배전기술의 과제와 전망

서론 일본 전력회사는 1951년 전력재편 이래 전후부흥기의 전력부족과 고도경제성장에 대응한 공급력 확보, 전기 의존도의 고조에 대한 신뢰도 향상, 환경조화요청 등 시대의 사회요구에 따른 전력설비의 건설, 기술개발 등에 대처해왔다. 배전설비도 산업부흥, 주택건설, 가정전화의 추진에 대응해, 배전망 확충, 배전전압의 상승이란 증강대책에서 절연화, 내뢰대책, 배전자동화 등 신뢰도 향상책을 추진해왔다. 그러나 규제완화에 따른 전기사업 자유화가 시작되고 2000년도부터 2000kW 이상의 특고 소비자로부터 부분자유화가 개시돼, 현재는 계약 전력 50kW 이상의 모든 고압 소비자까지 대상을 확대해, 지금까지의 안정공급이란 관점만이 아닌 경쟁의 본격화라는 새로운 경영환경을 맞이하여 이에 적절히 대응해야 할 시점이다. 이런 환경 속에서 고도성장기에는 적극적인 설비투자가 이루어지고, 설비확충, 갱신이 진행되어 왔지만, 현재 저성장기에는 설비의 갱신기간이 길어지고, 설비를 장기 사용하는 경향이 보여짐으로 경쟁에 대응한 비용 저감책도 전개되고 있다. 한편 지구환경 문제, 그중에서도 온난화대책으로 에너지절약 추진과 자연에너지 이용이 보급되고 있다. 이런 흐름 가운데 분산형전원이 증가하고, 배전계통 운용은 점점 복잡해질 것으로 예상되어, 미래의 큰 과제가 되고 있다. 앞으로는 이런 새로운 시대의 요구에 대응하고 경쟁사회에도 변함없는 공익사업으로의 안정공급이란 사명을 다하기 위해 배전설비의 효율적인 보전, 신뢰도가 높은 계통운용을 위한 기술개발과 대처가 필요하다. 배전기술의 변천 1. 배전설비의 특징 발송전설비가 점과 선으로 표시돼 설비의 이중화가 진행됨에 반해, 배전설비는 면으로 나타내는 것이 많고, 설비는 작은 단위로 방대한 양이 있고, 망상으로 형성되어 있다. 배전선을 몇 개로 구분하고, 사고(자연열화 등에 따른 설비고장과 우발적인 사고 등을 총칭해 이하 사고라고 한다)시에는 배전선끼리의 상호융통에 따른 공급안전성을 확보할 수 있도록 전체 최적을 목표로 한 제휴가 이루어지고 있다. 또 배전설비는 거리에 늘어져 있거나 도로와 밀착된 설비이고, 지역사회와의 공생 없이 존속할 수 없기 때문에 환경조화의 요구도 높고, 그에 따른 배전설비 장주의 개선, 배전선의 지중화 등이 추진됐지만 건설비용과 사고 시 대응을 고려한 설비형성이 필요하다. 한편, 전주는 지역의 구석구석까지 설치되어 있기 때문에 최근에는 통신사업자의 통신설비를 시작으로 한 다양한 물건의 공가요청이 늘어나는 등 사회 인프라로써의 활용도 요구되고 있다. 2. 배전설비의 근대화 일본에서 배전방식은 전기사업 창업기부터 고압배전선은 3kV 방식, 저압배전선은 전등 100V, 전력 200V를 주체로 발전해왔다. 고압배전선은 전후부흥에 따른 전력수요증가에 대응하기 위해 배전근대화의 시초로써 6kV 승압이 실시되어, 1965년에 거의 완료됐다. 또, 고도경제성장과 맞물려 1955년부터 집중하는 도시부 구조 변혁에 대해 보다 높은 신뢰도 및 대용량에 대한 요구가 높아짐으로 20kV급 배전이 도입돼고, 20kV 스폿 네트워크 방식 등이 도입되어 왔다. 한편 저압배전선은 1951년경부터 전등용 저압선의 증용량 대책으로써 단상 3선식 100·200V 방식이 도입되고, 그 후, 1960년경부터 설비효율화의 관점으로 전등선과 전력선을 공용한 삼상4선식V결선 100·200 방식이 채용되어 왔다. 게다가 1966년에 들어 일차배전전압을 포함한 승압의 검토가 개시됨과 함께 400V급 배전방식의 활용이 진행되고 있다. 또 배전설비는 소비자에게 직접 닿는 것이기 때문에 공중보안을 확보한 설비형성이 중요하고, 당초에는 나전선이었지만 1973년 전기설비기술기준 개정 이후 폴리에틴 피복으로 고압절연화가 추진되어, 현재는 전부 절연화 되었다. 전주는 태풍(평균풍속 40m/s)에도 견딜 수 있게 설계·설치되어, 지진에 대해서도 진도 6에 견딜 수 있다는 것이 한신대지진과 니가타중부지진에서도 확인되었다. 당초에는 수요확대를 위해 양을 중심으로 대처했지만 그 후 전기의 안정공급을 목적으로 질의 대처에도 적극적이다. 3. 공급신뢰도 향상을 위한 대처 배전설비의 신뢰도 대책으로써 지금까지 수많은 대책이 실시되어 왔다. 먼저, 고압절연화에 따른 감전사고와 타물접촉사고의 감소, 기기 밀폐화에 따른 새, 짐승 등의 접촉방지, 지중케이블의 유절연에서 CV화, 또는 수(水)트리 대책 등 배전용품의 신뢰도 향상에 계속적으로 대처했다. 또 사고정전의 감소로 대표적인 대처는 내뢰대책이다. 뇌해는 정전사고의 원인으로 많은 비율을 차지하고, 전력회사는 다양한 대처를 실시해왔다. 주요 대책으로써 배전선에 피뢰기 부착, 가공지선 설치, 피뢰장치가 붙은 기기 도입 등이 있다. 이 대처에 따라 뇌해는 대폭으로 저감되었지만, 앞으로는 직격뢰와 동계뢰 등의 대책이 필요하다. 한편 최근에는 사고시의 조기복구를 목적으로 개폐기의 원격제어를 주체로 배전자동화 시스템이 도입되어, 사고시에는 인접한 배전선에서 자동융통송전 등에 의한 정전시간의 대폭적인 저감이 실현되고 있다. 이 시스템을 지탱하는 것이 소프트 개발 기술과 제어신호 전송기술 같은 IT이고, 최근 굉장한 진보를 올리고 있다. 앞으로 IT 진보와 함께 고도의 계통운용 시스템과 소비자 직결업무의 자동화 등 배전종합자동화 시스템 구축이 진행되어 간다. 4. IT를 활용한 배전업무 고도화 배전설비는 다종의 기기와 막대한 설비량이 있기 때문에 그 건설과 보수, 관리에는 많은 맨파워를 요한다. 하지만 IT 진보와 함께 업무의 효율화와 고도화가 진행되어 왔다. 당초의 호스트 컴퓨터에서 분산 서버로, 그로스 관리에서 개발관리로 관리정도가 높아지고, 그에 맞춰 설비설계, 가공관리, 보수관리 등의 업무지원 시스템이 도입되었다. 앞으로는 이 시스템과 맵핑시스템, 배전자동화 시스템과의 제휴로 한층 더 높은 업무의 고도화, 효율화가 진행될 것이다. 현상 과제와 기술동향 현재 전기사업의 자유화 확대에 따라 전력회사는 안정공급이라는 변함없는 사명과 함께, 고객 서비스의 충실과 비용 삭감에 따른 저렴한 요금의 실현으로 경쟁력 확보, 지구환경 문제와 설비의 경관조화에 따른 사회의 공헌이라는 새로운 공익적 과제의 대응이 요구된다. 이하에 현재 대처 중인 과제와 미래의 전망에 대해 서술한다. 1. 안정공급의 대처 배전설비에서는 이미 서술한 듯이 저성장 시대가 됐기 때문에 수요증가에 따른 설비의 갱신기간이 길어지고, 장기사용의 경향이 보인다. 이 같은 시기에는 설비의 장기간에 걸친 적절한 운영과 신뢰성 확보가 아주 중요하다. 현재는 기기마다 사용경력과 실적 등 데이터를 관리하고, 그에 기초하는 보수빈도와 전환계획의 책정 등이 실시되어, 앞으로는 설비 데이터의 관리정도를 충실하게 해서 정도가 높은 점검과 적시에 대체 등 설비보전의 고도화가 급선무이고, 센서 기술과 IT를 활용한 열화진단 기술의 개발향상이 더욱 기대된다. 전기가 생활에 빠질 수 없는 라이프라인으로서 유지되기 위한 대처로써 태풍과 대규모 지진 같은 재해에 준비된 복구체제의 정비와 전력회사간 응원 등의 구조도 충실하다. 앞으로는 피해예상 시스템에 따른 위기관리에 더욱 요구된다. 한편, 최근에는 태양광과 연료전지, 풍력발전 등의 신에너지와 자가발전 시스템 등 분산형전원이 보급되었고, 이것이 배전선에 계통연계하여 종래의 배전계통 운용에는 없었던 문제도 발생하고 있다. 새로운 과제로써 분산형전원에서 역조류 문제와 그에 따른 전압상승·저하 등의 문제에는 전력품질면으로 대응하는 것이 급하고, 계통의 세세한 상시감시가 더욱 요구된다. 이에 대응하기 위한 분산형전원의 계통연계 룰의 설정은 물론, 전력회사 기술개발로써 배전자동화 시스템의 고도화와 조류감시 시스템 도입 등 다양한 기술개발이 진행되고 있다. 2. 고객 서비스와 자유화 대응 전력자유화 시대에는 소비자의 전력회사 선택에 전기요금과, 서비스 내용이 큰 요인이 된다. 전력회사는 전력자유화 시대에 대응해, 소비자 전기사용 실태에 맞춘 다양한 요금 메뉴와 매일 컨설팅 등을 통해 대처해 가고 있다. 이런 요금 메뉴에 대응한 전자식 메타 개발과 다양한 통신수단을 활용한 원격검침 시스템 도입 등이 진행되고 있다. 이 원격검침 시스템의 도입으로 로드 서베이에 따른 최적 메뉴의 제안 등 고객 서비스에 충실할 수 있다. 한편 자유화에 따른 탁송공급은 특정규모전기사업자(PPS)로의 동시동량 데이터의 제공수단으로 유효한다. 현재는 일손 중심인 소비자 직결 업무에 대해서도 IT·IP기술 진보에 따라 자동화가 진행되어 한층 높은 서비스와 업무효율화가 도모된다. 한편, 저렴한 요금의 유지와 경쟁력확보를 위해서는 비용 저감노력은 앞으로도 계속되는 과제이고, 전력회사는 신기술을 활용한 기기개발과 수명진단에 따른 기기의 장기운용, IT를 구사한 업무의 효율화 등 비용저감을 위한 대처를 적극적으로 전개한다. 3. 공익적 과제로의 대처 지구환경 문제의 대처로써 전력회사는 종래부터 환경보전 대책에는 적극적으로 대처하고 있고, 그 과제는 순환형사회 구축을 위한 리사이클·폐기물배출 억제대책과 화학물질 관리 등 복잡다기하다. 배전설비는 다양한 지역환경에 맞춘 면적에 시설되어 있고, 자기재가 전주·전선·변압기·개폐기 등 다양하게 구성되었고, 그 설비량이 방대하기 때문에 설비의 노후화 대체와 이설 등에 따른 철거량도 방대하다. 이런 상황에서 지금까지도 배전자기재 리사이클에 대해 철거자재의 열화진단에 따른 재사용, 적절한 수리, 또는 재료 리사이클 등 많은 대처가 행해지고 있지만 아직 충분하다고는 말할 수 없는 실태이고, 게다가 제로에미션(무배출시스템)을 향한 리사이클 기술 개발이 진행해 간다. 한편 설비형성에는 지역사회의 환경 어메너티(amenity) 지향의 고조로 도시구조물 등 경관과 융화한 설비형성과 기기·기재의 소형화, 색채·형상 등 배전설비 환경조화 대책이 실시되고 있다. 이 중 전선지중화에 대해서는 나라의 주도로 전선류 지중화 계획에 근거하여 진행되어 왔지만 이것을 원활히 진행하기에는 지역주민과 도로관리자·전력회사 등 전선사업자와의 삼위일체의 협력이 불가결하고, 관계자의 이해와 협력관계의 유지를 도모해 갈 필요가 있다. 덧붙여 지중화는 가공설비에 비해 건설비용이 상당히 높고, 기기 설치 공산의 확보 등 과제가 많아서 비용 저감 책의 충실, 공간절약이 불가결하고, 그에 따른 대처가 민·관협력으로 진행되고 있다. 또 이런 과제에 대응해 고압선지중화, 인입가공 등 여러 조합에 따른 무전주화(소프트 지중화) 기술의 개발도 적극적으로 진행되고 있다. 결론 전기사업은 IT 기술의 진전과 규제완화, 전력자유화의 진전 등 확실히 일대변혁의 시대를 향해가고 있다. 또, 경영효율화에 따른 경쟁력의 확보와 고객 서비스 향상, 공익적 과제 달성 등의 과제에 대해 유연하고 적극적으로 대처해갈 필요가 있다. 전력자유화에서 배전설비는 탁송설비로써 비용저감이 요구되고, 한층 안정된 공급의 사명이 지어진다. 이를 위해서는 지금까지 구축해 온 전력기술·IT를 바탕으로 종래의 과제해결을 위해 계속적인 기술개발이 필요하다. 또 배전설비는 소비자와 밀착된 설비로 방대한 설비량이기 때문에 섬세한 건설·보수·운용이 필요하고, 그것을 지탱하는 것은 역시 고도 기술과 기능을 가진 인재이다. 이런 인재의 육성이야 말로 미래 전력회사의 큰 과제이다.