전기 공급 과정 변압기 원리 고압 차단기 원리

우리가 일상에서 사용하는 전기가 어떤 과정을 거쳐 전달되는지, 특히 변전소의 핵심 설비인 변압기와 고압 차단기의 역할과 작동 원리에 대해 HD 현대 일렉트릭의 제품을 예시로 설명하고 있습니다.

 

 

 

전기 공급 과정:

전기 공급은 크게 발전, 송전, 배전의 세 단계로 이루어집니다.

1. 발전: 발전소에서 전기를 생산합니다. 
2. 송전: 생산된 전기를 소비자 근처까지 보내는 과정입니다. 이때 전력 손실을 줄이기 위해 초고압 변전소에서 전압을 매우 높입니다. 
   • 전압을 높이면 전류가 줄어들어 전선에서의 에너지 손실이 감소합니다.
3. 배전: 송전된 전기를 가정이나 공장 등 필요한 곳에 공급하는 과정입니다.

 

변전소의 핵심 설비:

• 변압기: 전압을 높이거나 낮추는 역할을 합니다.]
  • 작동 원리: 코일 주변의 자기장 변화를 이용하여 전압을 변경합니다. 1차 코일에 교류 전압을 가하면 변화하는 자기장이 발생하고, 이 자기장이 철심을 따라 이동하여 2차 코일에 전류를 유도합니다. 이때 2차 코일의 감은 횟수에 따라 전압이 조절됩니다.
  • 구조: 철심과 1차, 2차 코일로 구성됩니다. 대형 변압기는 크기를 줄이기 위해 한 개의 철심 기둥에 1차 코일과 2차 코일을 함께 감습니다. 
  • 냉각: 변압기 내부의 열을 식히기 위해 절연유를 사용하며, 방열기와 팬을 이용해 절연유를 냉각합니다.
  • 부속 장치:
    • 탭 체인저: 일정한 전압을 유지하기 위해 전압을 조정합니다. 
    • 부싱: 변압기 외부로 전기를 안전하게 연결하고 누설 전류를 방지합니다. 
    • 기타: 방압 안전 장치, 부흐홀츠 계전기, 유중 가스 검출기, 피뢰기 등 다양한 보호 장치가 있습니다. 
  • 최근 동향: 친환경 절연유 사용, 폭발 방지 기술, 신재생 에너지용 변압기 개발 등이 이루어지고 있습니다. 
• 고압 차단기: 이상 전류 발생 시 신속하고 안전하게 전류를 차단하여 변압기와 송전선로를 보호합니다. 
  • 종류:
    • 공기 절연 개폐기 (AIS): 공기를 절연 물질로 사용합니다. 차단기, 계측 기기, 보호 기기, 단로기 등으로 구성됩니다. 
    • 가스 절연 개폐기 (GIS): SF6 가스 등 절연성이 높은 가스를 사용합니다. 공기 절연 개폐기보다 크기가 작고 안정성이 뛰어나 도심 지역에 주로 사용됩니다. 
  • 작동 원리 (GIS 기준):
    • 이상 전류 감지 시 보호 계전기로부터 차단 명령을 받습니다. 
    • 압축된 스프링의 힘으로 단자를 분리하여 전류를 차단합니다. 
    • 단자 분리 시 발생하는 아크는 압축 가스를 분출하여 소멸시킵니다. 
  • 주요 구성 요소 (GIS 기준): 단로기, 변류기, 변성기, 차단기 등이 탱크 내부에 SF6 가스와 함께 들어있습니다. 
    • 변류기: 큰 전류를 측정 가능한 작은 전류로 변환합니다. 
    • 변성기 (계기용 변압기): 높은 전압을 측정 가능한 낮은 전압으로 변환합니다.
    • 단로기: 유지 보수 시 회로를 이중으로 차단하고 특정 부분을 전기적으로 분리합니다.
    • 접지기: 잔류 전압을 접지시켜 감전 사고를 방지합니다.
    • 피뢰기: 낙뢰로 인한 과전압으로부터 장비를 보호합니다. 
  • 최근 동향: SF6 가스는 온실 효과가 커서 친환경 가스로 대체하려는 노력이 진행 중입니다. HD 현대 일렉트릭은 친환경 가스를 이용한 GIS를 개발하여 상용화하고 있습니다.

변전소 시스템:

• 변전소 내 고압 차단기는 주 모선을 중심으로 여러 베이(구획)로 구성되어 다른 변전소, 송전선, 변압기와 연결됩니다. 
• 안정적인 전력 공급을 위해 여러 변전소로부터 복수의 전력을 공급받는 그물망 시스템을 구축합니다. 

최종 배전:

• 수용가로 보내지기 전 전기는 22,900V로 전압이 낮춰집니다.
• 전신주나 지하 케이블을 통해 가정이나 건물로 전달되며, 최종적으로 전신주 변압기나 건물 자체 변압기를 통해 220V로 낮춰져 사용됩니다.