송전

3. 송전 선로의 표현

일반적으로 송전 선로는 송전 거리의 장단에 따라 표현을 달리한다. 단거리(수십 km 정도) 가공 선로에서는 직렬 임피던스만을 고려한 집중 임피던스 회로로 취급하고, 중거리(수십~100 km 정도) 가공 선로 및 케이블은 등가 T 회로 또는 등가 $\backslash pi$ 회로로 취급한다. 장거리(100 km 이상) 가공 선로 및 케이블은 등가 $\backslash pi$ 회로 또는 분포 정수 회로로 표현하는 것이 보통이다.

송전 선로는 직렬 임피던스 성분 Z와 병렬 어드미턴스 성분 Y개가 무한히 연결된 것으로 나타낸다. 분할을 무한 개로 하였을 때 형성되는 분포 정수 회로를 4단자 정수 회로로 나타낼 수 있으며, 이는 다음과 같다.

:$V\_s\; =\; A\; V\_r\; +\; B\; I\_r$

:$I\_s\; =\; C\; V\_r\; +\; D\; I\_r$

행렬로 표현하면

:$$

\begin{bmatrix}

V_{s} \\

I_{s}

\end{bmatrix}

=

\begin{bmatrix}

A & B \\

C & D

\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}

V_{r} \\

I_{r}

\end{bmatrix}



이다. 이때 각 행렬 A, B, C, D의 값은 다음과 같다.

:$$

\begin{align}

A = D = \cosh (\sqrt{ZY}{l}) \\

B = \sqrt{\frac{Z}{Y}} \sinh (\sqrt{ZY}{l}) \\

C = \sqrt{\frac{Y}{Z}} \sinh (\sqrt{ZY}{l}) \\

\end{align}



여기서

• $\backslash sqrt\{\backslash frac\{Z\}\{Y\}\}\; =\; Z\_\{c\}:$ 송전 선로의 특성 임피던스 및 파동 임피던스
• $l:$ 송전 선로 길이
• $\backslash sqrt\{ZY\}\; =\; \backslash gamma:$ 송전 선로의 전파 정수

4. 급전망

급전망은 발전소, 송전선, 변전소, 배전선 등으로 구성된 전력 시스템 전체를 의미한다.^[71] 전력 소비량은 계절, 시간, 지역 등에 따라 변동하므로, 급전망 운영자는 수요와 공급의 균형을 맞추기 위해 노력한다.^[71]

전력회사는 급전망 운용을 위해 중앙급전지령소나 계통급전지령소를 만들어, 각 발전소나 변전소 등의 운전 및 정지, 출력이나 전압 조정 등에 관한 지령을 내린다.^[71] 과거에는 전문가들이 경험을 바탕으로 수요를 예측하고 발전소 운전 계획을 세웠지만, 최근에는 급전망이 거대화, 복잡화되면서 자동화 기술이 도입되어 효율성을 높이고 있다.^[71] 급전 지령소에는 전력계통의 상태를 보여주는 급전반이 있고, 원격측정(텔레미터)을 통해 전압, 주파수, 발전소 및 변전소 운전 상태, 저수지 수위 등이 표시된다.^[71] 자동주파수제어장치(AFC)는 부하 변동에 따른 주파수 변화를 감지하여 발전소 출력을 자동으로 조정한다.^[71]

5. 송전 시스템 (영어: System)

북미 지역의 송전 시스템은 대부분 삼상 교류(AC)를 사용하지만, 철도 전철 시스템에서는 단상 교류가 사용되기도 한다. 장거리 송전에는 (HVDC) 기술이 사용되어 효율성을 높인다. HVDC는 해저 전력 케이블 (일반적으로 50km 이상) 및 상호 동기화되지 않은 전력망 간의 전력 교환에도 활용된다. HVDC 링크는 전력 분배 네트워크를 안정화하는데, 네트워크의 한 부분에서 갑작스러운 새로운 부하 또는 정전이 발생할 경우 동기화 문제와 연쇄 고장으로 이어질 수 있기 때문이다.^[22]

전기는 고전압으로 송전되어 저항으로 인한 에너지 손실을 줄인다. 전력은 일반적으로 송전선을 통해 송전된다. 지중 송전은 설치 비용이 높고 운영상의 제약이 크지만, 유지보수 비용은 낮다. 지중 송전은 도시 지역이나 환경적으로 민감한 지역에서 더 일반적이다.

전기에너지는 일반적으로 소비되는 속도와 거의 같은 속도로 생산되어야 한다. 발전이 수요와 거의 일치하도록 정교한 제어 시스템이 필요하다. 수요가 공급을 초과하면 불균형으로 인해 발전 설비 및 송전 장비가 자동으로 연결이 끊기거나 꺼져 손상을 방지할 수 있다. 최악의 경우, 이는 연쇄적인 일련의 정전으로 이어져 대규모 지역 블랙아웃을 야기할 수 있다.

미국 북동부는 1965년, 1977년, 2003년에 정전을 경험했으며, 1996년과 2011년에 미국의 다른 지역에서도 대규모 정전이 발생했다. 이러한 고장의 위험을 줄이기 위해 송전 네트워크는 지역, 국가 및 심지어 대륙 규모의 네트워크로 상호 연결된다. 이는 정전 발생 시 전력이 흐를 수 있는 여러 개의 중복된 대체 경로를 제공하기 때문이다. 송전 회사는 각 회선의 최대 안정적인 용량(일반적으로 물리적 또는 열적 한계보다 작음)을 결정하여 네트워크의 다른 부분에서 고장이 발생할 경우 예비 용량을 확보할 수 있도록 한다.^[22]

송전 네트워크는 송전선, 케이블, 차단기, 스위치 및 변압기와 같은 구성 요소를 사용하며, 일반적으로 지역 송전 기관 또는 송전 시스템 운영자와 같은 기관이 지역 기준으로 관리한다.^[22]

송전 효율은 더 높은 전압과 더 낮은 전류에서 향상된다. 전류 감소는 발열 손실을 줄인다. 줄의 제1 법칙에 따르면 에너지 손실은 전류의 제곱에 비례한다. 따라서 전류를 2배 줄이면 도체 크기에 관계없이 도체 저항으로 손실되는 에너지가 4배 줄어든다.

주어진 전압과 전류에 대한 도체의 최적 크기는 켈빈의 도체 크기 법칙으로 추정할 수 있다. 이 법칙은 저항에서 손실되는 에너지의 연간 비용이 도체를 제공하는 연간 자본 비용과 같을 때 크기가 최적이라고 명시한다. 저금리 및 저원자재 가격 시대에는 켈빈의 법칙이 더 두꺼운 전선이 최적임을 나타낸다. 그렇지 않으면 더 얇은 도체가 적합하다. 송전선은 장기간 사용하도록 설계되었으므로 켈빈의 법칙은 구리와 알루미늄의 가격과 금리에 대한 장기 추정치와 함께 사용된다.

교류 회로에서 더 높은 전압은 승압 변압기를 사용하여 달성된다. 고압 직류 송전(HVDC) 시스템은 상대적으로 비용이 많이 드는 변환 장비가 필요하지만, 해저 케이블 및 장거리 대용량 지점 간 송전과 같은 특정 프로젝트의 경우 경제적으로 정당화될 수 있다. HVDC는 동기화되지 않은 그리드 간에 에너지를 전송하는 데 필요하다.

송전 그리드는 발전소, 송전선 및 변전소의 네트워크이다. 에너지는 일반적으로 3상 전력 교류로 그리드 내에서 전송된다. 단상 교류는 대형 다상 유도 전동기에 사용할 수 없기 때문에 최종 사용자에게 배전하는 데만 사용된다. 19세기에는 2상 송전이 사용되었지만 4개의 전선 또는 전류가 불균일한 3개의 전선이 필요했다. 더 높은 차수의 위상 시스템은 3개 이상의 전선이 필요하지만 거의 또는 전혀 이점이 없다.

발전 용량 가격은 높지만 에너지 수요는 변동적이므로 필요한 전력을 현지에서 생산하는 것보다 수입하는 것이 더 저렴한 경우가 많다. 부하가 광범위한 지역에서 함께 상승하고 하강하는 경우가 많기 때문에 전력은 종종 먼 곳에서 온다. 부하 공유의 경제적 이점으로 인해 광역 송전 그리드는 국가 및 대륙을 가로지를 수 있다. 생산자와 소비자 간의 상호 연결을 통해 일부 링크가 작동하지 않더라도 전력이 흐를 수 있다.

수요의 느리게 변하는 부분은 ''기저 부하''로 알려져 있으며 일반적으로 일정한 운영 비용을 가진 대규모 시설인 확정 전력으로 제공된다. 이러한 시설은 원자력, 석탄 또는 수력 발전소이며, 집광형 태양열 및 지열 발전과 같은 다른 에너지원은 확정 전력을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 태양광 발전, 풍력, 파력 및 조력과 같은 재생 에너지원은 간헐성으로 인해 확정 전력으로 간주되지 않는다. 나머지 또는 ''피크'' 전력 수요는 일반적으로 더 작고, 더 빠르게 반응하고, 비용이 더 높은 원천인 피크 발전소에 의해 공급된다. 이러한 발전소는 일반적으로 천연 가스를 연료로 하는 복합 사이클 또는 가스터빈 발전소이다.

장거리 송전(수백 킬로미터)은 저렴하고 효율적이며, kWh당 0.005USD~0.02USD의 비용이 소요된다. 이는 연간 평균 대규모 생산자 비용인 kWh당 0.01USD~0.025USD, 소매 요금인 kWh당 0.1달러 이상, 예측할 수 없는 높은 수요 시점의 순간 공급업체의 소매가의 배수와 비교된다.^[29] 뉴욕은 종종 캐나다에서 kWh당 저렴한 수력 발전을 1000MW 이상 구매한다.^[23] 지역 원천(비용이 더 많이 들고 자주 사용되지 않더라도)은 먼 공급업체를 분리할 수 있는 기상 및 기타 재해로부터 전력 공급을 보호할 수 있다.

수력 및 풍력 자원은 대도시에 더 가까이 이동할 수 없으며 태양열 비용은 지역 전력 수요가 최소인 외딴 지역에서 가장 저렴하다. 연결 비용은 특정 재생 가능한 대안이 경제적으로 현실적인지 여부를 결정할 수 있다. 송전선의 비용이 과다할 수 있지만, 고용량 장거리 슈퍼 그리드 송전 네트워크 비용은 적당한 사용료로 회수할 수 있다.

5. 1. 가공 송전 (영어: Overhead)

5. 2. 지중 송전 (영어: Underground)

6. 송전의 역사 (영어: History)

7. 대량 송전 (영어: Bulk transmission)

대량 송전은 많은 양의 전력을 효율적으로 먼 거리까지 보내는 것을 말한다. 송전 효율은 전압을 높이고 전류를 낮출 때 좋아지는데, 이는 줄의 제1 법칙에 따라 열로 인한 에너지 손실을 줄일 수 있기 때문이다.^[22] 켈빈의 도체 크기 법칙은 주어진 전압과 전류에서 도체의 최적 크기를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 법칙은 저항에서 손실되는 에너지의 연간 비용과 도체를 설치하고 유지하는 데 드는 연간 비용이 같을 때 도체 크기가 최적이라고 말한다.^[22]

교류 회로에서 전압을 높이는 것은 '승압 변압기'를 사용하여 가능하다. 고압 직류 송전(HVDC) 시스템은 변환 장비가 비싸지만, 해저 케이블이나 장거리 대용량 송전과 같은 특수한 경우에는 경제적으로 이득이 될 수 있다. HVDC는 동기화되지 않은 그리드 간에 에너지를 전송하는 데에도 필요하다.^[22]

송전 그리드는 발전소, 송전선, 변전소로 구성된 네트워크이다. 에너지는 일반적으로 3상 전력 교류로 전송되는데, 단상 교류는 대형 다상 유도 전동기에 사용할 수 없기 때문에 최종 사용자에게 배전하는 데만 사용된다.^[22]

발전 용량은 비싸지만 에너지 수요는 변동하기 때문에, 필요한 전력을 현지에서 생산하는 것보다 수입하는 것이 더 저렴할 수 있다. 또한 부하가 넓은 지역에서 함께 오르내리는 경우가 많기 때문에 전력은 먼 곳에서 오는 경우가 많다. 이러한 부하 공유의 경제적 이점 때문에 광역 송전 그리드는 국가와 대륙을 넘나들 수 있다.^[22]

수요의 느리게 변하는 부분은 ''기저 부하''라고 하며, 일반적으로 일정한 운영 비용을 가진 대규모 시설인 확정 전력으로 제공된다. 이러한 시설에는 원자력, 석탄, 수력 발전소가 있으며, 집광형 태양열 및 지열 발전도 확정 전력을 제공할 수 있다. 태양광, 풍력, 파력, 조력과 같은 재생 에너지는 간헐성 때문에 확정 전력으로 간주되지 않는다. 나머지 ''피크'' 전력 수요는 일반적으로 더 작고, 더 빠르게 반응하며, 비용이 더 높은 피크 발전소에서 공급되며, 이는 보통 천연 가스를 연료로 하는 복합 사이클 또는 가스터빈 발전소이다.^[22]

장거리 송전(수백 킬로미터)은 kWh당 0.005USD~0.02USD의 비용으로 저렴하고 효율적이다. 이는 연간 평균 대규모 생산자 비용인 kWh당 0.01USD~0.025USD, 소매 요금인 kWh당 0.1달러 이상, 예측할 수 없는 높은 수요 시점의 순간 공급업체의 소매가의 배수와 비교된다.^[29] 지역 전력원은 비용이 더 들고 자주 사용되지 않더라도, 먼 공급업체가 분리될 수 있는 기상 및 기타 재해로부터 전력 공급을 보호할 수 있다.

수력 및 풍력 자원은 대도시에 더 가까이 이동할 수 없으며, 태양열 비용은 지역 전력 수요가 최소인 외딴 지역에서 가장 저렴하다. 연결 비용은 특정 재생 가능한 대안이 경제적으로 현실적인지 여부를 결정할 수 있다. 송전선의 비용이 과다할 수 있지만, 고용량 장거리 슈퍼 그리드 송전 네트워크 비용은 적당한 사용료로 회수할 수 있다.^[22]

7. 1. 그리드 입력 (영어: Grid input)

7. 2. 손실 (영어: Losses)

7. 3. 전치 (영어: Transposition)

7. 4. 송전의 하위 단계 (영어: Subtransmission)

7. 5. 송전망 출구 (영어: Transmission grid exit)

8. 고전압 송전의 이점 (영어: Advantage of high-voltage transmission)

고전압 송전은 장거리 송전 시 저항 손실을 줄여 효율성을 높인다. 이러한 효율성 덕분에 발전된 전력의 더 큰 비율을 부하에 전달할 수 있다.^[71]

송전선이나 배전선에는 전기저항이 있어 전기에너지의 일부는 송전 도중 열(줄열)로 변한다. 전력은 전압과 전류의 곱에 비례하므로 전압을 크게 하고 전류를 작게 하면, 동일 전력의 낭비를 줄이고 보낼 수 있다. 송전 전압을 높이면 같은 전력을 보낼 때 손실이 적어지는 것뿐만 아니라, 송전선의 저항이 같다면 전력은 전압의 제곱에 비례하므로 전압을 2배로 하면 4배의 전력을 보낼 수 있다.^[71]

줄의 제1 법칙에 따르면 에너지 손실은 전류의 제곱에 비례한다. 따라서 전류를 2배 줄이면 도체 크기에 관계없이 도체 저항으로 손실되는 에너지가 4배 줄어든다.^[22]

단순화된 모델에서 전력망을 전압 $V$를 가진 이상적인 전압원에서 전력 $P\_V$를 전달하고, 전선의 저항 $R\_C$가 큰 경우 저항 $R$로 모델링된 단일 소비 지점에 전력을 전달한다고 가정한다.

만약 저항이 직렬로 연결되어 중간에 변압기가 없다면, 회로는 분압기처럼 동작한다. 같은 전류 $I=\backslash frac\{V\}\{R+R\_C\}$가 전선 저항과 전력 소비 장치를 통과하기 때문이다. 결과적으로 유용한 전력(소비 지점에서)은 다음과 같다.

:$P\_R=\; V\_2\backslash times\; I\; =\; V\backslash frac\{R\}\{R+R\_C\}\backslash times\backslash frac\{V\}\{R+R\_C\}\; =\; \backslash frac\{R\}\{R+R\_C\}\backslash times\backslash frac\{V^2\}\{R+R\_C\}\; =\; \backslash frac\{R\}\{R+R\_C\}\; P\_V$

만약 이상적인 변압기가 고전압, 저전류 전기를 저전압, 고전류 전기로 전압 비 $a$로 변환한다면 (1차측에 비해 2차측의 전압은 $a$로 나뉘고 전류는 $a$배가 된다), 회로는 다시 분압기와 같지만, 전선의 저항은 $R\_C/a^2$로 나타난다. 그러면 유용한 전력은 다음과 같다.

:$P\_R=\; V\_2\backslash times\; I\_2\; =\; \backslash frac\{a^2R\backslash times\; V^2\}\{(a^2\; R+R\_C)^2\}\; =\; \backslash frac\{a^2\; R\}\{a^2\; R+R\_C\}\; P\_V\; =\; \backslash frac\{R\}\{R+R\_C/a^2\}\; P\_V$

$a>1$일 때(소비 지점 근처에서 고전압을 저전압으로 변환하는 경우), 발전기 전력의 더 큰 부분이 소비 지점으로 전송되고 줄 열로 손실되는 부분은 줄어든다.

9. 모델링 (영어: Modeling)

• $\backslash det(T)\; =\; AD\; -\; BC\; =\; 1$
• $A\; =\; D$

9. 1. 무손실 선로 (영어: Lossless line)

9. 2. 단락 선로 (영어: Short line)

• A = D = 1
• B = Z Ω
• C = 0

9. 3. 중간 선로 (영어: Medium line)

• 무부하 또는 소전류에서의 전압 상승(페란티 효과)
• 수전단 전류가 송전단 전류를 초과할 수 있음

9. 4. 장거리 선로 (영어: Long line)

10. 고전압 직류 송전 (영어: High-voltage direct current)

고전압 직류 송전(HVDC)은 대량의 전력을 장거리에 걸쳐 송전하거나 비동기식 전력망 간의 상호 연결에 사용된다. 전기에너지를 매우 장거리에 걸쳐 송전할 경우, 교류 송전에서 손실되는 전력이 상당해지므로 직류를 사용하는 것이 더 경제적이다. 장거리 송전선의 경우, 이러한 손실 감소(및 직류 송전선의 건설 비용 절감)가 양단에 필요한 변환소의 비용을 상쇄할 수 있다.

HVDC는 케이블 정전 용량 때문에 교류를 사용할 수 없는 장거리 해저 케이블에 사용된다.^[31] 이러한 경우 특수 고압 케이블이 사용된다. 해저 HVDC 시스템은 종종 섬의 전력망을 상호 연결하는 데 사용된다. 예를 들어, 영국과 유럽 대륙 사이, 영국과 아일랜드 사이, 타즈메이니아와 호주 본토 사이, 뉴질랜드의 북섬과 남섬 사이, 뉴저지주와 뉴욕시 사이, 그리고 뉴저지주와 롱아일랜드 사이 등이다. 최대 길이의 해저 연결이 배치되었다.^[32]

HVDC 연결은 전력망 문제를 제어하는 데 사용할 수 있다. 교류 송전선에 의해 송전되는 전력은 위상각이 증가함에 따라 증가하지만, 위상각이 너무 커지면 양단의 시스템이 동기가 벗어날 수 있다. 직류 연결에서 전력 흐름은 연결하는 교류 네트워크의 위상과 독립적으로 제어되기 때문에 이러한 위상각 제한이 없으며, 직류 연결은 항상 정격 전력을 완전히 전송할 수 있다. 따라서 직류 연결은 전력 흐름과 위상각을 독립적으로 제어할 수 있으므로 양단의 교류 전력망을 안정화시킨다.

예를 들어, 가상의 시애틀과 보스턴 사이의 교류 전력 흐름을 조정하려면 두 지역 전력망의 상대 위상을 조정해야 한다. 이것은 교류 시스템에서 매일 발생하는 일이지만, 교류 시스템 구성 요소가 고장나고 전력망에 예상치 못한 부하가 걸리는 경우 방해받을 수 있다. 대신 HVDC 송전선을 사용하면 이러한 상호 연결은 다음과 같다.

• 시애틀에서 교류를 HVDC로 변환한다.
• 의 장거리 송전에 HVDC를 사용한다.
• 보스턴(그리고 송전 경로를 따라 협력하는 다른 도시들)에서 HVDC를 지역적으로 동기화된 교류로 변환한다.

11. 용량 (영어: Capacity)

송전선로를 통해 전송할 수 있는 전력량은 선로의 길이에 따라 달라진다. 짧은 선로(약 100km 미만)의 경우, 도체의 열적 한계가 송전 용량을 결정한다. 과도한 전류가 흐르면 도체가 지면에 너무 가까이 처지거나 과열되어 손상될 수 있다. 중간 길이(약 100km)의 선로에서는 전압 강하가, 더 긴 교류 선로에서는 계통 안정도가 송전 용량을 제한한다. 고압 직류 송전(HVDC) 선로는 위상각 문제가 없어 열적 한계와 전압 강하에 의해서만 제한된다.

과거에는 케이블 경로를 따라 온도 분포를 파악하기 어려워 최대 전류를 설정하는 데 어려움이 있었다. 그러나 최근 분산 온도 감지(DTS) 시스템을 통해 케이블 전체의 온도를 측정할 수 있게 되었다. 이 시스템은 광섬유를 온도 센서로 사용하여 고전압 케이블 내부 또는 외부에 설치된다. 가공 케이블의 경우, 광섬유를 상전선의 코어에 통합할 수 있다. 이를 통해 통합된 동적 케이블 정격(DCR)/실시간 열 정격(RTTR) 솔루션을 활용하여 송전 시스템의 동작을 예측하고 네트워크를 최대한 운영할 수 있다.

11. 1. 재도체 (영어: Reconductoring)

12. 제어 (영어: Control)

송전 시스템은 발전기, 스위치, 차단기 및 부하를 사용하여 안전하고 예측 가능한 운영을 보장하기 위해 제어된다. 송전 시스템의 전압, 전력, 주파수, 부하율 및 신뢰성 기능은 비용 효율적인 성능을 제공하도록 설계되었다.

송전은 일정 길이의 전선 양단에 전압 차를 발생시켜 전류를 흘려 전력을 공급하는 것이다. 장거리 송전에서는 전선의 저항 때문에 송전 손실이 발생하므로, 고전압으로 변환하여 송전 손실을 줄인다. 발전소 변전소에서 27.5만~50만 볼트의 초고전압으로 변전(승압)되어 송전되지만, 최종 소비자까지의 송전망 중간에 여러 변전소가 있으며, 그곳에서 단계적으로 전압이 낮춰진다.^[71]

송전 계통의 과부하, 지락, 단락, 낙뢰 등은 다수의 수요가에 공급 장애 사고로 이어진다.^[71]

12. 1. 부하 균형 (영어: Load balancing)

12. 2. 고장 보호 (영어: Failure protection)

13. 통신 (영어: Communications)

송전망 운영자는 송전망과 관련된 발전 및 배전 시설을 관리하기 위해 안정적인 통신을 필요로 한다.^[71] 각 회선의 양 끝에 있는 고장 감지 보호 계전기는 전력 흐름을 모니터링하여 고장이 난 도체나 장비를 신속하게 전력 차단하고 시스템의 균형을 복구해야 하기 때문에 통신이 필수적이다.^[71] 송전선로의 단락 회로 및 기타 고장으로부터의 보호는 매우 중요하여 일반 통신 사업자의 통신망은 신뢰성이 부족하며, 일부 외딴 지역에서는 일반 통신 사업자가 제공하는 서비스를 이용할 수 없는 경우도 있다.^[71] 송전 프로젝트와 관련된 통신 시스템은 다음을 사용할 수 있다.

• 마이크로웨이브
• 전력선 통신
• 광섬유

14. 시장 구조 (영어: Market structure)

송전은 일반적으로 자연 독점으로 간주되지만, 발전과 본질적으로 연결되어 있지는 않다.^[37][38][39] 많은 국가에서는 발전과는 별도로 송전을 규제한다.

스페인은 지역 송전 기관을 설립한 최초의 국가였다. 스페인에서는 송전 운영과 전력 시장이 분리되어 있다. 송전 시스템 운영자는 레드 일렉트리카 데 에스파냐(Red Eléctrica de España) (REE)이고, 도매 전력 시장 운영자는 Operador del Mercado Ibérico de Energía – Polo Español, S.A. (OMEL)이다. 스페인의 송전 시스템은 프랑스, 포르투갈 및 모로코의 시스템과 상호 연결되어 있다.

미국의 RTO 설립은 1996년에 발표된 FERC(미 연방에너지규제위원회)의 Order 888에 의해 촉진되었다.^[40] 미국과 캐나다 일부 지역에서는 송전 회사가 발전 회사와 독립적으로 운영되지만, 미국 남부에서는 수직적 통합이 유지되고 있다. 분리된 지역에서는 송전 소유주와 발전 소유주는 RTO 내에서 투표권을 가진 시장 참여자로서 서로 상호 작용을 계속한다. 미국의 RTO는 미 연방에너지규제위원회(Federal Energy Regulatory Commission)에 의해 규제된다.

미국의 상업용 송전 프로젝트에는 뉴욕주 쇼어햄에서 코네티컷주 뉴헤이븐까지의 크로스 사운드 케이블(Cross Sound Cable), 뉴저지주 세이어빌에서 뉴욕주 뉴브리지까지의 넵튠 RTS 송전선, 캘리포니아의 Path 15가 포함된다. ITC 홀딩스 코퍼레이션이 제안한 온타리오를 PJM 상호연결 지역의 부하 공급 기관에 연결하는 수중 송전선인 이리호 커넥터(Lake Erie Connector)를 포함하여 미 전역에서 추가 프로젝트가 개발 중이거나 제안되었다.^[41]

호주에는 태즈메이니아와 빅토리아 사이에 규제되지 않은 시장 상호 연결선인 Basslink이 하나 있다. 원래 시장 상호 연결선으로 구현된 두 개의 DC 링크인 Directlink과 Murraylink는 규제된 상호 연결선으로 전환되었다.^[42]

상업용 송전의 광범위한 채택에 대한 주요 장벽은 수혜자가 통행료를 지불하도록 시설로부터 누가 이익을 얻는지 식별하는 데 어려움이 있다는 것이다. 또한, 대안적인 송전선이 독점적이고 규제된 요금 기반을 가진 유틸리티에 의해 보조금을 받는 경우 상업용 송전선이 경쟁하기 어렵다.^[43] 미국에서는 2010년에 발표된 FERC의 Order 1000이 공공 정책상의 필요성이 있는 경우 제3자 투자 및 상업용 송전선 생성에 대한 장벽을 줄이려고 시도했다.^[44]

15. 송전 비용 (영어: Transmission costs)

고압 송전 비용은 소비자의 전기 요금을 구성하는 다른 모든 비용과 비교하여 상대적으로 낮은 편이다.^[45] 영국의 경우 송전 비용은 kWh당 약 0.2펜스 수준이지만, 가정에 공급되는 전력 가격은 kWh당 약 10펜스 정도이다.^[45]

16. 건강 문제 (영어: Health concerns)

주류 과학적 증거에 따르면 가정용 전류 및 고전압 송전선과 관련된 저전력, 저주파 전자기파는 단기 또는 장기 건강 위험을 초래하지 않는다고 제시한다.

일부 연구에서는 송전선 근처에 거주하는 것과 질병 또는 암과 같은 질병 발생 사이의 어떠한 연관성도 발견하지 못했다. 1997년 연구에서는 송전선 근처에 거주하는 것과 암이나 질병의 위험 증가가 없다고 보고했다.^[47] 그러나 다른 연구에서는 다양한 질병과 송전선 근처에 거주하거나 근무하는 것 사이의 상관관계를 보고했다. 송전선 근처에 살지 않는 사람들에게는 건강에 해로운 영향이 입증되지 않았다.^[48]

뉴욕주 공공사업위원회는 전기장의 잠재적인 건강 영향을 평가하기 위한 연구를 수행했다.^[49] 이 연구에서는 765kV 송전선의 기존 통행권 가장자리에서 전기장 강도를 측정했다. 전기장 강도는 1.6kV/m였으며, 뉴욕주의 새로운 송전선에 대한 임시 최대 강도 표준이 되었다. 이 의견은 또한 뉴욕에 건설되는 새로운 송전선의 전압을 345kV로 제한했다. 1990년 9월 11일, 자기장 강도에 대한 유사한 연구를 거친 후 NYSPSC는 ''자기장에 대한 임시 정책 성명''을 발표했다. 이 정책은 겨울철 정상 도체 정격을 사용하여 통행권 가장자리에서 200mG의 자기장 표준을 설정했다. 일상 용품과 비교하면 헤어드라이어나 전기담요는 100mG – 500mG의 자기장을 생성한다.^[50][51]

새로운 송전선 신청에는 일반적으로 통행권 가장자리에서의 전기장 및 자기장 수준 분석이 포함된다. 공익사업위원회는 일반적으로 건강 영향에 대해 언급하지 않는다.

100μT (1G) (1000mG) 이상의 자기장에 대한 급성 고농도 노출의 경우 생물학적 영향이 입증되었다. 주거 환경에서 한 연구는 특히 소아 백혈병과 관련하여 0.3μT (3mG)에서 0.4μT (4mG) 이상의 주거용 전력 주파수 자기장에 대한 평균 노출과 관련하여 "인간에게는 발암성의 제한적인 증거가 있고, 실험 동물에게는 발암성에 대한 증거가 불충분하다"고 보고했다. 이러한 수준은 유럽의 경우 약 0.07μT (0.7mG), 북미의 경우 약 0.11μT (1.1mG)인 가정의 평균 주거용 전력 주파수 자기장을 초과한다.^[52][53]

지구의 자연 지자기장 강도는 지구 표면에서 0.035mT와 0.07mT (35μT – 70μT 또는 350mG – 700mG) 사이에서 변화하는 반면, 일반 대중에 대한 지속적인 노출에 대한 국제 표준은 40mT (400000mG 또는 400G)로 설정되어 있다.^[52]

송전선 통행권에는 나무 성장 조절제와 제초제가 사용될 수 있으며,^[54] 이는 건강 영향을 미칠 수 있다.

17. 특수 송전 (영어: Specialized transmission)

일부 국가에서는 전기 기관차나 전동차에 저주파 교류 전력을 사용하기 위해 별도의 단상 궤도 전력 공급망을 운영한다. 오스트리아, 독일, 스위스 등은 16 ²⁄₃ Hz 기반의 교류 기술을 사용한다.^[10] 노르웨이와 스웨덴도 이 주파수를 사용하지만, 50 Hz 공공 전력 공급에서 변환하여 사용한다. 스웨덴은 일부 시스템에만 16 ²⁄₃ Hz 궤도 전력망을 사용한다.

고온 초전도체(HTS)는 손실 없는 송전을 가능하게 하여 전력 분배 시스템에 혁명을 가져올 것으로 기대된다. 액체 질소의 비점보다 높은 전이 온도를 가진 초전도체 개발로, 고부하 응용 분야에서 초전도 전력선이 상업적으로 실현 가능해졌다.^[55] 저항 손실 제거로 절감되는 전력의 약 절반을 냉각 장비가 소비하여 낭비가 절반으로 줄어들 것으로 추산된다. 컨솔리데이티드 에디슨(Consolidated Edison)과 아메리칸 슈퍼컨덕터(American Superconductor)와 같은 회사는 2007년에 이러한 시스템의 상업 생산을 시작했다.^[56] 초전도 케이블은 대도시 업무 지구와 같이 지상권 확보 비용이 높은 고부하 밀도 지역에 적합하다.^[57]

단선 지구 귀선(SWER, Single-wire earth return)은 저렴한 비용으로 원거리 지역에 단상 전력을 공급하는 단선 전송선이다. 주로 농촌 전력화에 사용되지만, 수중 펌프와 같은 대규모 독립 부하에도 사용된다. 해저 전력 케이블을 통한 고전압 직류 송전에도 사용된다.

니콜라 테슬라와 야기 히데츠구는 1800년대 후반과 1900년대 초에 대규모 무선 전력 전송 시스템을 고안하려 했으나 상업적 성공을 거두지 못했다.^[73] 2009년 11월, LaserMotive는 지상 기반 레이저 송신기를 사용하여 케이블 등반기를 수직으로 1km까지 작동시켜 NASA 2009 전력 빔 전송 대회에서 우승했다. 이 시스템은 수신기 끝에서 최대 1kW의 전력을 생산했다. 2010년 8월, NASA는 민간 기업과 계약을 맺고 저궤도 위성에 전력을 공급하고 레이저 전력 빔을 사용하여 로켓을 발사하기 위한 레이저 전력 빔 시스템 설계를 추진했다.

태양광 발전 위성에서 지구로 전력을 전송하기 위해 무선 전력 전송이 연구되어 왔다. 고출력 마이크로파 또는 레이저 송신기 어레이는 렉테나로 전력을 빔으로 전송한다. 어떤 태양광 발전 위성 프로젝트에도 주요한 공학적 및 경제적 과제가 있다. 초기 무선 송전 시도로는 니콜라 테슬라의 "세계 무선 시스템(World Wireless System)"이 알려져 있다. 현재는 마이크로파나 레이저 광을 이용하여 발전 위성에서 송전하는 계획이 진행 중이다. 기초적인 실험이 여러 국가에서 진행되고 있다( "우주 태양광 발전" 항목 참조). 전자기장의 강도는 거리의 제곱에 반비례하므로, 지향성이 높은 렉테나를 사용하여 수전 회로는 송신 주파수와 동조하는 상수로 설정된다. Wi-Fi의 전파를 이용하여 TV용 리모컨을 충전하는 기술이 확립되어 있다.

17. 1. 철도용 그리드 (영어: Grids for railways)

17. 2. 초전도 케이블 (영어: Superconducting cables)

17. 3. 단선 지구 귀선 (영어: Single-wire earth return)

17. 4. 무선 전력 전송 (영어: Wireless power transmission)

18. 보안 (영어: Security)

미국 연방 정부는 미국의 전력망이 사이버전에 취약하다고 밝혔다.^[63][64] 미국 국토안보부는 산업계와 협력하여 취약점을 파악하고 제어 시스템 네트워크의 보안을 강화하는 데 도움을 주고 있다.^[65]

2019년 6월, 러시아는 자국의 전력망이 미국의 사이버 공격을 받을 가능성이 있다고 시인했다.^[66] 뉴욕 타임스는 미국 사이버사령부의 해커들이 러시아 전력망을 교란할 수 있는 악성코드를 심었다고 보도했다.^[67]

19. 기록 (영어: Records)

참조

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