코로나 현상과 임계전압

▣ 오늘날 우리나라의 전력사용량이 급증함에 따라 송전용량(전력)도 급격히 증가하고

    이에 따라 송전전압을 계속하여 높이는 추세에 있다.

송전용량과 송전전압

⊙ 발전소에서 15,000[V]의 전력을 생산하여 송전계통을 통해 수용가에 공급하고 있는

   데 증가되는 송전용량에 맞추어 많은 전력을 공급하기 위해 송전전압을 높이고 있다.

   송전전압을 높이면 송전손실은 전압의 제곱배로 감소되니까 높은 전압으로 송전하는

   것이 경제적이고 유리하지만 높은 전압으로 인한 문제점도 발생하고 있다.

  ※ 우리나라는 전력사용량이 많아 지면서 송전선에 154[kV] 이상의 고전압을 유지하고

      있으며 345[kV], 765[kV]까지 송전전압을 높이고 있다.

      또한 예전에 우리 가정에서 사용하는 전압이 110[V]였으나 현재는 220[V]로 높인 것도

      송전용량과 전압과의 관계와 무관하지 않다.

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1. 송전전압이 높아짐에 따른 문제점

   ① 변압기, 차단기 등의 절연내력이 높아지기 때문에 전력기기의 가격이 높아진다.

   ② 철탑, 애자 등의 절연 내력이 높아지므로 선로의 건설비가 증가된다.

   ③ 송전선 주위의 전위경도가 커지면서 전선 주위의 공기절연이 파괴되는

       코로나 현상이 발생하기 쉽다.

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2. 파열극판 전위경도

 ▣ 전위경도

  ⊙ 보통 공기는 절연물질이지만 그 절연내력에는 한계가 있으며, 공기의

      표준온도 20˚C, 표준기압 760[Hg]에 있어서는 직류에서 30[kV/cm], 교류에서는

      21[kV/cm]의 전위경도가 되면 공기는 절연이 파괴된다.

      이 때의 대지전압값을 전위경도라고 한다.

   ⊙ 송전선의 대지전압이 21[kV/cm] 가 넘으면 송전선 주변의 공기의 절연이 파괴가

       나타나게 된다.

절연파괴

   ※ 파열극판 전위 경도 : 교류 21[kV/cm]

      ⊙ 공기의 절연을 파괴시키는 전위경도

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3. 코로나 현상

  ▣ 전선로 주변에 임계전압이 가해졌을 때 전선 주위 공기의 절연이 파괴되면서

      낮은 소리와 엷은 빛을 내면서 방전하는 현상을 말한다.

      코로나 현상의 주된 원인은 송전전압이 높기 때문이다.

    ※ 코로나 현상이 발생하려면 기본적으로 임계전압 21[kV/cm]가 넘어야 하므로

       코로나 현상의 근본원인은 송전전압이 높기 때문이다.

코로나 현상

※ 코로나 현상의 영향

① 불꽃 발생 (아크 발생) : 높은 전압으로 인해 공기의 절연이 파괴되어 방전될 때

                                  아크가 발생한다. (아크는 공기에 전기가 통하는 현상이다)

② 오존이 발생하여 전선이 부식된다.

   ⊙ 공기의 절연이 파괴되면서 산소가 O로 원자분해되고 이 산소원자가 공기중의 산소

       와 결합하여 오존이 되며 오존은 다시 비가 오거나 안개가 끼었을 때의 주위의 습기

       와 결합하여 초산이 되는데 이 초산이 송전선을 부식시키게 된다.

③ 코로나로 인한 전력손실이 발생한다.

코로나와 전력손실

⊙ 높은 전압으로 인하여 송전선의 피크전압에서 송전선 상호간에 방전이 발생하게 되는

    데 방전현상으로 인하여 피크부분이 짤리게 되고 전압의 파형이 구형파 즉 비정현파

    로 파형이 일그러지게 된다.

    비정현파는 직류분, 기본파, 고조파로 구성되는데 피크부분 전압이 짤리면서 구형파

    가 되어 전력의 손실이 발생하게 된다.

  ※ 코로나 손실 (피크(Peek) 실험식) : Peek라는 사람이 실험을 통해 얻어낸 식이다.

⊙ 송전선간 방전현상으로 전압파형이 왜곡되면서 고조파가 발생하게 되는데

    송전선에 고조파 특히 제3고조파, 3의 배수 계열 고조파는 통신선에 유도장해를

    일으키는 주요 원인이 되고 있다.​

코로나현상과 유도장해

 

4. 코로나 임계전압 (= 코로나 방전개시전압)

                             ↔ 전위경도와 반대개념

   ⊙ 전위경도 : 공기의 절연을 파괴시키는 전압

  ▣ 코로나 임계전압이란 : 전선로 주변의 공기가 견딜 수 있는 전압

임계전압

▣ 전선에 전력을 공급하면 선간에 전압이 걸리게 되는데 이 때 공기의 절연을 파괴하는

    전압을 전위경도라고 말한다.

▣ 반면에 전선 상호간에 전압이 걸리면 전선사이에 공기는 절연체 역할을 하게 되며

    이 때 공기가 견딜 수 있는 전압을 임계전압이라고 한다.

▣ 따라서 코로나 현상을 방지하려면 전위경도는 낮어야 하고 코로나 임계전압은

    높여야 한다.

    코로나 임계전압은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

임계전압 산정식

m0 : 전선표면계수(표면상태) - 표면이 잘 다듬어진 전선 : 1

      - 표면이 거친(낡은) 전선 : 0.93 ~ 0.98

m1 : 날씨 계수 - 맑은 날 : 1

                    - 우천시 : 0.8

δ : 상대 공기밀도

d : 전선의 지름

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⊙ 코로나 현상을 방지하기 위해서는 코로나 임계전압을 높여야 한다. 코로나 임계전압을

    높이기 위해서는 전선의 표면이 매끄럽고 새것으로 바꾸어야 하고, 날씨의 영향도 받게

    되는데 맑은 날이 흐르거나 비오는 날보다 임계전압을 높이게 된다.

    또한 공기밀도도 영향을 미치는데 공기밀도가 낮은 여름철이나 고도가 높은 곳은 공기

    밀도가 낮으므로 코로나 현상을 발생시키기 쉽다.

    그러나 이들 전선표면계수, 날씨계수, 상대공기밀도는 인위적으로 바꾸기가 경제적으

    로나 현실적으로 어렵다. 따라서 코로나 현상을 방지하기 위해서는 전선의 지름등과

    같은 현실적인 방안을 강구하게 된다.

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<코로나 현상 방지대책>

① 지름이 큰 굵은 전선을 사용한다.

   ⇒ 다도체(복도체) 방식을 채용한다.

② 다도체(복도체) 방식을 채용한다.

③ 가선금구를 개량한다 ⇒ 낡은 애자를 새 애자로 교체한다.

   ⇒ 코로나현상은 전선의 선간 뿐만아니라 애자에서도 발생한다.

       따라서 가선금구(전선을 가선하는데 필요한 금속제)를 개선해야 한다.

④ 낡은 전선을 새 전선으로 교체한다.

⑤ 전위경도를 낮게 한다.

⑥ 코로나 임계전압을 높인다.