[발송배전기술사] 단락용량 증대!

다음은 발송배전기술사 송전공학 문제 중 단락용량 증대가 전력계통에 미치는 영향과 그 경감대책에 대한 설명입니다.

개요, 단락전류 증대시 문제점, 단락전류 억제대책 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 단락용량 증대가 전력계통에 미치는 영향과 그 경감대책에 대하여 설명하시오.

[답]

1. 개요

  1) 동기기 단락전류의 시간적변화

          ※ 최대 비대칭 단락전류 : 전선, CT, 계전기 Setting, 열적 강도 구할 때 참조사항

          ※ 대칭 단락전류 : 차단기류, Fuse 표준값 선정 시 참조사항

  2) 동기기 단락전류의 Mechanism

    (1) 동기기가 정지상태에서 기동시 즉, 전류가 갑자기 변하는 상태에서는 제동권선에 직류가 유기되어 전기자권선이

          단락상태에 놓이게 된다.

    (2) 동기기의 단락순시전류는 임피던스의 크기가 작은 초기과도리액턴스($x_{d} ''$)에 의해 제한되고,

    (3) 이어 과도리액턴스 ($x_{d} '$)를 거쳐, 일정시간이 경과하면 정상상태로 안정되고, 이후 부터의 정상단락전류는

         동기리액턴스($x_{d}$)에 의해 제한된다.

  3) 단락전류 증대원인

     (1) $jx _{d} ''  \ll jx _{d}$로 발전기 단락용량 증대 → 단락전류 증대

         · $P_{s} \uparrow  = \frac{100}{\%Z \downarrow } P_{n}  =  \sqrt{3} V I_{s} \uparrow$

     (2) 계통의 분산전원 연계강화로 인한  $x \downarrow$로 단락전류증대

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

     (3) 전원입지의 집중화로 인한 $x \downarrow$로 단락전류증대

     (4) 2회선 2Route화로 인한 $x \downarrow$로 단락전류증대

 

2.  단락전류 증대시 문제점

  1) 차단기의 차단내력 증대(차단기용량 증대) 

     (1) 차단기의 접촉부 소손으로 인한 신뢰성 문제, 가격상승

     (2) 단락용량 증대 : $P_{s} \uparrow  =  \sqrt{3} V I_{s} \uparrow$

  2) 지락전류의 증대

    (1) 유효접지계통에서는 단락전류의 증대와 더불어 지락전류도 증대하는 경향이 있고, 경우에 따라서는 지락전류가 

         더 클 때도 있음 

     (2) $\dot { I_{1g}} \uparrow  = \frac{3 \dot {E_{a} }}{( \dot { Z_{0}} + \dot { Z_{1}}+ \dot { Z_{2}}) \downarrow }$  (∵$\dot { Z} \downarrow$)

     (3) 지락전류의 증대는 인근 통신선에 전자유도장해 발생($\dot{E_{m} }=-j \,\omega\, M\,l \,3 \dot{I_{0} }$)

  3) 직렬기기의 열적, 기계적강도 상승

  4) 차단기의 과도회복전압(TRV : Transient Recovery Voltage) 상승

  5) 애자류의 Arc 성능도 단락전류 증대 시 문제가 되며, 사고의 고속차단에도 문제가 된다.

 

3. 단락전류 억제대책

  1) 고임피던스기기 채용

     (1) 발전기, 변압기 등의 임피던스를 현재 사용중인 10[%]에서 13~17[%]로 상향 조정한다.

     (2) 이 방법은 임피던스를 높임에 따라 효율저하, 무효전력손실 증대, 계통안정도 저하, 전압변동 증대 등의 문제가

           따르지만, 단락전류 억제가 더욱 중요하다는 인식하에 채용되고 있다.

  2) 한류리액터의 채용

     (1) 직렬리액터 방식

        ① 송전선에 리액터를 직렬로 삽입하는 방식

          · 리액턴스 증가로 단락전류 감소 $I_{s} \uparrow  = \frac{100}{\%Z \downarrow } I_{n}$

        ② 상시 선로에 전력조류를 흐르게 한다.

     (2) 분로리액터 방식

        ① 모선간의 불평형 조류만을 흐르게 하므로 직렬리액터 방식에 비해 소용량의 리액터로 가능하다.

          · 모선분리 효과 → $\%Z \uparrow$

        ② 모선간의 전력융통의 제한으로 계통운용의 탄력성은 저하된다.

  3) 계통분할방식 채용

     (1) 단락전류의 증대를 피하기 위해 변전소 모선을 분할하여 계통을 분리하고, 송전선의 Loop 회선을 줄이는 방법

     (2) 상시 분할방식

        · 안정도 및 설비이용률이 낮고, 손실이 많다.

     (3) 사고시 분할방식

        · 모선분할용 차단기의 차단용량은 모선분리 이전의 단락용량을 차단할 수 있는 큰 것으로 선택한다.

  4) 계통전압의 격상

     (1) 가장 합리적인 방법

     (2) $P= \sqrt{3} VIcos \theta$ 에서 $V$가 커지면 $I$가 작아져, $I_{s}$가 작아진다.($I_{s} \downarrow   =  \frac{100}{\%Z} I  \downarrow$  →  $I_{s}   \propto  I$)

     (3) 345[kV] 계통 $I_{s}$ 일 때 765[kV] 격상시 0.45$I_{s}$

  5) 직류연계(HVDC)

     (1) 연계된 계통을 분리한 것과 같은 효과  →  단락용량 경감

     (2) 설비비가 고가이므로 경제성 검토필요

  6) 고장전류 제한기(계통 연계기) 사용

     (1) Thyristor 와 L - C 회로를 이용한 고속도 임피던스 조정장치

     (2) 평상시 : L - C 직렬공진에 의한 저임피던스 작용    

                      · L - C 직렬 : $X= X_{L} -X_{C} [ \Omega ]$

     (3) 사고시 : L - C 병렬회로로 고속전환하여 고임피던스 작용   

                      · L - C 병렬 : $X=  \frac{X_{L} ·X_{C}}{X_{L} -X_{C}} [ \Omega ]$

     (4) 계통연계기의 장점

        ① 설비용량 증가효과

        ② 단락사고 발생시 정전범위 국한되어 신뢰도 향상

        ③ 계통분할에 따른 공급불안정이 없다

        ④ 계통구성의 자유도가 크고, 계통전체가 강화된다.

        ⑤ 한류리액터와 달리 전압변동의 문제가 없다.

  7) PF(Power Fuse)에 의한 백업차단방식

     (1) 장점

        ① 차단시간이 빠르고 한류차단

        ② 열적강도 $\frac{1}{30}$, 기계적강도 $\frac{1}{50}$로 되어 경제설계 가능

     (2) 단점

        · 차단시 이상전압 발생

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 송전공학 문제로 나올 법한 단락용량 증대가 전력계통에 미치는 영향과 그 경감대책에 대하여 알아 보았습니다.