[논문]초고압 대전력 케이블 현황

이인호

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이인호 (LS전선)

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문제 정의

본 고에서는 친환경적이면서 사회적 니즈가 큰 대전력 송전기술들 중 성공적으로 적용되고 있거나 향후 본격적인 상용화가 예상되는 대전력 송전선로인 초고압직류(HVDC)송전케이블기술, 가스절연송전선로기술 및 고온초전도케이블기술의 국내,외 현황과 향후 기술의 발전 방향에 대해 살펴보기로 한다.

제안 방법

제주도 초전도 실증단지는 현재 제주도 북서단의 한립읍에 건설 중이며 LCC형 컨버터 및 인버터를 각각 한림 변환소와 금악변환소에 설치하고, 각 변환소간 연계선로 중 500m를 DC80kV 초전도케이블시스템으로 구성할 계획이다. 또한 AC 154kV 초전도케이블시스템은 아래 계통도과 같이 컨버터 전단 1km구간에 설치 운전할 예정이다.

성능/효과

국내 초전도 케이블 개발은 2001년 교육과학 기술부의 21세기 프론티어 사업을 통해 시작되었다. DAPAS (Dream of Advanced Power System by Applied Superconductivity Technologies)라 명명된 프로젝트를 통해 LS전선에서는 22.9kV 50MVA급 3상 일괄형 초전도 케이블 100m를 개발하여 고창 한전시험센터에 설치 후 세계 최초로 국제 공인 기관 인증시험을 완료하였으며 이후 약 1년간의 장기 실증 시험을 완료하였다. DAPAS 프로젝트에서 개발된 AC22.

후속연구

따라서, 장거리 선로에 있어서는 케이블에 비해 성능면에서 취약한 접속부를 최소화 할 수 있고 변환기 형식과 무관하게 적용이 가능한 MIND 케이블이 지속 선호될 것으로 전망되며 특히, MIND 케이블의 단점인 도체최고 허용온도를 80℃까지 가능하도록 한 PPL(Polyprophylene Laminated) 절연케이블의 수요가 증가될 것으로 기대된다.
제주도 초전도 실증단지는 현재 제주도 북서단의 한립읍에 건설 중이며 LCC형 컨버터 및 인버터를 각각 한림 변환소와 금악변환소에 설치하고, 각 변환소간 연계선로 중 500m를 DC80kV 초전도케이블시스템으로 구성할 계획이다. 또한 AC 154kV 초전도케이블시스템은 아래 계통도과 같이 컨버터 전단 1km구간에 설치 운전할 예정이다.
또한, 최근 세계 각국의 신재생에너지 촉진 정책에 힘입어 해상풍력단지의 개발 및 국가간 연계계획이 급속히 증가되고 있고 발전용량 또한 대용량화가 가속화되고 있어 HVDC 선로의 고전압화 및 대용량화 추세는 향후 2020년대까지도 지속될 것으로 예상된다.
이 프로젝트는 DC80kV 500MW 초전도케이블 시스템 및 AC154kV 600MW 초전도케이블 시스템의 개발과 실계통 연계 운전을 통한 장기간 실증을 진행할 예정이며, DC80kV는 2013년, AC154kV는 2015년 까지 개발 후 제주도 실증단지에서 실증을 진행 할 계획이다.
이 프로젝트를 통하여 한국은 세계 최초로 DC 초전도 케이블시스템을 개발 및 실증할 예정이며, AC의 경우 세계 최고 전압 및 용량의 초전도케이블시스템을 개발 하여 세계 최장의 길이로 실증할 예정이라 해당 프로젝트의 성공적 수행은 한국의 초전도케이블시스템의 수준을 세계 최고로 이끌 것으로 전망된다.
이에 따라 HVDC 케이블 기술에 있어서는 VSC형 변환 기술의 발전에 따라 VSC형 XLPE 절연 케이블(공간전하의 발생을 억제하는 유기첨가제를 혼합한 XLPE 컴파운드를 주 절연재로 사용)의 수요가 해상풍력단지와 육지를 연계하는 수요를 중심으로 지속 증가될 것으로 예상된다. 그러나, XLPE 케이블의 절연체는 도체위에 XLPE 컴파운드를 용융 압출하여 형성시키게 되는데 이러한 압출공정은 한번에 압출할 수 있는 량이 제한되어 있어 결국 짧게는 수km마다 접속을 해야 하는 단점이 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

SCOF(Self-contained Oil-filled) 케이블의 단점은 무엇인가?

HVDC 선로용으로는 최고사용온도가 50~55℃인 MI케이블에 비해 85℃로 매우 높아 전압급을 높이지 않고도 대전력을 송전할 수 있는 장점이 있어 1978년 일본 홋카이도와 혼슈간에 DC 250kV급으로 처음 설치되었고 현재까지 주로 일본지역을 중심으로 500kV급 까지 설치 운용중에 있다. 그러나 주 절연재료로 전기절연지와 더불어 절연유를 사용하기 때문에 운전 중 상시적으로 케이블 내부의 유압(Oil Pressure)을 일정하게 유지시켜 주어야하는 불편함과 선로 고장시 Oil 유출로 인한 환경오염의 우려로 최근에는 제한적으로 적용이 되고 있다.

직류송전시스템은 어떤 시스템인가?

직류송전시스템은 발전소에서 생산된 교류전력을 직류로 변환시켜서 HVDC 선로를 통해 송전한 후 교류로 재 변환을 시키는 방식으로 적용되며, 교류 송전에 비해 다음과 같은 장점들이 있어 동기화된 장거리 교류시스템이나 분리된 비동기 교류 시스템간 전력 연계를 위해 주로 적용되고 있다.

초전도 케이블은 절연 방식에 따라 어떻게 구분되는가?

초전도 케이블은 절연 방식에 따라 cold dielectric 방식과 warm dielectric 방식으로 구분되나, 열손실과 자기 차폐, 송전손실 측면에서 우수한 cold dielectric 방식 위주로 적용되고 있으며 각 부의 기능은 표2와 같다.

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