개념 한 쪽
조상설비 세트는 무효전력을 조정하는 설비의 종류와 용량 계산, 변압기·계통 설비의 구분을 묻는다. 철손 감소 대책이 아닌 것, 조상설비가 있는 변전소의 주변압기, 송전 계통의 안정도 증진법, 조상설비가 아닌 것, 단락용량과 전압 변동폭으로 조상설비 용량을 구하는 문제가 한 묶음으로 나온다.
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출제기준 단원 「조상설비」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 권선 구성 파악 | 1 | 조상설비 접속용 변압기 권선 고르기 |
| 대책 판단 | 1 | 안정도 증진 대책 가려기 |
| 손실 대책 연결 | 1 | 철손 대책 고르기 |
조상설비는 무효전력을 주고받아 계통 전압을 유지하는 설비다. 동기조상기, 전력용 콘덴서, 분로리액터가 대표적이며, 단권변압기는 전압을 바꾸는 변성기이고 상순표시기는 상의 순서를 확인하는 계측기라 조상설비가 아니다.
조상설비가 있는 변전소의 주변압기는 3권선 변압기를 쓴다. 1차 권선은 계통, 2차 권선은 부하, 3차 권선(안정권선, Δ결선)에는 조상설비를 연결한다. 3차 권선은 무효전력·전압 조정과 제3고조파 억제, 소내 보조전원 공급에 활용된다. 1차 변전소든 발전소 측 변전소든 조상설비가 있으면 같은 이유로 3권선 변압기를 쓴다.
전압과 주파수의 역할은 다르다. 전압 조정은 무효전력이 맡고, 주파수 조정은 유효전력이 맡는다. 전압이 낮으면 전력용 콘덴서를 투입하고, 높으면 병렬리액터로 지상 무효전력을 흡수한다.
송전 계통의 안정도는 리액턴스를 줄이고 전압을 지지해 높인다. 중간 조상설비로 선로 중간의 무효전력을 공급해 전압강하와 변동을 억제하면 발전기 사이의 위상차가 커지지 않아 동기 안정도가 올라간다. 계통 리액턴스 감소, 고속 여자·고속 차단·빠른 조속기, 계통 연계 확대도 같은 방향의 대책이다.
조상설비 용량은 전압 변동폭과 단락용량으로 어림한다. ΔQ = 단락용량 × ΔV/V이며, 단락용량 10,000MVA, 모선 전압 154kV, 변동폭 4kV이면 10,000×4/154 ≈ 260MVA가 필요하다.
변압기 손실 대책도 함께 본다. 철손은 자속밀도를 낮추고 고배향성 규소강판·아몰퍼스 같은 저손실 철심을 써서 줄인다. 권선 단면적을 늘리는 것은 동손(I²R) 대책이지 철손 대책이 아니다.
출제 패턴은 네 가지다. ① 설비 구분 — 동기조상기·전력용 콘덴서·분로리액터는 조상설비이고, 단권변압기·상순표시기는 아니다. ② 변압기 — 조상설비가 있으면 3권선 변압기와 3차 안정권선을 쓴다. ③ 안정도 — 리액턴스 감소·중간 조상설비·고속 여자·차단·조속기·계통 연계가 대책이다. ④ 용량·손실 — ΔQ = 단락용량×ΔV/V로 260MVA를 어림하고, 권선 단면적 증가는 철손이 아니라 동손 대책이다.
조상설비가 있는 발전소 측 변전소에서 주변압기로 주로 사용되는 변압기는?
정답 ③ · 정답 근거: 조상설비(무효전력 조정용 설비)가 있는 발전소측 변전소에서는 1·2차 권선 외에 3차권선(안정권선)을 둔 3권선 변압기를 주변압기로 사용한다. 3차권선에 조상설비를 접속해 무효전력과 전압을 조정할 수 있어서이다.
조상설비 접속용 3차권선(안정권선)이 필요하므로 주변압기는 3권선 변압기를 쓴다.
송전 계통의 안정도를 증진시키는 방법은?
정답 ① · 전력계통의 안정도를 높이려면 계통의 리액턴스를 줄이고 관성을 늘려야 한다. 대표적 방법: ①중간(계통중간) 조상설비 설치로 전압변동 억제 및 무효전력 보상 ②발전기·변압기·선로의 직렬 리액턴스를 가능한 작게 함 ③속응 여자방식, 고속 차단·재폐로 채용 ④조속기 동작을 빠르게 함 ⑤계통을 연계하여 등가관성을 늘림.
안정도 증진 = 리액턴스 감소 + 전압지지(중간 조상설비) + 고속 여자·차단·조속기, 계통 연계 확대.
변압기의 손실 중 철손의 감소 대책이 아닌 것은?
정답 ② · 철손은 히스테리시스손과 와류손의 합으로, 자속밀도를 낮추거나 고배향성 규소강판·아몰퍼스 합금 등 저손실 철심재료를 사용하면 감소시킬 수 있습니다. 권선의 단면적을 늘리는 것은 저항을 줄여 동손(권선손)을 감소시키는 대책이지 철손과는 무관하므로 철손 감소 대책이 아닙니다.
철손 대책은 자속밀도 감소와 저손실 철심재료(규소강판·아몰퍼스)이고, 권선 단면적 증가는 동손 대책이다.
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