통신선 유도장해(정전·전자유도)

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 10번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2011년 1차 · 2012년 3차 · 2013년 3차 · 2014년 2차 · 2014년 3차 · 2015년 1차 · 2016년 3차 · 2017년 3차 · 2018년 1차 · 2021년 1차

2 쉬운 설명

유도장해는 전력선이 이웃한 통신선에 전기를 유도해 잡음 등을 일으키는 장해이다. 전력선과 통신선 사이의 상호 정전용량으로 생기는 것이 정전유도장해(전력선의 전압이 정전용량을 거쳐 통신선에 전압을 만든다)이고, 상호 인덕턴스로 생기는 것이 전자유도장해(전력선 전류가 만든 자계가 통신선에 전압을 만든다)이다. 전력유도장해는 전력선이 일으키는 유도장해 전체를 부르는 말이고, 고조파유도장해는 이 두 방식 어느 쪽의 이름도 아니다.

5문단 · 상세한 내용보기접어서 간단히 보기

전자유도장해의 주된 요인은 지락사고 때 영상전류가 커지는 것이다. 정상일 때는 3상 전류가 서로 상쇄되어 주위 자기장이 거의 사라지지만, 지락사고가 나면 세 선에 같은 방향의 전류(영상전류)가 흘러 자기장이 크게 생기고 이 자기장이 가까운 통신선에 전압을 유도한다. 유도전압은 전력선과 통신선 사이의 상호인덕턴스가 클수록 커지고, 통신선이 전력선에서 멀수록 상호인덕턴스가 작아져 장해가 줄어든다. 영상전류는 전자유도장해를, 영상전압은 정전유도장해를 일으키며, 전력선의 전압이 높아서 생기는 장해는 정전유도장해이다.

전자유도전압은 $E=\omega M l\times3I_{0}$ 로 구한다(문항은 영상전류가 송전선 전체에 걸쳐 같다는 단서를 둔다). $\omega$ 는 각속도, $M$ 은 상호 인덕턴스, $l$ 은 평행 길이, $I_{0}$ 는 영상전류이다. 1선 지락 때는 세 상에 같은 영상전류가 함께 흐르므로 영상전류의 3배인 $3I_{0}$ 를 곱한다. 계산 순서는 이렇다. 주파수 60 Hz, 상호 인덕턴스 0.06 mH/km, 평행 길이 40 km, 영상전류 100 A 이면, 먼저 $\omega=2\pi f=2\pi\times60\approx377\,\mathrm{rad/s}$ 이다. 상호 인덕턴스는 1 km 당 값이므로 평행 길이를 곱하고 mH 를 H 로 바꾸면 $Ml=0.06\times10^{-3}\times40=2.4\times10^{-3}\,\mathrm{H}$ 이다. 영상전류의 3배는 $3I_{0}=3\times100=300\,\mathrm{A}$ 이다. 이들을 곱하면 $E=377\times2.4\times10^{-3}\times300\approx271.4\,\mathrm{V}$ 이다. 상호 인덕턴스 0.05 mH/km, 평행 길이 55 km, 영상전류 110 A 인 다른 조건에서는 같은 순서로 $3I_{0}=330\,\mathrm{A}$ 를 써서 약 342 V 가 된다.

정전유도 전압은 직렬 정전용량의 분압으로 구한다. 전력선 $a$ 의 충전전압을 $E$ , 통신선 $b$ 의 대지 정전용량을 $C_{b}$ , $a$ - $b$ 사이의 상호 정전용량을 $C_{ab}$ 라 하면, $a$ 에서 대지까지 $C_{ab}$ 와 $C_{b}$ 가 직렬로 이어진다. 직렬 정전용량에서는 전압이 정전용량에 반비례해 나뉘므로 통신선의 전압 $E_{s}$ 는 $C_{b}$ 에 걸리는 몫인 $E_{s}=\frac{1/C_{b}}{1/C_{ab}+1/C_{b}}E$ 이고, 정리하면 $E_{s}=\frac{C_{ab}}{C_{ab}+C_{b}}E$ 이다.

차폐선은 전력선과 통신선 사이에 설치하는 접지된 도체선으로, 전자유도로 생기는 통신선의 유도전압을 줄인다. 차폐선에도 전력선 전류에 의해 전압이 유도되어 전류가 흐르고, 이 전류가 통신선에 반대 방향의 전압을 만들어 유도전압이 줄어든다. 줄어든 정도는 차폐선이 있을 때의 유도전압을 없을 때의 유도전압으로 나눈 비율로 나타내며, 문항에 따라 저감계수(차폐계수)라 부른다. 작을수록 차폐 효과가 크다. 전력선-통신선, 전력선-차폐선, 통신선-차폐선 사이의 상호임피던스를 각각 $Z_{12}$ , $Z_{1s}$ , $Z_{2s}$ , 차폐선 자기 임피던스를 $Z_{s}$ 라 하면 $\lambda=\left|1-\frac{Z_{1s}\cdot Z_{2s}}{Z_{s}\cdot Z_{12}}\right|$ 이다. 선 번호를 1(전력선)·2(통신선)·3(차폐선)으로 붙인 문항에서는 차폐계수를 $K=1-\frac{Z_{31}Z_{23}}{Z_{12}Z_{33}}$ 로 쓰고, 차폐선을 통신선에 근접하여 설치하면 $Z_{31}\approx Z_{12}$ 가 되어 $K\approx1-\frac{Z_{23}}{Z_{33}}$ 로 간단해진다.

유도장해를 막는 전력선측 대책은 차폐선 설치, 고속도 차단기로 고장 계속 시간을 짧게 하기, 중성점 접지에 고저항을 넣어 지락전류를 줄이기(지락전류가 크면 유도도 커지기 때문이다), 중성점의 전압(잔류전압)을 될 수 있는 한 낮게 하기이다. 따라서 중성점 전압을 높게 하거나 상승시킨다는 것은 전력선측 대책과 반대이므로 틀린 보기가 된다. 전자유도장해는 통신선과의 거리를 늘리거나 지락전류를 줄이는 방법으로도 줄인다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 상호 정전용량 → 정전유도 · 상호 인덕턴스 → 전자유도. 정전유도는 전압, 전자유도는 전류(영상전류)가 원인이다.

암기팁 유도장해 전력선측 대책 = 차폐선 · 고속 차단 · 지락전류 줄이기(고저항 접지) — 중성점 전압은 낮춘다.

함정 주의 전자유도장해의 요인을 묻는 문항에서 「전력선의 전압이 통신선로보다 높기 때문에」는 정전유도의 원인이다. 전자유도장해의 요인은 지락사고 때의 영상전류이다.

상호 정전용량 → 정전유도장해, 상호 인덕턴스 → 전자유도장해. 전력유도장해는 전력선이 일으키는 유도장해 전체를 부르는 말이고 고조파유도장해는 어느 방식의 이름도 아니므로, 이들을 짝으로 묶은 보기는 틀린다.
전자유도장해의 주된 요인은 지락사고 때 영상전류가 커지는 것이다. 「전력선의 전압이 높아서」는 정전유도의 원인이고, 상호인덕턴스가 감소하면 장해가 줄어들기 때문에 요인이 아니며, 통신선에 피뢰기를 설치한 것은 원인이 아니다. 영상전류 → 전자유도, 영상전압 → 정전유도로 구분한다.
전력선측 대책을 묻는 「틀린 것」 문항에서 「중성점 전압을 높게 한다·상승시킨다」가 틀린 보기이다. 차폐선 설치, 고속도 차단기, 중성점 고저항 접지로 지락전류 줄이기는 옳은 대책이다.

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전자유도전압은 $E=\omega M l\times3I_{0}$ 이다. 영상전류에 3을 곱하고, 1 km 당 상호 인덕턴스에 평행 길이를 곱한 뒤 mH 를 H 로 바꾼다.
저감(차폐)계수는 분자에 $Z_{1s}\cdot Z_{2s}$ , 분모에 $Z_{s}\cdot Z_{12}$ 를 두고 1 에서 뺀 값의 절댓값이다. 선 번호를 1(전력선)·2(통신선)·3(차폐선)으로 붙인 문항에서는 차폐계수를 $K=1-\frac{Z_{31}Z_{23}}{Z_{12}Z_{33}}$ 로 쓰고, 차폐선을 통신선에 근접하여 설치하면 $Z_{31}\approx Z_{12}$ 로 $K\approx1-\frac{Z_{23}}{Z_{33}}$ 가 된다.
정전유도 전압은 $E_{s}=\frac{C_{ab}}{C_{ab}+C_{b}}E$ 이다. 분모는 두 정전용량의 합, 분자는 $C_{ab}$ 이다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2013년 3차 전력공학 25번 — 정전·전자유도장해의 짝전력선과 통신선간의 상호 정전용량 및 상호 인덕턴스에 의해 발생되는 유도장해로 옳은 것은?옳은 것 고르기해설 보기 →2015년 1차 전력공학 37번 — 전자유도장해의 발생 요인전력선에 의한 통신선로의 전자유도장해 발생요인은 주로 무엇 때문인가??옳은 것 고르기해설 보기 →2017년 3차 전력공학 37번 — 전력선측 유도장해 대책유도장해를 방지하기 위한 전력선측의 대책으로 틀린 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →

6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 10개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기

전자유도장해

평행한 통신선에 생기는 전자유도전압은

E=\omega Ml\times3I_{0}

이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 4문항이 인용

전력선의 유도장해

전력선과 통신선 사이의 상호 정전용량은 정전유도장해를, 상호 인덕턴스는 전자유도장해를 만든다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 2문항이 인용

상호 임피던스에 의한 전자유도

전력선 전류는 상호 임피던스를 통해 통신선과 차폐선에 전압을 만든다. 차폐선 전류가 통신선에 반대 효과를 만들어 유도전압이 줄어든다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 1문항이 인용

유도장해 방지 대책

전력선측에서는 차폐선 설치, 고속도 차단, 지락전류 감소 등을 쓴다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 1문항이 인용

전력선 유도장해 경감대책

지락전류를 줄이는 고저항 접지, 차폐선 설치, 고속도 지락 차단 등이 전력선 쪽 경감대책이며 중성점 전압은 낮추는 방향이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 1문항이 인용

전력선과 통신선의 유도장해

정전유도는 상호 정전용량, 전자유도는 상호 인덕턴스가 원인이며 지락 때 영상전류에 의한 전자유도가 크다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 1문항이 인용

정전 유도 전압

통신선의 정전 유도 전압은 직렬 정전용량의 분압으로

E_{s}=\frac{C_{ab}}{C_{ab}+C_{b}}E

이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 1문항이 인용

차폐선 저감계수 이론

차폐선의 저감계수 λ=|1-

Z_{1s}

Z_{2s}

Z_{s}

Z_{12}

)| 는 차폐선 유무에 따른 유도전압의 비율을 나타낸다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 1문항이 인용

차폐선에 의한 전자유도 경감

차폐선이 있을 때의 차폐계수는

K=1-\frac{Z_{31}Z_{23}}{Z_{12}Z_{33}}

이며 차폐선을 통신선에 근접시키면

Z_{31}\approx Z_{12}

이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 1문항이 인용

통신선 유도장해의 두 종류

전력선의 영상전류가 만드는 자기장에 의한 것이 전자 유도장해, 영상전압에 의한 것이 정전 유도장해다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 14문항 중 1문항이 인용

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