전력케이블 손실

케이블 손실이란

케이블 손실은 송전 중 전력 일부가 열로 바뀌어 사라지는 현상이다.

케이블 손실은 저항손, 유전체손, 연피손의 합이다.

세 손실은 발생 원리가 달라 저감 대책도 다르므로 따로 이해해야 한다.

손실이 생기는 세 곳

케이블 손실은 발생 부위에 따라 세 가지로 나뉜다.

도체에서는 전류가 저항을 지나며 줄열이 생기는데, 이것이 저항손이다.

절연체에서는 교류 전압 때문에 생기는 손실이 유전체손이다.

금속 시스에는 와전류와 순환전류에 의한 연피손이 생긴다.

세 손실 중 저항손이 가장 크고, 지중케이블에서는 시스 손실과 유전체손의 비중이 커진다.

저항손과 계산

저항손은 도체에 전류가 흐를 때 생기는 줄열 손실이다.

도체 저항은 저항률이 작고 단면적이 클수록 줄어든다. 그래서 지중케이블에는 연동선을 쓴다.

가상의 예로 저항 0.05Ω/km, 전류 400A, 길이 2km, 3상 3선을 가정한다.

계산하면 도체손은 48000W, 곧 48kW가 된다.

도체손은 전류의 제곱에 비례하므로 전류가 2배면 손실은 4배가 된다.

유전체손과 tanδ

유전체손은 교류 전압이 걸린 절연체에서 생기는 손실이다.

이상적인 절연체는 위상차가 90도라 손실이 없다. 실제로는 누설전류, 분극, 부분방전 때문에 손실전류가 흐른다.

손실전류와 충전전류의 비가 tanδ이며, 절연이 열화되면 값이 커진다.

그래서 tanδ 측정은 절연진단의 기본 항목이 된다.

연피손과 시스 접지

단심 케이블은 자속이 시스와 쇄교해 연피손이 크게 생긴다.

3심 케이블은 세 상의 자속이 상쇄되어 연피손을 무시할 수 있다.

시스를 양단접지하면 순환전류가 커진다. 그래서 장거리 케이블에는 양단접지를 쓰지 않는다.

편단접지는 순환전류가 없어 손실이 적지만 개방단 유기전압이 높다.

크로스본드 접지는 구간을 나눠 교차 연결하여 유기전압의 벡터합을 줄인다.

시험 포인트

시험에서는 저항손, 유전체손, 연피손을 빠짐없이 나열해야 한다.

단심과 3심 케이블을 구분하지 않으면 감점이 크다.

와전류손실과 순환전류손실은 원인이 달라 분리해 써야 한다.

양단접지는 순환전류 손실을 키우므로 장거리 케이블에 쓰지 않는다.

정리

전력케이블 손실은 저항손, 유전체손, 연피손의 합이다.

저항손은 도체, 유전체손은 tanδ, 연피손은 시스 접지를 중심으로 본다.

손실 저감은 도체·절연·시스를 따로 최적화하지 않고 함께 고려하는 것이다.