HVDC라는 단어를 들어보셨나요? 전기를 전공한 사람이라면 한번쯤은 들어봤을 법한 단어이기도 한데요. 이번에는 HVDC란 무엇인지 이것에 대한 장점과 단점들은 무엇이 있는지 살펴보겠습니다.
목차
HVDC란, 초고압직류송전에 대하여
1.HVDC란
먼저, HVDC란 High-Voltage, Direct Current의 약자로, 초고압을 직류로 송전하는것을 의미합니다.
2.초고압직류송전방식이 나오는 이유
대게 전기를 공급하고 사용할때는 일반적으로 “교류 전기”를 사용한다고 알고 있는데요. 왜 초고압직류로 송전하는 방식이 대두됐을까요? 사실, 초고압직류송전방식은 1930년대 부터 개발되기 시작한 오랜 기술이라고 합니다.
현대적인 HVDC 송전은 1930년대 스웨덴의 AESA와 독일에서 광범위하게 연구되었으며, 초기의 상업적인 설치는 1951년 소련의 모스크바와 카쉬라간의 그리드였다고 합니다.
그리고, 점차 기술이 발전됨에 따라 장거리 송전시에는 교류송전보다는 직류송전방식을 채택하는 추세입니다
3.초고압직류송전방식의 장점
앞서 언급했듯이 장거리 송전시에는 직류송전방식을 채택한다고 하였는데요. 그렇다면 왜 이러한 방식을 사용하는지 알아보겠습니다.
이 HVDC방식의 송전은 단거리보다 장거리에서의 장점이 명확하게 드러나는데요. 장거리로 갈수록 점점 손실이 커지는 교류송전에 비해 직류송전의 경우 손실이 거의 없기 때문이죠.
위의 그래프를 보면서 직류송전과 교류송전의 장단점을 비교할 수 있겠습니다.
아직까지 직류송전방식의 투자비가 교류송전방식에 비해 비싸긴합니다. 하지만, 송전하는 거리가 일정거리이상을 넘어서게 되면 교류송전방식에서의 송전손실이 발생함에 따라 상대적으로 직류송전의 효율이 높아지는 셈이죠.
▶직류송전과 교류송전
먼저, 일반 발전소에서 생산하는 전기들은 ‘교류’라는것을 다들 아실텐데요. 이러한 전기는 변전소를 거쳐 가정에서 사용하는 알맞은 전기로 변환되어 사용되어 집니다.
교류전기의 경우 가변이 쉽기에 발전소에서 생산한 고압전기를 가정에서 사용하는 저압전기로 알맞게 사용할 수가 있습니다. 또한, 교류 발전기는 직류 발전기보다 구조가 간단하고 효율이 좋습니다. 따라서, 대부분의 발전소에서는 3상 교류 발전기를 채용하여 생사하는 전기 또한 3상의 교류 전기이지요.
하지만, 이 교류 송전방식은 변압이 쉬운 장점이 있지만 송전할 때 방전 및 손실되는 전력량들도 있습니다.
(교류에서의 표피효과와 코로나손등에 의해)
더군다나 통신선 유도장해 발생위험이 있기도 합니다.
그럼에도 불구하고 대부분의 송전방식에서 교류송전을 채택하는것은 ‘단거리’에서 직류송전방식보다는 효율이 좋기 때문이죠.
직류송전방식의 경우 교류전기보다 직류전기의 실효값이 작기 때문에 절연레벨을 낮출수 있는 장점이 있습니다.
더불어 송전손실의 주범인 ‘무효전력에 의한 손실’이 직류송전에서는 현저히 낮기 때문에 장거리로 갈수록 교류에 비해 효율이 높아지는 것입니다.
또한, 교류와 달리 직류에서는 전자파가 발생하지 않아서 환경 영향이 적은 점뿐만 아니라 3상 3선식으로 최소 3개의 케이블이 필요한 교류와 달리 케이블 1개만 있으면 직류송전이 가능하기에 다양한 이점들이 있기도 합니다.
4.초고압직류송전방식의 단점
장점이 있으면 단점도 있기 마련이죠. 장점에 가려진 단점들은 어떤것이 있는지 추가로 확인해보겠습니다.
우선, 직류방식의 경우 전력이 커지면 커질수록 전선도 커져야하며 차단기 용량도 커져야하는 단점이 있습니다.
이는 곧 비용과 직결이되기 때문에 효율을 따져서 중간지점을 잘 찾아야 합니다.
다음으로는 위에서 언급했다시피 단거리 송전에서는 교류방식에 비해 효율이 떨어질 수 밖에 없으므로 ‘장거리 전용’으로 밖에 사용하지 못한다는 점입니다.
또한, 교류에서 직류로 변환하기 위한 변환장치의 비용을 무시하지 못할 뿐더러 변환시, 사이리스터에서 발생되는 고조파를 무시하지 못할정도이기에 이에 따른 적절한 대책또한 필요한 점입니다.
흔히 ‘해수귀로 식’의 직류송전방식의 경우 선박의 항해 나침판에 악영항을 미칠수 있다고도 합니다.
5.HVDC 적용사례
우리나라에서 대표적으로는 진도와 제주도, 해남 및 완도에서의 제주도 간에 이어진 해저선로가 있습니다.
6.미래의 직류송전방식
![DC 송전 철탑 [출처 : 한국전력공사]](https://sangu-life.com/wp-content/uploads/2024/01/다운로드-1-1.jpg)
송전선로 건설에 있어 고려해야 하는 환경요소로는 기계적, 전기적 환경요소로 구분할 수 있습니다.
기계적 환경은 경관장해, 풍소음 등 구조물의 기계적인 특성으로 야기되는 사항이며, 설비 구축 시 고려되어야 하는 전기적 환경요소로는 전자계, 코로나 소음, 전파 장애, 이온전류밀도 등이 있습니다.
AC 765kV 송전선로는 설치개소에 따라 철탑의 높이가 100 m를 넘는 것들이 대부분인 반면, 동일용량의 전력전송을 위한 ±500 kV HVDC 철탑은 높이가 훨씬 낮아 거대한 구조물에 의한 위화감을 줄일 수 있으며, 철탑 설치높이 감소로 경과지 확보 면에서도 상당히 유리한 측면이 있습니다.
이어서 HVDC 송전방식은 인체 내부에 유기기전력을 발생시키지 않기 때문에 유리하여 기준치 또한 AC에 비해 높게 설정되어 있습니다.
AC송전방식에서 인체영향문제로 논의되고 있는 자계는 DC 경우 유기기전력을 발생치 않아 상당히 유리하나, 코로나 소음이 AC가 비 오는 날 높은 것에 비하여 맑은 날 높게 발생되어 상대 적으로 빗소리에 의한 차폐효과가 적어지는 상황고려가 필요하다. 또한 DC의 경우 ⊕, ⊝ 극 간의 ion의 흐름으로 송전선으로부터 선하 대지로 흐르는 ion의 흐름에 따른 인체영향에 대해서 발생하는 특성 관련 수식을 아래와 같이 요약할 수 있다. 이러한 수식을 조건에 따라 검토하여 환경친화적 설계가 가능하다. 또한 발생 메커니즘을 분석하고 실증하는 더 많은 연구가 필요합니다.
