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정전 (전기)
특정 지역에서 전기 공급이 갑자기 중단되는 현상 위키백과, 무료 백과사전
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정전(停電, Power outage) 또는 블랙아웃(Blackout), 전력 장애,[1]은 최종 사용자에게 전력 공급이 완전히 끊기는 상황을 의미한다.
전력망에서 정전이 발생하는 원인은 다양하다. 이러한 원인에는 발전소의 고장, 송전선, 변전소, 배전 체계의 다른 부분 손상, 합선, 연쇄 고장, 퓨즈 또는 회로 차단기 작동 등이 있다.
정전은 환경 및 공공 안전이 위험한 장소에서 특히 중요하다. 병원, 하수 처리장 및 광산과 같은 기관은 일반적으로 전력 손실 시 자동으로 작동하는 비상 발전기와 같은 백업 전원을 갖추고 있다. 통신과 같은 다른 중요 시스템도 비상 전원을 갖춰야 한다. 전화 교환국의 배터리 실에는 일반적으로 백업용 납 축전지 배열과 장기간 정전 시 발전기를 연결하기 위한 소켓이 있다. 정전이 발생하면 전력 공급이 중단되어 주택, 기업 및 기타 시설에 전력이 끊긴다. 정전은 악천후(예: 폭풍, 허리케인 또는 눈보라), 지진, 장비 고장 또는 그리드 과부하 등 다양한 이유로 발생할 수 있다.
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종류
정전은 지속 시간과 영향에 따라 세 가지 현상으로 분류된다.
- 일시적 고장은 일반적으로 전력선(예: 합선 또는 플래시오버)의 고장으로 인해 발생하는 전력 손실이다. 고장이 해결되면 전력은 자동으로 복원된다.
- 브라운아웃은 전원 공급 장치의 전압 강하 현상이다. 브라운아웃이라는 용어는 전압이 떨어질 때 백열등이 갈색으로 어두워지는 현상에서 유래했다. 브라운아웃은 장비의 성능 저하 또는 심지어 고장을 유발할 수 있다.
- 블랙아웃은 광범위한 지역에 걸쳐 장기간 전력이 완전히 손실되는 현상이다.[2][3] 이는 발생할 수 있는 가장 심각한 형태의 정전이다. 발전소의 트립으로 인해 발생하거나 발생하는 블랙아웃은 신속하게 복구하기 특히 어렵다. 정전은 블랙아웃의 특성과 전력망의 구성에 따라 몇 분에서 몇 주까지 지속될 수 있다.
윤번정전은 전력 수요가 공급을 초과할 때 발생하며, 이 경우 일부 고객은 필요한 전압으로 전력을 공급받지만 다른 고객은 전혀 전력을 공급받지 못하게 된다. 이는 개발도상국에서 흔히 발생하며 미리 계획되거나 예고 없이 발생할 수 있다. 2000년~2001년 캘리포니아주 전력 위기와 같이 정부 규제 완화로 인해 도매 전력 시장이 불안정해졌을 때 선진국에서도 발생했다. 블랙아웃은 가스 누출로 인한 화재를 방지(예: 메리맥 밸리 가스 폭발에 대응하여 여러 마을의 전력이 차단됨)하거나, 제대로 관리되지 않는 송전선 주변의 산불을 방지하는(예: 2019년 캘리포니아 전력 차단) 등 공공 안전 조치로도 사용된다.
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정전으로부터 전력 체계 보호
그리드 균형, 관성 응답 및 가동 가능한 발전 문서를 참고하십시오.전력 공급망에서는 전력망 구성 요소의 과부하를 방지하기 위해 매초 발전과 전력 부하(수요)가 거의 같아야 하며, 이를 만족하지 못하면 심각한 손상을 초래할 수 있다. 보호 계전기와 퓨즈는 과부하를 자동으로 감지하고 손상 위험이 있는 회로를 차단하는 데 사용된다.
특정 조건에서 전력망 구성 요소가 작동을 멈추면 네트워크의 인접 영역에 전류 변동이 발생하여 더 넓은 부분의 전력망에도 정전이 퍼져 연쇄 고장이 발생할 수 있다. 이는 건물에서 블록, 도시 전체, 전체 전력망까지 다양하게 발생할 수 있다.
현대 전력 체계는 다중화로 인해 이러한 종류의 연쇄 고장에 저항하도록 설계되어 있다. 하지만 일부 경우 드문 대규모 고장을 방지하기 위한 투자에서 단기적인 경제적 이점이 없기 때문에 연구자는 시간이 지남에 따라 전력망의 탄력성이 약화되는 경향이 있으며, 이는 주요 고장이 발생한 후에야 수정된다는 우려를 표명했다.[4] 2003년 출판물에서 카레라스와 공저자는 작은 정전의 가능성을 줄이는 것이 더 큰 정전의 가능성을 증가시킬 뿐이라고 주장했다.[5] 이 경우 개별 고객을 만족시키는 단기적인 경제적 이점은 대규모 블랙아웃의 가능성을 증가시킨다.
미국 상원 에너지 및 천연자원 위원회는 2018년 10월에 시스템 전체의 전력 손실 후 전기를 복구하는 과정인 "블랙 스타트"를 조사하기 위한 청문회를 개최했다. 이 청문회의 목적은 의회가 전력망이 손상될 경우 전력 산업의 백업 계획에 대해 배우는 것이었다. 전력망에 대한 위협에는 사이버 공격, 태양풍, 악천후 등이 있다. 예를 들어, "2003년 미국 북동부 대정전"은 과성장한 나무가 고전압 전력선에 닿으면서 발생했다. 미국과 캐나다에서 약 5,500만 명이 전력을 잃었으며, 복구 비용은 약 60억 달러였다.[6]
주요 성능 지표
전력 회사는 세 가지 특정 성능 지표로 측정된다.
- 시스템 평균 정전 시간 지수, 분 단위로 측정
- 고객 평균 정전 시간 지수, 분 단위로 측정
- 고객 평균 정전 빈도 지수
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정전으로부터 컴퓨터 시스템 보호
컴퓨터 시스템 및 논리 회로를 포함하는 기타 전자 장치는 갑작스러운 전력 손실로 인해 발생할 수 있는 데이터 손실 또는 하드웨어 손상에 취약하다. 여기에는 데이터 네트워킹 장비, 비디오 프로젝터, 경보 시스템뿐만 아니라 컴퓨터도 포함될 수 있다. 컴퓨터 시스템을 보호하기 위해 무정전 전원 장치(UPS)를 사용하면 주 전원 공급 장치를 단기간 사용할 수 없을 때 일정한 전력을 제공할 수 있다. 전력이 복원될 때 하드웨어를 손상시킬 수 있는 서지(몇 초 동안 전압이 증가하는 현상)로부터 보호하기 위해 과도한 전압을 흡수하는 서지 보호기라는 특수 장치도 사용할 수 있다.
광역 정전 후 전력 복구
광역 정전 후 전력을 복구하는 것은 어렵다. 발전소를 다시 작동 상태로 만들어야 하기 때문이다. 일반적으로 이는 송전망 나머지 부분에서 전력을 끌어와 공급받아 이루어진다. 송전망 내 전력이 전혀 없는 경우 전력망을 작동시키기 위해 소위 정전 시동(black start)를 수행해야 한다. 이 방법은 현지 상황과 운영 정책에 따라 크게 달라지지만, 일반적으로 송전망은 지역화된 '전력의 섬'을 구축해 조금씩 복구한 다음 점진적으로 이를 연결한다. 이 과정에서 공급 주파수를 허용 가능한 한도 내로 유지하려면 발전이 복원되는 속도와 동일하게 수요를 재연결해야 하므로 발전소, 송전 및 배전 조직 간의 긴밀한 조정이 필요하다.
이론
요약
관점
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자기 조직화 임계성
자기 조직화 임계성 제어 문서에 이 부분의 추가 정보가 있습니다.역사적 데이터[7] 및 컴퓨터 모델링[8][9]을 근거로 전력 계통이 자기 조직화 임계 시스템이라고 주장하는 학자가 있다. 이 시스템은 전체 시스템 크기까지 모든 규모의 피할 수 없는 교란을 나타낸다.[10] 이 현상은 꾸준히 증가하는 수요/부하, 전력 회사 운영의 경제성, 현대 공학의 한계에 기인한다.[11]
정전 빈도가 임계점에서 멀어질수록 감소하는 것으로 나타났지만, 이는 일반적으로 경제적으로 실현 불가능하여 공급업체가 시간이 지남에 따라 평균 부하를 증가시키거나 업그레이드를 덜 자주 수행하여 전력망이 임계점에 더 가까워지게 만든다. 반대로 임계점을 지난 시스템은 너무 많은 정전을 경험하여 망 전체 업그레이드를 통해 임계점 아래로 되돌아간다. 여기서 시스템의 임계점이라는 용어는 통계 물리학 및 비선형 동역학의 의미에서 사용되며, 시스템이 상전이를 겪는 지점을 나타낸다. 이 경우 소수의 연쇄 고장을 가진 안정적이고 신뢰할 수 있는 그리드에서 흔한 연쇄 고장을 가진 매우 산발적이고 신뢰할 수 없는 그리드로의 전환을 의미한다. 임계점 근처에서 정전 빈도와 크기 사이의 관계는 멱법칙 분포를 따른다.[9][11]
연쇄 고장은 이 임계점에 가까워질수록 훨씬 더 흔해진다. 멱법칙 관계는 역사적 데이터와 모델 시스템 모두에서 나타난다.[11] 이러한 시스템을 최대 용량에 훨씬 더 가깝게 작동시키는 관행은 노후화, 날씨, 인간의 상호 작용 등으로 인한 무작위적이고 피할 수 없는 교란의 영향을 증폭시킨다. 임계점 근처에 있을 때, 이러한 고장은 개별 구성 요소가 더 큰 부하를 부담하기 때문에 주변 구성 요소에 더 큰 영향을 미친다. 이는 고장 난 구성 요소의 더 큰 부하가 시스템 전체에 더 많은 양으로 재분배되어 교란에 직접 영향을 받지 않은 추가 구성 요소가 고장 날 가능성이 높아져 비용이 많이 들고 위험한 연쇄 고장을 유발한다.[11] 정전을 유발하는 이러한 초기 교란은 전력 공급업체가 명백한 교란을 방지하기 위한 조치(나무 베기, 바람이 많이 부는 지역의 선 분리, 노후 구성 요소 교체 등)를 취하더라도 더욱 예상치 못하고 피할 수 없는 것이다. 대부분의 전력망의 복잡성은 정전의 초기 원인을 식별하기 매우 어렵게 만든다.
지도자부는 정전이 불가피하다고 결론 내리는 시스템 이론을 일축하지만, 전력망의 기본 작동이 변경되어야 한다는 데 동의한다. 전력 연구소는 스마트 그리드 기능, 즉 망을 조정하기 위해 첨단 센서를 사용하는 전력 제어 장치의 사용을 옹호한다.[12] 다른 사람들은 광역 동기식 전력망에서 AC 선을 가로질러 교란이 연쇄적으로 발생하는 것을 방지하기 위해 전자적으로 제어되는 초고압직류송전(HVDC) 방화벽을 더 많이 사용할 것을 옹호한다.[13]
OPA 모델
2002년에 오크리지 국립연구소(ORNL), 위스콘신 대학교 전력 시스템 공학 연구 센터(PSerc),[14] 알래스카 페어뱅크스 대학교의 연구원들이 전기 배전 시스템의 동작을 위한 수학적 모델을 제안했다.[15][16] 이 모델은 저자 기관의 이름을 따서 OPA 모델로 알려졌다. OPA는 연쇄 고장 모델이다. 다른 연쇄 고장 모델로는 맨체스터, 히든 실패, CASCADE, 브랜칭 등이 있다.[17] OPA 모델은 연쇄 고장의 복잡한 네트워크 모델인 Crucitti–Latora–Marchiori (CLM) 모델과 정량적으로 비교되었으며,[18] 두 모델 모두 송전 용량에 따라 평균 네트워크 손상(OPA에서는 부하 차단/수요, CLM에서는 경로 손상)에서 유사한 상전이를 나타내는 것을 보여주었다.[19]
정전 빈도 완화
경제적으로 실현 가능한 방식으로 임계점 근처에서 연쇄 고장을 완화하려는 노력의 효과는 종종 유익하지 않고 심지어 해로울 수도 있다는 것이 입증되었다. OPA 블랙아웃 모델을 사용하여 네 가지 완화 방법이 테스트되었다.[5]
- 연쇄 블랙아웃을 유발하는 임계 고장 횟수 증가 – 작은 블랙아웃의 빈도는 감소하지만 큰 블랙아웃의 빈도는 증가하는 것으로 나타났다.
- 개별 전력선 최대 부하 증가 – 작은 블랙아웃의 빈도는 증가하지만 큰 블랙아웃의 빈도는 감소하는 것으로 나타났다.
- 임계 횟수 및 선의 최대 부하 증가의 조합 – 두 가지 규모의 블랙아웃 모두에 유의미한 영향이 없는 것으로 나타났다. 결과적으로 블랙아웃 빈도의 미미한 감소는 구현 비용을 정당화할 만큼 가치가 없는 것으로 예상된다.
- 그리드에 사용 가능한 잉여 전력 증가 – 작은 블랙아웃의 빈도는 감소하지만 큰 블랙아웃의 빈도는 증가하는 것으로 나타났다.
각 완화 전략이 작은 블랙아웃과 큰 블랙아웃의 빈도에 대해 비용-편익 관계를 가진다는 발견 외에도, 전체 블랙아웃 이벤트 수는 위의 완화 조치 중 어느 것도 유의미하게 감소시키지 못했다.[5]
A. E. 모터(A. E. Motter)는 지역 정보만을 사용하여 대규모 연쇄 고장(블랙아웃)을 제어하기 위한 복잡한 네트워크 기반 모델을 제안했다.[20]
2015년에는 M. S. 살레(M. S. Saleh)가 정전의 영향을 줄이기 위해 제안된 해결책 중 하나를 소개했다.[12]
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주요 정전
- 주요 정전 목록
- 2025년 이베리아반도 정전
- 2024년~2025년 쿠바 정전
- 2024년 베네수엘라 정전
- 2023년 파키스탄 정전
- 2022년 방글라데시 정전
- 2021년 2월 13일~17일 북아메리카 겨울 폭풍
- 2019년 캘리포니아 전력 차단
- 2019년 베네수엘라 정전
- 2019년 자바 정전
- 2015년 튀르키예 정전
- 2012년 7월 인도 정전
- 2011년 남서부 정전
- 2009년 브라질과 파라과이 정전
- 2006년 유럽 정전
- 2003년 이탈리아 정전
- 2003년 미국 북동부 대정전
- 1999년 브라질 남부 정전
- 1977년 뉴욕 정전
- 1965년 북아메리카 북동부 정전
같이 보기
각주
참고 문헌
외부 링크
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