일본의 배전기술동향_22kV/400V 배전의 도입 상황

도쿄전력주식회사 小玉 剛 도쿄전력에서는 수요 과밀 지역에 대한 효율적인 전력 공급을 목적으로 임해부도심지구에서 400V 직접 공급을 실시하고 있다. 여기서는 임해부도심 지구의 전력공급 방법, 400V 직접 공급의 개요 및 보급 확대를 위한 금후의 전개에 대해서 개설한다. 22kV/400V 배전의 현상 도시부에서의 22kV/400V 배전의 유효성 현재의 일본 배전 전압은 도시부 등에서의 20kV급 공급을 제외하면 배전용 변전소에서 6.6kV 배전선으로 수용지 근방까지 송전하고, 수요 규모에 따라 6.6kV 또는 주상 변압기를 통해서 100V·200V으로 공급하는 형태가 일반적이다(20kV급이란 배전 전압 22kV, 33kV의 총칭을 의미하며 도쿄전력에서는 22kV를 채용하고 있다). 도시부 등의 수요 과밀 지역에서는 공급 능력이 높고 또 신뢰도가 높은 20kV급 배전이 6.6kV 배전방식보다 효과적이기 때문에 비교적 대규모적인 업무용 수요나 초고층 집합주택 등에 대한 공급방식으로 착실하게 확대되고 있다. 한편, 중소규모 수요에 대한 400V 직접 공급을 포함한 22kV/400V 배전의 본격적인 도입은 수급 양쪽 모두에 메리트를 기대할 수 있음에도 불구하고 기설 설비와의 융합성이나 수요 발생과의 타이밍 문제 때문에 오랫동안 주목받지 못했다. 도쿄전력 서비스 구역 내의 임해부도심지역(도쿄만 13호 매립지)은 신규로 기존 도시 수요만큼의 수요를 창출한 경우이다. 따라서 여기에는 400V 직접 공급을 포함한 22kV/400V 배전방식에 의한 효율적 설비 형식이 가능하며 동시에 새롭게 공급방식을 도입함에 있어서 고객측도 수수가 용이한 조건으로 정비되어 있었다. 때문에 해당 지역에서는 400V 직접 공급을 실현해기 위해 처음부터 22kV/400V 계통으로 공급설비를 구축하고 동시에 400V 직접 공급을 실시하기 위해 조건 정비에 노력했다. 임해부도심 개발 계획의 개요 임해부도심지역은 강동구남서부(이부 항구, 시나가와구)의 매립지 442ha를 대상으로 하며 거주인구는 약 4만명이며, 취업 인구가 약 7만명에 이르는 부도심으로서 재개발되었다.지구 전체의 최종 전력 수요 상정을 보면 전체 수요를 차지하는 50kW 이상의 수요 비율은 약 80%로 나타나고 있다. 400V 직접 공급의 효과와 현상 400V 직접 공급은 22kV/400V 배전 적용을 확대하면 수요측 설비와 공급측 설비의 쌍방에 메리트를 기대할 수 있다. 이하에 수요측 설비의 주요 효과를 기술한다. (1) 설비 투자의 억제 사용 전압에서의 수전에 의한 개폐기, 변압기의 경감, 생략을 기대할 수 있다. (2) 효율적인 내선 구성이 가능 빌딩의 전기기기는 공조, 엘리베이터, 펌프류, 고정조명 등 230V, 400V에 적합한 기기가 많다. (3) 해외 제품의 도입이 용이 230V, 400V 기기는 국제규격에 적합하다. (4) 보수에 드는 코스트 저감 수전측 설비가 저압설비이다(일반 전기공작이다).임해부도심지역에서의 400V 직접 공급은 有名남지구의 옥외 콘서트장에 1999년 7월 10일부터 개시되어 현재는 靑海지구의 오락장이나 맨션 공용설비 등 9건의 고객에 대해서 진행되고 있다(그림 1). 앞으로도 수건 정도의 신설 공급이 예정되어 있으며 400V 직결 공급을 희망하는 고객이 착실하게 증가할 것으로 예상된다. 임해부도심지역 전체의 전력공급방식 전술한 바와 같이 당 지구에서는 처음부터 400V 직접 공급을 상정한 22kV/400V 배전에 의해 설비 형성을 진행했다. 그림 2에 22kV계통 공급방식 및 저압계통 공급방식을 나타낸다. 공급측 설비의 특징으로는 대규모 맨션 등에 공급할 때의 공급측 설비인 공급용 변압기실에 본선·예비 수전방식에 의한 신형 22kV 수배전설비를 설치한다는 것이다. 그림 3에 그 기본 구성을 나타낸다. 이하에 이 신형 22kV 수배전설비의 특징을 나타낸다. (1) 6kV 수전설비와 같은 정도의 설비 스페이스 (2) 종래방식에 비해서 대폭적으로 코스트다운 (3) 본선·예비선 자동전환에 의한 고신뢰도의 확보 종래 계약 500kW 이상의 대규모 빌딩에 대해서는 22kV SNW방식에 의한 수전을 권장하고 있지만 수전설비의 코스트 및 스페이스면이 네트가 되어 2,000kW 미만의 고객은 6kV 수전을 희망하는 경우가 많았으나 이 신형 22kV 수배전설비를 적용함으로써 22kV 수전방식의 메뉴가 증가하여 22kV 배전의 보급 확대에 기여할 것으로 생각된다. 금후의 22kV/400V 공급계통의 전개 공급계통의 최적화 22kV/400V 공급계통의 최적화를 위해 종래의 도시부 22kV 계통인 다회선 네트워크(SNW) 방식에 (공통)본예비방식, 오픈 루프방식, 분할연계방식의 각 방식이 플러스된 것에 대해 평가가 되고 있다. 각 방식의 특징을 정비하면 다음과 같다. (1) 네트워크 방식 매우 높은 신뢰도를 유지할 수 있으나 중소규모 수용가의 수전설비가 고가가 되므로 초과밀·중요시설 집중지구에의 적용이 바람직하다. (2) (공통)본예비방식 종래의 2회선 본예비방식과 달리 간선 부분을 3회선화하여 이용률의 향상을 도모할 수 있다는 점과 처음에는 2회선이지만 수요 증가와 함께 3회선화가 가능하며 확장성이 우수하다는 등의 특징을 있다. 실용상의 신뢰도를 계속 확보할 수 있고 경제성이 우수하기 때문에 도시부 과밀지역에의 면적 적용에 적합하다. (3) 오픈루프 방식 링 메인 유닛으로 간소한 계통 구성이 가능하지만 선로 이용률이 낮고 수용 안정지구에서의 적용이 적합하다(유럽에서 널리 채용되고 있다). (4) 분할연계방식 면적인 네트워크를 구성할 수 있으므로 신규 개발 지역 등에의 개별 적용에 적합하다. 이상의 각 방식의 정성적·정량적 평가의 결과를 통해 볼 때 네트워크 방식은 신뢰성이 높지만 건설비가 너무 높다. 오픈루프 계통도 수용가를 일조의 케이블로 둥근 형태로 공급하는 방식이기 때문에 케이블 사이즈는 모두 간선 사이즈가 되야하는 등 건설 비용이 높아지는 경향이 있다. 한편 분할 연계방식은 6kV계통 정도의 간소한 간선 구성과 운용이 가능한 등의 특징을 기초로 도시부 과밀지구 이외의 가공 배전계통을 주축으로 하는 지역에 보급 확대함에 있어서는 효과적이지만 가공계통이나 가공·지중혼재계통을 적용하는 경우에는 표준적인 적용을 고려해야 한다. (공통)본예비방식은 실용상의 신뢰도가 높고 경제성·확장성이 우수하기 때문에 20kV급의 지중계통 구성으로서는 이 방식이 가장 우수하다. 따라서 이 결과에 따라 도쿄전력에서는 앞으로의 22kV 공급계통의 현상은 공통본예비방식을 주체로 하여 구축할 예정이다. 400V계통의 형태로는 400V계통의 사고율이 낮으므로 수지상 계통을 기본으로 하여 지역 실태나 400V계통의 시설 밀도에 따라 인접 계통과의 연계선 시설을 고려한다. 공급 형태로는 중소 규모의 수용가에 대해서는 외부 400V계통에서의 인입 케이블에 의한 공급을 기본으로 하고 있다. 일정 규모 이상의 신규 수용가에 대해서는 공급설비의 물리적 제약(인입 케이블 용량 등)이나 변압기 거점 확보의 관점에서 변압기실을 제공받아 22kV/400V 변압기를 설치하여 직접 인도하는 형태가 필요하다. 전기방식의 최적화 22kV 배전계통에서의 중성점 접지방식은 계통의 절연 레벨, 지락·혼촉사고시의 통신선에의 유도에 의한 보수·보수면에 미치는 영향, 저압과의 혼촉사고시의 저압측 대지전압 상승, 보호방식 등을 고려하여 선정하고 더욱 최적화, 코스트다운을 지향해야 한다. 과거의 전기협동연구에서의 검토 결과에 따르면 접지방식으로서 통신선에의 유도 장해, 지락 보호·절연 저감의 관점에서 보면 단일 저항 접지방식이 최적이라고 되어 있다. 중성점 접지 저항값의 결정은 공가통신선에의 유도 장해, 일선지락 사고 및 고저압 혼촉 사고시의 저압측 전위 상승의 면에서 선정된다. 과제와 금후의 전개 400V 직접 공급은 최근에 개시된 방식으로서 그 공급·수전방식에 관계된 기술이나 제도면에서 조건 정비가 아직 완비되었다고 말하기는 어렵다. 때문에 앞으로 계속해서 보다 효율적인 방식을 모색할 필요가 있다. 현재까지 임해부도심지역의 400V 직접 공급을 실시하는 동안에 보다 효율적인 공급을 실현하기 위해서 돌출된 과제로는 소규모 수용가(50kW∼250kW 정도)에 대한 케이블 공급의 실현과 22kV/400V 공급설비의 시설 거점 확보에 대한 조건 정비(공원 등에의 지상설치방식 등) 등을 들 수 있다. 이에 대응하기 위해 도쿄전력에서는 400V 케이블 공급의 실현에 있어서 기술면, 제도면에서의 조건 정비를 도모하고 동시에 스페이스 절감, 저코스트적인 22kV/400V PMT의 개발 등 각종 방책에 노력을 기울이고 있다. 그 외에도 400V급 표준 전압의 국제규격 정합화, 400V 선로의 자동 지락차단장치의 생략 제언, 조사업무의 실시방법·부점 등의 대응방법 등을 포함한 보안체제의 방식 등이 조건 정비 사항으로 들 수 있다. 앞으로도 수급 쌍방에서 보다 효율적인 400V 직접 공급의 실현을 위해 계속해서 임해부도심지역에서의 시험을 실시하고 또한 일반 지구에의 적용 확대를 위한 검토를 계속할 것이다.