배전계통전압 단일화 작업을 시작한 이래 44년만인 지난 2008년 6월에 22.9kV로 단일화 됐다.

우리나라는 지난 1964년 당시 미국 국제개발처(AID) 차관사업을 위한 EBASCO사(GE의 전기채권주식회사)의 기술용역 결과 22.9kV 배전계통전압 도입을 권고받아 지난 1965년 대구지역을 대상으로 이를 시범적용하면서 배전계통전압 22.9kV 단일화사업이 착수됐다.

세계 어느 나라에서도 배전계통전압 단일화사업은 성공하기 힘든 사업으로 전해지고 있는 가운데 이번 배전계통전압 단일화는 전력사에 또 다른 이정표가 될 것으로 기대된다.
이에 따라 우리나라 배전계통전압 변천과정, 22.9kV 단일화사업 추진경위, 의미 향후계획 등에 대해 알아본다.  / 편집자주


배전계통이란 발전소에서 생산되어 송전계통을 통해 온 높은 전압의 전기를 수요지 부근의 변전소에서 적정 수준의 전압(이를 ‘배전계통전압’이라 한다)으로 낮춰 수요자에게 분배하는 계통을 말한다. 

우리나라의 경우 배전계통 전선의 총 길이는 자그마치 66만km로 이는 지구둘레를 16바퀴 반이나 회전할 수 있는 어마어마한 양에 해당된다.

한국전력공사 배전계획처에 따르면 지난 1960년대만 하더라도 우리나라의 배전계통전압은 3.3kV, 5.7kV, 6.6kV, 11.4kV, 22kV 등으로 다양했다. 이는 지역별 전력사용량에 따라 전력회사들이 각기 그에 맞는 배전계통전압을 채택해 운영해 왔기 때문이다. 

이에 반해 1961년 기존의 조선전업, 경성전기, 남선전기 등 3개 전력회사가 한국전력주식회사로 통합, 발족한 이후 1960년대 중반부터 급속한 경제발전에 따른 전력수요 급성장으로 인해 전력 공급능력 부족문제가 대두되고 1965년 제정된 농어촌 전화사업(현 전기공급사업) 촉진법 시행을 위한 공급여력 확보의 필요성이 제기됨에 따라 상위 배전계통전압으로의 단일화가 주요 국책사업으로 추진되기에 이르렀다.

배전계통전압을 상위전압으로 높여 단일화하면 배전계통전압 체계 단순화로 자재, 공법, 계통 운영기술 등의 표준화를 통해 소비자에게 값 싸고 질 좋은 전기를 공급할 수 있을 뿐 아니라 높은 배전계통전압으로 전력손실을 감소시키고 효율이 좋은 전력을 수송할 수 있어 동일한 전선으로 더 큰 용량의 전력 공급이 가능할 수 있기 때문이다.

지난 1965년 대구지역을 대상으로 배전계통전압 22.9kV 단일화사업이 착수되고 이후 1974년에는 이전까지 관련 자재를 외국산에 의존해 왔던 것에서 완전히 벗어나 국산자재를 개발, 활용할 수 있게 됨으로써 22.9kV 배전계통전압은 더욱 확대되기에 이르렀다. 

그 결과 지난 1989년 기술적으로 사업추진이 어려웠던 서울 일부 도심지역 및 제주지역을 제외한 전국의 배전계통전압이 모두 22.9kV로 전환됐다.

이후 여러 가지 기술적인 난관을 극복하기 위한 꾸준한 연구개발을 통해 제주지역을 2003년에 먼저 22.9kV로 전환시키고 드디어 지난해 6월 서울 중심부 지역의 배전계통 정비를 끝으로 40여 년에 걸친 전국의 배전계통전압 22.9kV 단일화사업을 모두 완료하게 됐다. 

● 우리나라 배전계통전압 변천과정
김병숙 한국전력공사 배전계획처 배전전략팀장에 따르면 우리나라 배전계통전압은 1917년 당시 경성전기주식회사가 3.5kV를 채택한 이래 3.3kV를 표준으로 적용해 6.25전쟁 후까지 이어져 왔다. 그 후 전란복구로 전력수요가 급증함에 따라 전력설비의 용량부족으로 과다한 전압강하와 전력손실이 발생해 설비보강이 시급하게 됐다. 

이를 해결하고자 경제적인 설비보강 방안을 검토한 결과 당시 미국 등 선진국에서 사용하던 3상 4선식 중성선 다중접지 5.7kV 배전방식으로 승압하면 3.3kV와 비교했을 때 기존 전선을 그대로 이용하면서도 설비용량을 증가시킬 수 있는 이점이 있어 이 방식을 채택하기로 결정하고 1957년 11월 20일에 준공된 오니산리 변전소의 강화 배전선로를 시초로 5.7kV 배전계통전압을 확대 적용하게 됐다.

이후 3상 4선식 5.7kV 다중접지 방식에 대해 통신선의 전력유도 영향과 선로 보호상의 문제점이 지적돼 지난 1960년 1월 남부산 변전소 관내에서는 3상 5선식 5.7kV 저압측 다중접지 방식을 채택하기도했다. 하지만 이 방식 역시 중성선의 2중 가선에 따른 문제점 및 전력유도 영향의 폐단이 사라지지 않아 배전계통전압은 6.6kV 비접지 방식으로 승압방침이 변경됐다. 

3.3kV, 5.7kV 배전방식은 그 뒤 잇따른 6.6kV, 11.4kV, 22.9kV 배전계통전압 승압 검토과정에서 기존 기자재 활용방침 등에 따라 일부 선로가 남아있다가 3.3kV는 1986년, 5.7kV는 1988년에 각각 승압이 완료됐다.

특히 1962년 제1차 전원개발 5개년 계획을 수립하면서 모든 배전용 기자재를 6.9kV급으로 사용키로결정함에 따라 이때부터 배전계통전압의 승압은 6.6kV 비접지 방식을 적용하게 됐다.

제1차 5개년 계획 기간 중에 11.4kV 또는 22.9kV 승압이 거론되면서 6.6kV로의 승압은 재승압의 우려가 있다고 해 활발히 추진되지 못했다. 1970년을 전후해 전력수요가 급증하고 농어촌 전기공급사업이 확대되는 반면 22.9kV 승압을 위한 송배전공사의 외자재 확보계획이 뒤따르지 못하자 6.6kV 승압은 전국적인 규모로 추진되기에 이르렀다.

6.6kV배전선로는 1978년 500회선을 최고점으로 1981년에는 349회선으로 축소됐으며 지난 2006년 12월 서울지역 6.6kV 배전선로가 최종 22.9kV-y로 승압되면서 40여년간 6.6kV 배전계통전압은 대단원의 막을 내리게 됐다.

3사 통합 후 추진된 배전계통전압의 5.7kV 또는 6.6kV 승압만으로는 급증하는 전력수요성장을 뒷받침하기에 어려움이 있었다. 공급능력 부족과 전압강하 문제를 해결을 위해 1963년부터 대책 마련을 위한 논의가 있었다. 

국제기구나 미국의 기술용역단으로부터 여러 제의가 있었으며 그중 EBASCO의 제시안이 향후 배전계통전압 승압에 있어 주요한 골격을 이루게 됐다. 이는 3.3kV, 6.6kV 보다 경제적인 11.4kV 또는 22.9kV 다중접지방식으로 승압하자는 것이 골자였으며 1차 AID송배전 차관사업에 반영됐다.

1차 AID차관사업의 자재사양 작성 및 공사의 종합감리를 위한 기술용역계약이 1965년 3월14일 한전과 미국의 Burns & Roe사간에 이뤄져 구체적으로 승압지역 및 전압을 검토했다. AID 사업시행에 앞서 시범적으로 대구 약목 변전소의 22kV-△계통에 접지용 변압기를 설치하고 기존 22kV 송전선 일부구간을 배전선화해 1965년 10월 인근 4개 부락을 22.9kV-y 배전방식으로 공급하는데 성공했는데 이것을 최초의 22.9kV 배전선로로 볼 수 있다. 

● 22.9kV 다중접지 배전계통의 본격도입
이중호 한국전력공사 배전계획처 배전전략팀 과장에 따르면 3상 4선식 배전방식은 접지방식에 따라 비접지 방식, 단일 직접접지방식, 저항접지방식, 다중접지방식으로 분류된다. 비접지방식은 1선 지락고장시 건전상의 선간전압이 상승하고 이를 대비하기 위한 기기절연비용이 비싼 단점이 있고, 단일 접지방식은 1선 지락 고장시 단락 고장만큼 큰 고장전류가 흐르며 고·저압 혼촉시 저압선의 전위상승이 커지는 문제점이 있다. 

이에 비해 다중접지방식은 1선 지락시 건전상의 전위상승이 극히 작아(상전압에 대한 상승률 10% 이하) 기기의 대지 절연을 저감시킬 수 있어 단절연이 가능하고 절연협조가 용이하다. 또한 고·저압 혼촉시 저압측 전위상승이 다른 방식에 비해 비교적 작으며 선로에 Recloser 등 보호기기를 설치해 고장 구간을 분리·제한하는 방법을 사용할 수 있기 때문에 공급신뢰도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

1963년 당시 주된 배전계통전압은 3.3kV였으며 승압목표 전압으로는 5.7kV(×3.3kV), 6.6kV(3.3kV×2), 11.4kV(×6.6kV), 22.9kV(11.4kV×2)가 있었다. 이 중에서 5.7kV 및 6.6kV로의 승압은 장기적인 안목에서 볼 때 부적합했다. 

6.6kV를 11.4kV로 승압하는 것은 기자재의 유용 면에서 유리한 점이 있으나 당시 배전계통전압이 대부분 3.3kV이고 6.6kV 선로는 소수에 불과하였으므로 실제 이득을 얻을 수 없다는 경제적 단점이 있었다. 1선 지락 고장시의 고장검출이 곤란하다는 기술적 문제 등으로 인해 장기적 관점에서 6.6kV-△는 22.9kV-y와의 경제성 비교 결과 비경제적이라는 결론을 얻었다.

22.9kV-y는 11.4kV-y에 비해 경제적으로 유리하고 급증하는 전력수요에 대응하기 적합한 방식이었다. 또한 우리나라 실정으로 보아 농어촌 전기공급사업의 촉진을 위해 기존의 22kV-△ 송전선로를 농어촌 공급용 배전선로로 전용하는 것이 가능하며 당시 송배전 계통전압인 154/66/22/3.3kV를 장차 154/22.9kV로 개선함으로써 송전계통의 간소화를 기할 수 있다는 이점이 있었다. 다만 22.9kV-y 다중접지방식은 전위상승을 가급적 억제하기 위하여 낮은 접지저항치를 얻기가 쉽지 않고 또한 상시나 고장시 전력유도 영향이 크다는 점과 차단기의 차단용량이 커야 한다는 단점이 있었다.

이와 같은 배경 하에서 배전계통전압 22.9kV 단일화사업은 1차 AID차관을 시작으로 하여 수차례의 차관도입과 송배전부문의 외자도입을 통해 시행의 동력을 확보할 수 있었다. 특히 1974년에 이르러 23kV급 국산애자를 개발·활용하게 됨으로써 22.9kV 배전계통전압은 더욱 확대되기에 이르렀다. 공업단지와 농어촌 전기공급사업 지역 등 신설지구에 22.9kV 배전방식을 적용해 나감으로써 그 비중이 확대됐다. 

3.3kV와 5.7kV는 무시될 정도로 축소됐다. 또한 당초 6.6kV는 11.4kV-y 배전방식으로 승압한다는 것이 Burns & Roe사의 용역결과였으나 부산지역에 시범설치한 11.4kV 배전방식이 부하급증에 따라 현실에 부합되지 않는다는 것이 판명돼 이후 배전계통전압 승압 추진방향은 22.9kV로 단일화됐다. 11.4kV의 22.9kV 승압은 1985년에 시작돼 1989년에 완료됐다.

전력수요 증가에 따른 설비의 공급능력 부족과 인접 계통간 부하절체 불가로 인한 공급신뢰도 저하가 명백해지면서 더 이상 6.6kV로 공급하기에는 곤란하다고 판단돼 22.9kV 승압과 관련된 문제점을 해결하기 위한 연구를 시행하게 됐다. 먼저 서울 중심부지역의 22.9kV 승압을 효율적으로 추진하기 위해 한국전력기술(주)에서 1986년 8월부터 1년간 ‘서울중심부 지역의 6.6kV 선로에 대한 22.9kV-y 승압 필요성 및 가능성 기술용역’을 수행해 그동안 우려됐던 문제점에 대해 심도 있는 검토가 이뤄졌다.

그 결과 서울 중심부 승압에 있어 가장 우려했던 통신선의 전력유도영향에 대하여 지중선로에 차폐효과가 우수한 CNCV 케이블을 사용하고 가공선로와의 병행구간을 축소하는 등 유도대책 공사를 통해 상당부분 해소가 가능하다는 결과를 얻어 사업시행의 기술적 타당성을 확보했다. 

또한 향후 광통신케이블이 확대 사용될 예정임을 감안할 때 전력유도 영향은 더 이상 배전계통전압 단일화사업의 장애요소가 되지 않음을 확인했다. 이로 인해 22.9kV 승압을 시행하는 것이 6.6kV 선로를 유지하는 것보다 훨씬 경제적이라는 결과를 얻었다. 하지만 22kV-△의 경우에는 CV 케이블을 CNCV케이블로 교체해야 한다는 점에서 22.9kV-y로의 전환시 손실비용 절감에 도움을 주지 못하므로 승압시기를 늦추는 것이 유리하다는 결론을 내리게 됐다.

서울 중심부 지역 6.6kV 배전선로의 22.9kV 승압은 1988년 종로구 혜화동과 마포구 냉천동을 시작으로 시행됐다. 2006년 11월 마지막으로 남은 6.6kV 중앙 변전소 명일 회선을 차단함으로써 1965년 22.9kV 승압 시범사업 이래 41년, 서울지역 사업시작 이래 18년간 시행된 대사업의 막을 내리게 됐다.

배전계통전압의 단일화로 설비운영의 효율성을 제고하고 상시 및 고장시 부하전환 능력을 확충하기 위해 서울 중심부 지역 22kV-△선로에 대한 22.9kV-y로의 접지화 사업이 착수됐다. 1996년 8월 22kV 14개 변전소 주변압기, 78개 배전선로에 대한 승압계획을 마련했으며 2000년 3월 서울지역 지중설비 보강계획을 수립하면서 2002년 3월 22kV선로 접지화 사업이 본격적으로 시행됐다.

기존의 22kV-△ 공급방식은 ‘π형 Loop 선로’로서 CV 케이블과 CNCV 케이블로 구성돼 있었다. 이 중 1970, 80년대에 설치된 CV케이블은 불량 및 노후화로 인해 고장발생 요인이 잠재돼 있었고 고장복구시 무리한 강행송전 등으로 케이블의 열화가 촉진될 우려가 있었다. 이와 같은 기존 22kV 시스템의 현상과 문제점 등을 고려해 다음과 같이 22kV-Δ/22.9kV-y 전환시 계통구성 및 공사방법을 규정했다.
 
● 배전계통전압 22.9kV 단일화의 의의
장준수 한국전력공사 배전계획처 배전전략팀 과장에 따르면 22.9kV급의 배전계통전압 단일화는 장기간에 걸쳐 많은 예산을 투입해야 할 뿐만 아니라 기술적으로도 여러 가지 난관을 극복해야 하는 어려움이 있어 일본, 미국, 유럽 등 선진국에서도 성공적으로 완수된 사례를 찾아보기가 어렵다.

실제로 우리나라의 경우에도 배전계통전압 22.9kV 단일화사업은 총 44년의 기간과 현재가치 환산기준 약 2조1,000억원의 막대한 투자비, 그리고 연인원 약 260만명이 투입된 대형 국가주도 정책사업이었기에 가능했던 일이다.

배전계통전압을 22.9kV로 단일화함으로써 배전선로 공급능력 증가로 신규설비 건설투자비가 그만큼 절감돼 6.6kV 대비 약 7조2000억원의 비용절감 효과를 가져왔다. 또한 전력손실 감소에 따라 약 4조4,000억원의 전력원가가 절감되는 등 총 11조6,000억원의 절감효과를 거뒀다.

특히 유형효과 외에도 개발도상국 중 상위 배전계통전압의 과감한 선도적 도입에 따른 전국 농어촌 전기공급사업의 조기달성으로 국민 생활수준의 획기적인 향상을 견인하고 관련 제조업계의 23kV급 자재개발 기술력 제고를 통해 해외진출 활성화 기반을 마련했다. 배전선로 공급능력 확충에 따른 설비건설 최소화로 전선 등 관련 기자재 수입대체 효과를 달성하는 한편 배전손실률, 정전시간 등 전기품질 주요지표에서 세계적인 전력 선진국으로서의 도약발판을 구축하는 등 국가 경제발전에 기여했다.

이와함께 장기적인 정책사업의 성공적인 완료로 정부의 정책수행 신뢰도를 제고하는 등 여러 가지 눈에 보이지 않는 무형효과를 거둔 것으로 보고 있다.

한전은 관련 전문가들의 유·무형 효과 세부분석을 통해 사업성과를 좀 더 객관적으로 평가하고, 전국에 산재되어 있는 사업추진 관련 자료를 수집해 오는 4월경에 ‘배전계통전압 22.9kV 단일화 백서’를 발간함으로써 국내외에 우리나라의 우수한 전력기술을 널리 홍보하고 향후 관련 중요정책 결정시 참고가 될 수 있도록 할 계획이다.

오는 5월에는 정부, 협력회사 등 유관기관 귀빈을 초청해 사업의 성공적 완료를 대외적으로 공식 선언하고 유공자에 대한 훈·포장 등 정부 포상을 수여하기 위한 기념식도 개최할 계획이다.

● 상위 배전계통전압 도입 추진
김숙철 한국전력공사 배전계획처 신배전계통팀장에 따르면 한전도 1961년 창립 이후 45년이 조금 넘는 기간동안 매출이 무려 1만4,500배(29조원/20억원)나 증가하는 등 실로 눈부신 성장을 이뤄왔다.

그동안 1차 배전계통전압(22.9kV) 및 2차 배전전압(220/380V) 승압의 성공적인 완료에 따른 세계 최저수준의 배전손실률 달성, 배전자동화시스템 개발 및 무정전 배전공법 도입을 통한 정전시간의 획기적 감소를 이뤄냈다.

또한 신배전정보시스템(NDIS) 구축에 의한 배전분야 전반에 걸친 업무 프로세스 혁신 등 전 세계적으로도 유례가 없는 단기간의 괄목할 만한 성과를 달성하며 전력사업 성장동력의 한 축을 담당했던 배전분야에 있어서도 이제는 차세대 먹거리 확보와 지속적인 번영을 이루기 위한 신성장동력의 창출이 절실히 필요한 때이다.

한전에서는 지난 2008년 2월 본사 배전계획처에 선진형 신배전계통 구성 마스터플랜 수립을 위한 전담조직으로 ‘신배전계통팀’을 출범시키고 배전분야 미래 핵심기술역량 개발에 박차를 가하고 있다.

그 가운데 하나가 배전선로의 공급능력을 더욱 획기적으로 확충하기 위한 상위 배전계통전압의 도입이다. 한전은 대용량 고객, 신재생에너지원 등 미래에 그 의미가 점차 확대될 것으로 예상되는 특수고객의 차세대 고품질 전력수요를 만족시켜 고객 중심의 차별화된 가치 창출을 통한 Great Company 달성이라는 경영모토에 부응하기 위해 배전선로의 공급능력을 더욱 획기적으로 확충하기 위한 상위 배전계통전압의 도입을 추진하고 있다. 

현재 IEC(국제전기표준회의) 규격상 배전급 표준전압 중 최상위 전압인 35kV를 채택·도입할 경우 기존 22.9kV 대비 공급용량은 최대 2.25배, 154kV 수전대비 고객 1호당 부담비용 경감액은 약 22억원, 신재생에너지 연계가능 용량은 최대 3배 이상이 될 것으로 추정하고 있다.

지난 40여 년간 굵직굵직한 대형 프로젝트들을 성공적으로 완수하며 많은 성과를 거둔 배전사업 분야도 이제 다가올 미래에 새로운 먹을거리를 창출하기 위해 다시 머리를 맞대야 할 때이다. 이를 위해서는 한전 뿐 아니라 전력산업 일선에서 각자 맡은 바 임무를 성실히 수행하고 있는 관련 전문가들의 생생한 아이디어가 절실히 필요하다. 

이를 위해 한전에서는 2009년도 배전계획분야 중점과제의 하나로 산·학·연이 공동 참여하는 ‘배전기술발전 위원회(가칭)’ 발족 등 배전기술 향상을 위한 산·학·연 교류 정례화를 적극 추진할 계획이다.

앞으로 차세대 배전사업을 이끌어 갈 핵심역량 확보를 위한 기회가 더 많이 있을 것으로 기대된다.