공기	소음이 큼, 예전154,345 사용
GCB	가스차단기		밀폐구조, 소음적음, 신뢰성우수
MBB	자기차단기	전자력
AVB	기중차단기	공기	저압용

※ : 무색,무취,무독성,난연성,불활성,소호능력,절연능력 우수

① 차단기용량: × 정격전압 × 정격차단전류

② 차단시간: 트립코일 여자에서 소호까지의 시간

개극시간과 아크시간의 합

5) 퓨즈: 고전압 회로 및 기기의 단락 보호용으로 사용

① 장점

- 소형, 경량, 차단용량 큼, 유지보수 간단

- 가격 저렴, 정전용량 작음

② 단점

- 재투입 불가능, 과도전류에 용단되기 쉬움

 

8장 유도장애

(1) 전자유도장애: 상호인덕턴스(영상전류→지락전류)

(2) 정전유도장애: 상호정전용량(영상전압)

(3) 유도장애 대책

1) 전력선측

- 이격거리크게, 상호인덕턴스 작게, 연가, 소호리엑터

- 차폐선(30~50%경감), 지중송전로

2) 통신선측: 수직교차, 배류코일, 절연성능 강화, 연피케이블

 

9장 배전공학

(1) 배전방식

1) 가지식: 부하증설 용이, 전압강하 큼, 플리커 현상

2) 환상식: 전압강하 적음

3) 저압뱅킹식: 부하가 밀집된 시가지, 플리커 적음

- 캐스캐이딩 현상: 저압선 고장으로 건전선로 전부차단

4) 저압네트워크식: 무정전 공급가능, 인축접지사고 증가

- 플리커 적음, 고장전류 역류(네트워크 프로텍터 사용)

 

(2) 공급방식별 비교

	공급전력	1선당 공급전력	전력손실	중량비
단상2선	VIcos	1	2I제곱R	1
단상3선	2VIcos	1.33	2I제곱R	3/8
3상3선	루트3VIcos	1.15	3I제곱R	3/4
3상4선	3VIcos	1.5	3I제곱R	1/3

※ 단상 3선식 결선조건: 2차측 중성선 제 2종접지공사

- 동시동작형 개폐기 시설, 중성선에는 퓨즈시설 금지

※ 단상 3선식 중성선단선시 전압불평형 → 저압밸런서

 

(3) 부하정리

1) 말단집중부하

- 전압강하: e 전력손실:

2) 균등분산부하

- 전압강하: e/2 전력손실: /3

 

10장 배전계산

(1) 수용률:

- 커지면 경제적으로 불리(변압기 용량커짐)

(2) 부하율(F):

- 높을수록 유리

(3) 손실계수(H):

- 부하율과 손실계수 관계

(4) 부등률: 전기기가 동시에 사용하는 정도(높을수록 유리)

(5) 변압기용량: [kVA], [kVA]

 

11장 배전운용

(1) 배전선로 손실경감 대책: 역률개선, 승압, 부하불평형 방지

(2) 배전선로 전압조정

- 변전소: OLTC(부하시 탭 절환장치), SVR(정지형 전압조정기)

- 배전선로: 승압기, 유도전압조정기, 주상변압기 탭조정

(3) 역률개선 → 전력용 콘덴서

- 역률개선 효과: 전압강하 감소, 전력손실 감소

설비용량 여유분 증가, 전기요금 절감

 

12장 수력발전

(1) 수력발전 구분

1) 취수방식: 수로식, 댐식, 댐수로식, 유역변경식

2) 유량을 얻는 방식: 유입식, 조정지식, 저수지식, 양수식

 

(2) 정수력학

1) 수두: 물이 가지는 에너지를 높이로 환산

- 위치에너지: H[m]

- 압력에너지: [m]

- 운동에너지: [m]

2) 물의 분출속도: [m/s]

 

(3) 동수력학

- 연속의 정리:

- 베르누이 정리:

- 토리챌리 정리:

 

(4) 수력발전소 출력: (이론), (실제)[kW]

(5) 유량표시곡선

- 유량도

- 적산 유량곡선: 댐 설계시 사용

- 유황곡선: 평수량, 저수량, 갈수량

(6) 취수구(제수문): 하천의 물을 수로에 유입 → 유량조절

 

(7) 수조: 수로와 수압관을 연결

- 조압수조: 부핟연동 시 발생하는 수격작용 완화

- 차동수압수조: 라이저라는 상승관 포함, 부하변동 신속대응

 

(8) 수차: 물의 속도 에너지를 기계 에너지로 변환

1) 펠턴수차(충동수차)

- 300m 이상의 고낙차

- 니들밸브(존슨밸브): 유량을 자동 조절하여 회전속도 조절

- 전향장치(디플렉터): 수격작용 방지

2) 반동수차

- 프란시스 수차: 10~300m 중낙차

- 프로펠러 수차: 러너날개 고정, 80m 이하 저낙차

- 카프란 수차: 이상적인 수차(효율최대)

- 튜블러 수차: 10m 저낙차, 조력발전용

- 흡출관: 낙차를 높이는데 목적

(9) 수차특성 및 조속기

1) 수차의 특유속도: [rpm]

- 특유속도 최고: 프로펠러 수차, 특유속도 최저: 펠턴수차

2) 조속기: 부하변동에 따라 유량을 자동가감

- 평속기: 수차의 속도편차 검출

- 배압밸브: 유압 조정

- 서보모터: 니들밸바나 안내날개 개폐

- 복원기구: 진동방지(난조방지)

- 조속기 동작순서: 평속기→배압밸브→서보모터→복원기구

 

13장 화력발전

(1) 열역학

1) 열량계산

- 1J = 0.24cal - 1cal = 4.2J

- 1kWh= 860Kcal - 1BTU =0.252kcal

2) 엔탈피와 엔트로피

- 엔탈피: 증기 1kg이 보유한 열량[kcal/kg]

- 엔트로피( ): 절대온도에 대한 열량 변화

(2) 화력발전 열사이클

1) 랭킨사이클: 가장 기본적인 사이클

- 급수펌프→보일러→과열기→터빈→복수기→급수펌프

- 급수펌프(단열압축)→보일러(등압가열)→터빈(단열팽창)→복수기(등압냉각)

2) 재생사이클: 급수가열기 추가

- 터빈의 중도에서 증기를 뽑아내어 급수를 예열하는 사이클

3) 재열사이클: 재열기 추가

- 터빈에서 챙창된 증기를 보이러로 되돌려 보내 재가열 하는 방식

4) 재생 재열사이클: 가장 열효율이 좋은 사이클, 대용량 발전소 채용

5) 카르노 사이클: 가장 이상적인 사이클

 

(3) 보일러 부속설비

- 과열기: 포화증기를 과열증기로 만들어 증기터빈에 공급

- 재열기: 고압터빈 내에서 팽ㅌ창된 증기를 재가열

- 절탄기: 배기가스의 여열을 이요하여 보일러 급수 예열

- 공기예열기: 연도가서의 나머지 여열을 이용 연소용 공기 예열

(4) 터빈

- 복수터빈: 일반적 터빈

- 추기터빈: 터빈의 일보는 복수, 나머지는 다른목적

- 배압터빈: 배기의 전부를 다른곳에 사용

(5) 복수기: 열손실이 가장크다

(6) 보일러 급수의 불순물 장애

- 스케일 현상: Ca,Mg등이 관벽에 녹아 부착되어 층을 이룸

- 캐리오버: 보일러 급수중의 불순물이 증기 혼입

- 포임: 거품발생

(7) 화력발전소 효율:

(8) 가스터빈 발전특징

- 운전조작 간단, 신뢰성우수, 기동시간 짧음(첨두부하용)

- 열효율은 기력발전 보다 낮음

 

14장 원자력발전

(1) 원자력발전

1) 원자력 발전과 화력발전의 비교

- 화력발전소의 보일러대신 원자로와 열교환기 사용

- 건설비 고가, 터빈 복수기가 대형

- 방사능 차폐시설 필요

2) 핵분열 중성자 에너지

- 핵 분열시 질량결손 발생

- 1g 핵분열시 에너지 발생양: 6000Kcal/kg

3) 증식과 고속증식로

- 증식: 전환률= 이 1보다 큰경우

- 고송증식로(FBR): 증식비가 1보다 큰 원자로

 

(2) 원자로 구성

1) 감속재: 중성자의 속도를 감속시키는 역할

- 중성자 흡수가 적고, 감속효과가 큰 것

2) 제어재: 중성자의 밀도를 조절, 원자로 출력조절

- 중성자를 잘 흡수(Cd 카드뮴)

3) 냉각재: 원자로 내의 열을 외부로 운반

- 열전도율, 비열 높고, 중성자 흡수가 적음

4) 반사재: 원자로 밖으로 나오려는 중성자를 되돌리는 역할

5) 차폐재: 방사능이 외부로 나가는 것을 방지

 

(3) 원자력 발전의 종류

1) 비등수형(BWR)

- 핵연료: 저농축 우라늄

- 감속재, 냉각재:

- 기수분리 사용

- 일본 후쿠시마

2) 가압등수형(PWR): 1차측, 2차측 분리

- 핵연료: 저농축 우라늄

- 감속재, 냉각재:

- 열교환기 필요

- 울진 영광 고리

3) 가압중수형(PHWR):

- 핵연료: 천연 우라늄

- 감속재, 냉각재:

- 열교환기 필요

- 월성

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