[직류 VS 교류] 송전 방식 비교

1. 직류 송전 방식의 장점

(1) 절연 계급을 낮출 수 있다.

(2) 송전 효율이 좋다.

(3) 안정도가 좋다.

(4) 유도 장해가 적다.

(5) 전압, 주파수가 다른 두 교류 계통을 연계할 수 있다.

2. 직류 송전의 단점

(1) 교류에서와 같이 전류의 영점이 없음으로, 직류 전류의 차단이 곤란하다.

(2) 일단 전류로 변환된 후에는 승압 및 강압이 곤란하다.

(3) 인버터, 콘버터 등 교직 변환 장치들의 신뢰성과 보수가 문제가 된다.

(4) 전력 변환 장치에서 발생하는 고조파를 제거하는 설비가 필요하다.

(5) 변환 장치는 유효 전력의 50~60% 정도의 무효 전력을 소비하므로 이를 공급하기 위한 무효 전력 보상 설비비가 비싸다.

3. 교류 송전의 장점

(1) 전압의 승압 및 강압이 용이하다

(2) 회전 자계를 쉽게 얻을 수 있다.

(3) 일관된 운용을 기할 수 있다.

4. 교류 송전의 단점

(1) 표피 효과 때문에 전선의 실효 저항이 증가하고 손실이 커진다.

(2) 직류 방식에 비해 계통의 안정도가 저하한다.

(3) 페란티 현상, 자기여자 현상 등의 이상 상태가 발생한다.

(4) 인근 통신선에의 유도 장해가 크다.

(5) 주파수가 서로 다른 계통은 연계가 불가능하다.

5. 결론

장단점으로 볼 때 직류 송전 방식은 500~700km 이상의 장거리 대전력 수송, 해저 케이블, 계통간의 비동기 연계 또는 주파수가 서로 다른 두 계통의 연계등에 유리 하고, 그 외의 경우에는 교류 방식이 유리함을 알 수 있다.

해저 케이블

직류송전의 장단점의 요약

1. 장점

① 직류송전은 교류계통과 같은 안정도에 문제가 없다.(Pmax=V1V2/X sinδ에 의해 제한을받으나, 직류의 경우 정태 안정도에 의한 제한이 없으므로, 이론상 거리에 관계없이 전류용량의 한도까지 송전이 가능하다)

② 교류 송전방식에 비하여 코로나 손실이 매우 적고 유효전력(역율이 1)만으로 송전되므로 교류계통의 충전전류 및 훼란티 같은 현상이 일어나지 않고 무효전류에 의한 손실이 없으므로 송전효율이 매우 높다. 특히 케이블의 정전용량에 의한 송전한계를 극복할 수 있다.

- 변환설비와 송전선로의 경우 대략 20-30kM 이상이면 경제적이다

- 765kV급 가공 T/L에서는 긍장 500kM이상, 지중송전의 경우 40kM 이상일 때 경제성이 있다고 한다.

- 일본의 경우 UHV 송전 특별위원회는 10GW 송전시 600kM이상이면 경제성이 있는 것으로 보고하였다.

③ 교류계통을 직류계통을 통해서 연계하면, 단락용량을 증가시키지 않게 되어 대용량의 차단기가 필요치 않다.

(직류 변환장치의 고속제어 특성으로 기존 계통의 단락용량을 증가 시키지 않고 새로운 계통을 연계시킬 수 있다.)

④ 직류계통의 써지 배수는 교류계통에 비해서 낮으므로 절연저감이 가능하다.

직류송전의 경우 선로전압이 동일 실효치의 교류 전압 최대치가 1/√2이므로 절연설계의 측면에 있어서 송전철탑의 높이 애자의 갯수 크기를 교류송전 철탑보다 작게 할 수 있다. 케이블에서는 유전체손이나 전리작용으로 인한 절연물의 열화가 없어 절연물의 전위 경도를 교류의 수배로 취할 수 있으므로 경제적이다.

⑤ 직류송전선은 대지 귀로의 경우 전선 1본, 또는 (+), (-)의 2본으로 경제적이므로 송전선로의 건설비가 저렴하다.

⑥ 송전손실은 무효전력에 의한 손실과 유도손실이 없으므로 적다.

코로나 손실, 리액턴스 성분에 의한 손실이 없으므로 변환설비에 의한 손실이 전송전력의 약 0.6% 정도로 종합적인 손실은 장거리 송전시에 교류보다 유리하다

⑦ 직류송전을 통해서 연계하면 송수 양 교류계통의 주파수를 단독으로 정할 수 있으므로 다른 주파수 계통간의 연계가 가능하다.

(변환기 제어에 의한 주파수 조정이 하므로 비동기 계통간에 연계가 가능하다.)

⑧ 송전전력 제어가 상당히 신속하게 되므로 조류제어와 주파수 제어가 신속하며, 연계 계통의 차단용량이 커지는 문제를 해결하기 위한 대책으로 응용될 수 있다.

2. 단점

① 송전전압을 자유롭게 승압 강압을 할 수 없다.

② 많은 무효전력을 소비한다. 전력의 제어는 변환기의 점호위상을 변환시키므로 전압보다 전류가 늦어 유효전력의 50-80%의 무효전력을 소비하므로 무효전력 보상설비의 설비비가 크다. 단락용량이 적은 교류계통에 연계되는 경우는 교류연계점에 전압 불안정 현상이 발생한다.

③ 현재 직류차단기의 실용화가 용이치 않고, 직류 송전계통이 2단자 계통으로 직류전력 계통구성의 자유도가 적어서 중간에 송전선을 분기하기가 어렵다. 따라서 직류 교류단자의 송전제어보호방식 및 직류차단기의 신뢰성이 필요하다.

④ 전력변환장치에서 직류측에 kP(P:펄스수), 교류측에는 kP ±1 차의 고주파가 발생하므로 큰 Filter 설비가 필요하다.

⑤ 대지를 귀로로 하면 전식이 발생하고, 해수의 귀로시 선박의 자기 콤파스에 영향을 준다.

⑥ 변환장치가 복잡하고 고가이므로 장거리 송전선이 아니면 경제성이 없다.

⑦ 변환기의 Turn-on 시에는 고주파진동이 발생하므로 고조파 노이즈 대책이 필요하다.

⑧ 고전압 직류 계통에서 전류, 전압 측정이 교류계통의 CT. PT)보다 용이하지 않다.