전력공학

코로나

🛡 운영자 · 26. 07. 03. AM 09:42(수정됨)

코로나 현상의 정의 코로나 현상은 도체 표면의 전계(전기장)가 공기의 절연강도를 초과할 때, 공기 분자가 이온화되며 푸른빛·보라빛 발광, 소음, 냄새 등이 나타나는 현상입니다. 완전한 단락이나 아크 방전은 아니고 도체 주변 국부적인 부분 방전이라는 점이 특징입니다.

발생 원리 전기장의 집중 · 도체에 고전압이 인가되면 주변에 전기장이 형성됨 · 특히 도체 표면이 뾰족하거나 거칠면 전기장이 집중됨

공기의 이온화 · 공기의 절연강도: 약 30 kV/cm · 이 값을 초과하면 → 공기 분자가 전자를 잃거나 얻어 이온화

부분 방전 발생 · 이온화된 공기가 미세한 방전을 반복 · 도체 주변에만 국한되어 발생 → 코로나 방전

부정적 영향 · 전력 손실 : 코로나 손실(Corona Loss) 발생 · 통신 장애 : 전자파 잡음 → 통신선 간섭 · 절연 열화 : 오존, 질소산화물 발생 → 절연물 노화 · 소음 공해 : 주거지역 민원 발생 · 기기 장애 : 소호리액터의 소호능력저하 · 전선 장애 : 전선의 부식을 촉진

코로나 현상 방지 대책 구조적 대책 · 도체 직경 확대

등가선간거리를 크게 하면 철탑(지지물)이 커져야 하므로 비경 제적이다.
따라서 코로나 임계전압을 크게 해 코로나손실을 방지하려면 전선의 직경은 크게 해야 한다.
전선의 직경을 무한정 크게 하면 전선중량이 증가하기 때문에 복도체를 사용하거나 중공전선(Al Tube) 및 ACSR(강심알루미 늄연선)을 사용한다. · 복도체(Bundle Conductor) 사용 · 코로나 링(Corona Ring) 설치 · 표면을 매끄럽게 가공

설계적 대책 · 전계 분포 균등화 · 적정 전압 등급 설계 전력공학에서 다루는 코로나 임계전압(Corona Critical Voltage)과 코로나 손실식(Corona Loss Formula)은 송전선로의 효율과 안정성을 평가하는 매우 중요한 기준입니다.

두 가지 핵심 공식과 각각의 변수가 의미하는 바를 정리해 드립니다.

1. 코로나 임계전압 (Peek의 식)

코로나 임계전압은 전선 주위의 공기 절연이 파괴되어 코로나 방전이 발생하기 시작하는 최저 전압(대지전압)을 의미합니다. 이 전압이 높을수록 코로나 발생을 억제할 수 있습니다.

$E_{0} = 24.3 m_{0} m_{1} δ d lo g_{10} (\frac{D}{r}) [kV/ 선]$

$E_{0}$ : 코로나 임계전압 (상전압, 대지전압 기준)
$24.3$ : 공기의 절연 파괴 강도와 관련된 상수
$m_{0}$ : 전선 표면 계수 (매끄러운 단선 = $1.0$ , 연선 = $0.8 \sim 0.9$ )
$m_{1}$ : 날씨 계수 (맑은 날 = $1.0$ , 비 오는 날 = $0.8$ )
$δ$ : 상대 공기 밀도 ( $δ = \frac{0.386 b}{273 + t}$ , $b$ : 기압[mmHg], $t$ : 온도[°C])
$d$ : 전선의 바깥지름 (직경) [cm]
$D$ : 선간 거리 (등가 선간 거리) [cm]
$r$ : 전선의 반지름 [cm]

💡 핵심 포인트: 임계전압을 높이려면 전선의 굵기( $d$ )를 크게 하는 것이 가장 효과적입니다. 이를 위해 송전선로에서는 주로 복도체(또는 다도체) 방식을 채용합니다.

2. 코로나 손실식 (Peek의 손실식)

전원 전압이 코로나 임계전압을 초과할 때 발생하는 전력 손실을 나타냅니다.

$P_{c} = \frac{241}{δ} (f + 25) \frac{d}{2 D} (E - E_{0})^{2} \times 1 0^{- 5} [kW/km/ 선]$

$P_{c}$ : 코로나 손실 전력 (1km당, 1선당 손실)
$δ$ : 상대 공기 밀도
$f$ : 전원의 주파수 [Hz]
$d$ : 전선의 바깥지름 [cm]
$D$ : 선간 거리 [cm]
$E$ : 송전선로의 실제 작용 전압 (대지전압) [kV]
$E_{0}$ : 코로나 임계전압 [kV]

💡 핵심 포인트: 코로나 손실은 실제 대지전압( $E$ )과 임계전압( $E_{0}$ )의 차이의 제곱에 비례합니다. 즉, 실제 운영 전압이 임계전압을 조금만 초과해도 손실은 급격하게 증가하므로, 설계 시 반드시 $E_{0} > E$ 가 되도록 전선 규격을 선정해야 합니다.

1. 코로나 임계전압 (Peek의 식)

2. 코로나 손실식 (Peek의 손실식)

💬 댓글