배전설비의 기술개발 변천과 향후 전망

개요 일본의 경제는 전후의 황폐로부터 순조롭게 회복하여 1955년대부터 1970년대에 걸쳐 고도성장을 이루어냈다. 특히 1960년대 중반에 들어서 도시부를 중심으로 인구·생산의 집중과 확대가 한층 더 거세져 전자공업 등 높은 신뢰도를 요구하는 산업의 발전, 컴퓨터를 이용한 사무·생산관리의 근대화, 가정의 전화의 전망 등으로 인해 전력에 대한 의존도가 급속히 높아졌으며, 이로 인해 질과 양의 양쪽면에서 모두 전력 고도화를 요구하였다. 이런 사회요청에 대응하기 위해 배전설비도 역시 3kV → 6kV로의 승압과 대용량 배전의 도입 등 안정공급의 확보를 위한 설비의 고도화, 신기술의 개발이 실시되었다. 한편, 1975년 중반 제1차 석유쇼크 이후 세계적으로 불황이 계속 이어졌으며, 고도경제성장의 여파인 공해문제와 환경문제가 표면화되어 배전설비도 코스트다운, 환경조화를 지향하는 기술개발이 적극적으로 진행되었다. 1980년대 중반 이후에는 버블경기를 배경으로 한 고품질·고신뢰도 요청의 증가에 대응하여 내뢰(耐雷)대책기재 등의 개발, 버블붕괴 이후에는 코스트다운을 지향하는 가운데 설비의 연명화를 위한 유지·보수기술의 고도화를 향한 연구가 진행되었다. 여기에서는 배전설비의 기술개발의 변천을 돌아보고, 고도경제성장기의 전력수요증대에 따른 공급력 확보, 신뢰도 향상을 위한 설비 구책, 사회 요청의 증가에 따른 코스트다운과 환경조화를 위한 방안, 향후 사회정세의 변화, 관련기술의 진전에 대응하는 발전과제와 전망을 도쿄전력(주)의 방안을 중심으로 소개한다. 배전설비의 기술개발 변천과 현황 1. 가공배전설비 고도경제성장의 본격화로 인한 수요 급증, 도시 과밀화의 진전에 따른 변전소 용지·송배전 루트 확보의 어려움을 해결하기 위해 1960년대 중반, 6kV 계통에 대용량 배전이 도입되었다. 대용량 배전의 구성 기재로, 세경(細徑)강력철근 콘크리트 전주, 알루미나 함유에 의한 내열성·내충격성을 강화한 아웃 플랜지 타입의 고압중실애자, 대용량 개폐기, 내열성을 향상시킨 대용량 가교 폴리에틸렌 절연전선 등이 개발되었다. 또, 주상개폐기로는 오랫동안 유입개폐기가 사용되어 왔는데, 뇌해(雷害) 시 분유(噴油)에 의한 공중재해(公衆災害)를 방지하기 위해, 1960년 중반부터 오일레스(Oil-less) 개폐기로 고압진공 개폐기, 고압기중 개폐기가 본격적으로 채용되었다. 1975년 중반에 들어서면 안전 확보와 도시기능을 조화시키기 위해 저코스트화를 지향한 가공 케이블이나 도시형 주상변압기가 개발되어 주요 도시의 번화가 등에서 적용되기 시작하였다. 또, 뇌해에 의한 고압절연전선의 단선을 방지하는 방법으로 전선 파지와 방전용 금속 공구를 겸비한 방전 클램프가 개발되었다. 내뢰(耐雷)대책 기재로는 산화아연의 출현을 계기로 1985년대 이후 이것을 특성 요소로 하는 소자를 내장한 주상변압기, 주상개폐기가 개발되어 습뢰(襲雷)시 공급지장 사고의 감소에 많은 효과를 주고 있다. 한편, 1950년대 중반부터 개발·개량·실증시험을 진행해 온 배전자동화기재는 신뢰도 향상, 성력화(省力化), 대폭적인 코스트다운 효과가 입증되어 2002년부터 본격적으로 전개되었다. 최근에는 설비의 연명화를 지향한 유지·보수기술의 고도화로의 대처방안으로 AE(Acoustic Emission) 센서와 데모그래피(thermography) 등의 설비진단장치가 도입되고 있다. (1) 지지물 배전선로에 사용되는 지지물은 1960년대 중반까지는 나무기둥이 대부분을 차지하였지만, 썩거나 의복으로 방식제가 부착되는 문제가 있었다. 그 때문에 나무기둥 대신 내구성, 고하중성이 우수한 강현콘크리트(prestressed concrete) 기둥이 제조기술의 향상됨에 따라 보급이 확대되고 나무기둥의 수요는 감퇴하였다. 강현콘크리트 기둥은 보통 하중에서는 균열을 발생시키지 않고, 태풍 등으로 인해 균열이 발생해도 하중이 없으면 균열이 닫히게 되어 있기 때문에, 외관 및 내구성의 면에서 특히 우수하다. 철근도 PC 이형강재가 긴장철근에 사용되는 등 재질·형상의 변경이 일어남과 함께 콘크리트의 양생(養生)방법을 비롯한 새로운 대량 제조기술의 도입에 의해 현재는 대부분의 기지물이 강현콘크리트 기둥이 되고 있다. (<그림 1> 참조) 최근, 해안부근 등 염해가 발생하는 지역에서는 콘크리트 기둥의 장기성능 향상을 목적으로 표면도장에 의한 내염효과를 기대하는 표면도장 기둥도 개발되고 있다. (2) 절연전선 전선은 1955년대부터 신뢰성 향상과 안전 확보를 목적으로 폴리에틸렌을 절연재료로 한 경동선이 사용되었는데 이것은 충전부를 은폐하는 구조였다. 1975년대부터는 경동선의 응력부식대책으로 수밀처리도체, 압축도체가 채용되었다. 또, 경비 삭감과 전기재료의 안정 확보 면에서 알루미늄 전선의 적용이 검토되어, 1960년대 중반부터 염해지구와 화학오염지구를 제외한 지역에서 본격적으로 적용되기 시작하였다. 알루미늄 전선의 적용은 동(銅)에 비교해 인장하중값이 60% 정도로 낮기 때문에 강선을 알루미늄보다 선의 심(芯)으로 한 구조를 채용하였다. 1980년대 중반에 들어와 큰 눈피해를 계기로 당시 눈이 많이 내리는 지방의 전력회사에서 채용되었던 난착설(難着雪)전선의 적용을 표준화하였다. 난착설전선은 전선에 떨어진 눈이 전선 주위에서 미끄러지면서 회전하여 통설(筒雪)이 되는 메커니즘에 착안하여 눈의 회전을 방지하는 필레 형상을 가진 전선이다.(<그림 2> 참조) 최근에는 풍압저감효과가 있는 ‘저풍압전선’이나 수목접촉에 의한 공급지장사고, 산림화재의 방지를 목적으로 ‘내마찰전선’ 등도 개발되고 있다.

(3) 애자 1950년대 중반에 실시된 6kV 승압에 의해 애자의 오손문제가 부각되었다. 이에 오손섬락사고나 릴레이 오동작을 방지하기 위해, 애자의 뚜껑 부분을 깊은 주름형상으로 하고 연면거리를 증가시킨 내염핀 애자나 내염내장 애자가 염해지역에서 적용되었다. 그 후 전선의 피복화와 대용량 배전화에 따라 태경화(太徑化)와 신뢰도 향상을 위해 핀 애자로 대체된 고압중실 애자(8호 절연)가 1971년에 개발되었다. 이 고압중실 애자의 자기재료로 내(耐)아크 특성, 기계적 강도·내(耐)크랙(crack) 진전성이 우수한 알루미나 함유 자기가 채용되었다. 1975년대에는 고압중실 애자의 10호 절연화와 6호 고압내장 애자의 연화가 진행되었다. 또, 절연전선 특유의 문제인 뇌서지 섬락 후, AC 속류의 아크 스폿이 한 점에 고정되어 발열의 집중에 의해 전선이 끊어져 버리는 것을 방지하기 위해, 고압중실 애자의 정부(頂部)에 섬락금구를 부착하고 이 금구와 애자의 기본 금구·어깨쇠 사이에 뇌서지 및 그 후의 AC 속류를 방전하여 전선의 단선과 애자의 파손을 방지하는 ‘방전클램프’를 개발하였다. 방전클램프는 송전선에서 이용되어 온 아킹혼과 동일한 원리로 전선·애자를 보호하는 기재이지만, 활선작업이 이루어지는 배전설비의 특징을 고려하여다음과 같은 연구를 진행시키고 있다.(<그림 3> 참조)

· 돌기충전부를 가지지 않는다. · 상부 금구를 그릇 모양으로 하여 아크를 회전하기 쉽게 하고 열의 집중을 억제한다. · 애자 상부 금구 사이에 열적 쿠션을 부착한다. · 애자의 심구부에 고온의 아크 가스가 들어가지 않도록 기본 금구에 반도전성 커버를 부착한다. (4) 주상개폐기 유입개폐기는 절연특성, 소호능력, 경제성 등이 우수하기 때문에 오랫동안 고압개폐기의 주류로 사용되어 왔다. 그러나 천둥이 치거나 빗방울이 들어가 절연노화·단락사고가 이어졌기 때문에 1960년대 중반 무렵에 기름이 필요 없는 주상개폐기가 개발되었다. 그 후 1970년대 중반에 들어서면 개로·폐로를 확실히 하기 위한 조작기구부의 축력기구의 채용과 오손대책으로 폐쇄밀폐형의 개발, 내부단락사고 시 안전 확보를 위한 상부방압구조의 채용(비산물의 감소) 등의 기술개발이 이루어졌다. 1980년대에는 내뢰대책으로 피뢰기 갭의 늦은 방전에 의한 내부섬락, 접지선의 인덕턴스에 의한 접지측에서 충전부로의 역섬락을 방지하여 내뢰성능을 향상하기 위해 갭 less 구조의 산화아연소자를 내장한 개폐기가 개발되어 뇌사고의 감소에 효과를 주었다. 진공개폐기는 전극부가 진공이므로 산화노화 시키지 않고 높은 부하개폐능력, 소형경량 등의 우수한 특징을 가지고 있기 때문에, 1960년 중반 대용량 배전대응의 개폐기로 600A용이 개발되었다. 후에 신뢰도 향상을 목적으로 내부절연재료·방압 구조의 개량, 진공누수방지를 위한 제조기술의 개선, 직렬 단로부의 추가 등이 이루어졌다. 기중개폐기는 진공개폐기보다 경제성이 뛰어나다는 점 등의 이유로 인해 부하전류가 비교적 작은 인출구 외 간선용, 인입용 등으로 폭넓게 쓰여졌다. 그 후 내부절연재료·구조 개량 등의 기술개발을 계속한 결과, 가스개폐기 같이 소형·경량화 제품도 개발되었다. 또 최근에는 기존의 세극소호방식에 자성판의 아크를 늘리는 작용을 이용한 그리드 소호방식이 채용되어 개폐능력을 향상시키고 있다.

가스개폐기는 우수한 절연성능, 소호성능으로 인해 소형·경량화·빈도 개폐가 가능하기 때문에 1985년 무렵에 보급되었다. 그러나 절연·소호 가스에 이용된 SF6 가스의 지구 가스온난화 계수가 커져 최근에는 다시 기중개폐기를 채용하는 경향이 늘고 있다.(<그림 4> 참조) (5) 주상변압기 주상변압기는 1950년대에 철심은 방향성 규소강대의 출현에 의해 적철심(積鐵心)에서 권철심(卷鐵心)으로, 코일은 면권선(綿卷線)에서 포르말선이나 크라프트지 권선으로 사용되었다. 또한, 외관 형상도 용접과 판금기술의 향상에 따라 주철제의 각(角)형 케이스에서 철판제의 환(丸)형 케이스로, 부싱은 컴파운드(compound)형에서 스터드(stud) 형으로 개량되었다. 1960년대 중반에 들어서면 내염성능의 향상을 목적으로 스트레스콘 부착의 심구형 부싱이 채용되었다. 그리고 내열절연지의 출현에 의해 주로 대용량 기종에서 소형경량화가 진행되었다. 1970년대에는 방향성 규소강대의 고배향화가 진행되어 여자특성이 크게 향상됨과 동시에 그 고(高)특성을 살리기 위한 제조방법의 개선(철심절단·소둔전가공 등)이 이루어졌다. 절연지는 함침성을 향상시키기 위해 에폭시 수지를 부분적으로 도포한 착색절연지를 채용하여 바니스를 없앴으며, 그 결과 손실이 줄어들고 소형·경량화 되었다. 1980년대는 권선의 동량(銅量)과 철심의 단면적·재질의 교체를 최적화한 검토가 진행되어, 철심재질의 양질화, 철심형상의 각형(角型)화, 권선내철심 점적율 향상 등의 개량이 이루어져 손실의 개선이 도모되었다.

또한, 주상개폐기와 같이 내뢰성능을 향상시키기 위해 갭 less 구조의 산화아연소자를 내장한 내뢰형 변압기를 개발하였다. 열에 약한 산화아연소자를 유중에 내장하기 때문에 기름에 의한 냉각효과와 연면절연성능의 향상이 이뤄지는 유중개방구조를 채용하여 120℃ 유중에서도 수명이 충분히 길다는 것이 여러 시험으로 밝혀졌다.(<그림 5> 참조) 1903년부터는 일부 어모퍼스(amorphous)철심이 도입되고 있지만, 재료가격·중량 등의 면에서 전면적으로 전개에 이르지는 못했다. (6) 자동화기재 공급신뢰도의 향상, 사고압사업무의 성력화 등을 목적으로 한 배전계통의 자동화 방안은 1960년부터 시작되었다. 그 중에서 변전소 차단기의 재섬락방식과 함께 배전선의 사고점에서 부하측의 구간을 자동구분하는 시한식 사고압사방식이 적용되었다. 이것과 전후해서 배전선 반송 대지귀로방식, 알루미늄 케이블 통신선에 의한 단일주파수 선택방식, 직류전압선택방식 등의 여러 가지 방식에 의한 개폐기의 원방제어가 시험 실시되었지만, 오동작 발생과 계통변경으로의 유연성이 부족했던 점 등으로 인해 실용화에는 이르지 못했다. 이런 시험·운전검증을 거쳐 도쿄전력(주)는 배전 자동화에 있어 고압 배전선 반송방식으로 다분할 다연계의 계통구성에서 시한식 사고압사방식에 개폐기의 원방감시·제어기능을 부가하는 방식을 채용하게 되었다. 현재 전개하고 있는 배전 자동화의 기본 기능은 원리적으로는 개발당시부터 크게 변한 것은 아니지만, 그 후 기술이 진전되어 한층 좋아진 기능의 고도화와 신기술의 도입이 이루어지고 있다. 이러한 방안 중 상징적인 것이 배전 자동화 시스템·소프트웨어의 개발이다. 운전·제어 시스템의 컴퓨터·소프트웨어는 전력의 안정공급에 꼭 필요한 기술이지만, 당초에는 그 개발·개량의 대부분을 제조업체에게 의존해야만 하였다. 그 후 과도한 제조업체 의존에 인한 블랙박스화가 진행되자, 원래 전력회사가 보유해야 하는 레벨의 계통운용기술과 제어 시스템 기술까지도 공동화되고 안정공급의 확보와 계통제어 시스템의 계획·개발·계약 시 제조업체인 도쿄전력(주)가 주도권을 내세우는 데 지장을 줄 우려가 있었다. 이에 배전선의 운전·운용기술을 축적한 도쿄전력(주)는 계통억제 시스템을 독자 개발하여 계통운용기술과 억제 시스템 기술의 양방을 겸비한 기술자를 육성하여 시스템을 ‘자사개발’하게 되었다.

이 자사개발 시스템은 1992년에 제1세대, 1999년에 제2세대, 2002년에 제3세대의 개발·개량이 완료되어 도입·전개되고 있다.(<그림 6> 참조) 2. 지중배전설비 1950년대 중반 무렵부터 60년대까지는 호황이 계속되고 전력수요는 1956년부터 1959에 걸쳐 일본 전국 평균적으로 연 15%의 증가를 기록했다. 그 결과 도시부에서는 건물이 빌딩화 됨에 따라 배전선이 폭주하여 가공선에 의한 공급이 어려워졌기 때문에, 고압수요가는 지중설비에서 공급하도록 하였다. 1960년대 중반에 들어서도 여전히 계속된 경기호황에 의해 판매전력량은 평균 13%대의 높은 증가가 이어졌으며, 대도시 중심부에서는 과밀화가 진행됨과 동시에 주변부로의 스프롤현상이 진행되었다. 그 때문에 ‘공급대책의 강화’와 ‘설비 및 공중의 안전대책’의 양쪽 측면에서 계획적인 지중화를 진행하게 되었다. 전선의 지중화는 1970년대 중반 무렵까지 가공설비의 적용이 안전과 기술면에서 어려운 곳, 수요밀도가 높아서 빌딩화가 진행되고 있는 초과밀지역,주요 도로를 따라 사회적 요청, 도시계획에 의해 특별히 필요가 발생한 곳 등의 일정한 조건에 부합하는 지역에서 실시되었다. 그런데 1980년대가 되자, 도시의 재개발, 커뮤니티 로드의 정비, 상점가의 몰(mall)화 등 도시 정비가 활발해지고 지중화에 있어 사회적 조건이 정비되었다. 이런 사회적 요청에 맞춰 기존 이상으로 환경 조화에 중점을 두고 장기적 관점에서 지중화를 진행하게 되었다. 또, 국가적으로 지중화를 추진하는 움직임에 의해 관계부청은 지중화에 관한 간담회나 위원회를 발족하여 지중화 목표나 계획실시범위의 요건, 비용부담의 방법, 정비방식의 방식 등을 취합하였다. 이것으로 제1기 지중계획(1986년~) 이후 제5기가 되는 무전주화 계획(2004년)까지 지중화의 실시방식으로서 ‘갭 시스템 방식’, ‘자치체 관로방식’, ‘전선공동구 방식(C.C.BOX)’, ‘천층매설식 전선공동구’ 등이 채용되었다. (<그림 7> 참조) (1) 케이블 케이블은 1964년에 고압가교 폴리에틸렌 절연 비닐 시즈(CV) 케이블이 도입되어, 그 후 전면적으로 CV 케이블로 대체되면서 케이블 구조의 개량이 이루어져 도체형상의 원형화, 트리플렉스(CVT) 케이블의 채용 등 오늘날 사용하고 있는 케이블 구조의 기초가 확립되었다.(<그림 8> 참조)

그 후 CV 케이블의 외관부 반도전층의 돌기나 절연체 속 이물질, 보이드, 물의 영향 등에 기인한 수 트리 노화의 대처 방안 연구에 착수하였다. 수 트리의 발생요인은 절연체 속으로 들어간 물과 이물질, 보이드, 돌기 등의 결핍과 국부적 전계집중의 상승작용에 의한 것으로, 전기 트리에 비교해 매우 낮은 전계에서 발생한다는 특징이 있다. 이에 대한 대책으로 삼층동시압출화, 건식 가교화, 내·외부 반도전층의 평활화 등 제조기술에 관한 개량이 진행되었다. 개량된 케이블의 채용 이후, 수 트리 노화 사고는 현격하게 줄어들었다. 최근에는 신뢰성 향상을 위하여 66kV급 이상에서 채용해 온 차수층 부착 케이블도 채용되기 시작하고 있다. (2) 지중배전용 개폐기 지중배전용 개폐기류로는 부하전류개폐능력이 있는 개폐기와 단락기능만을 가진 필라지스콘이 있는데, 이것을 지상에 설치한 금속제의 상자에 수납하여 사용해 왔다. 1960년대 중반에는 전침수개소(全浸水箇所)에서도 사용가능한 유입다회로 개폐기를 사용하였지만, 보수작업의 효율화, 안전성의 면에서 진공다회로 개폐기를 개발하여 1967년부터 도심부에서 사용하기 시작했다. 그 후, 근접충전부의 밀폐화와 검전·접지조작의 성력화 및 신뢰도 향상을 지향하여 상간에 접지층의 부가, 주절연물 표면에 도전층의 부가, 검전층의 설치를 실시한 디회로 개폐기가 개발되었다. 또한 도시의 과밀화가 일단락 진행됨에 따라, 환경, 공중안전 등의 사회적 요구에서 노상설치기기에 소형·안전성을 더하고,기존의 개념을 일신하여 콤팩트화를 도모하는 연구개발을 진행시켰다. 그 결과 설치 공간을 기존 타입의 50~60%로 축소 가능하며 규제가 있는 좁은 보도에서도 설치할 수 있는 박형 기중 다회로 개폐기가 개발되었다. 지중배전용 개폐기의 절연방식에는 기중, 진공 등이 있는데, 현재는 기중방식이 표준적으로 사용된다. 진공방식은 주접점부를 밀폐화 할 수 있으며 시설장소의 환경에 좌우되기 어려운 특징을 살려 지하공(地下孔)이나 빌딩의 지하실 같은 협소한 공간에서도 사용되고 있다. 또 1997년에는 접점 스트로크가 길고 개량의 여지가 있었던 기중개폐기의 소형 콤팩트화하여, 공기와 비교하면 2~3배의 절연내력과 100배의 소호능력을 가졌으며 GIS에도 이용되고 있는 SF6를 소호매체로 이용한 자동가스 다회로 개폐기가 개발되고 있다. 이 개폐기는 충전부가 완전히 은폐되는 구조이므로 직류전압 인가용의 접지개폐기가 편입되었다. 접지개폐기는 접지작업 시 안전을 확보하기 위하여 일상선행접촉(一相先行接觸) 이상후추접촉(二相後追接觸) 구조를 채용하고 있다. 이로 인해 접지 및 케이블 시험용 공구를 이용하지 않고 작업하는 것이 가능해져 작업성을 향상시켰다. 한편, 필라지스콘은 본체가 자기제로 파수부(把手部)가 베이클라이트제이기 때문에, 본체와 파수의 접촉부에 클로로플렌 고무를 이용하여 오손성능을 향상시킨 밀폐형이 채용되어, 1970년대 중반이 되면 협소한 기기 내에서의 상간단락사고 방지대책으로서 에폭시 수지를 주절연재료로 한 몰드지스콘이 개발되었다. 이 지스콘은 다회로 개폐기와 같이 충전부를 은폐하여 외부표면에 접지층을 설치한 구조로 되어 있다. (<그림 9> 참조)

(3) 지중배전용 변압기 지중배전용 변압기는 1964년에 도입되었는데, 이때는 변압기 본체만 지중의 핸드홀 내에 수납, 보호 장치 등은 지상의 배전탑에 수납하여 침수 시에도 운전 가능한 구성이었다. 한편, 1967년부터 1969년에는 일차측의 보호 퓨즈를 변압기 본체의 유중에 수납하여 일차측 개폐기를 케이블로 직결한 플러그인 커넥터가 겸용되는 직매변압기가 개발되었다. 이 변압기는 지하공에 설치되기 때문에 고온·다습한 곳에서 사용된다. 이 때문에 탱크에는 탄소강판 몇 배의 내식성을 가진 내식성 고장력 강판을 채용하여 용융아연도금 위에 에폭시계 수지와 우레탄계 수지를 2도 도포하여 방식성을 높이는 연구가 진행되었다. 또한 방열기를 없앰에 따라 부식표면적의 저감과 침수시의 전기화학적 부식을 방지하기 위해서 희생 양극을 붙이는 등의 개량이 진행되고 있다. 도시근교의 인구 집중화에 따라 집합주택단지가 건설되는 가운데 환경정비 및 안전 확보의 면에서 주변 환경과의 조화를 위해, 1966년에 일본에서 처음으로 개폐기나 보호 퓨즈 등을 일체화시킨 지상설치형 ‘페트마운트 트랜스’가 채용되어, 그 후 도심부 등에서 지중선공급용으로써 사용되고 있다. 이 페트마운트 트랜스는 변압기 본체를 콤팩트한 상자 안에 수납하여 과부하 운전 시 외부 상자에 사람이 접촉되어도 위험하지 않도록 설계한 것이다. 그 후 페트마운트 트랜스는 대용량화, 콤팩트화의 요구에 맞추기 위해, 고품위 박판 방향성규소강판의 채용, 철심형상의 랩커트로 변경, 이차권선을 지권평각(紙卷平角)에서 동조(銅條)로 변경, 파형 탱크의 채용 등 개량이 진행되고 있다. 향후 전망(분산형 전원연계로의 대응) 1. 현황과 과제 최근 자연에너지 지향의 증가와 전력자유화의 진전을 배경으로 전력계통으로의 분산형 전원 계통연계에 대한 요망이 높아지고 있다.(<그림 10> 참조) 분산형 전원의 게통연계 시, 계통의 전력품질 유지면에서 특히 고려해야 하는 과제의 하나로 전압변동이 있다. 배전계통은 전력계통의 하류에 위치하여 기간계의 송전계통과 비교해 계통용량도 작고, 분산형 전원의 출력변동에 의한 전압변동의 영향은 송전계통에 비교해 커진다. 또 배전계통은 옛날부터 전기의 흐름을 변전소에서 배전선을 경유하여 소비자에게로 향하는 일방향으로 상정하였는데, 이것을 전제로 저압수전의 소비자 전압이 ‘101±6V, 202±20V’로 유지되도록 설비를 형성하여 왔다.

이 때문에 기존에는 분산형 전원의 연계 시, 전압이 기준 상한을 일탈하지 않도록 ‘분산형 전원측’으로 출력과 역율을 조정하는 방법을 써 왔다. 앞으로 불특정다수의 분산형 전원이 한 지역에 집중하여 연계하는 경우도 상정하고 있는데, 이 경우 분산형 전원측으로만 대응하기에는 기술적·경제적으로 힘들 것이라는 예측이다.(<그림 11> 참조) 배전계통에 있어 분산형 전원의 다수대연계를 불능으로 하는 방책으로써 예를 들면, 계통의 전압계급을 높여 계통용량을 크게 하는 기존의 방식에 따른 대책도 생각하고 있지만, 한 보 나아가 분산형 전원의 연계상황에 맞춰 계통측에서 무효전력과 전압을 능동적으로 제어하는, 이른바 액티브 네트워크를 구축하는 대책도 생각하고 있다. 2. 전압보상기기 기존의 다수대 집중연계의 기술적 요건과 비용부담 등의 룰이 정비되어 액티브 네트워크가 구축되어 온 경우, 배전계통측에서 전압과 무효전력을 억제하게 된다. 여기에서는 현재 개발되고 있는 전압보상기기에 관해 소개한다. (1) 배전용 자동전압조정기(SVR) SVR은 군부(郡部)의 장긍장(長亘長) 배전선의 전압강하를 보상하기 위해 1965년대 후반에 3,000kVA의 주상 설치형(H주로 설치)이 도입되었다. 그 후 1970년대 중반에는 내압상승 시 안전 확보를 위한 방압변(放壓弁)의 부착이나 부싱의 성능향상(10호 절연화), 부싱 커버의 재료변경(EPR) 등의 개량이 진행되었다. 또 배전선 변환 시 역조류가 SVR를 통과할 때 SVR의 전원측(상시계통의 전원측)에서 전압저하가 발생하지 않고, 변환작업의 성력화를 목적으로 역조류를 감지하여 미리 설정한 탭 위치에 고정하는 기능을 가진 역송(逆送)변환회로부 SVR도 채용되었다. 1990년에 들어서면 버블 경기의 영향과 리조트 개발의 활성화 등으로 인해 장긍장 배전선의 말단부에 대형수요가 출현하는 경우가 이어졌다. 그 때문에 경제적인 이유 등으로 SVR의 대용량화의 요구가 높아져 5,000kVA의 SVR이 개발되었다. 대용량 SVR의 개발은 기존의 단상 V 결선에서 발생한 영상(零相)전압 발생문제를 원리적으로 없애기 위해 삼상 스타 결선이 채용되었다. 최근에는 기존 유중에서의 개폐기 변환방식과 함께 진공 밸브를 이용하고 절연유를 노화시키지 않도록 변환할 수 있는 간접변환방식도 채용하고 있어 향후 보수 유지비용의 저감이 기대되고 있다.(<그림 12> 참조)

(2) 저압자동전압조정기(LVR) LVR은 저압선의 전압강하가 큰 곳에서 전압개선을 위한 잠정 대책기기로 개발되었다. 1970년대 후반에 들어서 제어회로의 내구성 향상과 소음의 저감 등을 위한 대응이 필요해졌기 때문에, 정전 차폐부의 삼차권선부가에 의한 뇌서지 내량의 향상과 탭 변환 방식의 채용에 의한 소음의 저감 등의 개량이 이루어졌다. 2002년에는 10kVA에서 30kVA로의 용량 업이나 오일 less화, 범용의 전자접촉기를 이용한 간접변환방식의 채용에 의한 코스트다운 등 기본적인 개량이 이루어졌다. 이 때, 분산형 전원 등에서의 역조류를 검지하여 강압동작을 행하는 역조류 대응기능도 부가되었다.(<그림 13> 참조)

(3) 배전용 전압조정분로 리액터 최근 수요의 증가가 둔화됨에 따라, 고압자가용 수요가에서 부하용량에 관한 진상 콘덴서 용량의 비율이 상대적으로 증가하고 있는 배전선도 있는데, 특히 경부하 시 역율이 극단으로 진행 측으로 흘러가 말단측에서 전압이 상승(페란티 현상)하여 전압이 높아져 버리는 현상이 빈번해지고 있다. 이것에 대응하기 위해 2006년에 선로전압에 호응하여 늦은 무효전력(리액터)을 계통으로 접속·절단하는 배전용 전압조정분로 리액터가 시험적으로 개발되었다. 개발 과제의 하나로, 늦는 100%의 전류를 다빈도로 입(入)·절(切) 할 수 있는 스위치를 개발하여 차단능력이 높은 기존의 진공차단기에서는 전류가 영점 통과 하지 못한 채 소멸해 버리는 ‘전류재단(電流裁斷)현상’이 발생하는 경우가 있으며, 이때는 과대한 전압 서지가 발생할 우려가 있다. 이 전압 서지를 억제하기 위해 재단 전류치는 작고 고주파 차단성능도 낮은 전극재료를 이용한 진공전자접촉기가 채용되었다.(<그림 14> 참조)

마무리 고도경제성장기에 공급력 확보, 신뢰도 향상을 목적으로 급격한 진화를 달성해 온 배전기재의 기술개발은 그 후 사회요청의 변화에 대응하여 안전·품질의 향상, 환경 고려, 코스트다운 면에서 계속적으로 발전하여 왔다. (<표 1> 참조) 최근, 전력자유화의 범위확대 등 배전분야를 둘러싼 정세도 크게 변화하고 자연 에너지로의 관심 증가를 배경으로 분산형 전원의 계통으로 연계수의 증가 등 향후 전력품질의 유지를 위한 기술적 과제도 나타나고 있다. 이러한 상황 아래에서 수요 설비에 가장 근접한 전력설비로써, 지역사회와 공생하고 안심·안전한 설비 제작, 안정된 전력공급을 대전제로 새로운 기술적 과제를 마련하여 기술력의 유지·계승을 도모하는 것이 중요하다고 생각된다.