아낌없이 주는 나무

1. 이상전압의 종류

  가. 외부 이상전압 : 유도뢰, 직격뢰 ⇒ 뇌서지

  나. 내부 이상전압 : 개폐서지

  ※ 뇌운에서 전자유도 작용에 따라 전하가 구속되어 있다가 선로에 직접 영향을 주면

     직격뢰가 되고 구속되어 있으면서 영향을 주게 되면 유도뢰라고 한다.

  ※ 직격뢰를 맞으면 선로보호를 위하여 차단기를 설치하여 차단을 하게 되는데 차단을

     할 때 개폐서지가 발생하게 된다.

  ▣ 정상전압 : 상용주파전압 (우리나라 60[Hz])

  ▣ 이상전압 : 서지(Surge), 충격파 (임펄스 (Impulse)), 뇌해, 고전압의 진행파

변압기를 상용주파에 대비하여 절연을 하면 이상전압이 발생하면 이에 대응이 부족하고

그렇다고 이상전압 1000[kV]에 대비하여 절연을 하면 선로, 애자, 변압기 등에 대한

절연비용이 많이 들어가게 되어 변압기 앞에 이상전압을 대지로 방류하는 피뢰기를

설치하여 이상전압을 낮추게 된다. 즉, 피뢰기는 1000[kV]의 이상전압을 100[kV]로

낮추어 변압기로 들어 오게 하므로 변압기는 150[kV]까지 견디게 하면 되는데

이를 절연협조라고 한다.

​

2. 기준충격절연강도 (BIL)

​

▣ 기준충격절연강도 BIL : Basic Impulse Insulation Level

 ① 기준충격절연강도란 ?

    ⊙ 변압기를 몇 [V]까지 버티게 절연할 것인가? 하는 기준이 되는 절연강도

 ② 기준충격절연강도 BIL = 5 E + 50 [kV] ※ 유입변압기의 절연강도

※ 22.9[kV]급에서는 다중접지를 하므로 실제 이상전압 내습은 더 낮음

※ 154[kV]급에서는 직접접지를 하므로 저감절연이 가능하므로

   실제 이상전압 내습은 더 낮음

​

문제1. 정태안정도 극한전력이란 무엇인가 ? 정태안정도

  ① 부하를 서서히 증가했을 때의 극한 전력

​

문제2. 과도안정 극한 전력이란 무엇인가 ? 과도 안정도

  ③ 갑자기 사고가 발생했을 때 교란상태를 극복하고 안정적으로 공급하는 극한 전력

​

문제3. 안정도의 종류 3가지는 ?

  정태, 과도, 동태 안정도

​

문제4. 안정도 향상대책과 관계가 없는 것은 ? ③

  ① 속응여자방식을 채용한다.

  ② 재폐로 방식을 채용한다.

  ③ 역률의 신속한 조정

  ④ 리액턴스를 조정한다.

​

문제5. 송전선의 안정도 향상 대책으로 맞는 것은 ? ②

  ① 단락비를 낮게 한다.

  ② 접압변동을 작게 한다.

  ③ 선로의 회선수를 감소한다.

  ④ 리액턴스가 큰 변압기를 사용한다.

​

문제6. 다음중에 송전선의 안정도를 향상하는 방법으로 틀린 것은 ? ②

  ① 변압변동을 작게 한다.

  ② 직렬리액턴스를 크게 한다.

  ③ 발전기의 입출력의 불평형을 해소하기 위하여 제동저항기를 설치한다.

  ④ 중간 조상방식을 채용한다.

​

문제7. 차단기의 고속도 재폐로 방식 채용목적은 ? 안정도 향상

​

문제7-1. 송전계통에서 안정도 향상과 관계없는 것은 ? ④

  ① 리액턴스 감소           ② 재폐로 방식 채용

  ③ 속응여자방식 채용     ④ 차폐선 설치

​

문제8. 중간조상방식이란 ?

  ① 송전선로의 중간에 동기조상기 연결

​

문제9. 전력계통의 안정도 향상대책으로 옳지 않은 것은 ? ③

  ① 계통에 직렬 리액턴스를 작게 한다.

  ② 고속도 재폐로 방식을 채용한다.

  ③ 지락전류를 크게 한다. (지락전류는 계통에 충격을 많이 준다)

  ④ 고속도 차단방식을 채용한다.

​

문제 10. 송전계통의 안정도 향상 대책으로 옳지 않은 것은 ? ③

  ① 직렬 콘덴서로서 선로의 리액턴스를 보상한다.

  ② 기기의 리액턴스를 감소한다.

  ③ 발전기의 단락비를 작게 한다.

  ④ 계통을 연계한다.

​

문제 11. 송전전력 계산식은 ?

문제 12. 송전전압 161[kV], 수전단 전압 154[kV]이고 상차각이 40˚이며 리액턴스가

   45[Ω]일 때, 송전전력은 얼마인가?

문제13. 송전선로의 정상상태 극한 최대 송전전력은 선로 리액턴스와 대략 어떤 관계인가 ? ④ 반비례 관계

​

문제14. 교류송전에서 송전거리가 멀어질수록 송전가능 전력이 줄어든다. 그 이유가 무엇인가 ? ②

   송전길이 (L) ↑ ⇒ 송전전력 P (↓) 선로의 유도성 리액턴스가 커지기 때문이다.

​

문제 15. 송전선로에 송전용량이 일정한 때 송전용량 계수법에 의한 수전전력을 나타내는 식은 ?

문제16. 154[kV] 송전선로에서 송전거리가 L=154[km]이다. 송전용량 계수법에 의한

  송전용량은 얼마인가 ? 단, 송전계수는 1200 이다.

※ 154[kV]는 공칭전압으로 송전단 전압이지만 이상적인 송전이라고 가정을 하면

   이상적인 송전에서는 손실이 없으므로 송전단 전압이 수전단전압을 대신할 수 있다.

    공칭전압 = 송전단 전압이다.

​

문제17. 재폐로 차단기에 대한 설명중 옳은 것은 ? ③

  ③ 이 차단기는 송전선의 고장구간을 고속으로 차단하고 재송전하는 조작을 자동으로

      시행하는 재폐로 차단기를 겸비한 자동차단기이다.

​

​

【 안정도 및 송전전력 】

▣ 안정도

 ⊙ 송전선로로 전력을 전송할 경우 실제로 전송될 수 있는 전력은 송전선로의 임피던스

    라든지 송수전 양단에 설치된 기기의 임피던스 등에 의해 한계가 있기 마련이다.

    전력계통에서 안정도란 계통에 주어진 운전조건하에서 안전하게 운전을 계속할 수

    있는 능력 즉, 교란을 일으키지 않고 전송할 수 있는 최대 송전전력을 의미한다.

   ※ 안정도 = 송전용량 P

① 정태 안정도 : 정상적인 운전상태에서 서서히 부하를 증가시켰을 때 안정운전을 지속할

                      수 있는 능력, 이 때 최대 전력을 정태 안정 극한 전력이라 한다.

② 과도 안정도 : 부하가 갑자기 크게 변동했다든지 계통에 사고가 발생하여 계통에 큰 충격

                      을 준 경우에도 선로에 접속된 발전기와 전동기가 동기화를 계속 유지하면서 운전을

                      가능한 능력, 이때 최대 전력을 과도 안정극한 전력이라고 한다.

③ 동태 안정도

▣ 수전단 전압 Er을 기준으로 벡터도를 그려 송전전력을 알아 보자.

수전단 전압 Er을 기준으로 했을 때 전류 I 는 저항과 리액턴스 성분을 지나기 때문에

수전단 전압 보다는 위상이 뒤지게 된다. 저항이 있기 때문에 전류 I 는 90˚ 보다는

적게 위상이 뒤지게 된다. 따라서 저항 r에 의한 전압강하는 전류 I 와 위상이 같게 된다.

한편 리액턴스 성분에 의한 전압강하 IX는 전압이므로 전류 I 보다는 위상이 90˚ 앞서게

된다. 이 전압강하를 IX를 평행이동하고 전체 전압강하 IZ를 구하기 위한 벡터도를 그릴수

있다.

수전단 전압 Er에 연장선을 긋고 송전단 전압 Es에서 수직선을 내리면 두개의 삼각형에서

역률각 Θ 가 나오게 된다.

송전선의 임피던스 Z=r+jx 에서 저항 r은 무시할 수 있을 만큼 그 크기가 미미하므로 r을

없애고 Z = jX로 나타낼 수 있다. 그러면 위 벡터도를 아래와 같이 변형할 수 있다.

위 벡터도에서 r은 미미하므로 제거하면 Z=jX가 되므로 송전 전압강하 IZ=IX로

나타낼 수 있다. 따라서 수전전력에서 전압강하의 실효값은 I·X cosΘ 가 되고

이는 송전전력 Es · sinδ 값과 같게 된다. 즉 I·X cosΘ = Es · sinδ 가 된다.

위 식을 변형하면 다음과 같다.

[기기] 동기발전기 출력식

【 안정도 향상 대책 】​

1. 계통의 직렬 리액턴스 감소 대책

2. 전압 변동 억제 대책

3. 계통의 충격 감소 대책

4. 고장시 전력변동 억제 대책

【계통의 직렬 리액턴스 감소 대책】

1. 발전기나 변압기의 리액턴스를 줄인다. (x) ↓

2. 전선에 복도체를 사용한다. ⇒ L ↓, C ↑

   ※ 작용인덕턴스는 감소, 작용정전용량은 증가한다.

      xL ↓ = ω L ↓

3. 병행 회선수를 증가시킨다.

4. 선로에 직렬 콘덴서를 설치한다. ⇒ Xc 투입

   ※ 병렬콘덴서 : 부하의 역률 개선

      직렬콘데서 : 전압강하 개선

   ▣ 직렬콘덴서를 투입하면 XL ↓ ⇒ 전압강하 ↓ ⇒ 전압변동률 ↓

​

【전압변동 억제대책】

5. 단락비(ks)를 크게한다. ↑

※ 단락비가 크면 작아지는 5가지

① %Z 퍼센트 임피던스 ② 임피던스 ③ 전압강하 ④ 전압변동률 ⑤ 전기자반작용

     ※ 커지는 것 : 공극이 커지고 기계규모도 커지고 중량도 커지고 가격이 높아지고

                       안정도가 높아지고 과부하 내량도 커진다.

6. 속응여자방식을 채용한다.

  ▣ 고장(단락고장)으로 발전기 전압이 저하하더라도 고성능(AVR) 등을 도입하여 여자를

      강화하여 즉각 발전기 전압을 일정 수준까지 유지시키는 방식

7. 중간 조상방식 채용

  ▣ 조상기 : 무효전력을 조절하여 전압을 조정하고 역률을 조정하는 장치

    ※ 조상설비 : 전력용 콘덴서, 리액터, 동기조상기

    ※ 중간이란? 송전 ·수전단의 중간에 동기조상기를 설치하여 전압을 일정하게 유지시켜

                     주는 방식

안정도 = P ∝ V2

​

1차 변전소의 3권선 변압기의 결선방식은 Y-Y-△로 결선하며 △ 결선을 안정권선이라 한다.

▣ 안정권선(△결선) 의 역할

  ① 제3고조파를 제거하는 역할

  ② 동기조상기를 설치하여 전압을 조정한다.

  ③ 소내용 전원공급

8. 계통을 연계(연결)시킨다.

【계통의 충격 감소 대책】

9. 고장구간을 신속히 차단하고 재폐로 방식을 채용한다.

   ※ 재폐로 방식 : 차단후 고장이 제거 되면 바로 투입하는 장치

10. 소호리액터 접지방식을 채용한다.

   ※ 소호리액터 : 병렬공진 ⇒ 지락전류 I0 ↓

      영상전류가 작아 통신선 유도장해가 작아 안정도를 좋게 한다.

      건전상의 이상전압은 가장 크다.

​

【고장시 전력변동 억제 대책】

11. 고장시 발전기의 입 · 출력의 불평형을 작게 한다.

    ※ 원동기의 조속기 동작을 신속하게 한다.

  ※ 유효전력을 공급하여 제동저항기를 설치한다.

  ※ 저항기 ⇒ 저항(유효전력) 출력을 일정하게 한다.

​

【송전전력(용량)의 개략 계산법】

▣ 송전용량의 계산은 이것을 엄밀히 행하려면 무척 번거로운 일이지만 송전선로를

    계획하는 당시에는 대체적인 송전용량의 예측을 해야 하는 때가 많다.

    그래서 이 예측을 하기 위해서는 여러가지 방법이 제안되는데 대략 다음과 같다.

​

가. 고유 부하법

⊙ 송전선로 본래 목적상 수전단 부하가 어떤 값이면 더욱 이상적인 송전이 되는가를

    생각하는 방법에 입각하여 송전전압과 송전전력의 관계를 구하는 고유부하법이 있다.

    이것은 선로길이 긍장 400[km]이상의 송전선로에서 송전용량을 경제적으로 추정

    하는데 이용된다.

★ 특성임피던스 : 선로상을 진행하는 전압과 전류비

       특성임피던스를 전원의 임피던스라고 가정을 하면 최대전력 전달조건은 전원측

       임피던스와 부하측 임피던스를 같게 할 때이다.

예제) 복도체를 채용할 경우 L은 감소하고 C를 증가하여 송전용량이 증가한다.

​

나. 송전용량 계수법

【송전전력(용량)】

​

1. 통신선 전자유도 장해

  ▣ 전자유도장해

   ⊙ 송전선에 1선 지락사고 등이 발생하여 영상전류가 흐르게 되면 통신선과 전자적인

       결함에 의해 통신선에 커다란 전압 및 전류를 유도한다. 이로인해 통신기기나 통신

       종사자에게 손상을 입히거나 통신을 불가능하게 하는 장해를 일으키게 된다.

▣ 한상분의 전자유도 전압

▣ 3상 합성 전자유도 전압

가. 전자유도 전압

나. 상호 인덕턴스 크기 계산 : 계산식 만든 사람 - 카슨 플라젝

​

2. 통신선 유도장해 경감대책 (제58강)

​

가. 근본대책 : 전자유도 전압(Em)을 경감시킨다.

 ① 상호 인덕턴스 크기를 줄인다.

 ② 통신선과의 병행길이를 단축한다.

​

나. 전력선측 대책

 ① 전력선을 통신선으로 부터 멀리 건설한다.

 ② 전력선과 통신선을 직각(수직) 교차하여 건설한다.

 ③ 중성점 접지선에 고저항을 설치하여 지락전류를 줄인다.

    ※ 소호리액터 접지방식을 채택한다.

 ④ 고속도 지락보호계전방식을 채택하여 고장구간을 신속히 차단한다.

 ⑤ 차폐선을 설치한다.

  ※ 차폐선을 설치하면 전자유도장해를 30~50[%] 감축할 수 있다.

​

다. 통신선측 대책

​

① 통신선 도중에 중계코일(절연변압기)를 설치하여 구간을 분할한다.

  ⇒ 병행길이(L)를 단축할 수 있다.

③ 통신선에 우수한 피뢰기(LA)를 설치한다.

  ※ 피뢰기(LA)는 전압을 대지로 방전하는 장치이다.

③ 연피케이블을 사용한다. (연피케이블 : 차폐선 효과)

④ 배류코일, 중화코일을 통해서 통신선을 접지해서 유도전류를 대지로 흘려 보낸다.

※ 배류코일 : 저항은 작다. 저항을 줄이면서 인덕턴스를 키운 것이다.

​

▣ 통신선의 신호는 주파수가 크다. 따라서 통신선의 신호는 배류코일의 임피던스(리액

    턴스)를 크게 하여 대지로 방류되지 않지만 통신선 유도전압은 주파가 낮다. 따라서

    통신선 유도전압은 배류코일의 임피던스를 작게 하여 대지로 방류되게 된다.

​

【 문제 풀이】

​

예제1) 전력선에 영상전류가 흐를 때 통신선로에 발생되는 유도장해는 무엇인가 ? ④

  ④ 전자유도장해

​

예제2) 송전선로에 근접한 통신선에 정전유도장해가 발생했다. 어떤 원인에 의하여

  발생하는가 ? ① 영상전압

​

예제3) 송전선로에 근접한 통신선에 유도장해가 발생하였다. 전자유도장해의 원인은 ?

  영상전류

​

예제4) 3상 송전선로와 통신선이 병행하게 된 경우 발생하는 통신 유도 장해로서 통신선에

  유도되는 정전유도 전압과 관계가 없는 것은 ? ④

  ④ 병행 길이 ※ 병행길이는 정전유도전압과 무관하다.

​

예제 5) 통신선의 정전유도 전압은 ?

예제 6) 66[kV] 송전선로에서 연가불충분으로 인한 중성점 잔류 전압은 ?

예제 7) 60[kV] 60[Hz] 3상 3선식 1회선 송전선이 통신선과 병행하고 있다.

  1선 지락사고로 영상전류가 60[A]가 흐를 때, 통신선에 유기하는 전자유도전압은

  약 몇 [kV]인가 ? 단, 선로길이는 40[km], 상호 인덕턴스는 0.05[mH/km]이다.

    답 : 135. 72[V]

​

예제8) 3상 송전선에 각 상 전류가 Ia = 220+j50, Ib = -150-j200, Ic=-50+j50

  일 때 이선과 병행으로 가설된 통신선에 유기되는 전자유도 전압은 약 몇[V]인가?

  단, 송전선과 통신선상간의 상호 임피던스가 15[Ω], 10[㎞] 이다.

예제 9) 통신유도장해 방지대책 일환으로 전자유도전압을 계산하는데 이용되는

  인덕턴스 계산식은 ? 카슨 풀라젝

​

예제 10) 통신선에 대한 유도장해 방지대책으로 가장 적당하지 않은 것은 ? ①

  ① 전력선과 통신선의 교차부분을 비스듬히 한다.

  ② 소호리액터 방식을 채용한다.

  ③ 통신선에 배류코일을 채용한다.

  ④ 통신선에 절연변압기 (중계코일)을 채용한다.

​

예제11) 송전선의 통신선에 대한 유도장해 방지 대책이 아닌 것은 ? ①

 ① 전력선과 통신선간의 상호인덕턴스를 크게 한다.

 ② 전력선의 연가를 충분히 한다.

 ③ 고장 발생시 고장전류를 억제하고 고장구간을 빨리 차단한다.

 ④ 차폐선을 설치한다.

​

예제 12) 유도장해를 방지하기 위한 전력선 측 대책으로 옳지 않은 것은 ? ④

  ① 소호리액터 접지를 채용한다.

  ② 중성점 접지에 고저항을 사용하여 지락전류를 줄인다.

  ③ 차폐선을 설치한다.

  ④ 중성점 전압을 가능한 높게 한다.

​

예제 13) 유도장해 방지대책으로 차폐선을 설치하면 통신선 유도전압을 얼마정도

  줄일 수 있나? 30~50 [%]

​

예제 14) 3상 3선식 송전선을 연가할 경우 일반적으로 전체 선로의 길이를 몇 배수로

  구분하는가 ? 3의 배수로

​

예제 15) 연가의 주된 목적은 ? 선로정수의 평형을 위해...

​

예제 16) 근접통신선의 유도장해를 줄일 수 있는 방법은 ? 연가

​

예제 17) 연가의 효과로 틀린 것은 ? ④

  ① 각상의 임피던스 평형               ② 통신선의 유도장해 방지

  ④ 소호리액터접지의 직렬공진방지  ④ 작용정전용량 감소

▣ 유도장해

 ⊙ 우리나라에서는 지형 관계상 송전선과 통신선이 근접하여 건설될 경우가 많다.

     전력선이 통신선에 근접하여 지날 때는 통신선에 전압 및 전류를 유도해서

     다음과 같은 여러가지 장해를 주게 된다.

  ① 정전유도 장해 - 상호정전용량 Cm

  ② 전자유도 장해 - 상호유도작용 Lm

  ③ 고조파 유도장해 - 3의 배수 영상분 고조파

※ 정전유도장해는 전력선과 통신선이 상호정전용량 Cm에 의하여 발생하게 되며

   전력선의 영상전압 (Vo)에 의해 발생하는 장해이다.

※ 전자유도장해는 전력선과 통신선의 상호 전자유도 작용(Lm)과 영상전류(Io)에

    의해 발생하는 장해이다.

※ 고조파 유도장해는 영상분(3의 배수)고조파에 의해 발생한다.

​

1. 정전유도장해

​

▣ 정전유도장해 : 송전선로의 영상전압과 통신선과의 상호정전용량의 불평형에 의하여

    통신선에 유도되는 전압으로서 고장시 뿐만아니라 평상시에도 발생한다.

​

가. 단상정전유도 전압

▣ 전력선과 통신선 그리고 대지사이의 정전용량을 등가변환하면 정전용량을 직렬연결로

    변환할 수 있다. 이 등가변환된 회로를 생각하면 통신선에 정전유도장해를 유발하는

    정전유도전압 Es를 쉽게 구할 수 있다. 콘덴서의 직렬연결은 저항의 병렬연결과 같은

    방법으로 전압을 배분하므로 전압배분을 구할 수 있다.

나. 3상 정전유도 전압

  [정전유도전압]

  ※ 3상 정전유도 전압에서는 통신선의 정전유도전압을 낮추는 식을 염두에 두자.

     정전유도 전압(Es)을 영("0")으로 만들려면 위 식에서 분모를 영으로 만들어 주면 된다.

     즉 Ca = Cb = Cc 이면 분모가 영("0")이 되어 정전유도전압을 영("0")을 만들 수 있다.

     또한 연가를 통해서 선로정수를 평형으로 만들면 정전유도전압을 영("0")으로 만든다.

​

※ 유의해야 할 사항은 정전유도전압은 전력선과 통신선과의 병행길이와는 무관하다.

​

2. 연가 : Transposition

​

가. 연가

  ▣ 선로정수 평형을 위하여 전 선로구간을 전선로 도중에 개폐소나 연가용 철탑을 이용하여

      3등분한 후에 각 구간마다 전선의 위치를 바꿔준다. 정전용량은 거리와 면적과 관련이

      있으므로 송전선로에서 전선은 단면적이 같은 것을 쓰므로 영향을 주지 않고 송전선에

      대지까지는 거리는 선로 설치 위치에 따라 다르므로 평형을 유지해 주기 위해서 일정한

      거리마다 선로의 위치를 조정하여 평형을 유지해 준다.

▣ 정전용량은 거리에 반비례하므로 선로간에는 대지와 거리가 다르므로 정전용량의 불평

    형이 발생한다. 따라서 일정한 거리마다 선로의 위치를 변경시켜 선로의 평형을 유지해

     주는데 이를 연가라고 한다.

나. 연가의 효과

  ① 선로정수의 평형을 이루게 한다.

  ② 중성점의 잔류전압을 억제한다.

※ 중성점 잔류전압 : 보통 운전상태에서 이론적인 중성점 전위는 영("0") 전위이다.

     따라서 중성점을 접지하더라도 중성점으로 부터 대지에는 전류가 흐르지 않는다.

     그러나 실제로는 각선의 정전용량 Ca, Cb, Cc 간에 약간의 정전용량 차이가 있어

     중성점에는 다소의 전위를 가지게 된다.

     이처럼 보통의 운전상태에서 중성점을 접지하지 않을 경우 중성점에 나타나게될

     전위를 잔류전압이라고 한다.

     잔류전압의 발생원인은 여러가지가 있지만 그 중에서 가장 주된 것은

     "연가의 불충분"이다.

​

▣ 중성점 잔류전압

위 식과 같이 중성점 잔류전압을 없애려면 Ca = Cb = Cc가 되면 (연가를 하면) 중성점

잔류전압은 영("0")이 된다.

​

③ 3상 정전유도전압을 낮추어 통신선의 유도장해를 낮출 수 있다.

④ 소호리액터 접지방식에서 잔류전압을 억제하여 직렬공진에 의한 전압상승을 방지한다.

【연가 효과 (요약)】

  ① 선로정수의 평형을 이룰 수 있다. (3등분)

  ② 중성점 잔류전압을 억제할 수 있다.

③ 3상 정전유도 전압을 낮출 수 있다.

※ 3상정전유도전압을 낮추어 통신선의 유도장해를 낮출 수 있다.

​

④ 소호리액터 접지에서 직렬공진에 의한 전압상승을 억제할 수 있다.

▣ 소호리액터 접지란 ?

 ⊙ 계통에 접속된 변압기 중성점을 송전선로의 대지정전 용량과 병렬공진하는 인덕턴스를

     통해 접지하는 방식이다. 이 방식은 LC 병렬공진을 이용한 것으로 한상과 대지간의 정

     전용량 3Cs 와 리액터 L에 의한 공진 조건 ( ωL = 1 / 3ωCs ) 을 만들게 되면 고장점에

     서 본 합성리액턴스가 무한대가 되어 1선 지락고장이 발생하더라도 지락전류를 영(0)

     으로 만들 수 있다.

   ※ 공진 : XL = Xc , 허수부를 영('0")으로 만드는 것

[위 그림 설명]

3상 송전선에서 변압기에 중성점을 소호리액터를 연결하여 접지를 한 경우이다.

1선 지락사고가 발생할 경우에는 지락전류 Ig는 소호리액터를 통한 중성점으로 흐르거나

각상의 충전정전용량을 통하여 각 선으로 두 갈래로 나뉘어 전류가 흐르게 된다.

이 때 충전정전용량 Xc는 콘덴서가 병렬 연결된 것과 같으므로 1/3ωCs 이 된다.

소호리액터는 리액턴스를 조절할 수 있도록 탭이 설치되어 있다.

​

【소호리액터 접지의 특징】 ⇔ 직접접지와 반대

[직접접지] 지락전류↑ ⇔ 전위상승 ↓

[소호리액터접지] ① 지락전류↓ (가장 작다) ⇔ 전위상승 가장 크다 ↑

                           이상전압 가장 높다 ↑

                       ② 보호계전기 동작이 어렵다 동작 ×

                       ③ 통신선 유도장해가 작다.

                       ④ 안정도가 높다.

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[병렬공진 조건] ⇒ 3가지 시험에 잘 나옴

 ① XL = Xc

 ② 공진탭이 공진리액턴스이다.

     탭을 어디에 연결하느냐에 따라 리액턴스 값이 달라진다.

     이것을 공진리액턴스라고도 부르고 공진탭이라고도 부른다.

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 ③ 소호리액터를 접속한 변압기의 리액턴스를 고려한 병렬 공진 조건

소호리액터의 중성점에 연결된 변압기는 유도성 리액턴스 성분을 갖고 있으며(변압기에는

코일이 감겨 있으므로 코일에 의해 리액턴스 성분 발생) 이는 리액터와 직렬로 연결되어

있으며 각각의 상은 서로 병렬로 연결되어 있으므로 변압기의 한상의 리액턴스를 Xt라고

하면 3상의 합성 리액턴스의 값은 Xt / 3 이라 할 수 있다.

따라서 LC 병렬공진 조건은 XL과 Xc 값이 같아야 하므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

【합조도】

 ▣ 합조도

  ⊙ 소호리액터의 탭이 공진점을 벗어나고 있는 정도를 나타낸 것이다.

  ⊙ 소호리액터의 탭을 결정하는 것이다.

  ⊙ 소호리액터의 탭이 몇번에 연결되어 있는지를 알 수 있는 것

[공진 정도] 과보상, 완전보상, 부족보상

 ① 완전보상(공진) : 합조도 P = 0 즉, IL = Ic

     위 그림에서 IL 과 Ic 가 같으려면 즉 리액터와 용량성 콘덴서에 전류가 같게 흐르려면

     둘의 저항이 같아야 한다. 따라서

  ② 과보상 : 합조도 P > 0

【과보상 하는 이유】

 ▣ 직렬 공진에 의한 이상 전압 발생 방지

  ⊙ 고장이 없을 때를 생각하면 ωL과 3Cs는 직렬로 연결되어 있다.

      만일 중성점의 관리 전압이 없을 때는 문제가 없지만, 선로의 연가 불충분 등으로

      중성점에 관리전압이 나타나면 ωL과 3Cs가 직렬공진을 일으켜서 중성점 전위는 올라가

      고 큰 전류가 흐르게 된다.

송전선이 3상 평형일 때는 중성점의 전위는 영(0)이나 송전선에 연가의 불충분 등으로

실제 중성점에는 전위가 발생한다. 따라서 중성점에 전위가 발생하면 접지선과 정전용량을

통하여 전류가 흐르게 되고 리액터와 정전용량이 직렬공진을 일으켜 많은 전류가 흐르게 된다.

④ 소호리액터 용량

  ▣ 소호리액터 용량은 콘덴서 용량과 같으므로 소호리액터 용량을 구하라 하면

     충전용량을 구하면 된다.

★ 소호리액터 용량은 3선 일괄 대지 충전용량과 같다.

⑤ 접지방식별 지락 전류 크기 순서

▣ 직접접지 : 이 방식은 계통에 접속된 변압기 중성점을 금속선(접지선)으로 직접 접지

                   하는 방식으로 접지선의 임피던스가 거의 영(0)에 가깝다.

직접접지의 경우에는 중성점을 대지에 철선(전선)으로 연결하는 것이므로

접지선은 영에 가깝게 된다. 저항이 거의 없다고 보면 된다.

따라서 지락이 발생하게 되면 접지선에는 저항이 거의 없으므로 접지선으로

아주 큰 지락전류가 흐르게 된다.

위와 같이 대지정전용량 Cs는 단순합성이 되므로 송전선과 대지간의 정전용량을

구하여 보면 다음과 같다.

전선과 대지간의 정전용량으로 인해 전선과 대지간의 저항을 구해보면

약 176,000[Ω]이 된다. 이처럼 전선과 대지간에는 저항이 매우 크게 되므로

1선지락 사고가 발생했을 때에는 전류는 대지정전용량을 통하여 흐르지 못하고

중성점 접지를 통하여 즉 ②으로 흐르지 못하고 ①번으로 흐르게 된다.

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【 직접접지 방식의 특징】

 ① (접지선쪽)으로 흐르는 지락전류가 가장 크다. ⇔ 1선 지락사고시 건전상의 대지전위

    상승이 가장 작다.

 ② 보호계전기 적용이 용이하고 동작이 신속하고 확실하다.

 ③ 지락전류가 커서 인근 통신선의 유도장해가 심하다.

 ④ 지락전류가 커서 계통의 안정도가 나쁘다.

  ⊙ 저역률의 대전류가 흐른다.

 ⑤ 1선 지락 사고시 건전상의 대지전위 상승이 가장 작다.

   ⊙ 계통의 절연레벨을 낮출 수 있는 저감절연, 경제적 절연이 가능하다.

     ※ 저감절연 경제적 절연, 이야기가 나오면 직접접지를 생각한다.

     ※ 초고압 송전계통에서 직접접지 방식을 채용하는 이유는 저감절연 때문이다.

        154[kV], 345[kV]에서 직접접지방식을 채용하고 있다.

 ⑥ 이상전압도 가장 낮다.

[지락 전후 대지전위 상승]

⑦ 중성점 전위가 거의 영(0)전위에 가깝기 때문에 변압기 권선의 절연을 선로측에서

   중성점까지로 접근함에 따라 점차로 절연을 낮출 수 있는 단절연이 가능하다.

  ※ 단절연 : 단계적 절연

※ 유효접지 : 1선 지락 고장시 건전상의 전위 상승(대지전위)이 상규(평상시) 전압의

                  1.3배 이하가 되도록 중성점 임피던스를 조절해서 접지하는 방식

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【대지전위 상승】

 ① 유효접지계 : E × 1.3배 이하

   ▣ 대표적인 유효접지계 : 직접접지 (= 다중접지), 저항접지

 ② 비 유효접지계 : E × 1.3배 초과

   ▣ 소호리액터 접지, 고저항 접지

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※ 직접접지의 특징

♣ 기출문제 풀이

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문제1) 선로, 기기 등에 저감절연, 전력용변압기, 단절연 모두 행할 수 있다. : 직접접지

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문제2) 중성점 직접접지 방식의 설명중 틀린 것은 ? ③

 ​① 지락시 지락전류가 크다.

 ② 계통의 절연을 낮게 할 수 있다.

 ③ 지락고장시 중성점 전위가 높다.

 ④ 변압기 단절연도 할 수 있다.

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문제3) 송전계통에서 1선 지락고장시 인근 통신선에 유도장해가 가장 큰 접지방식은 ?

    직접접지

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문제4) 송전선에 지락사고시 이상전압 발생 우려가 가장 작은 접지방식은 ? 직접접지

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문제5) 보호계전기 동작이 가장 확실한 접지방식은 ? 직접 접지

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문제6) 우리나라 154[kV] 송전선에 사용하는 접지방식은 ? 직접접지

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문제7) 직접접지 방식이 초고압 송전선로에 채용하는 이유는 ?

   계통절연을 낮출 수 있으므로

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문제8) 중성점 직접접지 방식의 장점에 해당되지 않는 것은 ? ④

 ① 사용기기의 절연레벨을 경감할 수 있다.

 ② 1선 지락고장시 건전상의 전위상승이 작다.

 ③ 1선 지락고장시 보호계전기의 동작이 확실하다.

 ④ 1선 지락고장시 인근 통신선의 유도장해가 작다.

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문제9) 다음 중에서 직접접지 방식에 변압기 단절연을 할 수 있는 이유는 ?

   중성점 전위가 낮아서

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문제10) 송전계통의 중성점 접지방식에서 유효접지란?

  1선 지락사고시 건전상의 전압이 상규 대지전압의 1.3배 이하로 중성점

  임피던스를 억제시키는 접지방식

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1. 접지방식의 종류 : 변압기의 결선의 종류에 따라 결정

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【중성점 접지 목적】

  ▣ 지락사고시 건전상의 대지전위 상승 억제

  ▣ 선로 및 기기의 절연레벨 경감

  ▣ 이상전압의 경감 및 발생 방지

  ▣ 보호계전기의 동작확실

  ▣ 1선 지락사고시 지락 아크 소멸

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가. 접지방식의 종류

나. 비접지방식

【 비접지 방식의 특징 】

① 변압기 결선방식은 △-△ 결선방식이다.

   ※ △ 결선, 비접지 방식은 변압기 3대를 △결선하여 3가닥 선을 뽑은 것이다.

② 1선 지락고장시 고장점에 흐르는 전류 : Ig = 3 Ic = 3ωCE

③ 1선 지락고장시 지락점에 흐르는 전류 : 앞선전류( 고장상 전압보다 90˚ 진상 전류 )

※ 1선 지락사고가 발생하면 지락전류는 각 상의 정전용량을 통하여 변압기를 거쳐

   지락점으로 흐르게 되어 지락전류는 충전전류의 3배가 된다.

※ 1선 지락전류 앞에 복소수 j가 붙는 것은 지락전류는 정전용량을 통하여 흐르게 되므로

   고장상의 전압보다 90˚ 앞선 전류가 흐르게 되는데 이를 표시한 것이다.

④ 1선 지락고장시 고장전류를 계산에 사용되는 정전용량 (대지정전용량, 자기정전용량)

   [전제조건] 선간 전압은 6,600[V] Cs = 0.005[μF/km], L : 10[km] f : 60[Hz]

※ 선간전압이 나오면 "√3", 상전압이 나오면 "3"이 된다.

▣ 비접지방식 즉, △결선 방식에서는 전압을 높이면 지락전류가 많아지고 거리가 길어도

    지락전류가 많아지므로 위험하게 된다.

▣ 비접지 방식은 20~30[kV] 이하의 저전압, 단거리 송전선로에 사용된다.

    우리나라에서는 3.3[kV], 6.6[kV], 22 [kV]에서 즉, 대부분 저전압 단거리에서 사용

    되므로 일반적으로 1선 지락전류는 0.215[A] 정도로 1[A] 이하이다.

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⑤ 비접지방식(△결선 방식)은 지락전류가 1[A] 미만으로 적다.

⑥ 비접지방식에서는 지락전류 검출이 어려워서 지락계전기 적용이 어렵고 통신선에

    대한 유도장해가 적다.

   ▣ 비접지 방식은 지락전류가 작기 때문에 통신선 유도 장해가 적다.

    ⊙ 유도장해 ⇒ 영상전류 ⇒ 지락사고 ⇒ 지락전류

     ※ 통신선 유도장해는 영상전류가 발생시키고 영상전류는 지락사고시 지락전류에 의해

         발생하므로 비접지 방식은 지락전류가 작아 통신선 유도장해가 작다.

※ 1선 지락사고가 발생하면 지락전류가 대지를 통해 중성점을 거쳐 지락지점으로

   다시 흐르게 되는 폐회로가 형성되고 그 폐회로 안에 사람이 있게 되면 접촉전압에

   감전사고가 발생할 수 있어 위험하게 된다.

   이를 방지하기 위해 지락계전기를 설치하여 차단기가 동작하게 하고 있는데

   비접지 방식의 경우에는 지락전류 Ig가 매우 작아 계전기의 동작이 어렵고 결국 차단기가

   작동하지 않을 수 있다.

⑦ 1선 지락고장시 건전상의 대지전위 상승은 √3배로 크다.

※ 전압은 (V = I·R) 전류가 흐를 때만 전압이 걸린다.

   따라서 전류가 증가하면 전압도 높아진다.

   위 그림에서 보는 바와 같이 1선 지락사고시 대지전위가 13,200[V]에서 22,900[V]로

   전위가 상승하게 되고 이로 인해 절연비용 많이 든다.

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⑧ △ 결선방식에서는 1선 지락사고가 발생해도 2상의 변압기로 V결선을 하여 3상 전력을

    공급할 수 있다.

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다. 비접지식 1선 지락사고시 건전상 전위상승

※ 지락이 발생하지 않았을 때는 대지와 선간에 전류가 흐르지 않으므로 전위가 잡히지 않

    다가 1선 지락사고가 발생하면 대지로 전류가 흐르게 되고 각상의 정전용량을 통하여

    전류가 흐르게 되고 각 상의 충전전류는 고장점에 모이게 된다.

    이 때 각상의 전압은 대지를 중성점으로 하여 연결되게 된다. a상은 a-a', b상은 b-b',

    c상은 c-c'에 전압이 걸리게 된다.

위의 그림과 같이 1선 지락사고가 발생하면 고장난 c상은 전위가 "0"이 되고

이로 인해 중성점이 C상으로 옮기기 되므로 건전상의 전위도 변화가 발생한다.

따라서 건전상의 전위는 고장전 전위보다 √3배 상승하게 된다. 이는 1선 지락사고가

발생하면 각상의 충전전류가 지락점에 모이게 되어 전류가 많아지므로 전위도 높아지는

것과 맥락이 같다.

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[비접지 방식의 특징]

① 비접지 방식의 결선방식은 △-△ 결선방식이다.

② 1선 지락전류

③ 1선지락전류는 고장상의 전압보다 90˚ 앞선 전류가 흐른다.

④ 비접지식 송전선의 정전용량은 Cs : 자기 정전용량, 대지정전용량이다.

⑤ 지락전류의 크기가 1[A]이하로 작다. 통신선 유도장해가 작다.

    보호계전기의 작동이 곤란하다.

⑥ 비접지방식은 저전압, 단거리 송전선로에서 사용된다. 20~30[kV]이하

    : 3.3 / 6.6 / 22 [kV]

⑦ 1선 지락고장시 건전상의 전위상승이 고장전의 √3배이다.

⑧ 1선 지락사고가 나도 2개의 변압기로 V결선하여 송전이 가능하다.

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[기출문제 풀이]

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[문제1] 송전선의 중성점을 접지하는 이유로 적절하지 못한 것은 ? ①

   ① 코로나 방지를 위하여

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[문제 2] 송전선의 중성점을 접지하는 이유는 ?

   ④ 송전선의 이상전압 상승 방지

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[문제3] 중성점 비접지 방식을 이용하는 것으로 적당한 것

   ④ 저전압 단거리 송전선로

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[문제4] 중성점 비접지 방식이 이용되는 전압은 ? ③ 20~30[kV] 이하

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[문제5] 비접지식 송전선로에서 지락고장이 생겼을 때 지락점에 흐르는 전류는 ?

   ① 고장상의 전압보다 90˚ 빠른 전류가 흐른다.

​

[문제6] 선간전압 V[V], 한선의 대지정전용량이 C인 비접지식 3상 1회선 송전선에

   1선 지락사고가 발생했을 때 지락전류 산정식은 ?

[문제7] 6.6[kV] (※ 공칭전압이므로 선간전압이다), f=60[Hz]의 비접지식 송전선로,

   10[km]에서 1선의 대지정전용량 Cs = 0.005[μF/km] 일 때 1선 지락사고시 고장

   전류로 옳은 것은 ?

[문제8] 비접지식 3상 송배전계통에서 선로정수중 1선 지락 고장 전류를 계산하는데

   사용되는 정전용량은 ? Cs : 대지정전용량, 자기 정전용량​

​

[문제9] 중성점 비접지방식에서 가장 많이 사용되는 변압기 결선방식은 ?

   △-△ 결선방식

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[문제10] △ 결선의 3상 3선식 배전선로가 있다. 1선이 지락된 경우 건전상의 전위상승은

   지락전의 몇 배가 되는가 ? √3배

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[문제11] 비접지방식을 직접 접지방식과 비교한 것중 틀린 것은 ?

   ③ 보호계전기의 동작이 확실하다.

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