송전

전력 전송은 발전소와 같은 발전 현장에서 변전소로 전기 에너지가 대량으로 이동하는 것입니다.이러한 이동을 용이하게 하는 상호 연결된 라인을 전송 네트워크라고 합니다.이는 고전압 변전소와 고객 사이의 로컬 배선(일반적으로 배전이라고 함)과는 다릅니다.복합 전송 및 배전망은 전기 그리드라고 하는 전기 공급의 일부입니다.

효율적인 장거리 송전에는 고전압이 필요합니다.이렇게 하면 중류에 의해 발생하는 손실을 줄일 수 있습니다.전송선은 대부분 고전압 AC(교류)를 사용하지만, 중요한 종류의 전송선은 고전압 직류를 사용합니다.전압 레벨은 변압기에 의해 변경되어 전송 전압을 높인 다음 로컬 배전을 위해 전압을 낮춘 다음 고객이 사용합니다.

북미에서는 "상호접속"이라고도 하는 광역 동기 그리드는 많은 소비자에게 동일한 상대 주파수의 AC 전원을 공급하는 많은 발전기를 직접 연결합니다.예를 들어 북미에는 4개의 주요 상호접속(서부 상호접속, 동부 상호접속, 퀘벡 상호접속 및 텍사스 상호접속)이 있습니다.유럽에서는 하나의 큰 그리드가 유럽 대륙의 대부분을 연결합니다.

송전선과 배전선은 같은 회사가 소유하는 경우가 많았지만, 1990년대부터 많은 나라가 전기 시장의 규제를 자유화함으로써 송전 사업과 유통 ^[1]사업과의 분리를 가져왔다.

시스템.

단상 AC가 철도 전화 시스템에 사용되는 경우도 있지만, 대부분의 전송 라인은 고전압 3상 교류 (AC)입니다.고전압 직류(HVDC) 기술은 매우 먼 거리(일반적으로 수백 마일)에서 더 높은 효율성을 위해 사용됩니다.HVDC 기술은 해저 전원 케이블(일반적으로 50km 이상) 및 상호 동기화되지 않은 그리드 간 전력 교환에도 사용됩니다.HVDC 링크는 대규모 배전네트워크를 안정시키기 위해 사용됩니다.배전네트워크에서는 네트워크의 일부에서 갑자기 새로운 부하가 발생하거나 정전이 발생하여 동기 문제나 캐스케이드 장애가 발생할 수 있습니다.

전기는 고전압으로 전송되어 장거리 전송에서 발생하는 에너지 손실을 줄입니다.전력은 보통 가공 전력선을 통해 전송됩니다.지하 송전에는 설치 비용이 상당히 비싸고 운영상의 제약이 크지만 유지관리 비용은 절감됩니다.도시 지역이나 환경적으로 민감한 장소에서 지하 송신을 사용하는 경우가 있습니다.

전송 시스템에 전기 에너지 저장 설비가 부족하면 주요 제한이 발생합니다.전기 에너지는 소비되는 속도와 동일한 속도로 생성되어야 합니다.발전량이 수요에 매우 근접하도록 하기 위해서는 정교한 제어 시스템이 필요합니다.전력 수요가 공급을 초과하면 불균형으로 인해 발전 플랜트와 트랜스미션 기기가 파손을 방지하기 위해 자동으로 절단되거나 정지될 수 있습니다.최악의 경우, 이것은 연쇄적인 셧다운과 대규모 지역 정전으로 이어질 수 있습니다.예로는 1965년, 1977년, 2003년의 미국 북동부 정전사태와 1996년과 2011년의 미국 기타 지역의 주요 정전사태가 있다.송전 네트워크는 지역, 국가 및 대륙 전체 네트워크에 상호 접속되어 있습니다.이러한 셧다운이 발생했을 경우 전력을 공급하기 위한 다중 대체 경로를 여러 개 제공함으로써 장애 위험을 줄입니다.전송 회사는 각 회선의 신뢰성이 높은 최대 용량(일반적으로 물리 용량 또는 온도 제한보다 작음)을 결정하여 네트워크의 다른 부분에서 장애가 발생했을 때 여유 용량을 사용할 수 있도록 합니다.

오버헤드 전송

고전압 오버헤드 도체는 절연으로 덮여 있지 않습니다.도체 재료는 거의 항상 알루미늄 합금으로 여러 가닥으로 만들어지며 강철 가닥으로 보강될 수 있습니다.구리가 오버헤드 변속기에 사용되기도 했지만 알루미늄은 더 가볍고 성능이 약간 떨어졌을 뿐 아니라 비용도 훨씬 낮았습니다.오버헤드 컨덕터는 전 세계 여러 회사가 공급하는 상품입니다.개선된 도체 재료와 형태는 용량을 늘리고 전송 회로를 현대화하기 위해 정기적으로 사용됩니다.도체 크기는 12mm²(#6 미국 와이어 게이지)에서 750mm²(1,590,000개의 원형 밀 영역)까지 다양하며 저항 및 통전 용량이 다양합니다.전원 주파수의 대형 도체(지름 수 센티미터 이상)의 경우 피부 효과로 인해 전류 흐름의 대부분이 표면 근처에 집중됩니다.도체의 중앙부는 전류를 거의 전달하지 않지만 도체에 무게와 비용을 기여합니다.이 전류 제한 때문에 더 큰 용량이 필요한 경우 여러 개의 병렬 케이블(번들 도체라고 함)이 사용됩니다.번들 도체는 코로나 방전에 의한 에너지 손실을 줄이기 위해 고전압에서도 사용됩니다.

현재 전송 레벨 전압은 보통 110kV 이상으로 간주됩니다.66kV 및 33kV와 같이 낮은 전압은 일반적으로 서브전송전압으로 간주되지만, 때때로 부하가 가벼운 긴 라인에서 사용됩니다.배전에는 보통 33kV 미만의 전압이 사용됩니다.765kV를 초과하는 전압은 초고전압으로 간주되며 낮은 전압에서 사용되는 장비와 비교하여 다른 설계가 필요합니다.

가공전송선은 단열용 공기에 의존하기 때문에 이들 선로의 설계에서는 안전을 유지하기 위해 최소한의 간극이 관찰되어야 한다.강풍과 저온과 같은 악천후는 정전으로 이어질 수 있다.23노트(43km/h)의 낮은 풍속에서는 도체가 작동 간격을 잠식할 수 있으며, 이로 인해 플래시 오버와 ^[2]공급 손실이 발생할 수 있다.물리 라인의 진동 운동은 진동 주파수와 진폭에 따라 도체 갤럽 또는 플래터라고 할 수 있습니다.

지하전송신

전력은 가공 전력선 대신 지하 전력선으로도 송전할 수 있다.지하 케이블은 가공선보다 우선도가 낮고 가시성이 낮으며 악천후에도 영향을 받지 않습니다.그러나 절연 케이블과 굴착 비용은 오버헤드 공사보다 훨씬 높습니다.매립형 변속기 라인의 고장은 위치를 찾아 수리하는 데 시간이 더 오래 걸립니다.

일부 대도시 지역에서는 지하 전송 케이블이 금속 파이프로 둘러싸여 있고 정전식 또는 펌프를 통해 순환되는 유전체 유체(일반적으로 오일)로 절연되어 있습니다.전기고장으로 인해 배관이 손상되어 주변 토양에 유전체 누출이 발생할 경우 액체질소트럭을 동원하여 배관의 일부를 동결하여 손상된 배관의 위치를 배수 및 보수할 수 있도록 한다.이런 종류의 지하 전송 케이블은 수리 기간을 연장시키고 수리 비용을 증가시킬 수 있습니다.파이프와 토양의 온도는 일반적으로 수리 ^[3][4][5]기간 내내 지속적으로 모니터링됩니다.

지하선은 열용량에 의해 엄격하게 제한되므로 오버로드나 재레이팅이 가공선보다 적습니다.긴 지하 AC 케이블은 정전 용량이 크기 때문에 50마일(80km) 이상의 부하에 유용한 전력을 공급하는 능력이 저하될 수 있습니다.DC 케이블은 캐패시턴스에 의해 길이가 제한되는 것은 아니지만, 전송 네트워크와 상호 접속하기 전에 회선 양 끝에 있는 HVDC 컨버터 스테이션이 DC에서 AC로 변환되어야 합니다.

역사

상업용 전력의 초기에는 조명이나 기계 부하와 같은 전압의 전력 전송으로 발전소와 전기 소비 장치 사이의 거리가 제한되었다.1882년에는 직류(DC)를 이용한 발전으로 장거리 송전에서는 전압을 쉽게 높일 수 없었다.다양한 종류의 부하 (예를 들어 조명, 고정 모터 및 트랙션/철도 시스템)는 서로 다른 전압을 요구했고, 따라서 서로 다른 발전기와 ^[6][7]회로를 사용했습니다.

이러한 라인의 특수화 및 저전압 고전류 회로에 대한 전송 효율이 낮았기 때문에 발전기는 부하 근처에 있어야 했습니다.당시 업계는 ^[8]부하 근처에 다수의 소형 발전기를 배치한 분산 발전 시스템으로 발전하는 것으로 보였다.

교류로 전기를 전달하는 것은 1881년 루시엔 갈라드와 존 딕슨 깁스가 1:1 회전비와 개방 자기 회로를 갖춘 초기 변압기인 2차 발전기를 건설한 이후 가능해졌다.

최초의 장거리 AC선은 이탈리아 토리노에서 열린 1884년 국제 전기 박람회를 위해 건설된 34킬로미터(21마일)의 길이였다.2kV, 130Hz Siemens & Halske 교류 발전기로 구동되며, 백열등을 공급하는 주 권선을 직렬로 연결한 여러 개의 Galard "2차 발전기"(트랜스)를 장착했습니다.이 시스템은 장거리 ^[7]교류 전력 전송의 실현 가능성을 입증했다.

최초의 AC 배전 시스템은 1885년 이탈리아 로마의 dei Cerchi를 통해 공공 조명용으로 사용되었습니다.정격 30hp(22kW), 120Hz에서 2kV의 Siemens & Halske 교류발전기 2개에 의해 전력을 공급받았으며, 각 램프에 하나씩 폐쇄형 자기회로가 제공되는 19km의 케이블과 200개의 병렬접속 2kV~20V 강압변압기를 사용했습니다.몇 달 후, 그것은 런던의 Grosvenor Gallery에서 서비스된 최초의 영국식 에어컨 시스템이 뒤따랐다.또한 Siemens 교류발전기와 2.4kV~100V의 스텝다운 변압기(사용자당 1개씩)를 갖추고 있으며,^[9] 분로 연결 프라이머리도 갖추고 있습니다.

전기공학자 윌리엄 스탠리 주니어는 ^[10]1885년에 최초의 실용적인 직렬 AC 변압기를 개발했습니다.George Westinghouse의 지원을 받아 1886년 매사추세츠주 Great Barrington에서 변압기 기반의 교류 조명 시스템을 시연했습니다.500V Siemens 발전기로 구동되는 증기 엔진으로 구동되는 새로운 Stanley 변압기를 사용하여 4,000피트(1,200m)^[11] 이상의 전력 손실 없이 중심가를 따라 있는 23개 사업장에서 백열등을 작동시키기 위해 전압을 100V로 낮췄다.변압기와 교류 조명 시스템에 대한 이러한 실제적인 시연은 Westinghouse가 그 ^[10]해 말에 AC 기반 시스템의 설치를 시작하도록 이끌 것입니다.

1888년에는 기능하는 AC 모터에 대한 디자인이 있었는데, 이 시스템은 그때까지 결여되어 있었습니다.이것들은 다상 전류로 작동하는 유도 모터로, 갈릴레오 페라리스와 니콜라 테슬라에 의해 독립적으로 발명되었습니다(테슬라의 디자인은 미국 웨스팅하우스에서 허가받았습니다).이 디자인은 미하일 돌리보-도브로볼스키와 찰스 유진 란슬롯 ^[12]브라운에 의해 현대적인 실용적인 3상 형태로 발전되었다.이러한 유형의 모터를 실제로 사용하는 것은 개발 문제와 동력을 ^[13][14]공급하기 위해 필요한 다상 전력 시스템의 부족으로 인해 수년 동안 지연될 수 있습니다.

1880년대 후반과 1890년대 초반에는 소규모 전기 회사들이 유럽의 Ganz와 AEG, 미국의 General Electric과 Westinghouse Electric과 같은 몇 개의 대기업으로 재정적으로 합병되었습니다.이들 회사는 계속해서 AC 시스템을 개발했지만, 직류 시스템과 교류 시스템의 기술적 차이는 훨씬 더 오랜 시간 ^[15]동안 기술 합병에 따라 달라질 것입니다.미국과 유럽의 혁신으로 인해, 장거리 송신을 통해 부하에 연결된 매우 큰 발전소와 교류 발전소의 규모의 경제가 공급되어야 하는 모든 기존 시스템과 서서히 결합되고 있었다.여기에는 단상 AC 시스템, 다상 AC 시스템, 저전압 백열 조명, 고전압 아크 조명, 공장 및 노면 자동차 내의 기존 DC 모터 등이 포함됩니다.보편적 시스템이 되어가고 있는 상황에서, 이러한 기술적 차이는 다수의 레거시 시스템을 AC ^[15][16]그리드에 연결할 수 있는 로터리 컨버터 및 모터 발전기의 개발을 통해 일시적으로 해소되었습니다.이러한 스톱갭은 오래된 시스템이 폐기 또는 업그레이드됨에 따라 서서히 교체될 것입니다.

고압을 이용한 단상 교류는 1890년 오리건주에서 처음으로 이루어졌는데, 당시 윌라메트 폭포의 수력발전소에서 ^[17]하류 23km의 포틀랜드 시로 전력이 공급되었다.고전압을 사용한 최초의 3상 교류는 1891년 프랑크푸르트에서 열린 국제 전기 전시회 동안 이루어졌다.약 175km 길이의 15kV 송전선로가 네카르의 라우펜과 ^[9][18]프랑크푸르트를 연결했다.

전력 전송에 사용되는 전압은 20세기 내내 증가했다.1914년에는 각각 70kV 이상으로 작동하는 55개의 전송 시스템이 가동되었습니다.당시 사용된 최고 전압은 150kV였습니다.^[19]여러 발전소를 넓은 지역에 걸쳐 상호 연결할 수 있게 함으로써 전력 생산 비용을 절감할 수 있었습니다.이용 가능한 가장 효율적인 발전소는 낮 동안 다양한 부하를 공급하기 위해 사용될 수 있다.대기 생성 용량을 더 많은 고객과 더 넓은 지리적 영역에서 공유할 수 있기 때문에 신뢰성이 향상되고 자본 투자 비용이 절감되었습니다.수력 발전이나 광구 석탄과 같은 원격 및 저비용 에너지원을 이용하여 에너지 생산 ^[6][9]비용을 절감할 수 있다.

20세기의 급속한 산업화는 대부분의 선진국에서 송전선과 송전망을 중요한 인프라 항목으로 만들었다.제1차 세계대전의 요건에 따라 군수공장에 전력을 공급하기 위해 정부가 건설한 대형 발전소와 소규모 배전망의 상호 접속이 촉진되었다.나중에 이러한 발전소는 장거리 ^[20]송신을 통해 민간 부하를 공급하기 위해 연결되었다.

벌크 파워 전송

엔지니어는 전송 네트워크를 설계하여 에너지를 최대한 효율적으로 운반하는 동시에 경제적 요인, 네트워크 안전성 및 중복성을 고려합니다.이러한 네트워크에는 전력선, 케이블, 회로 차단기, 스위치 및 변압기 등의 컴포넌트가 사용됩니다.전송 네트워크는 보통 지역 전송 조직이나 전송 시스템 ^[21]운영자와 같은 실체에 의해 지역 단위로 관리됩니다.

전송 효율은 라인 도체 내의 전압을 증가시키는 장치(그 결과 전류를 비례적으로 감소시키는 장치)에 의해 크게 향상되어 허용 가능한 손실과 함께 전력을 전송할 수 있습니다.라인을 통과하는 전류가 감소하면 도체의 가열 손실이 줄어듭니다.줄의 법칙에 따르면 에너지 손실은 전류의 제곱에 정비례합니다.따라서 전류를 2배로 줄이면 주어진 도체 크기에서 도체 저항으로 손실되는 에너지가 4배로 줄어듭니다.

주어진 전압 및 전류에 대한 도체의 최적 크기는 도체 크기에 대한 켈빈의 법칙으로 추정할 수 있습니다. 켈빈의 법칙은 저항으로 낭비되는 에너지의 연간 비용이 도체를 제공하는 연간 자본 요금과 같을 때 크기가 최적임을 나타냅니다.금리가 낮을 때 켈빈의 법칙은 두꺼운 와이어가 최적임을 나타냅니다. 반면 금속이 비쌀 때는 얇은 도체가 표시됩니다. 그러나 전력선은 장기 사용을 위해 설계되었기 때문에 켈빈의 법칙은 구리 및 알루미늄 가격의 장기 추정치 및 CA의 이자율과 함께 사용해야 합니다.삐탈

AC 회로에서는 승압 변압기를 사용하여 전압이 증가합니다.HVDC 시스템은 해저 케이블 및 장거리 대용량 포인트 투 포인트 전송과 같은 특정 프로젝트에 경제적으로 정당화될 수 있는 비교적 비용이 많이 드는 변환 장치를 필요로 합니다.HVDC는 서로 동기화되지 않은 그리드 시스템 간의 에너지 수출입에 필요합니다.

송전망은 발전소, 송전선 및 변전소의 네트워크입니다.에너지는 보통 3상 AC로 그리드 내에서 전송됩니다.단상 AC는 대형 다상 유도 모터에는 사용할 수 없기 때문에 최종 사용자에 대한 분배에만 사용됩니다.19세기에는 2상 전송이 사용되었지만, 4개의 와이어 또는 3개의 전류가 같지 않은 와이어가 필요했습니다.고차 위상 시스템에서는 3개 이상의 와이어가 필요하지만 거의 또는 전혀 이점이 없습니다.

발전소 용량은 가격이 높고 전력 수요는 가변적이기 때문에 필요한 전력의 일부를 현지에서 생산하는 것보다 수입하는 것이 종종 저렴합니다.부하가 지역적으로 상관되는 경우가 많기 때문에(미국 남서부의 고온으로 인해 많은 사람들이 에어컨을 사용할 수 있음), 전력은 종종 먼 곳에서 공급됩니다.지역 간 부하 분산을 통한 경제적 이점 때문에, 광역 전송 그리드는 현재 국가, 심지어 대륙에 걸쳐 있습니다.전력 생산자와 소비자 간의 상호 접속 웹은 일부 링크가 작동하지 않더라도 전력이 흐를 수 있도록 해야 합니다.

전력 수요의 변동하지 않는(또는 수시간에 걸쳐 서서히 변화하는) 부분은 기본 부하로 알려져 있으며, 일반적으로 연료와 운영에 고정 비용이 드는 대규모 설비(규모의 경제로 인해 더 효율적)에 의해 제공되고 있다.이러한 시설은 원자력, 석탄 화력 또는 수력 발전이며, 집중 태양 열 및 지열과 같은 다른 에너지원은 기본 부하 전력을 제공할 수 있다.태양광 발전, 풍력, 파도 및 조수와 같은 재생 에너지원은 간헐적이어서 "기본 부하"를 공급하는 것으로 간주되지 않지만 여전히 그리드에 전력을 추가할 것이다.나머지 전력 수요 또는 '피크' 전력 수요는 천연 가스로 연료 공급되는 복합 사이클 또는 연소 터빈 플랜트와 같이 일반적으로 더 작고, 더 빠르게 응답하며, 더 높은 비용 소스인 피크 발전소에 의해 공급됩니다.

장거리 송전(수백 킬로미터)은 비용이 kWh당 US$0.005–0.02로 저렴하고 효율적입니다(kWh당 US$0.01–0.025의 연간 대형 생산자 비용, kWh당 US$0.10 이상의 소매 요금 및 예상치 못한 가장 높은 순간 ^[22]공급자의 소매 순간적 수요의 배수).따라서 원격 공급자는 현지 공급원보다 저렴할 수 있습니다(예: 뉴욕은 ^[23]종종 캐나다에서 1000MW 이상의 전기를 구입합니다).복수의 로컬 소스(비싸고 자주 사용하지 않는 경우라도)는 전송 그리드를 날씨나 먼 곳의 공급업체를 차단할 수 있는 기타 재해에 대해 보다 내결함성을 높일 수 있습니다.

장거리 송신을 통해 화석 연료 소비를 대체하기 위해 원격 재생 에너지 자원을 사용할 수 있습니다.수력 및 풍력은 인구가 많은 도시 가까이 이동할 수 없으며, 태양광 비용은 지역 전력 수요가 최소인 외딴 지역에서 가장 낮다.연결 비용만으로도 특정 재생 가능한 대안이 경제적으로 합리적인지 여부를 결정할 수 있다.송전선에는 비용이 만만치 않을 수 있지만, 대용량, 초장거리 슈퍼 그리드 전송 네트워크에 대한 대규모 인프라 투자를 위한 다양한 제안은 적은 사용료로 회수할 수 있다.

그리드 입력

발전소에서는 장치의 크기에 따라 약 2.3kV에서 30kV 사이의 비교적 낮은 전압으로 전력이 생산됩니다.그런 다음 발전소 변압기에 의해 발전기 단자 전압이 장거리 전송을 위해 더 높은 전압(115kV ~ 765kV AC, 변속기 시스템 및 국가에 따라 다름)으로 상승합니다.

미국에서 전력 전송은 230 kV에서 500 kV까지 다양하지만 230 kV 미만 또는 500 kV 이상은 국지적 예외입니다.

예를 들어 Western Interconnect에는 두 가지 주요 교환 전압이 있습니다. 즉, 60Hz에서 500kV AC와 북에서 남으로(Columbia River에서 남으로) 및 북동에서 남서쪽으로(Utah에서 남캘리포니아로) ±500kV(net 1,000kV) DC입니다.지역 표준인 287.5kV(후버댐~로스앤젤레스 라인, 빅터빌 경유)와 345kV(아리조나 공공서비스(APS) 라인)는 모두 500kV가 실용화되기 전에 구현되었으며, 이후 장거리 AC 송전에 대한 서부 상호접속 표준이 시행되었다.

손실

고전압으로 전기를 전송하면 저항으로 손실되는 에너지의 비율이 감소합니다. 이 비율은 특정 도체, 흐르는 전류 및 전송선의 길이에 따라 달라집니다.예를 들어 1000MW의 전력을 운반하는 765kV의 100mi(160km) 스팬에서는 1.1%에서 0.5%의 손실이 발생할 수 있습니다.같은 거리에 걸쳐 같은 부하를 반송하는 345kV 라인의 손실은 4.2%^[24]입니다.소정의 전력량에 대해 전압이 높을수록 전류가 감소하므로 도체의 저항 손실이 감소합니다.예를 들어 전압을 10배 올리면 전류가 10배 감소하므로 ${\displaystyle {}^{}}$ R$(\displaystyle$ I$^{2}R)$ $손실$은 100배 감소합니다.단, 두 경우 모두 동일한 크기의 도체를 사용합니다.낮은 전류에 맞춰 도체 크기(단면적)를 10배 줄여도 $(\displaystyle$ I$^{2}R)$ $손실$은 10배 감소합니다.장거리 전송은 일반적으로 115~1,200 kV의 전압으로 가공선을 사용합니다.도체와 접지 사이에 2,000kV가 넘는 초고전압에서는 코로나 방전 손실이 너무 커서 라인 도체의 낮은 저항 손실을 상쇄할 수 있습니다.코로나 손실을 줄이기 위한 조치에는 더 큰 직경을 가진 도체, ^[25]종종 무게를 줄이기 위해 속이 빈 도체 또는 두 개 이상의 도체 묶음이 포함됩니다.

전송 및 분배 라인에 사용되는 도체의 저항, 즉 손실에 영향을 미치는 요인에는 온도, 나선 및 피부 효과가 포함됩니다.도체의 저항은 온도에 따라 증가한다.전력 라인의 온도 변화는 라인 내 전력 손실에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.나선형(나선형)은 좌초된 도체가 중심에서 나선형으로 회전하는 방식을 의미하며 도체 저항의 증가에도 기여합니다.피부 효과는 높은 교류 주파수에서 도체의 유효 저항을 증가시킵니다.코로나 및 저항 손실은 수학적 ^[26]모델을 사용하여 추정할 수 있습니다.

미국의 전송 및 유통 손실은 1997년 ^[27]6.6%, 2007년 6^[27].5%, 2013년부터 ^[28]2019년까지 5%로 추정되었다.일반적으로 손실은 (발전소에서 보고된 바와 같이) 생산되는 전력과 최종 고객에게 판매되는 전력의 차이에서 추정됩니다. 생산되는 전력과 소비되는 전력의 차이는 전력 절도가 발생하지 않는다고 가정할 때 송배전 손실을 구성합니다.

1980년 현재 직류 송신을 위한 가장 긴 비용 효율적인 거리는 7,000km(4,300마일)로 결정되었습니다.교류 전류의 경우 4,000km(2,500마일)였지만, 현재 사용되는 모든 전송 라인은 ^[22]이보다 상당히 짧습니다.

모든 교류전송선에서 도체의 인덕턴스와 캐패시턴스는 유의할 수 있다.회로의 이러한 특성에 대한 '반응'으로만 흐르는 전류(저항과 함께 임피던스를 정의함)는 부하에 '실제' 전력을 전송하지 않는 무효 전력 흐름을 구성합니다.그러나 이러한 무효 전류는 매우 현실적이며 전송 회로에서 추가적인 발열 손실을 일으킵니다.'실제' 전력(부하로 전송됨) 대 '외관' 전력(위상각을 고려하지 않고 회로의 전압과 전류의 곱)의 비율이 역률입니다.무효 전류가 증가하면 무효 전력이 증가하고 역률도 감소합니다.역률이 낮은 전송 시스템의 경우 역률이 높은 시스템보다 손실이 큽니다.전력회사는 시스템 전체에 콘덴서 뱅크, 원자로 및 기타 부품(상시프트기, 정적 VAR 보상기, 유연한 AC 전송 시스템, FACTS 등)을 추가하여 무효 전력 흐름을 보상하고 전력 전송 손실을 줄이고 시스템 전압을 안정화한다.이러한 조치를 총칭하여 '적극적 지원'이라고 합니다.

전위

전송선을 흐르는 전류는 각 상선을 둘러싼 자기장을 유도하고 다른 상 주변의 도체의 인덕턴스에 영향을 미칩니다.도체의 상호 인덕턴스는 부분적으로 서로에 대한 라인의 물리적 방향에 의존합니다.3상 송전선은 종래에는 서로 다른 수직 레벨로 분리된 상으로 스트링되어 있습니다.다른 두 위상의 중간에 있는 위상의 도체에 의해 나타나는 상호 인덕턴스는 위쪽 또는 아래쪽의 도체에 의해 나타나는 인덕턴스와 다릅니다.3개의 컨덕터 간의 불균형 인덕턴스는 송신된 총전력의 불균형한 양이 중간선에 전달될 수 있기 때문에 문제가 됩니다.마찬가지로 1개의 회선이 일관되게 지면에 가장 가깝고 낮은 임피던스로 동작하는 경우에는 부하가 불균형이 발생할 수 있습니다.이 현상으로 인해 도체는 전송선의 길이를 따라 주기적으로 이동해야 하며, 각 위상이 각 상대 위치에서 동일한 시간을 보고 3상 모두에서 볼 수 있는 상호 인덕턴스를 균형 있게 조정해야 합니다.이를 실현하기 위해 다양한 전치 방식에서 전송로의 길이를 따라 일정한 간격으로 특별히 설계된 전치 타워에서 선로 위치가 교환됩니다.

송신

서브 트랜스미션은 비교적 낮은 전압으로 작동하는 전력 전송 시스템의 일부입니다.모든 배전 변전소를 높은 주 전송 전압에 연결하는 것은 비경제적입니다. 왜냐하면 장비가 더 크고 더 비싸기 때문입니다.일반적으로 큰 변전소만 이 고전압으로 접속합니다.그것은 내려져 마을과 동네의 작은 변전소로 보내진다.송신 회선은, 통상, 1 회선의 장해가 발생해도, 많은 고객에게의 서비스가 단시간 이상 중단되는 일이 없도록, 루프에 배치됩니다.루프는 1개의 회선이 상실되어도 중단이 발생하지 않는 '통상 폐쇄' 또는 변전소가 백업 전원으로 전환할 수 있는 '통상 개방'이 가능합니다.서브전송회로는 보통 가공선을 통해 전송되지만 도시지역에서는 매립케이블을 사용할 수 있습니다.저전압 서브전송로에서는 선로설정이 적고 구조도 단순합니다.필요한 경우 지하에 설치하는 것이 훨씬 효율적입니다.고압선은 지하에 설치하는 비용이 많이 들기 때문에 더 많은 공간을 필요로 하며 보통 지상이다.

송신과 송신 사이, 또는 송신과 전달 사이에 일정한 컷오프는 없습니다.전압 범위가 다소 겹칩니다.북미에서는 69kV, 115kV 및 138kV의 전압이 서브 전송에 사용되는 경우가 많습니다.전력 시스템이 진화함에 따라 이전에 전송에 사용되었던 전압이 서브 전송에 사용되었고 서브 전송 전압이 분배 전압이 되었습니다.송신과 같이 서브 트랜스미션은 비교적 많은 전력을 이동시키고, 분배와 마찬가지로 서브 트랜스미션은 포인트 투 포인트뿐만 ^[29]아니라 영역을 커버합니다.

전송 그리드 출구

변전소에서 변압기는 상업용 및 주택용 사용자에게 분배하기 위해 전압을 낮은 수준으로 낮춥니다.이 분배는 서브 트랜스미션(33~132kV)과 분배(3.3~25kV)의 조합으로 실현됩니다.마지막으로, 사용 시점에 에너지가 저전압으로 변환됩니다(국가 및 고객 요구사항에 따라 다릅니다. 국가별 주전원 전기 참조).

고전압 전력 전송의 이점

고전압 송전에서는, 배선내의 장거리에서의 저항 손실을 저감 할 수 있습니다.이러한 고전압 전송 효율로 인해 생성된 전력의 더 많은 부분을 변전소와 부하로 전송하여 운영 비용을 절감할 수 있습니다.

단순화된 모델에서는 와이어가 충분히 긴 경우 전기 $그리드$가 $제너레이터$($전압{\displaystyle }$V$\{\backslash$$displaystyle$ V$}$로 이상적인 전압 소스로 모델링됨)에서 순수 저항 R$${\$displaystyle$ $P_{V$로 모델링된 단일 소비 지점에 ${\displaystyle {전력}_{}}$을 공급한다고 가정합니다.o 상당한 $저항{\displaystyle {}_{}}$ $(\$가 있습니다.

저항이 변압기 사이에 아무런 변압기 없이 직렬로 연결되어 있으면 회로가 전압 분압기 역할을 합니다. 동일한 전류 $I{\displaystyle }$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \frac{V}{}}$ R${\displaystyle \frac{}{}}$+ ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ {\$style$ I =$scfrac {V}{R+R_{C}}}}}$이(가) 와이어 저항과 동력 장치를 통과하기 때문입니다.따라서 (소비 시점에 사용되는) 유용한 전력은 다음과 같습니다.

${\displaystyle P_{R}=V_{2}\times I=V{R}{R+R_{C}}\times {\frac {V}{R+R_{C}}=times frac {R}{R}{C}}}\times {{FR}}}$

변압기가 와이어에 의해 전송되는 고전압, 저전류 전류를 소비 지점에서 사용할 수 있는 저전압, 고전류 전기로 변환한다고 가정합니다.전압비가$${$displaystyle$ a$}$인 이상적인 변압기라고 가정하면(즉, 전압은$$1차 분기와 비교하여 2차 분기에서 {$displaystyle$a$}$로 나누고 전류는 2차 분기에서 {$displaystyle$ a$}$로 곱함), 회로는 다시 분압기에 해당합니다만, 전송은이제 이온 와이어의 $저항$은 ${\displaystyle R_{}C{}^{}}$ / ${\displaystyle {a\mathrm{}}^{}}$ 2$${ { $displaystyle$ R $_$ { $C$ / a^ {2} } 。유용한 전력은 다음과 같습니다.

${\displaystyle P_{R}=V_{2}\times I_{2}=vsfrac {a^{2}R+{C}{{2}=vsfrac {a^{2}R+R_{C}}{{C}}{{c}}}}=vsfrac {a^{2}R}{a^{a^{{2}R}{C}}}}{C}}}}{C}}}}$

> $1($$즉$, 소비 지점 부근에서 고전압에서 저전압으로 변환)의 경우 제너레이터의 전력 중 더 많은 부분이 소비 포인트로 전달되고 더 적은 부분이 줄 난방으로 손실됩니다.

모델링 및 전송 매트릭스

많은 경우, 송수신(S) 및 수신(R) 단자의 전압과 전류인 전송 라인의 단자 특성에만 관심이 있습니다.그런 다음 전송 라인 자체를 "블랙 박스"로 모델링하고 2x2 전송 매트릭스를 사용하여 다음과 같이 동작을 모델링합니다.

${\displaystyle {bmatrix}V_{\mathrm {S}\\I_{\mathrm {S}\\end {bmatrix}}=(begin {bmatrix}A&)B\\C&D\end{bmatrix}{\begin{bmatrix}V_{\mathrm {R}}\\\I_{\mathrm {R}}\\end {bmatrix}}}$

회선은 상호 대칭 네트워크로 간주됩니다.즉, 수신 라벨과 송신 라벨은 결과 없이 스위칭할 수 있습니다.송신 매트릭스 T에는, 다음의 속성도 있습니다.

• $\displaystyle \det(T)=AD-BC=1}$
• ${\displaystyle A=D}$

파라미터 A, B, C 및 D는 원하는 모델이 라인의 저항(R), 인덕턴스(L), 캐패시턴스(C) 및 션트(병렬, 누출) 컨덕턴스 G를 처리하는 방식에 따라 달라집니다.네 가지 주요 모델은 짧은 선 근사, 중간 선 근사, 긴 선 근사(분산 모수를 사용한) 및 무손실 선입니다.설명된 모든 모델에서 R과 같은 대문자는 회선에 걸쳐 합산된 총량을 나타내며 c와 같은 소문자는 단위 길이당 양을 나타냅니다.

무손실 회선

무손실 라인 근사치는 가장 정확도가 낮은 모델입니다.회선의 인덕턴스가 저항보다 훨씬 클 때 짧은 라인에서 자주 사용됩니다.이 근사치의 경우, 송신측과 수신측에서 전압과 전류가 동일합니다.

특성 임피던스는 순수 실재 임피던스입니다.즉, 이 임피던스는 저항성이며, 무손실 라인에 대해서는 서지 임피던스라고 불리는 경우가 많습니다.무손실 라인이 서지 임피던스에 의해 종단되면 전압 강하가 발생하지 않습니다.전압과 전류의 위상각은 회전하지만 전압과 전류의 크기는 라인 길이를 따라 일정하게 유지됩니다.load > SIL 의 경우, 송신측에서 전압이 저하해, 회선은 VAR 를 「소비」합니다.부하 < SIL의 경우, 송신측으로부터 전압이 상승해, 회선이 VAR 를 「생성」합니다.

쇼트 라인

짧은 선 근사치는 일반적으로 길이가 80km(50mi) 미만인 선에 사용됩니다.짧은 라인의 경우 직렬 임피던스 Z만 고려되고 C와 G는 무시됩니다.최종 결과는 A = D = 단위당 1개, B = ZΩ, C = 0입니다.따라서 이 근사치에 대한 관련 전이 행렬은 다음과 같습니다.

${\displaystyle {bmatrix}V_{\mathrm {S}\\I_{\mathrm {S}\\end {bmatrix}={begin {bmatrix}1&Z\\0&1\\end {bmatrix}{\begin {bmatrix}V_{\mathrm {R}}\\\\\\\I_{\mathrm {R}}\\end {bmatrix}}}$

중간선

중간 선 근사치는 길이 80~250km(50~155mi)의 선에 사용됩니다.이 모델에서는 직렬 임피던스와 션트(전류 누출) 컨덕턴스가 고려되며 션트 컨덕턴스의 절반은 라인의 양 끝에 배치됩니다.이 회로는 회로 다이어그램의 양쪽에 누출 컨덕턴스가 배치될 때 나타나는 형상(θ) 때문에 종종 "공칭 δ(pi)" 회로라고 합니다.중간선을 분석하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

$디스플레이 스타일A&=D=1+{\frac {GZ}{2}}{\text{/unit}}\\B&=Z\Omega\C&=G{\Big (}1+{\frac {GZ}{4}}{\Big}}S\end{aligned}}$

중간 길이의 전송 라인의 직관에 반하는 행동:

• 무부하 또는 소전류에서의 전압 상승(페란티 효과)
• 수신 종료 전류가 송신 종료 전류를 초과할 수 있습니다.

긴 줄

장척 라인 모델은 보다 높은 정확도가 필요하거나 고려 중인 라인의 길이가 250km(160mi)를 초과할 때 사용합니다.직렬 저항 및 션트 컨덕턴스는 분산 파라미터로 간주됩니다. 즉, 라인의 각 차등 길이에는 상응하는 차등 직렬 임피던스와 션트 어드미턴스가 있습니다.다음 결과는 전송로를 따라 임의의 지점에서 적용할 수 있습니다. 여기서 $"\displaystyle \gamma"$는 전파 상수입니다.

$디스플레이 스타일A&=D=\cosh(\gamma x){\text{per unit}\[3mm]B&=Z_{c}\sinh(\gamma x)\Omega\[2mm]C&=gamfrac {1}{Z_{c}}\sinh(\gamma x)S\end{aligned}}$

긴 라인의 끝에서 전압과 전류를 찾으려면 전송 매트릭스의 모든 파라미터에서$$x {\$displaystyle$ x$}$를$$l {\$displaystyle$ l$}($라인 길이)로 대체해야 합니다.

(이 모델의 완전한 개발은 텔레그래퍼 방정식을 참조해 주세요).

고전압 직류

고전압 직류(HVDC)는 장거리 또는 비동기 그리드 간의 상호 접속에 사용됩니다.전기 에너지가 매우 먼 거리에 전송될 경우 AC 전송에서 손실되는 전력이 현저해지고 교류 대신 직류를 사용하는 것이 저렴해집니다.매우 긴 전송로의 경우, 이러한 낮은 손실(및 DC 선로의 건설 비용 절감)에 의해, 양단에서 필요한 컨버터 스테이션의 추가 비용을 상쇄할 수 있습니다.

HVDC는 케이블 ^[30]캐패시턴스로 인해 AC를 사용할 수 없는 긴 해저 케이블에도 사용됩니다.이 경우 DC용 특수 고전압 케이블이 사용됩니다.해저 HVDC 시스템은 예를 들어 영국과 대륙 유럽, 영국과 아일랜드, 태즈메이니아와 호주 본토, 뉴질랜드의 북섬과 남섬, 뉴저지주와 뉴욕시 사이, 뉴저지주와 롱라주 사이 등 섬의 전력망을 연결하는 데 자주 사용된다.nd. 최대 600km(370mi) 길이의 잠수함 연결이 현재 ^[31]사용되고 있습니다.

HVDC 링크는 AC 전류의 그리드 문제를 제어하기 위해 사용할 수 있습니다.AC 회선에 의해 송신되는 전력은 소스 엔드 전압과 수신처 엔드 사이의 위상각이 증가함에 따라 증가하지만, 위상각이 너무 크면 회선의 양 끝에 있는 시스템이 스텝에 어긋나게 됩니다.DC 링크의 전력 흐름은 링크의 양쪽 끝에 있는 AC 네트워크의 위상과 독립적으로 제어되므로 이 위상각 제한은 존재하지 않으며 DC 링크는 항상 정격 전력을 모두 전송할 수 있습니다.따라서 DC 링크는 전력 흐름과 위상각을 독립적으로 제어할 수 있으므로 양쪽 끝에서 AC 그리드를 안정화시킵니다.

예를 들어 시애틀과 보스턴 사이의 가상의 선로에서 AC 전원의 흐름을 조정하려면 두 지역 전기 그리드의 상대 위상을 조정해야 한다.이는 AC 시스템에서 일상적으로 발생하는 일이지만 AC 시스템 컴포넌트에 장애가 발생하여 나머지 작동 그리드 시스템에 예기치 않은 부하가 가해질 경우 중단될 수 있습니다.대신 HVDC 회선을 사용하면, 이러한 상호 접속은 다음과 같습니다.

1. 시애틀의 AC를 HVDC로 변환한다.
2. 4,800km(3,000마일)의 크로스컨트리 전송에는 HVDC를 사용합니다.
3. 보스턴에서 HVDC를 로컬로 동기화된 AC로 변환합니다.

(전파 경로를 따라 다른 협력 도시에서도 가능할 수 있음)이러한 시스템은 일부분이 갑자기 셧다운될 경우 장애가 발생할 가능성이 낮아집니다.긴 DC 전송로의 예로는 미국 서부에 있는 퍼시픽 DC 인터타이가 있습니다.

용량.

송전선상에서 송신할 수 있는 전력량은 한정되어 있습니다.제한의 원점은 선의 길이에 따라 달라집니다.짧은 라인의 경우, 라인 손실로 인한 도체의 가열은 열 한계를 설정합니다.전류가 너무 많이 유입되면 도체가 지면에 너무 가까이 처지거나 도체와 기기가 과열로 손상될 수 있습니다.약 100km(62마일)의 중간 길이 라인의 경우 제한은 라인 내 전압 강하에 의해 설정됩니다.긴 AC 라인의 경우, 시스템의 안정성에 의해 전송 가능한 전력의 제한이 설정됩니다.교류선을 흐르는 전력은 수신단 및 송신단에서의 전압 및 전류의 위상각 코사인에 거의 비례한다.이 각도는 시스템 로드 및 생성에 따라 달라집니다.전력 흐름은 감소하지만 저항 손실은 남기 때문에 각도가 90도에 근접하는 것은 바람직하지 않습니다.라인 길이와 최대 부하의 허용곱은 거의 시스템 전압의 제곱에 비례합니다.직렬 캐패시터 또는 위상 편이 변압기는 안정성을 개선하기 위해 긴 라인에 사용됩니다.고전압 직류 라인은 위상각이 작동에 영향을 주지 않기 때문에 열 및 전압 강하 한계에만 의해 제한됩니다.

지금까지는 케이블 경로를 따라 온도 분포를 예측하는 것이 거의 불가능했기 때문에 통상 최대 적용 전류 부하는 동작 조건의 이해와 리스크 최소화 사이에서 타협으로 설정되었습니다.케이블 전체에 걸쳐 실시간으로 온도를 측정하는 산업용 Distributed Temperature Sensing(DTS; 분산 온도 감지) 시스템의 가용성은 전송 시스템의 용량을 모니터링하는 첫 번째 단계입니다.이 모니터링 솔루션은 온도 센서로서 패시브 광섬유를 사용하는 것에 기초하고 있습니다.고압 케이블 내부에 직접 내장되어 있거나 케이블 절연체 외부에 장착되어 있습니다.가선 솔루션도 이용할 수 있습니다.이 경우 광섬유는 OPPC(Overhead Transmission Line)의 위상선 코어에 통합되어 있습니다.내장 Dynamic Cable Rating(DCR; 다이내믹 케이블 정격) 또는 Real Time Thermal Rating(RTTR; 실시간 열 정격) 솔루션을 사용하면 고전압 케이블 회로의 온도를 실시간으로 지속적으로 감시할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 네트워크 용량을 최대한 안전하게 활용할 수 있습니다.게다가 오퍼레이터는, 초기 동작 조건에 가해진 주요한 변경에 있어서의 송신 시스템의 동작을 예측하는 기능을 제공한다.

통제

안전하고 예측 가능한 작동을 보장하기 위해 변속기 시스템의 구성 요소는 제너레이터, 스위치, 회로 차단기 및 부하로 제어됩니다.전송 시스템의 전압, 전력, 주파수, 부하 계수 및 신뢰성 기능은 고객에게 비용 효율적인 성능을 제공하도록 설계되었습니다.

로드 밸런싱

변속기 시스템은 안전 및 내결함성 여유와 함께 기본 부하 및 피크 부하 기능을 제공합니다.피크 로드 시간은 주로 산업 혼합에 따라 지역에 따라 달라집니다.매우 덥고 매우 추운 기후에서는 가정용 냉난방 부하가 전체 부하에 영향을 미칩니다.그것들은 보통 일년 중 가장 더운 지역의 늦은 오후에 가장 높고, 일년 중 가장 추운 지역의 중간과 저녁에 가장 높다.이로 인해 전력 요건은 계절과 시간에 따라 달라집니다.배전 시스템 설계에서는 항상 베이스 부하와 피크 부하를 고려합니다.

일반적으로 전송 시스템에는 부하를 세대와 일치시키는 큰 버퍼링 기능이 없습니다.따라서 발전설비의 과부하 장애를 방지하기 위해 발전량을 부하에 맞춰 유지해야 합니다.

복수의 전원과 부하를 변속기 시스템에 접속할 수 있으며, 이러한 전원과 부하를 제어하여 전원을 질서정연하게 전달해야 합니다.집중형 발전에서는 국지적인 발전 제어만 필요하며, 이는 큰 과도현상과 과부하 상태를 방지하기 위해 발전 유닛의 동기화를 수반한다.

분산형 발전에서는 발전기가 지리적으로 분산되어 있어 발전기를 온라인과 오프라인으로 전환하는 프로세스를 신중하게 관리해야 합니다.부하 제어 신호는 별도의 회선 또는 전원 회선 자체에 송신할 수 있습니다.전압과 주파수는 부하 밸런싱을 위한 시그널링 메커니즘으로 사용할 수 있습니다.

전압신호에서는 전압의 변화가 발생을 증가시키기 위해 사용된다.라인 전압이 감소함에 따라 시스템에 의해 추가되는 전력은 증가합니다.이 준비는 원칙적으로 안정적이다.메쉬 네트워크에 새로운 발전기를 추가할 때마다 개별 컴포넌트와 설정점을 재구성해야 하므로 전압 기반 규제는 메시 네트워크에서 사용하기 복잡합니다.

주파수 신호에서 발전 유닛은 송전 시스템의 주파수와 일치한다.드로프 속도 제어에서는 주파수가 감소하면 출력이 증가합니다.(회선 주파수의 감소는 부하가 증가하여 제너레이터의 속도가 저하되고 있음을 나타냅니다).

풍력 터빈, 차량 대 그리드 및 기타 국지적으로 분산된 저장 및 발전 시스템을 전력망에 연결하여 시스템 운영을 개선할 수 있습니다.국제적으로, 이러한 추세는 고도로 중앙 집중화된 전력 시스템에서 분산된 전력 시스템으로의 느린 이동이다.많은 새롭고 혁신적인 솔루션을 포함하는 지역 분산 발전 시스템의 주요 장점은 ^[32]생산지에서 가까운 전력 소비로 이어짐으로써 송전 손실을 줄인다는 것이다.

장애 보호

과도한 부하 조건에서는 시스템이 한꺼번에 고장나는 것이 아니라 정상적으로 고장 나도록 설계할 수 있습니다.전원 공급이 수요 이하로 떨어지면 블랙아웃이 발생합니다.전원 공급이 완전히 실패하면 블랙아웃이 발생합니다.

롤링 정전(부하 제한이라고도 함)은 의도적으로 설계된 정전이며, 전력 수요가 공급을 초과할 때 부족한 전력을 분배하기 위해 사용됩니다.

통신

긴 전송로 운영자는 전력망 및 종종 관련 발전 및 배전 설비의 제어를 위해 신뢰할 수 있는 통신을 필요로 한다.회선의 양 끝에 있는 장애 감지 보호 릴레이가 통신하여 보호 회선 섹션으로 송수신되는 전력 흐름을 모니터링하여 장애가 발생한 도체 또는 기기의 전원을 신속하게 차단하고 시스템의 균형을 복원해야 합니다.통상, 송전선로의 단락이나 그 외의 장해로부터 보호하는 것은 매우 중요하기 때문에, 공통의 통신 사업자의 통신의 신뢰성이 불충분하고, 리모트 영역에서는 공통의 통신 사업자를 사용할 수 없는 경우가 있습니다.전송 프로젝트와 관련된 통신 시스템은 다음을 사용할 수 있습니다.

• 전자레인지
• 전력선 통신
• 광섬유

드물게, 또 단거리의 경우, 유틸리티는 송전선로를 따라 배치된 파일럿 와이어를 사용합니다.공통 캐리어로부터의 전용회로는 이용가능성이 송전조직에 의해 제어되지 않기 때문에 바람직하지 않다.

전송선은 데이터 전송에도 사용할 수 있습니다.이것을 전원선 반송파(PLC)라고 부릅니다.PLC 신호는 장파장 무선으로 쉽게 수신할 수 있다.

광섬유는 전송로의 고립된 도체, 오버헤드 실드 와이어에 포함할 수 있다.이러한 케이블은 Optical Ground Wire(OPGW; 광접지선)라고 불립니다.스탠드아론 케이블이 사용되는 경우도 있습니다.전유체 자기 지지(ADSS) 케이블은 전송선 크로스암에 연결되어 있습니다.

미네소타와 같은 일부 관할 지역에서는 에너지 전송 회사가 잉여 통신 대역폭을 판매하거나 통신 공통 통신 사업자로서의 역할을 하는 것을 금지하고 있습니다.규제구조가 허용하는 한 유틸리티는 추가 다크 파이버의 용량을 공통 통신사에 판매할 수 있으며, 이를 통해 또 다른 수익원을 확보할 수 있습니다.

전력 시장 개혁

일부 규제 당국은 전기 송신을 자연적인 독점이라고^[33][34] 간주하고 있으며, 많은 국가에서 송신을 별도로 규제하려는 움직임이 있다(전기 시장 참조).

스페인은 지역전송기구를 설립한 첫 번째 국가였다.그 나라에서는 전송 운영과 시장 운영이 다른 회사에 의해 통제된다.전송 시스템 운영자는 Red Electrica de Espana(RE)이고 도매 전기 시장 운영자는 Operado del Mercado Ibérico de Energia – Polo Espaolol, S.A.(OMEL) OMEL 홀딩 오멜 홀딩입니다.스페인의 전송 시스템은 프랑스, 포르투갈, 모로코의 전송 시스템과 상호 연결되어 있습니다.

미국에서 RTO의 설립은 1996년에 ^[35]발표된 FERC의 명령 888 "공공사업자에 의한 오픈 액세스 비차별적 전송 서비스를 통한 도매 경쟁 촉진; 공공사업자에 의한 고립된 비용의 회수"에 의해 촉진되었다.미국 및 캐나다의 일부 지역에서는 여러 송전 회사가 발전 회사로부터 독립적으로 운영되고 있지만, 미국 남부에는 여전히 전기 시스템의 수직적 통합이 온전한 지역이 있습니다.분리 지역에서는 전송 소유자와 세대 소유자가 RTO 내에서 의결권을 가진 시장 참여자로서 상호 작용을 계속한다. 미국의 RTO는 연방 에너지 규제 위원회에 의해 규제된다.

송전 비용

고전압 송전 비용은 (배전 비용에 비해) 소비자 전기 요금에서 발생하는 다른 모든 비용에 비해 상대적으로 낮습니다.영국에서는 국내 납품가격이 kWh당 약 10p인 데 비해 전송비용은 ^[36]kWh당 약 0.2p입니다.

연구에 따르면 2011년 ^[37]전력 T&D 장비 시장의 자본 지출 수준은 1,289억 달러에 달할 것으로 평가된다.

머천트

가맹점 송전이란 제3자가 관련 없는 현존 전력회사의 프랜차이즈 지역을 통해 전기 송전선을 건설하고 운영하는 약정입니다.

미국에서 영업 중인 가맹점 전송 프로젝트에는 뉴욕 쇼햄에서 코네티컷 뉴헤이븐으로 가는 크로스 사운드 케이블, 뉴저지 세레빌에서 뉴욕 뉴브리지로 가는 넵튠 RTS 전송 선로 및 캘리포니아의 패스 15가 포함됩니다.ITC Holdings Corp.가 제안한 수중 ^[38]전송선인 Lake Erie Connector를 포함하여 추가 프로젝트가 개발 중이거나 미국 전역에서 제안되고 있습니다.이러한 프로젝트는 온타리오와 PJM 인터커넥션 지역의 부하 서비스 사업체를 연결하는 것입니다.

호주에는 규제되지 않거나 시장용 인터커넥터가 1개밖에 없습니다.태즈메이니아와 빅토리아 사이의 배스 링크.당초 시장 인터커넥터로서 실장되어 있던 2개의 DC링크(Directlink 및 Murraylink)가 규제된 인터커넥터로 변환되었습니다.NEMMCO

가맹점 전송의 광범위한 채택에 대한 주요 장벽은 수혜자가 통행료를 지불하도록 시설에서 누가 이익을 얻는지 식별하기 어렵다는 것이다.또 대체전송로가 기존 공공사업자로부터 독점·^[39]규제된 요금기준으로 보조금을 지원받는 경우 가맹점이 경쟁하기 어렵다.미국에서는 2010년에 발표된 FERC의 명령 1000이 공공 정책의 필요성이 ^[40]발견될 경우 제3자 투자 및 상인 송전선 구축에 대한 장벽을 낮추려고 시도하고 있다.

건강에 대한 우려

미국의 대규모 연구를 포함한 일부 대규모 연구들은 전선 근처에 사는 것과 암과 같은 질병이나 질병이 발병하는 것 사이의 어떠한 연관성도 발견하지 못했다.1997년 연구에 따르면 전력선이나 서브스테이션에 얼마나 가까운지는 중요하지 않으며 암이나 ^[41]질병의 위험이 증가하지 않았다.

주류 과학적 근거에 따르면 가정용 전류 및 고송전선과 관련된 저전력, 저주파, 전자파 방사선은 단기 또는 장기 건강 위험을 구성하지 않는다.그러나 일부 연구는 다양한 질병과 전선 근처에서 생활하거나 일하는 것 사이의 통계적 상관관계를 밝혀냈다.송전선 ^[42]근처에 살지 않는 사람들에 대한 건강상의 악영향은 입증되지 않았다.

뉴욕 주 공공 서비스 위원회는 전기장의 잠재적 건강 영향을 평가하기 위해 의견 No. 78-13(1978년 6월 19일 발행)에 문서화된 연구를 수행했다.스터디의 사례 번호가 너무 오래되어 위원회의 온라인 데이터베이스인 DMM에 사례 번호로 나열될 수 없습니다. 따라서 원래 스터디를 찾기 어려울 수 있습니다.이 연구는 명령 발행 후 뉴욕에서 캐나다로 가는 765 kV 전송선의 기존 선로권 가장자리에서 측정된 1.6 kV/m의 전계 강도를 뉴욕 주에 건설된 모든 새로운 전송선로 가장자리에서 임시 표준 최대 전계 강도로 활용하기로 결정했다.이 의견은 또한 뉴욕에 건설된 모든 새로운 송전선로의 전압을 345kV로 제한했다.1990년 9월 11일, 자기장 강도에 대한 유사한 연구 후, NYSPSC는 자기장에 대한 중간 정책 성명을 발표했다.본 연구에서는 동절기 정상 도체 정격을 사용하여 선로권 가장자리에 200mG의 자기장 잠정 표준을 설정했다.이 최신 문서는 온라인 데이터베이스 시스템보다 앞서기 때문에 NYSPSC의 온라인 데이터베이스에서도 찾기 어려울 수 있습니다.일상용품과 비교하여 헤어드라이어나 전기담요는 100mG~500mG의 자기장을 발생시킵니다.전기면도기는 2.6kV/m를 낼 수 있다.전기장은 차폐할 수 있지만 자기장은 차폐할 수 없지만 일반적으로 회로의 각 상 위치를 ^[43][44]단면에서 최적화함으로써 최소화됩니다.

새로운 전송로가 제안될 때, 해당 규제 기관(일반적으로 공공사업 위원회)에 대한 적용 내에서 선로설비 가장자리에서 전기장과 자기장 수준의 분석이 종종 이루어진다.이러한 분석은 유틸리티 또는 모델링 소프트웨어를 사용하여 전기 공학 컨설턴트에 의해 수행됩니다.적어도 1개의 주 공공사업위원회는 Bonneville 전력관리국의 엔지니어가 개발한 소프트웨어에 액세스하여 제안된 전송로의 선로 선로 선로상의 전기장과 자기장을 분석합니다.공공 사업 위원회는 종종 전기장과 자기장으로 인한 건강에 미치는 영향에 대해 언급하지 않고 정보 검색자를 주의 산하 보건 부서에 의뢰합니다.

100µT(1G)(1,000mG)를 훨씬 초과하는 자기장에 대한 급성 고준위 피폭에 대한 생물학적 영향이 확립되어 있다.주거 환경에서, 특히 0.3µT(3mG)에서 0.4µT(4mG)까지 주거용 전력 주파수 자기장에 대한 평균 피폭과 관련된 소아 백혈병은 "인간에서 발암성의 증거가 제한적이고 실험 동물에서 발암성에 대한 충분한 증거 미만"이다.이러한 수준은 유럽의 경우 약 0.07µT(0.7mG), 북미의 ^[45][46]경우 0.11µT(1.1mG)인 가정의 평균 주거용 전력 주파수 자기장을 초과한다.

지구의 자연 지자기장 강도는 0.035mT에서 0.07mT(35µT – 70µT 또는 350mG – 700mG) 사이이며, 연속 노출 한도에 대한 국제 표준은 일반인의 ^[45]경우 40mT(400,000MG 또는 400G)로 설정되어 있다.

수목 ^[47]생육조절제 및 제초제 관리법은 송전선로 통행권에 사용될 수 있으며, 이는 건강에 영향을 미칠 수 있다.

국가별 정책

미국

FERC(Federal Energy Regulatory Commission)는 미국 내 송전 및 도매 전기 판매의 주요 규제 기관입니다.1920년 의회가 연방 전력 위원회로 설립했으며, 이후 여러 명칭과 책임을 변경했습니다.FERC에 의해 규제되지 않는 것, 주로 전력 분배 및 전력 소매 판매는 주 당국의 관할이다.

전력 송전에 영향을 미치는 미국의 에너지 정책 중 가장 주목할 만한 것은 명령 888호와 2005년의 에너지 정책법이다.

1996년 4월 24일 FERC에 의해 채택된 명령 888호는 "도매 벌크 전력 시장에서의 경쟁에 대한 장애를 제거하고 국가의 전력 소비자들에게 보다 효율적이고 저비용의 전력을 제공하기 위해 설계되었다.이러한 규칙의 법적, 정책적 기반은 주 간 ^[48]상거래에서 전기를 누구에게 수송할 수 있는지 여부를 제어하는 독점 소유의 전송선에 대한 과도한 차별을 시정하는 것입니다."명령 제888호는 주 간 상거래에서 전기 에너지 전송에 사용되는 시설을 소유, 제어 또는 운영하는 모든 공공 사업자에게 비차별적 전송 관세를 개방적으로 적용하도록 요구했다.이러한 관세에 의해 발전기는 이미 존재하는 전력선을 이용하여 발전하는 전력을 전송할 수 있습니다.또한 명령 No. 888은 공공사업자가 전력선을 오픈 액세스 ^[48][49]서비스로 제공하는 것과 관련된 비용을 회수할 수 있도록 허용하고 있다.

2005년 8월 8일 의회에서 서명한 에너지 정책법(EPACT)은 송전 규제에 대한 연방 권한을 더욱 확대했다.EPAct는 FERC에 전기 전송 신뢰성 표준의 시행과 전기 ^[50]전송에 대한 투자를 장려하기 위한 요금 인센티브의 확립을 포함하되 이에 국한되지 않는 중요한 새로운 책임을 부여했다.

역사적으로, 지방 정부는 그리드에 대한 권한을 행사해 왔고, 지방 정부가 아닌 다른 주에 혜택을 줄 수 있는 조치를 장려하는 데 상당한 의욕을 상실했다.저렴한 전기를 사용하는 지역은 다른 지역이 지역 에너지를 경쟁하고 요금을 인상할 수 있기 때문에 전기 거래에서 주 간 상거래를 더 쉽게 하도록 장려하는 의욕이 떨어집니다.예를 들어, 메인 주의 일부 규제 당국은 혼잡으로 인해 메인 주의 요금이 ^[51]낮게 유지되기 때문에 혼잡 문제에 대처하고 싶어하지 않습니다.또한, 지역 유권자들은 시각적 영향, 환경 및 인식된 건강 문제를 지적함으로써 허용을 방해하거나 느리게 할 수 있습니다.미국에서는 세대가 전송보다 4배 빠르게 증가하고 있지만, 대규모 전송 업그레이드를 위해서는 여러 주 간의 조정, 다수의 연동 허가 및 그리드를 소유한 500개 기업 중 상당 부분 간의 협력이 필요합니다.정책적 관점에서 그리드의 통제는 발칸화되어 있으며, 심지어 전 에너지 장관인 빌 리처드슨도 그것을 제3세계 그리드로 언급하고 있다.EU와 미국에서는 그 문제에 맞서기 위한 노력이 있었다.미국의 국가 안보 이익은 2005년 에너지법 통과를 추진하여 주정부가 송신을 거부할 경우 송신을 승인할 수 있는 권한을 부여했습니다.그러나 에너지부가 두 개의 국익 전기 송전 회랑을 지정하기 위해 권한을 행사한 직후 14명의 상원의원이 DOE가 ^[52]너무 공격적이라는 내용의 서한에 서명했다.

특수 변속기

철도용 그리드

전기 기관차 또는 전기 다중 장치가 저주파 AC 전력으로 운행되는 일부 국가에서는 철도에 의해 운영되는 별도의 단상 견인 전력 네트워크가 있습니다.대표적인 예로는 ₃16/Hz에 기반한 구형 AC 기술을 사용하는 유럽 국가(오스트리아, 독일 및 스위스 포함)가 있다(노르웨이와 스웨덴도 이 주파수를 사용하지만 50Hz 공공 공급기에서 변환한다. 스웨덴은 16/₃Hz 트랙션 그리드를 사용하지만 시스템의 일부만을 위해).

초전도 케이블

고온 초전도체(HTS)는 무손실 전력 전송을 제공함으로써 전력 분배를 혁신할 것을 약속한다.액체 질소의 비등점보다 높은 전이 온도를 가진 초전도체의 개발은 적어도 고부하 ^[53]응용 분야에서 초전도 전력선의 개념을 상업적으로 가능하게 만들었습니다.이 방법을 사용하면 대부분의 저항성 손실을 제거함으로써 필요한 냉동 장비가 절감되는 전력의 약 절반을 소비하기 때문에 폐기물이 절반으로 줄어들 것으로 추정되었습니다.Consolidated Edison과 American Superconductor와 같은 몇몇 회사들은 이미 그러한 ^[54]시스템의 상업적인 생산을 시작했다.SuperGrid라고 하는 미래의 가상 시스템에서는 송전선로를 액체 수소 파이프라인과 결합함으로써 냉각 비용을 절감할 수 있습니다.

초전도 케이블은 특히 대도시의 비즈니스 구역과 같은 고부하 밀도의 지역에 적합합니다.이 지역에서는 케이블의 편의성 구입 비용이 매우 ^[55]많이 듭니다.

HTS 전송선^[56]

위치	길이(km)	전압(kV)	용량(GW)	날짜.
캐롤턴 (조지아 주)				2000
올버니, 뉴욕[57]	0.35	34.5	0.048	2006
홀브룩, 롱아일랜드[58]	0.6	138	0.574	2008
트레스아미가스			5	2013년 제안
맨해튼:히드라 프로젝트				2014년 제안
에센, 독일[59][60]	1	10	0.04	2014

단선 접지 리턴

단선접지복귀(SWER) 또는 단선접지복귀는 전기 그리드의 단상전력을 원격지에 저비용으로 공급하기 위한 단선전송로입니다.이는 주로 시골 지역 전화에 사용되지만, 양수기와 같은 더 큰 절연 부하에도 사용된다.싱글 와이어 접지 리턴은 해저 전원 케이블을 통한 HVDC에도 사용됩니다.

무선 전력 전송

니콜라 테슬라와 야기 히데츠구 둘 다 1800년대 후반과 1900년대 초에 대규모 무선 전력 전송 시스템을 고안하려고 했지만 상업적으로 성공하지 못했다.

2009년 11월, Laser Motive는 지상 레이저 송신기를 사용하여 케이블 클라이머에 수직으로 1km의 전력을 공급하여 NASA 2009 파워 빔링 챌린지에서 우승을 차지했습니다.시스템은 리시버 엔드에서 최대 1kW의 전력을 발생시켰습니다.2010년 8월, NASA는 민간 기업들과 저궤도 위성에 전력을 공급하는 레이저 파워 빔 시스템의 설계와 레이저 파워 빔을 이용한 로켓 발사를 추진하기로 계약했다.

태양광 발전 위성에서 지구로의 전력 전송을 위해 무선 전력 전송이 연구되어 왔다.마이크로파 또는 레이저 송신기의 고출력 어레이는, 전력을 리텐나에 빔 합니다.주요 엔지니어링 및 경제 과제는 어떤 태양광 발전 위성 프로젝트에도 직면해 있습니다.

제어 시스템의 보안

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미국 연방정부는 전력망이 사이버 ^[61][62]전쟁의 영향을 받기 쉽다는 것을 인정한다.미국 국토안보부는 산업계와 협력하여 취약점을 식별하고 제어 시스템 네트워크의 보안을 강화하기 위해 연방 정부는 또한 미국이 차세대 '스마트 그리드'^[63] 네트워크를 개발할 때 보안이 구축되도록 노력하고 있습니다.

2019년 6월, 러시아는 자국의 전력망이 미국의 ^[64]사이버 공격을 받고 있다는 것을 "가능성"하다고 인정했다.미국 사이버사령부 소속 미국 해커들이 러시아 ^[65]전력망을 교란시킬 수 있는 악성코드를 심었다고 뉴욕타임스가 보도했다.

기록.

• 최대용량 시스템: 12GW Zhundong-Wannan 皖皖-±1100kV ^[66][67]HVDC
• 최고 전송 전압(AC):
  • 계획: Wardha-Aurangabad 라인(인도) 1.20 MV(초고전압) - 건설 중.처음에는 400kV에서 ^[68]작동합니다.
  • 전 세계 : 에키바스투즈~코셰타우선(카자흐스탄) 1.15 MV(초고전압)
• 최대 복선전송, 기타이와키 전력선(일본).
• 가장 높은 타워: 양쯔강 횡단(중국) (높이: 345m 또는 1,132ft)
• 최장 전원선:잉가샤바(콩고민주공화국)(길이: 1,700km 또는 1,056마일)
• 최장 송전선: 아메랄릭 스팬(덴마크 그린랜드)에서 5,376m(17,638피트)
• 최장 해저 케이블:
  • North Sea Link(노르웨이/영국) – (잠수 케이블 길이: 720km 또는 447마일)
  • NorNed, 북해(노르웨이/네덜란드)– (잠수 케이블 길이: 580km 또는 360마일)
  • 배스링크, 배스 해협(호주)– (잠수 케이블 길이: 290km 또는 180마일, 총 길이: 370.1km 또는 230마일)
  • 발트해 케이블, 발트해(독일/스웨덴)– (잠수 케이블 길이: 238km 또는 148마일, HVDC 길이: 250km 또는 155마일, 총 길이: 262km 또는 163마일)
• 가장 긴 지하 케이블:
  • 머레이링크, 리버랜드/선레이시아(호주)– (지하 케이블 길이: 170km 또는 106마일)

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

추가 정보

• 그릭스비, L. L. 등전기 동력 공학 핸드북.미국: CRC 프레스.(2001).ISBN 0-8493-8578-4
• Hughes, Thomas P., Networks of Power: Western Society 1880–1930, The Johns Hopkins University Press, Baltimore 1983 ISBN 0-8018-2873-2, 상업용 전력의 첫 50년 동안의 뛰어난 개발 개요
• Reilly, Helen (2008). Connecting the Country – New Zealand's National Grid 1886–2007. Wellington: Steele Roberts. pp. 376 pages. ISBN 978-1-877448-40-9.
• 판시니, 앤서니 J, E.E., P.E. 지하 전선USA 헤이든 북 컴퍼니, 1978년ISBN 0-8104-0827-9
• Westinghouse Electric Corporation, "전력 전송 특허; 테슬라 다상 시스템" (전력 전송; 다상 시스템;Tesla 특허)
• 생활물리학 - 송전선로