1.머리말
2.해외에서 765kV 송전 기술교육
3.컴퓨터 모의와 단상 모의 시험설비를 통한 연구
4.실규모 송전 시험 선로 건설을 통한 연구
5.TNA와 Impulse Generator를 이용한 절연협조 연구
6.765kV 기자재 개발연구
7.맺음말

1.머리말

765kV 기술 연수를 위하여 한전에서 19명이 1979년 4월 미국 펜실바니아주에 있는 피츠버그의 Westinghouse의 Advanced System Technology(이하 AST라 함) 그룹에서 연수를 간 것이 금년이 꼭 30년이 되는 해입니다. 그 전 해에 본 연수에 앞서 그 당시 계통계획과 신상균 과장, 계통보호과 김일동 씨 그리고 필자가 약 4개월 동안 AST에서 전력계통분야의 교육을 받았습니다. 그들 중 대부분이 은퇴했고 현재 한전에 남아 계신 분은 김문덕 부사장뿐입니다. 2006년 10월경 김문덕 송변전본부장이 이종권, 최정림, 이은경 처장들과 연수생 17명을 초청해 765kV 가평 변전소를 시찰하고 저녁에는 만찬을 하면서 옛날 추억을 이야기하는 시간을 가졌습니다.

1979년 해외연수를 갈 때 필자는 초고압 건설사무소에서 345kV 송전선로 건설의 설계를 하고 있을 때였습니다. 주위에서 우리나라와 같이 좁은 땅에서 765kV 송전선이 과연 필요하겠는가 하는 의견이 지배적인 분위기였습니다. 그 당시 외환 사정이 어려웠던 때이므로 한전 본사 기획관리부의 최정림 처장의 말씀을 들어보면 많은 사람의 장기간 해외 연수계획 승인을 받기 위하여 정부관서를 여러 차례에 걸쳐 방문, 설득하셨다고 하며, 그 당시 우리나라 전력수요 성장률이 10~15%인 것을 감안하여, 20~30년 후에는 승압하지 않고는 도저히 전력 계통을 원활히 운용할 수 없다고 판단하시어 계통 승압 계획을 세워 인력양성을 계획하였다고 이야기하셨습니다.

그 때 일본에서는 이미 1000kV 송전 기술연구에 박차를 가할 때였고 미국 AEP 전력회사는 이미 1969년에 765kV 송전선로를 운전하고 그 상위 계통인 1500kV 송전 기술을 개발하고 있었습니다. 연수에 선발된 자는 계통분야가 4명, 계통운용분야가 3명, 계전기분야와 통신분야가 각 2명, 송전분야와 변전분야가 각 4명이었습니다. 연수 내용은 처음에 개념교육을 받고 실제 예비설계를 하는 것과 미국 765kV 송변전시설의 산업견학을 하는 것이었습니다. 송·변전분야는 제일 마지막인 8월에 연수를 떠나서 8개월 후인 그 다음 해인 1980년 4월에 귀국하였습니다. 귀국 후 연수보고를 하였으나 경영층에서 관심을 가진 분은 없었습니다. 1979년 10.26 사태로 정권이 바뀌고 경제성장과 전력수요가 둔화되어 회사에서 승압에 대한 이야기를 할 형편이 되지 못하였습니다.
 
연수 후 모두는 실무부서로 원대 복귀하여 회사 일을 하게 되었습니다. 필자는 다행히도 초고압건설사무소 기술부, 후에 송변전처 기술부에 소속되어 있으면서 계속 연수한 내용을 가지고 실무에 적용하는 연구를 할 수 있었습니다.

그 적용 연구 중 하나가 우리나라 초기 345kV 송전선로 운전에서 발생한 정전유도 현상에 대한 해결방안이었습니다. 해외에서 발표된 문헌을 조사하여 본 결과 초고압 송전선로의 전선 지상고는 지상 1m에 전계의 크기로 정한다는 사실을 알았습니다. 그 당시에는 정전유도(전계)에 대한 민원이 대부분이었고 지금과 같이 자계에 대한 민원은 전혀 없었습니다. 초기 345kV 송전선로의 전계 크기를 전선 지상고에 대하여 계산한 결과 그 크기가 3~7kV/m로 높다는 것을 발견하였으며 민원이 발생한 곳은 5kV/m 이상이 된다는 사실을 알았습니다. 운용부서에서는 우선 이 크기 이상의 지역철탑에서는 철탑을 계탑하여 지상고를 높여 주워 민원을 해결하였으며 앞으로 건설되는 지역에서는 3.5kV/m 이하로 설계하도록 기술기준에 반영토록 하였습니다.

1983년에 기술연구원에서 R&D 연구를 하는 자금이 조성되어 시험업무에서 연구중심이 되도록 개편되었습니다. 필자는 기술연구원에 소속되어 일반적 송·배전연구를 계속 하고 한편으로 765kV 송전기술 연구계획을 세워서 연구를 다시 시작할 수 있었습니다. 여기서 우리나라 765kV 송전기술을 개발한 과정을 간략하게 소개하고 그 연구개발 효과를 개략적으로 계상하도록 하겠습니다.

2.해외에서 765kV 송전 기술교육

미국 Westinghouse AST에서 받은 교육은 초고압 계통의 절연설계를 위한 개념(concept)교육이었습니다. 그래서 제일 먼저 교육받은 분야는 확률 통계이론이었으며 여러 가지의 확률 분포형인 정규 분포와 극한치 분포 등을 배우게 되었습니다.

자연에서 발생하는 낙뢰크기와 전력계통에서 발생하는 개폐 과전압 크기의 분포(Stress)와 절연강도(Strength) 시험에서 섬락전압의 분포는 확률 통계 분포를 가지고 있습니다. 낙뢰에 대하여 전혀 사고가 나지 않도록 설계를 하면 절연비용이 아주 많이 들기 때문에 이 Stress와 Strength 크기 분포로 확률적으로 사고율을 정하여 절연설계를 하는 것이 설계의 기본이었습니다.

절연설계에서 먼저 시행하여야 될 사항은 내뢰설계입니다. 전력선에 직격뇌를 피하기 위하여 가공지선의 차폐각을 정하는 데 그 당시 연구에서 우리나라의 765kV 송전선의 수직배열 2회선 지지물에서는 -5로 계산되었습니다.  철탑이 직격뢰를 받았을 때 대지측이 전위 상승하여 전력선 쪽으로 섬락하는 것이 역섬락이라하며 이를 기준치 이하로 줄이기 위하여는 철탑의 탑각 저항을 10Ω이하로 줄여야 한다고 설계되였습니다. 미국에서 500kV 이상의 초고압 송전선로는 대부분 일회선 수평배열이어서 우리나라의 기존 345kV 송전선 철탑형을 모델로 하였습니다.

다음으로 개폐 과전압에 대한 설계에서 최소 절연거리를 정하는 것입니다. 개폐과전압의 분포를 구하기 위하여 차기 계통을 계통과도 전압 분석기(TNA)에 모의하여 여러 경우에 대하여 과전압 분석을 행하였습니다. 우선 과도 현상 프로그람(EMTP)로 선로 정수를 구하여 이를 여러 경우 운전 조건에 대하여 TNA에서 모의하였습니다. 그 결과 최대 과전압 배수를 약 2.0p.u를 얻었습니다. 이 연구가 끝난 후에 한전의 연수생과 Westinghouse Engineer들 앞에서 계통 과전압 분석 결과를 발표하였으며 TNA 분석시 Instructor는 Mr.M.D.Perkins이였습니다. 이 결과를 가지고 낙뢰와 개폐과전압의 전문가인 Mr.Hileman과 같이 확률 분포 이론을 적용하여 지지물에 대한 최소 절연거리를 4.8m로 정하였습니다.

이와는 별도로 765kV 2회선 송전선의 도체 선정 연구를 하였습니다. AEP사의 765kV 1회선 송전선 건설을 위한 환경 연구 사업인 Apple Grove Project에서 개발된 프로그램을 사용하였습니다. 미국 AEP 회사의 가청 소음 기준이 55dB(A)인 관계로 이 기준을 만족하는 도체방식은 4×Nutach(800㎟)으로 정하였으며, 그 때에도 Instructor는 6도체 사용의 가능성을 언급하였습니다. 2회선 송전선로는 1회선 송전선로보다 지상 전계는 낮지만 도체 표면 전계가 1회선의 경우보다 더 높아서 더 굵은 전선이 요구되었습니다. 4도체로서 겨우 소음기준을 55dB(A)로 설계 할 수 있었습니다. 그리고 교육도중 Ohio주 AEP 전력회사에서 운전하고 있는 일회선 수평배열로 되어있는 765kV 송전선로 현장을 방문하고 Indiana 주 South Bend에 있는 1500kV 시험선로도 방문하였습니다.

귀국 후 그 다음 해인 1981년 7월 미국 Oregon 주 Portland에서 개최되는 IEEE 하계 학술대회중 코로나와 전계 영향(Corona and Field Effect)의 지도 과정(Tutorial Course)에 참석하여 송전선로 주변의 전기환경에 관한 교육을 받았습니다. 그 당시 한전에서 초기 345kV 운전에서 정전유도 문제가 대두되어서 이 분야에 관심이 많았습니다. 그 과정에서 Instructor로 나왔고, 전기 환경분야에 저명하고 BPA에 근무하는 Mr.V. Chartier를 처음으로 만났습니다. 그는 AEP 765kV Apple Grove 시험선로 연구에 참가한 경력이 있었으며 그 후 BPA에 옮겨 HVDC 연구 프로젝트에 참여하고 있었습니다. 그 후 그는 가공 송전선로에 발생하는 모든 전기환경에 대한 계산을 할 수 있는 프로그람의 소스(이하 BPA 프로그램이라 함)를 카드로 우송하였습니다. 이 프로그램은 우리나라에서 전기환경 문제에 대하여 디지털 프로그램으로 모의할 수 있는 수단으로 이용되고 있습니다.