[발송배전기술사] 차단기 차단시 일어나는 현상 및 대책!

다음은 발송배전기술사 송전공학 문제 중 차단기 차단시 일어나는 현상 및 대책에 대한 설명입니다.

개요, 교류회로의 차단현상, 단락전류의 차단, 충전전류의 차단, 무부하 여자전류 차단, 탈조차단, 근거리 고장 차단, 고속도 재폐로시의 이상전압, 직류차단, 3상 동기투입 실패시 Surge 발생 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 차단기의 차단시 일어나는 현상 및 대책에 대하여 설명하시오.

[답]

1. 개요

  1) 차단기를 차단하는 경우 과도현상으로 이상전압이 발생한다.

  2) 일반적으로 진상전류에서는 재점호, 지상전류에서는 재기전압 발생

 

2. 교류회로의 차단현상

  1) 교류전류 차단

     (1) 차단기 개방시 전극간 Arc 발생으로 전기적 회로 연결

     (2) Arc 저항에 의해 Arc 전압 발생

     (3) $t_{0}$에서 접촉자가 떨어지기 시작하면 순시동안 $i_{0}$의 값을 갖고 있고, 바로 0 이 될수 없으므로 Arc 상태

     (4) $t_{1}$이 되면 Arc는 꺼지지만 전원전압이 $e_{1}$ 값이 되어 Arc 발생하며 전류를 흘리게 된다.

     (5) 반주기마다 Arc의 점멸을 되풀이 하다가 $t_{4}$가 되면 접촉자는 충분히 떨어져 전극간의 절연내력이 Arc 전압을

          이겨서 Arc가 소호된다.

  2) 회복전압(RV : Recovery Voltage)

    · Arc가 진정된 후 계속하여 양 단자간 또는 차단점의 접촉자간에 나타나는 상용주파전압(실효값)

  3) 재기전압(TRV : Transient Recovery Voltage)

     (1) 차단기의 차단 직후에 차단점의 접촉자간에 나타나는 과도전압(단일주파, 다중주파)

     (2) 차단기의 차단능력에 직접적인 영향을 준다.

  ※ 재기전압이 크면 재점호가 발생함.

 

3. 단락전류의 차단

  1) 단락전류는 전압보다 90˚ 가까이 뒤지는 지상전류로 교류전류 차단시와 메카니즘은 같고 Arc 지속시간이 길다.

  2) 끊어지는 순간 과도진동에 의해 Surge 발생, 일단 끊어진 뒤에는 재점호가 없다.

  3) 방지대책 : 중성점 저항접지

 

4. 충전전류의 차단

  1) 충전전류는 전압보다 90˚ 앞선 진상전류

  2) Arc 전압과 회복전압의 위상이 동상이므로 재기전압은 낮아져 Arc는 쉽게 소멸됨

  3) 과도진동에 의한 재점호 현상으로 높은 이상전압 발생

  4) 방지대책

    · 고속도 차단, 중성점 접지, 피뢰기 설치, 병렬회선 설치

 

5. 무부하 여자전류 차단

  1) 변압기 무부하시 여자전류를 타력형 고속차단기(VCB)로 차단시 전류 0점 전에 강제적 차단으로 전류재단

      (Current Chopping)현상 발생

  2) 이때 큰 전류 변화율과 큰 인덕턴스 때문에 큰 Surge 발생

  3) 최대이상전압

    · $V_{m} = \sqrt{ \frac{C}{L} }·  i_{0} = Z_{ \omega }· i_{0}$

  4) 방지대책 

     (1) 단로기로 차단(차단시간이 길다.) --- $V_{m}  \downarrow =L \frac{di}{dt\uparrow  }$

     (2) 병렬콘덴서 접속 --- $V_{m}  = \sqrt{ \frac{C}{L} }· { i_{0}  } $

     (3) 변압기측에 피뢰기 설치

 

6. 탈조차단

  1) 차단기 양측에 전원이 있는 경우 동기 이탈시 차단

  2) 타 전원과 역 위상으로 높은 회복전압에서 차단이 되어야 하므로 차단이 어렵게 된다.

  3) 이상 지락차단의 경우도 같은 현상이 나타난다.

 

7. 근거리 고장 차단(SLF : Shot Line Fault)

  1) 대용량 계통의 근거리에서 단락 사고시 단락전류가 커진다.

    · $ I_{s}   \uparrow = \frac{100}{\%Z \downarrow }  I_{n}$

  2) 분리된 선로의 전압은 왕복진동에 따라 차단기 단자에 삼각파상의 재기전압이 동반하므로 전압상승률은 더욱

      높아져 차단이 곤란

  3) SLF의 대책

     (1) 재기전압 억제

        ① 차단부에 병렬저항 삽입

        ② 차단시 단자간에 콘덴서 삽입

     (2) 차단기의 절연회복시간을 단축시킨다.

        ① 전극간 개리속도를 신속하게 한다.

        ② 가스차단기와 같은 절연내력이 높은 차단기 사용

        ③ 차단정수를 높인다.

 

8. 고속도 재폐로시의 이상전압

  · 소이온 시간후 차단        · 345[kV] : 20[Cycle]        · 765[kV] : 33[Cycle]

  1) 고속도 재폐로시 선로측에 잔류전하가 있으면 재점호가 생겨 큰 Surge 발생

  2) 방지대책

     (1) 선로측에 리액터를 설치하여 잔류전하 방전

     (2) 저항부 차단기의 2단 투입방식 채용

     (3) 765[kV]에서 LISGS 채용

 

9. 직류차단

  1) 전류 0점이 없어 차단시 전류 절단현상 발생하여 강한 Arc가 발생한다.

  2) 직류차단기로 보통 High Speed CB가 채용됨

     (1) 역전압 발생방식

     (2) 전류 변환방식

     (3) 발산전류 진동방식

     (4) 역전류 주입방식

  3) 방지대책

    · 차단기 접촉자의 마모가 쉬워 차단점 접촉자간에 바리스터나 ZNR 삽입

 

10. 3상 동기투입 실패시 Surge 발생

  1) 원인

     (1) 각상의 차단기 전극은 근소한 시간차로 투입됨

     (2) 시간차가 클 경우 전압 파고치의 약 3배 Surge, 변압기 2차측 Surge

  2) 저감대책 

    · 보호콘덴서, 피뢰기 설치

 

11. 중성점 비접지계통의 저압측을 개방한 상태에서 변압기 고압측 차단기 투입시 Surge 발생

  1) 개념도

  2) 방지대책

     (1) 고·저압 권선간 정전차폐 시행 

     (2) 저압측에 보호 콘덴서, 피뢰기 취부

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 송전공학 문제로 나올 법한 차단기 차단시 일어나는 현상 및 대책에 대하여 알아 보았습니다.