변전소는 발전소에서 생산된 전력을 전기를 사용하는 수용가에게 효율적으로 공급하기 위해 전압의 크기를 조정하는 역할은 하는 전력설비입니다. 즉, 변전소는 전압을 고압에서 저압으로 변환하며, 송전 및 배전 과정에서의 전송 손실을 최소화합니다.
변전소(Substaiton)
변전소는 전기의 전압을 변경하는 역할을 하는 전력설비입니다. 고압을 저압으로, 저압을 고압으로 변환하기도 합니다.
또한 특정 지역에 전력을 집중시키기도 하고, 여러 방면으로 나누어서 배분하는 역할도 수행합니다. 전력 수요에 따라 전력이 유연하게 분배될 수 있도록 조정하는 역할을 합니다. 전기가 필요한 곳에 적절하게 전력이 공급될 수 있도록 전기에너지의 허브 터미널 같은 역할을 수행하는 겁니다.
변전소 내부는 변압기, 개폐기, 단로기, 보호 및 제어장치, 조상설비 등으로 구성되어 있습니다. 단순히 전기 회로의 접속과 분리만 수행한다면 개폐소라고 부릅니다. 하지만 내부에 변압기가 존재하여 수용가에 전력을 공급할 수 있다면 변전소가 됩니다.
변전소의 기능
변전소가 수행하는 기능은 크게 5가지가 있습니다. 전압 변환, 전력의 집중과 배분, 전압 조정, 전력조류 제어, 계통 및 설비 보호입니다.
전압 변환은 변전소의 존재 이유 그 자체입니다. 발전소에서 발전된 전기는 보통 수~수십kV의 전압을 갖기 때문에 이 전압으로는 장거리 전송이 불가능합니다. 그래서 변압기를 통해 승압하여 실제 전기를 사용하는 먼 지역까지 송전선로를 통해 에너지를 전달하는 것이죠. 그리고 수용가 인근에서는 실제 전기를 사용하는 전압에 맞춰서 전압을 낮춰줍니다. 이렇게 전압을 변환하여 전기에너지를 경제적으로 수송할 수 있도록 돕습니다.
전력의 집중과 배분은 송변전 계통의 형태를 보여줍니다. 발전소에서는 변전소로 전력을 전송하여 변전소에 전력이 집중되고, 다시 변전소에서는 송전선로나 배전선로를 통해 수용가 측으로 배분합니다. 이런 형태를 물류에서는 허브 앤 스포크(Hub and Spoke)라고 부릅니다. 전기에너지의 허브 역할을 하는 것이 변전소인 것이죠.
전압 조정은 전기 수용가에 공급되는 전압을 조절하여 전기의 품질을 유지하는 것입니다. 말이 비슷해서 전압 변환과 헷갈릴 수도 있지만 전혀 다른 개념입니다. 변압기에는 OLTC(On Load Tap Changer)가 있어서 탭 조정을 통하여 2차측의 전압을 조정할 수 있습니다. 이를 통해 일정한 전압의 전기가 공급되도록 전기 품질을 관리합니다.
전력조류 제어는 조상설비를 통해 무효전력을 제어하는 것입니다. 경부하 시에 지중송전선로에서는 절연체(유전체)로 인한 높은 캐패시턴스로 인해 페란티 현상(Ferranti Effect)이 발생합니다. 캐패시턴스로 인한 진상전류를 억제하기 위해 병렬리액터를 설치합니다. 이 외에도 직렬리액터, 병렬콘덴서, FACTs 설비 등 조상설비를 이용하여 무효전력을 제어하고 전압을 조절합니다.
계통 및 설비 보호는 각종 보호계전기, 보호설비를 통해 전력설비를 안정적으로 운영하는 것입니다. 가장 대표적인 것이 87계전기(비율차동계전기)입니다. 1차측과 2차측에 흐르는 전류의 벡터 차이를 이용하여 고장을 검출하고 고장이 파급되는 것을 막습니다. 또한 송전선로, 변압기 등 설비에는 단로기, 차단기가 설치되어 과전류, 과전압, 지락사고, 단락사고 등에 의한 피해를 막을 수 있습니다. 최근에는 변전자동화(SA)가 도입되면서 IED 기반의 설비 모니터링 및 보호까지 가능합니다.
국내 변전소 사례
국내에는 공칭전압별로 154kV, 345kV. 765kV 변전소가 다수 존재합니다. 아래의 송변전 계통도를 보면 굉장히 많은 변전소가 전국에 분포하고 있음을 알 수 있습니다.
765kV 변전소는 신서산, 신안성, 신가평, 신태백, 북경남, 신중부 이렇게 6개소가 존재합니다. 765kV는 장거리 대용량 송전에 적합한 전압입니다. 그래서 충남 서해안의 석탄화력 발전력과 동해안의 원자력 발전력을 수도권으로 전송하는 역할을 하고 있습니다.
그리고 북경남 변전소는 신고리 원자력 발전소의 전력을 경남, 경북, 대구 지역으로 분배하는 역할을 수행하고 있습니다. 과거 밀양 송전탑 사태에서 765kV 신고리-북경남 송전선로가 수도권 전력공급을 위한 목적이라고 잘못 알려지기도 했는데 실제로는 부산경남 해안가의 발전력을 경남, 경북, 대구 등 내륙지역으로 수송하는 역할을 하고 있는 것입니다.
그외에 345kV, 154kV 변전소는 상당히 많이 존재합니다. 우리나라 산업이 발전하고 전력사용량이 증가하면서 전력설비도 그만큼 고도화되었습니다.