급전방식에 따른 급전선로의 전송용량 예측

초록

교류전기철도 2x25㎸ AT급전방식은 154㎸ 3상의 전력을 수전 받아 2x25㎸ 2상의 전력으로 변환하여 급전선로를 통하여 전기차량에 전력을 공급하며 각 상별로 최대 30km의 구간에 전력을 공급하는 시스템이다. 또한 전기철도 급전계통은 전차선, 레일, 급전선으로 이루어지는 급전선로, 급전선로의 매 10㎞마다 위치한 단권변압기와 급전선로에 위치한 전기차량들로 구성된다. 이러한 전기철도 AT급전계통에서 전기차량은 견인과 제동을 반복하는 대용량의 집중부하로 전기적 변화가 매우 심하다. 특히 경부고속철도에 도입되는 고속열차는 정격 15㎿의 대용량 부하로 하나의 급전구간에 여러 편성의 열차가 투입되거나, 인근 전철변전소가 고장나서 연장급전 할 경우 차량전압이 최소 운전가능전압 이하가 되어 열차운행에 심각한 문제를 발생시킬 수 있다. 에너지를 전송하는 시스템인 전력계통은 수송할 수 있는 전력에 한계가 있다. 이는 계통의 임피던스에 의한 전압저하에 기인하고 있다. 현상적으로 부하의 증가에 의해 전력수송한계를 초과하면 전압저하가 급속하게 진전되고 이로 인해 전압붕괴가 발생하게 된다. 이러한 현상은 전력계통으로서 전송능력의 저하에 의한 것이기 때문에 공급능력이 충분하고 사고가 발생하지 않은 상황에서도 발생할 수 있다. 전기철도 급전계통에서도 일반 전력계통에서 발생하는 전압불안정 현상이 발생할 수 있다. 즉, 전철변전소의 공급능력이 충분하더라도 급전선로에 대용량의 부하가 있는 경우, 급전선로의 전송능력 한계에 의하여 전압저하가 발생하여 결국 전압붕괴가 발생하는 경우로 급전선로의 전송능력은 전철변전소 주변압기의 임피던스와 급전구간 내 차량의 운전조건(차량의 부하, 역률, 위치)에 따라 복잡하게 변화하기 때문에 한계상태는 획일적으로 정해지지 않는다. 따라서 교류전기철도 2x25㎸ AT급전시스템에서 급전선로의 전송능력을 예측하기 위하여 AT급전회로 해석모델인 다단자망 모델을 이용하여 급전방식, 전기차량의 부하, 위치, 역률에 따른 검토를 수행하고자 한다.