코로나 현상과 방지대책

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 11번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2010년 1차 · 2010년 3차 · 2011년 2차 · 2012년 1차 · 2013년 3차 · 2015년 3차 · 2016년 2차 · 2017년 1차 · 2018년 3차 · 2019년 3차 · 2021년 3차

2 쉬운 설명

코로나 현상은 전선 표면의 전위경도(전기장의 세기)가 공기의 절연 한도를 넘을 때, 전선 둘레의 공기가 부분적으로 절연이 깨지며 푸른 빛과 소리를 내고 방전하는 현상이다. 이 방전이 시작되는 전압을 코로나 임계전압이라 하며, 임계전압이 높을수록 코로나가 잘 생기지 않는다.

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코로나 임계전압은 $E_{0}\propto m_{0}\,m_{1}\,\delta\,d\,\log_{10}\frac{D}{r}$ 에 비례한다. $m_{0}$ 는 전선 표면계수, $m_{1}$ 은 날씨계수, $\delta$ 는 상대공기밀도, $d$ 는 전선 지름, $D$ 는 선간거리, $r$ 은 전선 반지름이다. 임계전압을 높이는 쪽은 맑은 날씨, 높은 기압(공기 밀도가 큼), 굵은 전선, 큰 선간거리, 매끈한 전선 표면이다. 임계전압을 낮추는 쪽은 흐린 날씨, 낮은 기압이나 높은 온도처럼 공기가 희박해 상대공기밀도가 작은 경우, 흠집이나 이물질로 거칠어진 전선 표면이다.

코로나손은 코로나 현상 때문에 전력이 열·소리·빛으로 새어 나가는 손실이다. 코로나손과 가장 관계가 깊은 것은 임계전압 공식에 직접 들어가는 상대공기밀도이다. 상대공기밀도는 표준 상태의 공기 밀도를 1 로 두었을 때 그 순간 공기의 밀도이며, 기압이 낮거나 기온이 높아 공기가 희박해지면 코로나가 더 쉽게 일어나 코로나손이 커질 수 있다. 송전선의 정전용량은 임계전압 공식에 직접 들어가는 값이 아니고, 송전거리는 전체 손실의 양에는 영향을 주지만 문턱전압을 정하는 값은 아니며, 전압 변동률은 코로나 발생과 직접 관련이 없다.

1선 1 km 당 코로나 손실은 피크(Peek)식 $P=\frac{241}{\delta}(f+25)\sqrt{\frac{d}{2D}}(E-E_{0})^{2}\times10^{-5}\,\mathrm{[kW/km]}$ 로 구한다. $\delta$ 는 상대공기밀도, $f$ 는 주파수, $d$ 는 전선 지름, $D$ 는 선간거리, $E$ 는 전선에 걸린 대지전압, $E_{0}$ 는 코로나 임계전압이다. 전선에 걸린 전압 $E$ 가 임계전압 $E_{0}$ 를 넘으면 손실이 생기고 $(E-E_{0})^{2}$ 에 비례한다. 손실은 $f+25$ 에 비례하므로 주파수의 2/3 제곱에 비례한다는 설명은 틀렸다. 식에서 $d$ 는 루트 안의 분자에, $D$ 는 분모에 있고 끝에 $10^{-5}$ 가 붙는다.

코로나를 막으려면 전선 표면의 전계를 줄여야 한다. 전선이 굵을수록 표면 전계가 약해지고, 한 상에 전선을 두 가닥 이상 묶어 쓰는 복도체는 전선이 등가적으로 굵어진 것과 같아 표면 전계가 크게 줄고 임계전압이 높아지므로 코로나 방지에 가장 효과적이다. 복도체를 쓰면 인덕턴스가 감소하고 정전용량이 증가하며 전위경도가 낮아져 코로나 임계전압이 높아진다. 임계전압을 낮게 하면 더 낮은 전압에서 코로나가 생기고, 선로의 절연 강화는 애자 같은 절연물의 내력을 높이는 일이라 전선 표면의 전계를 낮추지 못한다. 전선의 높이를 낮게 하는 것도 방지 방법으로 꼽히지 않으며, 선로 높이를 낮추면 대지와의 거리가 줄어 전계가 오히려 강해질 수 있다.

코로나가 생기면 전력 손실이 생기고 방전 잡음 때문에 라디오 등 전파 수신이 방해받는 전파 장해도 일어난다. 또 코로나 방전이 일어나면 산소 $\mathrm{O_{2}}$ 일부가 오존 $\mathrm{O_{3}}$ 로 바뀌고, 오존은 다른 물질과 잘 결합하는 성질이 강해 전선 표면을 서서히 부식시킨다. 산소·수소·질소는 부식의 원인으로 꼽지 않는다.

3 이 개념이 나온 기출문제

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

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 임계전압 ↑ : 맑은 날·기압 높음·공기밀도 큼·전선 굵음·선간거리 큼. 공기밀도가 낮으면 임계전압 ↓.

암기팁 코로나 방지 = 굵은 전선·복도체로 표면 전계를 줄인다. 복도체: 인덕턴스 ↓ · 정전용량 ↑ · 전위경도 ↓ · 임계전압 ↑.

함정 주의 「전선 표면이 매끈할수록 임계전압이 낮아진다」와 「복도체가 임계전압을 낮춘다」는 모두 반대 말이다. 표면이 매끈하면 임계전압이 높아지고 복도체도 높인다.

임계전압이 높아지는 경우는 맑은 날씨, 기압이 높음, 상대공기밀도가 큼, 전선이 굵음, 선간거리가 큼, 표면이 매끈함이다. 「높아지는 경우가 아닌 것」을 고르면 상대공기밀도가 낮다·기압이 낮다·온도가 높다·흐린 날씨·표면이 거칠다 쪽이 답이다.
코로나손과 가장 관계가 깊은 것은 상대공기밀도이다. 정전용량·송전거리·전압 변동률은 임계전압 공식에 직접 들어가지 않는다.
코로나 방지에 가장 효과적인 방법은 복도체(굵은 전선)로 표면 전계를 줄이는 것이다. 임계전압을 낮게 한다, 선로의 절연을 강화한다, 전선의 높이를 낮춘다는 방지 방법이 아니다.

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복도체는 인덕턴스 감소·정전용량 증가·전위경도 감소·코로나 임계전압 상승이다. 「복도체가 코로나 임계전압을 저감시킨다」는 틀린 설명이다.
피크식에서 코로나 손실은 $f+25$ 에 비례하고 $E$ 가 $E_{0}$ 를 넘으면 $(E-E_{0})^{2}$ 에 비례한다. 주파수의 2/3 제곱에 비례한다는 설명은 틀렸다.
코로나는 전력 손실, 전파 장해, 오존에 의한 전선 부식을 일으킨다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2010년 3차 전력공학 40번 — 코로나손과 가장 관계 깊은 것다음 중 송전선의 코로나손과 가장 관계가 깊은 것은?옳은 것 고르기해설 보기 →2015년 3차 전력공학 34번 — 코로나 방지에 가장 효과적인 방법송전선로의 코로나 방지에 가장 효과적인 방법은?옳은 것 고르기해설 보기 →2019년 3차 전력공학 38번 — 임계전압이 높아지지 않는 경우다음 중 송전선로의 코로나 임계전압이 높아지는 경우가 아닌 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →

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

복도체의 효과

한 상을 여러 가닥으로 나누면 등가 반지름이 커져 코로나 임계전압이 오르고 인덕턴스가 감소한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 13문항 중 3문항이 인용

코로나 현상과 방지대책

복도체는 전선 표면의 전위경도를 낮춰 코로나 임계전압을 높이는 대표적인 코로나 방지 방법이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 13문항 중 2문항이 인용

코로나 방전의 영향

코로나 방전으로 생긴 오존은 산화력이 강해 전선 표면을 부식시킨다.