송전방식: 교류와 직류

송전방식이란

송전방식은 발전소에서 수용가까지 전력을 보내는 방식이다.

전류의 형태에 따라 교류 송전과 직류 송전으로 나뉜다.

거리, 손실, 계통 연계 조건에 따라 방식을 고른다.

교류 송전

교류 송전은 발전부터 배전까지 전 구간에 쓰인다.

변압기로 전압을 쉽게 올리고 내려서 쓰는 것이 강점이다.

그러나 선로 정전용량 때문에 무효전력이 흐르고, 이것이 송전 거리를 제한한다.

직류 송전과 변환소

직류 송전은 송전단에서 교류를 직류로 바꾸고, 수전단에서 다시 교류로 바꾼다.

이 변환을 맡는 설비가 변환소이며, 선로 양단에 필요하다.

변환소에는 무효전력 보상장치와 고조파 필터가 함께 들어간다.

선로 손실 계산

선로 손실은 전류 I의 제곱과 선로 저항 R의 곱이다.

가상의 예로 전력 100 MW, 저항 1 Ω으로 두고 전압만 바꿔 본다.

100 kV에서는 전류 1000 A, 손실 1 MW다. 200 kV에서는 전류 500 A, 손실 0.25 MW다.

전압을 두 배로 올리면 손실은 1/4로 줄어든다.

거리에 따른 선택

직류가 모든 경우에 교류보다 유리한 것은 아니다.

짧은 거리에서는 변환 손실 때문에 교류가 더 유리하다.

거리가 길어 선로 절감분이 변환소 비용을 넘는 지점이 손익분기 거리다.

직접 풀기

방금 본 손실 식을 그대로 적용해 본다.

전압이 두 배가 되면 같은 전력의 손실은 몇 배가 되는지 생각해 본다.

정리

정답은 1/4배다. 전류는 절반이 되고, 손실은 전류의 제곱에 비례해 1/4이 된다.

직류 송전은 장거리 대용량과 비동기 계통 연계에 쓰인다.

교류와 직류는 거리와 변환 비용의 균형으로 고른다.