학문
14살꿈많던아이
초전도체 전력 케이블의 원리와 장점이 궁금합니다
전기 저항이 전혀 없는 초전도 현상을 전력 송전선에 적용했을 때 전력 손실을 얼마나 줄일 수 있는지 그 구체적인 원리가 궁금합니다..
6개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 전력 송전에서 초전도체를 사용하면 핵심적으로 줄어드는 것은 전선의 저항 때문에 발생하는 I²R 손실입니다.
일반적인 송전선에서는 전류가 흐를 때 전선의 저항 때문에 일부 전기에너지가 열로 바뀝니다. 전력 손실 = I² × R로 예를 들어 송전선의 저항이 1Ω이고 전류가 1,000A라면 손실 = 1,000² × 1 = 1,000,000W 즉 1MW가 열로 사라집니다.
초전도체는 특정 온도 이하에서 전기저항이 사실상 0이 되기 때문에 이론적으로는 R ≈ 0 → I²R ≈ 0이 됩니다. 따라서 송전 과정에서 전선 자체에서 발생하는 저항 손실을 거의 100% 줄일 수 있습니다.
채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
초전도 케이블은 저항이 0이 돼서 I^2의 손실이 거의 사라진답니다.
그래서 송전 손실을 거의 없앨 수 있고 같은 굵기고 구리선보다 5~100배 많은 전류를 보낼 수 있습니다.
다만 액체질소로 냉각해야 해서 냉각 전력을 빼면 실제 절감량은 다르답니다.
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
초전도체 케이블은 저항이 0이 되는 원리를 이용합니다. 액체질소로 냉각하면 전기 저항이 없어지는데, 발열 손실이 생기지 않게 되고 송전 효율일 급증하게 되죠. 거기다가 기존의 선로보다 엄청나게 대용량 송전이 가능해지기 때문에 송전 손실을 극적으로 줄여주는겁니다.
그리고 핵심장점은 대용량 전력전송과 공간이 절약되는것인데, 동일한 굵기 구리선보다 적어도 5배 이상의 전력을 보낼수 있기 떄문입니다. 그래서 과밀한 도심의 지하 전력구의 공간을 줄여줄수 있는 효과도 있습니다. 그리고 낮은 전압으로도 대용량의 송전이 가능해지기 때문에 도심 전력난의 해소에도 크게 도움이 된다고 할수 있을 것 같습니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
일반 구리나 알루미늄 송전선은 전류가 흐를 때 저항으로 I²R만큼 전력이 열로 새어 나가고, 우리나라 송배전 과정에서 이렇게 사라지는 전력이 전체의 3~4% 정도예요. 초전도 케이블은 도체의 저항이 0이라 이 줄열 손실 자체가 거의 없어요. 교류를 흘리면 자기장이 계속 바뀌며 생기는 미세한 손실이 남지만 구리선보다 훨씬 작아요.
대신 영하 196°C의 액체질소로 식혀야 초전도가 되는 고온초전도 선재를 쓰고, 케이블 속으로 액체질소를 흘리며 바깥을 보온병처럼 진공층으로 감싸요. 이 냉각 전력을 빼야 실제 절감량이 나와서, 대용량 전력을 보내는 구간일수록 효과가 커요.
같은 굵기로 구리선보다 수십~100배 많은 전류를 흘릴 수 있어서 낮은 전압으로도 큰 전력을 보낼 수 있어요. 2019년 한전과 LS전선이 경기도 용인 신갈~흥덕 변전소 사이 약 1km 구간에 23kV 초전도 케이블을 세계 처음으로 상용화했는데, 154kV급이 맡던 전력을 낮은 전압으로 보내 도심에 변전소를 새로 짓지 않고 기존 전력구에 설치할 수 있었어요 :)
안녕하세요.
초전도 케이블은 일정 온도 이하에서 전기저항이 거의 0이 되는 초전도체를 이용해 전류를 흘리는 방식이에요.
일반 송전선은 전류가 흐를 때 전류의 제곱에 저항의 곱한 만큼 열로 에너지가 손실되지만, 초전도 상태에서는 이 저항 손실이 거의 사라져 버려요.
그래서 같은 크기의 케이블에서도 훨씬 큰 전류를 보낼 수 있고, 송전 손실과 케이블 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있어요.
다만 초전도 상태를 유지하려면 냉각장치가 필요하기 때문에 냉각에 들어가는 에너지와 설치비까지 함꼐 고려해야 해요.
감사합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
초전도체 전력 케이블은 특정 온도이하로 냉각되었을 때 물질 내부의 전자들이 쿠퍼쌍을 형성하여 격자 진동과의 충돌 없이 이동함으로써 전기 저항이 완벽하게 0이 되는 원리를 이용합니다 직류 송전 시에는 전기 저항에 의한 발열 손실이 완전히 사라지므로 송전 과정에서의 전력 손실을 이론상 0%에 가깝게 줄일 수 있으며 교류 송전에서도 기존 동선 케이블 대비 전력 손실을 50% 이상 획기적으로 감축합니다 또한 동일한 단면적 대비 송전 용량이 일반 구리선보다 5~10배 이상 크기 때문에 고전압 변전소 없이도 대용량 전력을 낮은 전압으로 송전할 수 있습니다 결과적으로 송전 효율을 극대화하여 도심지 매설 공간을 크게 줄이고 기존 전력망의 과부하 문제와 변전 설비 증설 부담을 동시에 해결할 수 있는 친환경 대용량 송전 기술입니다