[논문]부하 변동을 고려한 전력구 내부 핫스팟 온도 예측

박진우; 강지원; 강연욱

부하 변동을 고려한 전력구 내부 핫스팟 온도 예측
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박진우 (한국전력공사 전력연구원) , 강지원 (한국전력공사 전력연구원) , 강연욱 (한국전력공사 전력연구원)

지중케이블이 전력구에 포설되어 운영되는 경우 케이블 부하에 따른 발열로 전력구 내부온도가 상승하게 된다. 이 때 전력구 내부온도가 $40[^{\circ}C]$를 초과하는 경우, 케이블의 상시 허용전류의 크기가 설계 값보다 작아짐으로써 케이블 송전용량이 감소하는 문제점이 발생한다. 또한 전력구 내부온도는 산업안전보건기준에서 $37[^{\circ}C]$ 이하로 유지할 것을 권고하고 있어 안정적인 전력공급을 위한 대책 수립 및 최적의 운영을 위하여 전력구 내부 케이블의 부하전류 변동에 따른 온도변화 추이 예측이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 수도권에 설치되어 운영 중인 지중케이블의 부하변동에 따른 전력구 내부온도 변화 특성을 검토하고자 한다.

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문제 정의

이러한 케이블에서 발생하는 손실들은 케이블 부하전류의 증가에 비례하여 커지게 되는데 특히 전력수급계획에 따르면 수도권 부하는 매년 약 2.5%씩 증가할 것으로 전망되고 있어, 본 논문에서는 수도권에 설치된 전력구를 대상으로 케이블 부하증가에 따른 전력구 내부온도를 예측하고자 한다.

제안 방법

전력구 부하 및 전력구 내부온도는 앞에서 분석한 것과 같이 8월이 가장 높으므로, 8월의 부하, 자연환기구 온도, 전력구 내부 평균 풍속 데이터를 적용하여 분석하였다.

대상 데이터

본 논문에서 검토하고자 하는 대상 전력구에는 345kV 케이블이 단도체로 설치된 2회선과 345kV 케이블이 복도체로 설치된 2회선이 그림 1과 같이 3각배열 형태로 설치되어 운전되고 있으며, 전력구의 주요 현황은 표 1과 같다.

이론/모형

케이블 발열량은 케이블 부하전류에 의하여 도체에 발생하는 도체손실, 유전체에 발생하는 유전체 손실, 금속시스에 발생하는 시스손실을 모두 합한 값으로서, 그림 2의 `14년 월별 케이블 부하전류를 이용하여 국제기준(IEC 60287)에서 제시된 방식으로 계산하였다.

성능/효과

대상 전력구의 `14년도 월별 부하변동 패턴은 그림 2와 같이 1월부터 9월까지의 평균부하는 약 300[MW] 내외로 거의 일정하고, 10월부터 12월까지 3개월 동안 약간 감소하는 특성을 나타낸다. 부하율은 약 30[%] 이하로서 전력구 내부 핫스팟 영역의 온도도 표 2에서 알 수 있는 것과 같이 27[℃] 이하로 안정적으로 운전되고 있다.
따라서 본 논문에서는 부하변동에 따른 전력구 내부온도 계산방법에 대한 검토를 수행하였으며, 이 계산 방법은 실제 전력구 내부온도 실측치와 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 따라서 이 계산방법을 통해 향후 부하증가에 따른 전력구 내부 핫스팟 영역의 온도 예측이 가능할 것으로 판단된다.
분석결과 그림 5에서 알 수 있는 것과 같이 매년 부하증가에 따라 케이블에서 발생하는 손실도 증가하여, 전력구 핫스팟 온도는 `14년 약 27[℃]에서 매년 상승하여 `35년에 약 32[℃]에 도달하지만, 이 온도는 케이블 상시 허용전류의 기준 전력구 온도 40[℃] 이하로서 안정적 전력 공급에 지장이 없는 것을 알 수 있다.

후속연구

따라서 본 논문에서는 부하변동에 따른 전력구 내부온도 계산방법에 대한 검토를 수행하였으며, 이 계산 방법은 실제 전력구 내부온도 실측치와 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 따라서 이 계산방법을 통해 향후 부하증가에 따른 전력구 내부 핫스팟 영역의 온도 예측이 가능할 것으로 판단된다. 또한 향후 최적의 송전선로 운영 및 부하 변동에 따른 전력구 내부온도 예측 계산을 위해 전력구 내부 풍속, 전력구 내부 온도, 토양 고유 열저항 등의 중요 파라메타 데이터의 측정 및 관리가 요구된다.
따라서 이 계산방법을 통해 향후 부하증가에 따른 전력구 내부 핫스팟 영역의 온도 예측이 가능할 것으로 판단된다. 또한 향후 최적의 송전선로 운영 및 부하 변동에 따른 전력구 내부온도 예측 계산을 위해 전력구 내부 풍속, 전력구 내부 온도, 토양 고유 열저항 등의 중요 파라메타 데이터의 측정 및 관리가 요구된다.

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