배전

Electric power distribution
50kVA 극에 장착된 배전 변압기

전력 분배는 전력 공급의 마지막 단계로, 전송 시스템에서 개별 소비 장치로 전기를 전달합니다.배전 변전소는 변속기 시스템에 연결하고 [1]변압기를 사용하여 변속기 전압을 2kV에서 35kV 사이의 중간 전압으로 낮춥니다.1차 배전 라인은 이 중전압 전력을 고객의 구내 근처에 있는 배전 변압기로 전달합니다.배전 변압기는 다시 조명, 산업 장비 및 가전제품에서 사용되는 사용 전압으로 전압을 낮춥니다.많은 경우 1개의 변압기에서 세컨더리 배전선을 통해 여러 고객이 공급됩니다.상업용 및 거주용 고객은 서비스 드롭을 통해 2차 배전 라인에 연결됩니다.보다 많은 전력을 필요로 하는 고객은, 프라이머리 배전 레벨 또는 서브 트랜스미션 [2]레벨에 직접 접속할 수 있습니다.

전기 네트워크의 일반적인 레이아웃.전압과 부하는 유럽 네트워크의 전형적인 형태입니다.

송전으로부터 배전으로의 이행은, 다음의 기능을 가지는 [2]변전소에서 발생합니다.

  • 회로 차단기와 스위치를 사용하면 변전소를 전송 그리드에서 분리하거나 배전선을 분리할 수 있습니다.
  • 변압기는 35kV 이상의 전송 전압을 1차 배전 전압까지 낮춥니다.이들은 보통 600~[1]35000V의 중전압 회로입니다.
  • 변압기에서 전원은 버스바로 전달되며, 버스바는 배전전력을 여러 방향으로 분할할 수 있습니다.버스는 배전선에 전력을 분배하고, 배전선은 고객에게 전력을 분배합니다.

도시 분포는 주로 지하에 있으며, 때로는 공공 덕트에도 있다.시골의 유통은 대부분 전신주가 있는 지상이고, 교외 유통은 [1]혼합되어 있다.고객에게 가까운 곳에 있는 배전 변압기는 1차 배전 전력을 저전압 2차 회로(일반적으로 미국에서는 120/240V)로 낮춥니다.전력은 서비스 드롭과 전기 미터기를 통해 고객에게 공급됩니다.도시 시스템의 최종 회로는 15m(50ft) 미만일 수 있지만, 시골 고객의 [1]경우 91m(300ft)를 초과할 수 있습니다.

역사

상세 정보:송전 이력
1870년대 후반과 1880년대 초반에는 실외 또는 이 브러시 전기 회사 시스템과 같은 큰 실내 공간에 사용된 아크 램프 조명이 뉴욕에 1880년에 도입되었습니다.

전력 분배는 발전소에서 전기를 생산하기 시작한 1880년대에야 필요하게 되었다.그 전에는 전기를 사용하는 곳에서 전기를 발생시켰다.유럽과 미국 도시에 설치된 최초의 배전 시스템은 조명을 공급하기 위해 사용되었습니다. 즉, 매우 고전압(약 3000볼트) 교류(AC) 또는 직류(DC)에서 작동하는 아크 조명과 저전압(100볼트)[3] 직류에서 작동하는 백열 조명입니다.둘 다 가스 조명 시스템을 대체했고, 아크 조명이 넓은 면적과 가로등을 차지했고, 백열 조명은 비즈니스 및 주거용 조명을 위한 가스를 대체했습니다.

아크 조명에 사용되는 고전압으로 인해, 단일 발전소는 최대 11km(7마일)[4] 길이의 회로에 긴 일련의 조명을 공급할 수 있었습니다.전압이 2배로 증가할 때마다 같은 크기의 케이블로 일정한 전력손실에 대해 거리의 4배의 전력을 전송할 수 있습니다.직류 실내 백열 조명 시스템, 예를 들어 1882년에 설치된 최초의 에디슨 펄 스트리트 역은 1마일 이상 떨어진 곳에 있는 고객들에게 공급하는데 어려움을 겪었다.이는 제너레이터부터 최종 사용에 이르기까지 시스템 전체에 걸쳐 110V의 저전압 시스템이 사용되었기 때문입니다.Edison DC 시스템은 두꺼운 구리 도체 케이블이 필요했고, 발전소는 과도하게 크고 비싼 도체를 피하기 위해 가장 멀리 있는 고객으로부터 약 1.5마일(2.4km) 이내에 있어야 했습니다.

변압기 소개

전기를 고압으로 장거리 전송한 후 조명을 위해 낮은 전압으로 줄이는 것은 조명 회사가 테스트한 많은 솔루션과 함께 전력 분배에 대한 공인된 기술상의 장애물이 되었습니다.1880년대 중반에는 AC전압을 훨씬 높은 전송전압으로 "상승"시킨 후 낮은 최종사용자전압으로 낮출 수 있는 기능성 변압기가 개발되면서 획기적인 발전을 이루었습니다.송전 비용이 훨씬 저렴하고 대형 발전소가 도시와 지역 전체에 공급하는 규모의 경제가 커짐에 따라 AC 사용이 빠르게 확산되었다.

미국에서는 1880년대 후반 토마스 에디슨이 조지 웨스팅하우스와 최초의 미국 AC 변압기 시스템을 공격하기 시작하면서 고전압 AC 시스템으로 인한 모든 사망을 지적하고 "전류의 전쟁"의 형태로 직류와 교류 간의 경쟁이 개인적인 방향으로 전환되었다.어떤 에어컨 시스템도 본질적으로 [5]위험합니다.에디슨의 선전 캠페인은 1892년 그의 회사가 AC로 전환하면서 단명했다.

AC는 유럽과 미국의 전기 모터 설계 혁신과 다수의 레거시 시스템을 대규모 AC [6][7]그리드에 연결할 수 있는 공학적 범용 시스템의 개발로 전력 전달의 지배적인 형태가 되었다.

20세기 전반에는 많은 곳에서 전력 산업이 수직적으로 통합되었습니다. 즉, 한 회사가 발전, 전송, 분배, 계량 및 과금을 수행했습니다.1970년대와 1980년대 이후, 국가들은 규제 완화와 민영화 과정을 시작하였고, 이는 전기 시장으로 이어졌다.유통 시스템은 계속 규제를 받지만, 발전, 소매, 그리고 때로는 전송 시스템이 경쟁 시장으로 변모했습니다.

생성 및 전송

Power stationTransformerElectric power transmissionTransformer
발전소에서 소비자의 서비스 드롭까지의 AC 전력 공급의 간단한 다이어그램.

전력은 전위차가 33,000V에 이르는 발전소에서 시작됩니다.통상은 AC를 사용합니다.일부 철도 전기 시스템, 전화 교환 및 알루미늄 제련과 같은 산업 프로세스와 같은 대량의 DC 전력 사용자는 정류기를 사용하여 공공 AC 공급 장치로부터 DC를 유도하거나 자체 발전 시스템을 보유할 수 있습니다.고전압 DC는 교류 시스템을 분리하거나 전송되는 전기량을 제어하는 데 유리할 수 있습니다.예를 들어 Hydro-Qébec에는 제임스 베이 지역에서 보스턴으로 가는 [8]직류선이 있습니다.

발전소에서 발전소의 스위치야드로 이동하며, 여기서 승압 변압기는 전압을 44kV에서 765kV까지 전송에 적합한 수준으로 높입니다.일단 전송 시스템에 들어가면, 각 발전소의 전기는 다른 곳에서 생산된 전기와 결합됩니다.전기는 생산되자마자 소비된다.그것은 빛의 속도에 가까운 매우 빠른 속도로 전송됩니다.

프라이머리 디스트리뷰션

1차 배전전압 범위는 4kV ~35kV (2.4kV ~ 20kV)[9]배전압으로부터 직접 전력을 공급받는 것은 대형 전기 소비 장치뿐이며, 대부분의 유틸리티 고객은 변압기에 연결되어 있기 때문에 배전압이 조명 및 내부 배선 시스템에서 사용되는 저전압 "사용 전압", "공급 전압" 또는 "수인 전압"으로 감소합니다.

네트워크 구성

캐나다 북서부 지역 옐로나이프 인근 변전소

디스트리뷰션네트워크는 레이디얼과 네트워크 [10]두 가지 타입으로 나뉩니다.레이디얼 시스템은 각 고객이 하나의 공급원을 갖는 트리처럼 배치된다.네트워크 시스템은 병렬로 동작하는 복수의 공급원을 가진다.스폿 네트워크는 집중 부하에 사용됩니다.방사형 시스템은 일반적으로 시골이나 교외 지역에서 사용됩니다.

방사형 시스템에는 일반적으로 고장 또는 계획된 유지 보수와 같은 문제가 발생할 경우 시스템을 재구성할 수 있는 비상 연결이 포함됩니다.스위치 개폐를 통해 특정 섹션을 그리드에서 격리함으로써 이를 수행할 수 있습니다.

롱 피더에서는 전압 강하(역률 왜곡)가 발생하여 콘덴서 또는 전압 조절기를 장착해야 합니다.

시스템 요소 간에 기능 링크를 교환함으로써 재구성은 배전 시스템의 동작 성능을 개선할 수 있는 가장 중요한 조치 중 하나입니다.배전 시스템의 재구성을 통한 최적화의 문제는 정의 측면에서 보면 제약조건에 관한 역사적 단일 객관적 문제이다.1975년 멀린과[11] 백이 능동적 전력손실 감소를 위한 배전 시스템 재구성 아이디어를 도입한 이후 지금까지 많은 연구자들이 재구성 문제를 하나의 객관적인 문제로 해결하기 위한 다양한 방법과 알고리즘을 제안해 왔다.일부 저자는 파레토 최적성에 기초한 접근법(목표로서 능동 전력 손실 및 신뢰성 지수 포함)을 제안했다.이러한 목적을 위해, 미세 유전학,[12] 분기 교환,[13] 입자 군집[14] 최적화 및 비지배적 정렬 유전 [15]알고리즘과 같은 다양한 인공지능 기반 방법이 사용되었다.

지방 서비스

캘리포니아 버트 카운티 시골의 고압 전봇대

지방 전기 시스템은 배전 라인에 의해 커버되는 거리가 길기 때문에 더 높은 배전 전압을 사용하는 경향이 있다(농촌 전기청 참조).7.2, 12.47, 25 및 34.5kV 분포는 미국에서 일반적입니다.영국, 호주 및 뉴질랜드에서는 11kV와 33kV, 남아프리카에서는 11kV와 22kV, [16]중국에서는 10, 20 및 35kV가 일반적입니다.다른 전압이 사용되는 경우가 있습니다.

시골 서비스는 일반적으로 전봇대와 전선의 수를 최소화하려고 합니다.도시 분포보다 높은 전압을 사용하므로 아연도금 강선을 사용할 수 있습니다.튼튼한 철사로 인해 보다 저렴한 폭 넓은 폴 간격을 확보할 수 있습니다.시골 지역에서는 폴 마운트 변압기가 한 명의 고객만 사용할 수 있습니다.뉴질랜드, 호주, 서스캐처원, 캐나다 및 남아프리카에서는 외딴 시골 지역에 전기를 공급하기 위해 단일 와이어 어스 리턴 시스템(SWER)이 사용됩니다.

3상 서비스는 대규모 농업 시설, 석유 양수 시설, 수력발전소 또는 부하가 큰 고객(3상 장비)에게 전력을 공급합니다.북미에서 오버헤드 배전 시스템은 중성 도체를 가진 3상, 4선일 수 있습니다.시골 배전 시스템은 단상 도체와 중성 [17]도체의 장기 작동을 가질 수 있습니다.다른 국가 또는 극지방에서는 중립 와이어를 접지에 연결하여 리턴(단일 와이어 접지 리턴)으로 사용합니다.이것은 무근위계라고 불린다.

세컨더리 디스트리뷰션

주 전압 및 주파수의 세계 지도
주요 기사: 저전압 네트워크
참고 항목: 주 전원

전기는 지역에 따라 50 또는 60Hz의 주파수로 공급됩니다.단상전력으로 국내 고객에게 납품됩니다.유럽처럼 일부 국가에서는 대규모 부동산에 3상 공급을 제공할 수 있습니다.오실로스코프와 함께 볼 때 북미의 가정용 전원 공급기는 -170V에서 170V 사이에서 진동하는 사인파처럼 보일 수 있으며, [18]유효 전압은 120V RMS입니다. 케이블당 공급되는 전력의 측면에서 3상 전력이 더 효율적이며 대형 전기 모터를 작동시키는 데 더 적합합니다.일부 대형 유럽 가전제품은 전기 스토브 및 의류 건조기와 같은 3상 전원에 의해 구동될 수 있습니다.

일반적으로 접지 접속은 고객의 시스템 및 유틸리티가 소유한 기기에 제공됩니다.고객의 시스템을 접지에 연결하는 목적은 고전압 도체가 일반적으로 접지보다 낮게 장착된 저전압 도체 위로 떨어지거나 배전 변압기 내부에서 고장이 발생할 경우 발생할 수 있는 전압을 제한하는 것입니다.접지 시스템은 TT, TN-S, TN-C-S 또는 TN-C 중 하나입니다.

지역별 차이

220~240볼트 시스템

세계의 대부분은 주거 및 경공업 서비스에 50Hz 220 또는 230V 단상 또는 400V 3상을 사용합니다.이 시스템에서는 프라이머리 배전망이 영역별로 몇 개의 변전소를 공급하고 각 변전소로부터의 230V / 400V의 전력은 통상 반경 1km 미만의 영역에 걸쳐 최종 사용자에게 직접 분배됩니다.3상 서비스를 위해 3개의 활선(열선)과 중성선이 건물에 연결됩니다.1개의 활선과 중성선이 있는 단상 배전, 총 부하가 가벼운 국내에서는 사용됩니다.유럽에서는 일반적으로 3상 4선 시스템에 의해 산업용 및 가정용 배전이 이루어집니다.이를 통해 400V의 위상 간 전압과 230V의 단상 전압을 제공합니다.영국에서 전형적인 도시 또는 교외의 저전압 변전소는 일반적으로 150kVA와 1MVA 사이의 정격으로 수백 채의 주택 전체를 공급한다.변압기는 보통 가구당 평균 부하가 1~2kW이며, 서비스 퓨즈 및 케이블은 어느 하나의 속성이 최대 부하를 약 10배까지 끌어낼 수 있는 크기입니다.산업 고객의 경우 3상 690 / 400 볼트도 사용할 수 있습니다. 또는 현지에서 [19]발생할 수 있습니다.대규모 산업용 고객은 11kV에서 220kV까지 입력이 가능한 자체 변압기를 보유하고 있습니다.

100~120볼트

대부분의 미국 대륙은 60Hz AC, 120/240볼트 분할상 시스템을 국내에서 사용하며 대규모 설치에는 3상 시스템을 사용합니다.북미 변압기는 보통 240볼트로 유럽의 230볼트와 비슷하다.가정에서 120V를 사용할 수 있는 분할 위상입니다.

일본의 유틸리티 주파수는 50Hz와 60Hz입니다.

일본의 전기 부문에서는 표준 전압이 100V이며, 50Hz와 60Hz의 AC 주파수가 모두 사용됩니다.이 나라의 일부 지역은 50Hz를 사용하고 다른 지역은 60Hz를 [20]사용합니다.이것은 1890년대 유물입니다.도쿄의 일부 현지 공급자는 50Hz 독일 장비를 수입했고 오사카의 현지 전력 공급자는 60Hz 발전기를 미국에서 들여왔다.망은 점점 커져 마침내 나라 전체가 연결되었다.현재 주파수는 동일본(도쿄, 요코하마, 도호쿠, 홋카이도 포함) 50Hz, 서일본(나고야, 오사카, 교토, 히로시마, 시코쿠, [21]규슈 포함) 60Hz입니다.

대부분의 가전제품은 어느 주파수로도 동작합니다.양립불능의 문제는 2011년 도호쿠 대지진과 쓰나미가 동부의 약 3분의 1을 파괴했을 때 세간의 주목을 받았고, 서부의 전력은 동부와는 공통 [20]주파수가 없기 때문에 완전히 공유할 수 없었다.

일본의 AC 주파수 경계를 넘어 전력을 이동하는 4개의 고전압 직류(HVDC) 컨버터 스테이션이 있습니다.시나노는 일본 서부 전력망과 동부 전력망을 연결하는 4개의 주파수 전환국 중 하나를 형성하는 일본의 연속 HVDC 시설이다.나머지 3개는 히가시시미즈, 미나미후쿠미츠, 사쿠마 댐이다.동시에 최대 1.2GW의 전력을 [22]동서로 이동할 수 있습니다.

240볼트 시스템 및 120볼트 콘센트

대부분의 현대 북미 가정은 변압기로부터 240볼트를 공급받도록 배선되어 있으며, 분할상 전원의 사용을 통해 120볼트 리셉터클과 240볼트 리셉터클을 모두 장착할 수 있습니다.120볼트는 일반적으로 조명 및 대부분의 벽 콘센트에 사용됩니다.240볼트 회로는 일반적으로 오븐 및 히터와 같이 높은 와트 열 출력이 필요한 기기에 사용됩니다.전기 자동차 충전기를 공급하는 데도 사용할 수 있습니다.

최신 유통 시스템

전통적으로, 배전 시스템은 전송 네트워크로부터의 전기를 고객들 간에 공유하는 단순한 배전 라인으로만 운영되었습니다.오늘날의 배전 시스템은 태양 에너지와 [23]풍력 에너지와 같은 분산 발전 자원을 통해 전력 시스템의 분배 수준에서 재생 에너지 생성과 크게 통합된다.그 결과, 배전 시스템은 나날이 전송 네트워크로부터 독립하고 있습니다.이러한 최신 유통 네트워크(마이크로 그리드라고도 함)에서 수급 관계의 균형을 맞추는 것은 매우 어려운 일이며, 다양한 기술 및 운영 수단을 사용하여 작업을 수행해야 합니다.이러한 도구에는 배터리 스토리지 발전소, 데이터 분석, 최적화 도구 등이 포함됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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