아낌없이 주는 나무

【 현수애자 】

1. 애자의 역할

 ▣ 전선을 지지물에 고정시킬 때 전선과 지지물간 절연하는 절연체 역할을 하는

     것이 애자이다.

※ LP애자 : Line Post

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(1) 애자의 설치 목적

   ① 전선과 대지간(지지물)의 절연

   ② 전선을 지지물에 고정

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(2) 애자의 구비조건

   ① 충분한 절연내력을 가질 것 [V/m], 클수록 좋다.

   ② 충분한 절연저항을 가질 것 R = 1000[MΩ]

   ③ 충분한 기계적 강도를 가질 것

   ④ 누설 전류가 적을 것

   ⑤ 온도변화에 잘 견디고 습기를 흡수하지 않을 것

   ⑥ 가격이 싸고 다루기가 쉬울 것

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(3) 애자의 종류

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① 현수 애자 : 송전선로에 대부분 채용

   ⊙ 전선을 아래로 늘어 뜨리거나 잡아 당겨 지지하는 것으로써

      어떻게 연결하느냐에 따라 클리비스(나사, 끼움), 소켓형(고리를 거는 것)으로 분류됨

   ⊙ 원판 모양의 자기절연체의 양쪽에 연결용 쇠붙이를 시멘트로 접착하고 이들을 여러개

      연결하여 철탑 아래로 늘어 뜨려 큰 하중에 대하여 2련 또는 3련으로 전선을 가설하

      도록 하는 장치

    ※ 배전계통(전주를 지지물로 쓴다) : 현수애자와 핀애자를 쓴다.

      ◎ 요즘은 핀애자를 쓰지 않고 LP애자(Line Post)를 쓴다. (점퍼선에 사용)

    ※ 완금 : 3선은 2,400[mm]를 쓴다.

※ 애자의 갯수

   ⊙ 22.9kV -Y : 2~3개

   ⊙ 66 kV : 4~5개 - 최근에는 자주 사용하지 않음

   ⊙ 154kV : 9~11개

   ⊙ 345kV : 18~23개

   ⊙ 765kv : 40개 이상

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【현수애자】

   ▣ 종류 : 클레비스형, 볼 소켓형 (주로 사용)

     ⊙ 큰 하중에 대하여 2련 또는 3련으로 사용할 수 있다.

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     ※ 현수애자의 크기는 자기부의 직경 즉 지름으로 나타내는데

        254[mm]를 표준으로 하고 있다. 250[mm]라 하기도 함

        중성선을 지지하는 것은 180[mm]를 사용하고 있다.

⊙ 현수애자는 상부에 소켓(도체)과 하부 볼(도체)사이에 절연체인 공기가 있는 구조로

     콘덴서와 똑같은 구조를 갖추고 있어서 전력계통에서 콘덴서로 똑같이 취급한다.

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② 핀애자 : 직선 전선로를 지지하기 위한 곳에 사용

  ⊙ 갓 모양의 자기편을 시멘트로 접착하고 철재베이스를 써서 자기를 지지한 후에

      아연도금한 핀을 박아서 완금에 고정하여 사용한다.

    ※ 33(30)[kV]이하에서만 사용한다. 결국 핀애자는 22.9[kV]에서 사용한다.

   ⊙ 사용전압 : 이론상 66[kV]이하, 실제 30[kV]이하

   ⊙ 사용전압별 애자의 색상 : 저,고압용(백색), 특별고압용(자주색)

     ※ 기저에 수직으로 설치한다

③ 장간 애자

   ⊙ 자기재 봉에 갓을 설치하여 그 양단에 cap을 취함

   ⊙ 장견간이나 해안 지역에서 염진 해 대책 및 코로나 방지 목적으로 사용

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④ LP 애자 : 선로용 지지 애자 (일반적인 전선)

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⑤ 폴리머 애자 : 빗물에 의한 세척효과가 좋음, 사기 유리 대신 실리콘 고무 사용

                    (합성수지로 만듬)

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(4) 현수 애자의 시험 [250mm] ※ 섬락 : 불꽃 = 아크 = 절연파괴

  ⊙ 현수애자의 양단의 쇠붙이에 전압을 걸어서 전압을 서서히 올리면 어느 순간 애자표면

     에 있는 공기를 통해서 아크방전이 일어나게 되는데 이를 섬락전압이라 한다.

① 건조 섬락 시험 : 건조한 상태에서의 절연파괴전압 80 [kV] ⇒ 80kV까지 견뎌야 한다

    (건조한 날)

② 주수 섬락 시험 : 젖은 상태에서의 절연파괴전압 50[kV]

    (비온 날)

③ 유증 섬락 시험 : 절연유 속에 넣은 상태에서의 절연파괴 전압 140[kV]

④ 충격 섬락 시험 : 표준파형의 충격파(서어지, 벼락 등) 상태에서의

                          절연파괴전압 125[kV],

                         ※ 1.2 × 50 [μsec] (벼락)

(5) 애자련의 능률

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(6) 애자련의 전압 분담

⊙ 전선과 애자, 애자와 지지물간의 정전용량은 애자의 그 위치에 따라

    각각 다르게 나타나므로 각각의 전압분담도 달라지게 된다.

  ① 전압분담이 가장 큰 애자 : 전선에서 가장 가까운 애자

  ② 전압분담이 가장 작은 애자 : 전선에서 지지물 쪽으로 약 2/3 이상 지점에 위치한 애자

    ex) 5련 애자 : 철탑에서 두번째, 10련 애자 : 철탑에서 3번째 애자

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(7) 애자련의 보호 : 아킹혼(링), 소호각(환)

【 지지물과 전선보호 】

1. 지지물

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(1) 지지물의 종류

  ① 목주 : 말구 지름 (끝부분 지름) 12[cm]이상, 지름의 증가율 9/1000 이상

  ② 철근 콘크리트주 : 말구 지름 14[cm]이상 (14, 17, 19 [cm] ) 지름 증가율 1/75 이상

  ③ 철주 : 66[kV] 이하의 송전선로에 많이 사용

  ④ 철탑 : 4각 철탑, 방형 철탑, 우두형 철탑, 문형 철탑 등

     (아연 도금한 형강 등을 볼트 등으로 조립하여 사용 : 녹슬지 않게)​

(2) 사용장소 및 용도에 의한 분류

① 직선형(A) : 평지에 사용, 수평각도 3˚이하인 직선 전선로 부분에 사용

② 경각도형(B) : 수평각도 3˚ ~20˚ 이하에서 사용

③ 중각도형(C) : 수평각도 20˚ 초과시 사용

④ 인류형(D) : 전선로가 끝나는 부분에 사용 - 60˚ 까지 적용, 가파른 산지 같은 곳에 사용

※ 억류 지지 철탑 : 전선을 끌어 당겨 지지하는 것

⑤ 내장형(E) : 전선로 양쪽의 경간차가 큰 곳에 사용 (시험 자주 나옴)

⊙ 직선형은 10기 이하 마다 내장 애자를 설치하여 전선으로 보강

⑥ 보강형 : 전선로 직선 부분을 보강할 경우에 사용

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(3) 지지물의 기초 강도

⊙ 가공 전선 지지물의 기초 강도는 안전율 2 이상으로 할 것

⊙ 지지물의 전장이 15[m]이하인 경우에는 땅에 묻히는 깊이를

전장의 1/6 이상으로 할 것

2. 전선의 보호

① 전선의 진동 방지 : 댐퍼(Damper) : 아연도금한 강연성의 양단에 추를 붙여 놓은 것

※ 진동은 가벼울 수록 경간이 길수록 진동이 많음

⊙ 스톡브릿지 댐퍼 (Stock bridge damper) : 전선의 좌우 진동방지

⊙ 토셔널 댐퍼 (Torsional damper) : 전선의 상하 도약 방지

⊙ 베이트 댐퍼(Bate damper) : 클램프 전후에 첨선을 감아 진동을 방지하는 것

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② 전선 지지점에서의 단선 방지 : 아머로드 (Armaor rod)

※아마로드 : 전선 지지점에 대한 보호 : 테이핑 작업

(전선과 같은 종류의 선(연선)을 여러번 꼬아 줌)

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③ 오프셋 : 전선 도약에 의한 상하부 전선의 단락 방지

(Off : 벗어나다, Set : 설치) 중심부를 벗어나서 설치

전선에 쌓였던 눈이 떨어지거나 하면 전선이 도약할 수 있는데

이렇게 되면 전선과 전선이 단락할 수 있어 이를 방지하기 위함

※ 혼촉 방지 : 혼촉 잘못된 접촉

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3. 이도 (Dip)

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⊙ 이도 (Dip) : 전선 자체의 중량으로 인해 전선이 아래로 쳐진 정도를 나타내는 곡선

                    (커티너리 곡선)의 수직거리

(8) 전선의 하중

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① 전선 자체 하중 : Wo ⇒ 아래로 작용

② 빙설 하중 (Wi) i = Ice ⇒ 아래로 작용

전선 주위에 두께 6[mm], 비중 0.9[g/㎤]의 빙설이 균일하게 부탁된 상태에서의 하중

W​i = 0.0054 π (d + 6) [kg/m] (d [mm] : 전선의 바깥지름)

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③ 풍압 하중 (Ww) : 철탑 설계시의 가장 큰 하중

P: Pressure, k : 전선의 표면계수

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③ 합성 하중

4. 지선

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(1) 지선의 설치 목적

① 지지물의 강도 보강 (철탑에서는 임시용인 경우만 시설)

② 전선로의 안정성 증대

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(2) 지선의 종류

① 보통지선(인류지선) : 전선이 끝나는 부분에 사용

② 수평지선 : 도로나 하천 등을 횡단하는데 사용

③ 가공지선 : 직선로에 선로방향으로 불편균 장력이 발생하는 경우 수평지선 대신에

                  지지물을 사용하여 시설

④ 공동지선 : 장력이 비슷한 인류주, 분기주, 곡선로주가 인접한 경우, 양주간 공동으로

                  수평하게 시설

⑤ Y지선 : 다수의 완금을 설치하거나 장력이 큰 경우 또는 H주 등에 시설하는 지선

⑥ 궁지선 (A, R) : 주위의 건조물 등으로 인하여 지선의 밑넓이를 충분히 넓게 할 수 없는

                       경우에 시설하는 지선

(3) 지선의 구비조건 (전기설비기준에서 자세히 다룬다)

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① 안전율(여유계수)은 2.5이상일 것 (단 목주나 A종은 1.5 이상)

② 소선은 지름 2.6[mm]이상의 금속선을 3조 이상 꼬아서 시설할 것

     (단, 인장강도 70[kg/㎟] 이상인 아연도금강연선은 2.0[mm]

③ 허용 인장하중의 최저는 440[kg] 이상일 것

④ 지중의 부분 및 지표상 30[cm]까지의 부분은 아연도금한 철봉 등을 사용할 것

⑤ 도로 횡단시 지선의 높이는 5[m] 이상으로 할 것

1. 전선

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(1) 전선의 종류

  ① 가공전선로 : 공중에 설치하는 전선

  ② 지중전선로 : 지하에 설치하는 전선

  ③ 옥상전선로 : 건물의 위에 설치하는 전선

  ④ 옥측전선로 : 건물, 구조물의 측면에 설치하는 전선

  ⑤ 수상전선로 : 물위, 수면 위에 설치하는 전선

  ⑥ 수저전선로 : 물속에 설치하는 전선

  ⑦ 터널내전선로 : 터널내에 설치하는 전선

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(2) 전선의 구비조건

① 도전율(k)이 클 것, 저항율이 작을 것, 전류가 잘 흐를 것

    도전율은 저항의 역수이므로 도전율이 크게 되면 저항은 작게 된다.

    * 기준 : 연동선 k = 100[%]

              경동선 k = 97[%]

         ex : 철사 k = 10[%] 미만

② 기계적 강도가 클 것

③ 가요성이 클 것(잘 구부러질 것, 유연성이 있을 것)

    옥내용   >  옥외용

    연동선       경동선

   * 옥내에서는 기계적 강도가 크지 않아도 되므로 연동선을 사용하고

     옥외에서는 기계적 강도를 요구하므로 경동선을 사용한다.

④ 내구성이 클 것 (내식성, 내열성)

   * 내식성 : 해안지방의 송전선 (염분 등의 영향 - 내식성 : "동선 > 알루미늄")

⑤ 가격이 싸고 신장율(팽창율)이 클 것, 대량생산이 가능할 것

⑥ 가벼울 것 (비중이 작을 것)

⑦ 가선이 용이할 것 (전선의 설치가 용이해야 한다)

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2. 전선의 구조에 따른 분류

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(1) 가닥수에 따른 분류

  ◎ 단선 : 단면이 원형이면서 한줄로 된 전선(지름이나 공칭단면적으로 표기)

     1가닥 - 전선이 굵어지면 다루기 힘들어지고 경제성 기타 특성상 송전에

               적합하지 않아 잘 사용되지 않는다.

◎ 연선 : 단선을 수내지 수십선을 꼬아 놓은 선, 여러가닥의 소선으로 되어 있다.

            작은 전선(실세선)이 꼬아져 있는 전선을 말한다. 단선과 상대되는 전선이다.

   ※ 소선의 총가닥수 N = 1+ 3 n (n+1) n : 중심소선을 뺀 소선의 층수

       소선 층수        소선가닥수

            1                 7 가닥

            2               19 가닥

            3               37 가닥

            4               61가닥

    계산법

       1 + 6 + 12 + 18 + 24 + .....

       7    19    37    61 .....

  ※ 연선의 지름 D = 2 (2n+1) × d n : 소선의 층수

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◎ 중공연선 : 가운데 비어 있는 것

  ⊙ 200[kV] 이상의 초고압에서는 코로나 현상을 방지하기 위하여 지름이 큰 전선을

      사용하지 않으면 안된다.

  ※ 특징 : 지름이 크다. (가운데가 비어 있기 때문에 지름이 크다)

(3) 피복에 의한 분류

   ◎ 나전선 :  전선에 피복이 없는 것을 나전선이라 한다. 피복 X

   ◎ 절연전선 : 피복 하나 : 절연피복 한번한 것을 절연전선이라 한다.

   ◎ 케이블 : 피복 2 번이상 : 케이블은 절연피복과 케이블 시스가 함께 있다.

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(4) 전선의 재질에 따른 분류

   ① 단금속선 : 구리선 - 연동선, 경동선, 금속선 하나로 구성되어 있는 전선이다.

⊙ 연동선 : 부드러움 (가전제품(옥내)), 비쌈, 강도는 작지만 잘 구부러지고

                저항이 작아 전류가 잘 흐른다.

​⊙ 경동선 : 딱딱함(옥외 송전), 비쌈, 강도가 세고 고유저항이 연동선보다 커서

               도전율은 연동선 보다 낮다.

⊙ 알루미늄선 : 저렴 - 알루미늄선은 강도도 있으면서 가벼워서 하중 경감이 필요한

                              전선 등에 사용된다. 연동선, 경동선에 비해 고유저항이 크다.

  ※ 고유저항 : 연동선 < 경동선 < 알루미늄

  ※ 인장강도 : 경동선 > 연동선 > 알루미늄

  ※ 무게는 알루미늄이 구리보다 가볍다. 일반적으로 1/3배

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⊙ 강심알루미늄연선 (ACSR) : 장경간 송전선로, 온천지역 채용, 코로나 방지 목적

    도전율이 양호한 알루미늄 강도를 증가시키기 위하여 가운데 아연도금 강선이 들어가

    있는 강심 알루미늄연선이 대표적이다.

    구리선에 비해서 중량이 작고, 직경이 커졌다.

⊙ 합금선 : 규동선 (Cu + Si), 카드뮴동선 (Cu + Cd), 알루미늄합금선 (Al + Mg)

⊙ 쌍금속선 (동복강선) : 장경간 송전선로, 가공지선 (낙뢰방지 목적으로 사용)

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(5) 전선의 굵기 선정

​

① 고려사항 : 허용전류, 전압강하, 기계적 강도, 전력손실, 경제적 조건

  ⊙ 허용전류 - 전선에 최대로 흘릴 수 있는 전류

                  - 전선이 버틸 수 있는 전류

  ⊙ 전압강하 : e = I × R ⇒ 전선의 저항만큼 전압강하가 발생하므로 이를 고려하여 선정

  ⊙ 기계적 강도 : 전선단면적 A ↑

  ​⊙ 전력손실 : Pl = I2·R

  ⊙ 경제적 조건

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(6) 가장 경제적인 전선의 굵기 선정방법

   ⊙ 캘빈의 법칙 : 건설에 구입한 전선시설비에 대한 1년간의 이자 및 감가상각비 =1년간

                         전력 손실량에 대한 환산전기요금이 같을 때의 굵기

     ◎ 전선 1[m]의 연간 손실 전력 금액

     ◎ 전선 1[m]의 이자와 감가상각비를 가산한 연 경비 총액

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[송전선의 전선 굵기 선정] 허용전류, 전압강하, 기계적 강도, 전력손실(코로나손),

                                  경제성

  ◎ 허용전류(안전전류) : 전선에 전류가 연속적으로 흐를 때 도체의 수명적 관점에서

                                 실용상 안전하게 흐를 수 있는 전류를 말함

     ※ 표피 효과 발생

<표피효과의 영향>

  ⊙ 전선의 유효 단면적 축소

    ※ 표피효과는 전선 표면가까이에서만 전류가 흐르는 현상으로

       표피효과가 크게 되면 실제 전류가 흐르는 단면적은 작게 된다.

  ⊙ 저항값은 직류일 때 보다 증대 :  표피효과로 인해 실제 전류가 흐르는

                                              단면적이 작아지므로 저항은 높아지게 된다.

   ◎ 송전용량 감소 ↑ Pc = I2 R : 표피효과가 발생하면 전선의 단면적이 작아져

                                             저항이 높아지므로 전력손실이 많아지고 송전용량은

                                             감소하게 된다.

   ◎ 전선의 단면적, 주파수, 도전율, 투자율이 클수록 표피효과 증대

   ◎ 코로나 손실 증대 : 표피효과로 인해 전선의 단면적이 작아지므로 코로나 손실도 증대한다.

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전선의 지름이 큰 것

① 복도체 (다도체) 방식

② 중공연선

③ ACSR : 강심알루미늄 연선

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사용하는 주된 이유 : 코로나 현상을 방지하기 위하여

1. 승압의 필요성

​

▣ 최근 우리나라는 전력 사용량이 급격히 늘어나고 있습니다. 급격한 전력사용량 증가에

   대비하기 위해서는 이에 맞는 전력공급 능력을 갖추어야 하고 또한 많은 전력량을 송전

   하는 능력도 갖추어야 합니다.

▣ 동일한 발전량과 송전시설을 가지고 위의 2가지 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 방법

    이 바로 전압의 승압방법입니다. 전압을 승압하면 동일한 발전용량이라 하더라도

    전력공급 능력을 향상시킬 수 있고 동일한 송전선로에서 전류량을 늘리지 않고 송전량

    을 늘릴 수 있기 때문입니다.

▣ 하지만 단점도 있겠지요. 전압을 높이려면 송전시설의 높이를 높게 해야 하고 시설물의

    절연내력을 증가시켜야 하며 전압증가로 인한 위험도 높아지는 단점도 있습니다.

​

2. 전압승압 효과, 장단점

​

가. 전압승압의 장점 (전압 n배 승압시)

​

▣ 공급능력 VA (시설용량) : n배 증가

  ⊙ 공급능력은 시설용량을 말하는 것으로 시설용량 Pa = VI [VA] 이다.

      공급능력은 무부하 상태의 시설용량 VA를 의미한다.

      따라서 전압이 n배 증가하면 공급용량도 n배 증가한다.

​

▣ 공급전력 P(W) : n2 배 증가

  ⊙ 공급전력은 부하가 있는 상태에서의 전력을 말하는 것으로

이상의 관계를 종합하면

나. 전압승압의 단점 (전압 n배 승압시)

​

▣ 지지물의 높이 증가 등 시설비가 많이 든다.

▣ 애자의 수가 증가 등 시설 보강이 필요하다.

▣ 절연내력의 증가로 인한 시설비가 증가한다.

▣ 고전압으로 위험성이 증가한다

고장계산은 %임피던스에 의한 고장계산과 대칭좌표법에 의한 고장계산을 다룬다.

​

1. 고장계산

▣ 가공송전선로는 비,눈,바람 등의 자연재해에 영향을 받아 이로 인한 고장이 발생하기

    쉬운 만큼, 이에 대응하기 위하여 직접 접지 방식 등을 채택하고 있다.

    사고중에는 1선 지락사고의 빈도가 가장 높으며 선간단락이나 3선 단락 및 단선사고가

    발생하는 경우도 있다. 이러한 사고발생시에 대처하기 위해 적정한 차단기를 선정해야

    하는데 차단기 용량결정을 위해 고장계산은 필수적이다.

​

2. %임피던스 (백분율 임피던스)

▣ 백분율 임피던스(%Z)는 기준전압(상전압)에 대한 임피던스 전압강하의 비를 백분율

    로 나타낸 것이다. %Z는 이를 이용하여 단락전류와 단락용량을 계산하고 3상기준

    정격용량, 충전용량, 단락용량 등을 계산하는데 사용된다.

​

3. 대칭좌표법에 의한 고장계산

▣ 대칭좌표법은 1선 지락사고와 같이 불평형 고장에서 전압이나 전류의 계산에 사용되며

    전류를 이용하여 3상 평형시 (정상시) Ia + Ib + Ic = 0 이므로 a상을 기준으로 계산

    하면 전류의 합은 0이 됩니다.

▣ 그러나 3상 불평형시 (사고시) 전류의 합은 0이 아니므로 대칭분을 이용하여 정상분을

    계산할 때는 영상분과 역상분을, 역상분을 계산할 때는 영상분과 정상분을 제거하고

    해석하고자 하는 성분만 남겨 주게 됩니다.

​

▣ 고장의 종류

⊙ 지락사고 (80%) : 대칭좌표법

⊙ 단락사고 (과전류, 위험) : %임피던스법, 대칭좌표법, PU법, 오옴법

⊙ 단선사고

​

▣ 고장계산의 목적

  ① 차단기의 용량 결정

  ② 보호계전기의 정정

  ③ 통신선의 유도장해 감소

​

1. 단락고장 계산 (%Z 법)

​

[단상 : Z%]

  ※ %Z임피던스는 상전압(수전단 전압)을 기준으로 산정한다.

[3상 %Z]

  ※ 퍼센트 임피던스(%Z)는 상전압(수전단 전압)을 기준으로 산정한다.

   또한 3상의 경우에는 한상을 기준으로 산정한다.

2. 단락전류 계산 (차단기의 용량결정)

​

▣ 단락사고 발생시 선로를 차단하는 차단기의 용량을 결정하기 위하여

    앞에서 계산한 %Z를 활용하여 단락전류를 계산하게 된다.

​

⊙ 단상 단락전류

⊙ 3상 단락전류

★ 단락전류는 3상에서도 한선에 흐르게 되므로 1선을 기준으로 계산하게 된다.

    따라서 단락전류 I​s = E / Z 가 된다.

종합해 보면

3. 단락용량

[단락용량 구하기]

4. 1선 지락사고 고장계산

[ 고장조건 ]

​

①

  [A] (1선지락시 차단기 내려 Ia, Ib는 전류가 흐르지 않는다고 가정)

② Ia = I​g

③ a상의 대지전위는 零에 가까움 Va =0

    Ib = Ic = 0, Va = 0 --------- 식1

    Ia = Ig --------- 식2

      a 상에 흐르는 전류가 우리가 구할 지락전류이다.

   발전기 기본식

    V0 = - Z0 I0

    V1 = E1 - Z1 I1

    V2 = - Z2 I2 -------------------- 식 3

Va = V1 + V2 + V3 = 0 ---------- 식 5

지락전류 Ia = I​g를 구하기 위해 식 5에 식3을 대입하면

5. 2선단락 고장계산

접지선에는 전류가 흐르지 않고 b상과 c상으로만 전류가 흐른다.

b상과 c상에는 서로 다른 방향으로 전류가 흐른다.

6. 3선단락 고장계산

7. 영상회로, 영상임피던스

​

Z0, Z1, Z2 이러한 임피던스값을 어떻게 구하는가?

대칭분 회로를 이용하여 영상회로, 영상임피던스 구하기

3상을 일괄한 것과 대지간에 단상교류 전압을 인가했을 때, 전류가 흐를 수 있는

범위의 회로를 영상회로라고 하며

이 때 한상에 대한 임피던스를 영상임피던스라고 한다.

따라서 한 상의 영상전류의 3배가 흐르는 중성점 저항 접지방식에서

한 상분에 대한 영상전류를 취급하는 경우

중성점 접지저항은 3배로 한다.

​

【 중성점 접지의 일반사항 】

가. 중성점 접지

▣ 우리나라는 송전선로는 3상 3선식을 채택하고 있으며 Y결선의 중성점을 접지하는

    방식을 이용하고 있다.

    이러한 중성점 접지는 송전계통의 안정도, 선로 및 기기의 절연, 통신선의 유도장해,

    차단기의 차단용량, 보호계전기의 동작 등에 많은 영향을 미친다.

▣ 중성점 접지의 종류에는 중성점 임피던스의 크기에 따라 비접지 방식, 직접접지 방식,

    저항접지방식, 소호리엑터 접지방식 등이 있다. 또한, 지락 사고시의 건전상의 전위상

    승이 정상시 상전압의 1.3배를 넘지 않도록 접지임피던스를 조정하는 방식을 유효접지

    라고 한다.

​

나. 중성점 접지의 목적

▣ 1선 지락사고시 건전상의 전위상승을 억제하여 선로 및 기기의 절연레벨을 낮춘다

▣ 과도안정도가 증진되고, 보호계전기의 동작을 확실히 하고, 지락 아크의 소멸 및

    이상전압의 상승을 방지한다.

​

다. 접지방식의 종류

▣ 접지방식의 종류에는 비접지 방식, 직접접지 방식(유효접지방식), 저항접지, 소호리엑

    터 접지방식이 있다.

▣ 비접지 방식은 우리나라의 3.3[kV], 6.6[kV]의 송전선로에 사용되며 보통 △-△결선

    을 사용한다.

▣ 직접접지방식은 우리나라 송전선로의 대부분을 차지하며 154[kV], 345[kV], 765

    [kV] 등에 사용되며 지락사고시의 건전상의 전위상승이 정상시 상전압의 1.3배가

    넘지 않도록 접지 임피던스를 조정하는 방식을 유효접지 방식이라 한다.

▣ 저항접지 방식은 고저항접지와 저저항접지로 구분하며 중성점을 저항으로 접지하는

    방식이다.

▣ 소호리엑터 접지방식은 예전 우리나라의 66[kV]급에 사용되었으며 L-C병렬공진을

    이용하여 지락전류를 최소화하여 과도안정도를 최대로 했던 접지방식이다.

​

라. 유도장해

▣ 유도장해의 종류에는 정전유도장해와 전자유도장해가 있다.

   정전유도장해는 C값에 의해 영상전압이 발생하며 전자유도 장해는 L에 의한 상호인덕

   턴스에 의한 영상전류에 의해 발생한다. 이와 더불어 고조파유도 장해도 있다.

​

마. 안정도

▣ 전력계통에서 이상현상이 발생하지 않는 범위내에서 최대로 공급할 수 있는 전력공급

   의 한도를 안정도라 한다. 안정도의 종류에는 정태안정도, 동태안정도, 과도안정도가

   있다. 안정도 향상 대책에는 전력선에는 변압기 등의 L에 의한 리엑턴스 성분이 많기

   때문에 이에 대한 저감대책이 필요하다.

​【 중성점 접지와 통신선 유도장해 】

1. 중성점 접지

가. 중성점 접지의 목적

① 1선 지락사고시 건전상의 전위상승을 억제하여 선로 및 기기의 절연레벨을 낮춘다.

② 과도안정도가 증진되고 보호계전기의 동작을 확실(고속도 차단)히 한다.

③ 지락아크를 소멸하고 이상전압을 방지한다.

​

나. 중성점 접지방식의 종류

  ▣ 중성점 접지 방식에는 비접지, 직접접지, 저항접지, 소호리엑터 접지 방식이 있다.

​

① 비접지 방식

  ▣ 우리나라에서는 3.3[kV], 6.6[kV]에서만 사용한다. △-△결선 사용

⊙ 1선 고장시에는 V결선으로 운전이 가능하다.

   - 이용률 58.5%, 출력률 86.6%

⊙ 선로에는 3고조파가 발생하지 않는다.

⊙ 통신선 유도 장해가 발생하지 않는다.

⊙ 지락사고 발생시 건전상의 전압상승이 이론상 √3배, 최대 6개까지 전압 상승

⊙ 지락사고시 건전상의 전압이 상승하므로 절연레벨을 높여야 한다.

▣ 비접지 계통의 지락전류 계산

  ⊙ 정전용량만 존재하는 경우

⊙ A상 지락의 경우

② 직접접지방식 (유효접지 방식)

  ▣ 1선 지락사고시 건전상의 전압상승이 1.3배를 넘지 않도록 접지 임피던스를 조정하는

      방식을 유효접지방식이라 한다.

⊙ 1선 지락사고시 건전상의 전압상승이 거의 없다.

    V = IR 인데 접지선의 저항이 낮기 때문에 1선 지락사고에 의해 중성선에 전류가 흘러

    도 중성점의 접압은 '0'에 가까워 건전상의 전압이 거의 상승하지 않는다.

⊙ 지락사고시 건전상의 전압이 상승하지 않으므로 절연레벨을 낮출 수 있다.

⊙ 초고압 송전계통에 사용한다.

⊙ 지락보호계전기의 동작이 확실하다. (접지선에 지락전류가 많이 흐르므로)

⊙ 과도 안정도가 나쁘다. (접지선, 중성점으로 큰 전류가 흐르므로)

    존재하지 않는 이미지입니다.

③ 저항접지

④ 소호리액터 접지 (PC접지, 병렬공진에 의해)

   ▣ Ig를 거의 '0'으로 한다. 우리나라에서는 66[kV] 송전선에서 사용한다.

2. 통신선 유도 장해

가. 통신선 유도장해

▣ 유도장해란 전력선이 근접하고 있는 통신선에 전력선에 의한 정전유도나 전자유도

    현상에 의해서 통신상에 여러가지 장해를 일으키는 현상

⊙ 정전유도 장해 : 전력선과 통신선과의 상호 정전용량과 영상전압에 의해 발생

⊙ 전자유도 장해 : 전력선과 통신선과의 상호 인덕턴스와 영상전류에 의해 발생

⊙ 고조파유도장해 : 고조파의 유도에 의해 잡음 발생, 중요치 않아 다루지 않음

가. 정전유도 장해

▣ 정전유도 전압은 송전선로의 영상전압과 통신선과의 상호 커패시턴스의 불평형에

    의해서 통신선에 정전적으로 유도되는 전압

▣ 고장시 뿐만 아니라 평상시에도 발생

나. 정전유도장해 방지대책

 ▣ 정전용량 즉, 분자가 "O"이 되게 한다.

     Ca = Cb = Cc 이면 분자 "0" 즉 연가를 하면 정전유도전압 감소

 ▣ "C"값을 작게 한다. : 통신선과 전력선의 거리를 멀게 한다.

    양 선로의 간격을 넓힌다.

다. 전자유도 장해 (가장 영향이 큼)

▣ 송전선에 1선 지락사고 등이 발생하여 영상전류가 흐르면 통신선과의 전자적인

   결합에 의해 통신선에 커다란 전압, 전류를 유도하게 되어 통신용 기기나 인명에

   손상 및 위해를 끼치거나 통신이 불가능하게 되는 유도장해 발생

※ 송전선로에서는 변압기의 영향을 많이 받기 때문에 임피던스에

   인덕턴스 성분이 많음

    VL = XL × I

        = ω L × I

        = ω M × I

    V = ωMIa + ωMIb + ωMIc

       = ωM(Ia+Ib+Ic)

   평상시(평형전류) Ia+Ib+Ic = 0

※ 전자유도 장해 방지를 위해서 Em = ω Ml 3I0 를 작게 해야 한다.

​

1. 전력계통에서 선간전압, 상전압(대지전압)

​

※ 전력공학 : 발전소에서 생산한 전력을 수용장소(가정 등)에 송배전 과정을 다룬다.

                 전력의 송배전에서 선간전압, 상전압(대지전압)의 개념은 발전소 등에서의

                  선간전압과 상전압의 개념과 다르다.

​

※ 전력 송배전에서의 선간전압과 상전압

  ▣ 선간전압 : 전력선의 전선과 전선 사이의 전압으로 기호는 V를 쓴다.

  ▣ 상전압(대지전압)은 전력선의 전선과 대지사이의 전압으로 기호로는 E를 쓴다.

▣ 송전계통은 발전소(송전단)에서 수용장소(수전단)으로 전력 송수신과정이다.

    전력선 상호간에는 선간전압이 있고 송전선과 대지 사이에도 전압이 걸리게 된다.

    송전선과 대지간에는 전선은 도체이며, 대지 또한 거대한 하나의 도체이므로

    도체와 도체 사이에 공기라는 절연체가 채워져 있으므로 전압이 발생하게 되는데

    이를 대지전압 또는 송전계통에서 상전압이라고 한다.

  ⊙ 일반적으로 송전계통의 배전선의 선간전압은 22,900[V]이고

      이 때 대지전압은 이보다1/√3배 작은 13,200[V]가 된다.

콘센트를 보면 두개의 선이 들어 와 전압이 발생하고 이 가정의 선간전압이 220[V]이다.

발전기의 선간전압과 상전압은 다음 그림과 같다.

△결선에서는 선간전압 = 상전압이다.

Y결선에서는 상전압은 전선과 중성점간의 전압이고 선간전압은 두 전선사이의 전압이다.

Y결선에서는 선간전압 = √3 상전압이다.

​

이제 아래 그림을 보며 송전계통에서 선간전압 = √3 상전압(대지전압)임을 알아 보자.

송전계통에서는 전선의 결선방법이 △결선이든, Y결선이든지 각각의 전선은 우리나라에서는 전력 송배전선은 3상으로 공급하게 되므로 3상 전력선으로 각 선마다 120˚의 위상차가 발생하는 전력선이 된다.

이 송배전선은 모두 도체이고 대지 또한 도체이므로 도체와 도체 사이에 절연체인 공기가

있으므로 송전선과 대지는 일종의 콘덴서 역할을 하게 되며, 이로 인해 전력선과 대지간에

는 전압이 걸리게 된다. 이를 대지전압이라고 하며 송배전선의 상전압이라고 한다.

송배전선과 대지의 관계를 보면 3상 전력선의 한쪽 끝부분을 한데 묶은 것과 같은

즉, Y결선을 취하게 된다. 오른쪽 그림과 같이 송배전 전력선과 대지는 Y결선이 되는 것이

고 Y결선에서는 선간전압이 대지전압(전력선과 대지간 전압)의 √3배가 되는 것이다.

​

2. 공칭전압 [V]

▣ 공칭전압은 다음 3가지의 의미를 가지고 있다.

  ⊙ 선로를 대표하는 선간전압

  ⊙ 수전단의 부하가 전부하시 송전단의 선간전압

  ⊙ 공통으로 칭할 수 있는 전압

위의 전력계통을 보며 공칭전압의 의미를 알아보자.

​

① 선로를 대표하는 선간전압

◎ 송전계통에서 송전단에서 수전단까지의 전압강하는 10%이하로 제한하고 있다.

    따라서 송전단의 전압이 100[V]이라면 말단의 수전단 전압은 90[V]가 된다.

    그런데 송전단 중간의 각 지점은 선로의 저항(R)과 리액턴스(X)가 다르므로

    각각의 전압강하에 의하여 전압이 각기 다르게 나타나게 된다.

    이와같은 상황에서 위 송전단 계통을 대표하여 부르는 전압을 공칭전압이라 하며

    이 때의 공칭전압은 선간전압을 의미하게 된다.

    따라서 위의 경우에는 송전단의 선간 전압 100[V]를 공칭전압이라고 한다.

​

② 수전단이 전부하시 송전단의 선간전압

  ◎ 위에서 공칭전압을 송배전계통의 선로를 대표하는 선간전압을 공칭전압이라고 했다.

      그럼 어느 조건하에서 선간전압을 말하는가?

      선로를 대표하는 선간전압의 조건은 수전단이 전부하인 상태에서의 선간전압을

      말하며 이 선간전압도 바로 송전단 전압을 말한다.

      따라서 위 그림에서 송전단 전압 100[V]가 공칭전압이 된다.

​

③ 공통으로 칭할 수 있는 전압

  ◎ 이는 공칭전압이라는 말의 글의 뜻을 그대로 풀어낸 의미이다.

​

  ▣ 공칭전압의 종류

  현재 사용 765[kV], 345[kV], 154[kV] 22.9[kV]

  공칭전압 66[kV], 22[kV]는 예전 사용 6.6[kV], 3.3[kV]는 예전 사용

​

3. 사용전압, 공칭전압, 최고전압의 관계

​

① 사용전압 (기준전압) : 수전단의 선간전압 : V

② 공칭전압 : 수전단 전부하시 송전단 선간전압 : 1.1 × V

③ 최고전압 : 송배전 선로에서 사용할 수 있는 최고 전압 (차단용량, 정격용량)

   - 송배전선로 : 1.15 × V

   - 전기기기 : 1.2 × V

송배전 계통에서 전압강하는 10%이하로 제한하고 있으므로

일반적으로 공칭전압은 V = 1.1 × 사용전압(V) 이라 할 수 있다.

​

학습목표

⊙ 차단기의 단락용량, 차단용량 공식에서 왜 단락용량에는 공칭전압을 대입하고

    차단용량에는 정격전압을 대입하는지를 이해한다.

​

산정식

⊙ 차단기 단락용량 = √3 × 공칭전압 × 단락전류

⊙ 차단기 차단용량 = √3 × 정격전압 × 단락전류

​

※ 과전류중에서 가장 큰 전류는 단연 단락전류이다.

   차단기는 이 단락전류에 의한 단락용량을 차단할 수 있어야 한다.

   즉, 차단능력(차단용량)을 단락용량(가장 큰 고장) 보다 크게 만든다.

   따라서 차단용량 > 단락용량이 된다.

​

※ 차단용량과 단락용량을 산정식으로 분석하여 보면

   단락전류는 서로 같고 정격전압과 공칭전압의 차이에 의해 발생한다.

   기기가 정상적으로 동작하기 위한 전압이 정격전압이다.

   일반적인 전기기기는 정격전압과 공칭전압이 비슷하다.

   그러나 차단기는 정격전압이 일반기기와 다르다.

​

예를 들어 비가 올 때

일반인은 한 사람당 필요한 우산(공칭우산)이 1개이다.

사용할 우산(정격우산)도 1개이다.

그러나 젠틀맨은 1개(공칭우산)가 필요하지만 2개(정격우산)를 들고 나간다.

따라서 일반인과 젠틀맨은 필요한 우산(공칭우산)은 1개로 같지만

사용할 우산(정격우산)은 다르다.

​

♠ 일반인 (일반기기)

   공칭우산 (필요한 우산) : 1개 = 정격우산 (사용할 우산) : 1개

♠ 젠틀맨 (차단기)

   공칭우산 (필요한 우산) : 1개 < 정격우산 (사용할 우산) : 2개

​

따라서 든든한 젠틀맨 같은 차단기의 경우 정격전압이 더 크게 설정돼 있다.

정격전압(젠틀맨) > 정격전압 (일반인) = 공칭전압 (고정값)

즉 차단기는 정격전압 > 공칭전압

​

< 정리 : 두줄 요약 >

​

1. 차단기는 가장 큰 전류인 단락전류에 의한 단락용량을 막아야 한다.

   그래서 차단용량(차단능력)은 단락용량을 기준으로 더 큰 값이다.

​

2. 단락용량 보다 차단용량이 더 큰 이유는 전압의 차이 때문이다.

   일반적인 경우

   공칭전압 = 정격전압이지만

   차단기의 경우 오지랖이 넓어

   공칭전압 < 정격전압이 된다.

​

차단기의 경우,

  정격전압 > 공칭전압의 전압차이로 인하여

  차단용량 > 단락용량이 된다.

​

  단락용량 = √3 × 공칭전압 × 단락전류

  차단용량 = √3 × 정격전압 × 단락전류 가 된다.

​

1. 정격전압 (Rated voltage)

  ⊙ 차단기 정격전압은 차단기에 인가될 수 있는 계통 최고 전압을 말합니다.

      차단기 내부에도 각각 위치에 따라 실제 전압이 다를 수 있는데

      그 중 최대 전압을 말합니다.

      정격전압 수치는 3상의 선간 전압 실효치로 나타냅니다.

       아래에서 공칭전압은 외부에 얘기할 때 공통적으로 통일한 규격 전압을

       얘기합니다.

      정격전압 = 공칭전압 × 1.2 / 1.1

2. 정격전류 (Rated Current)

  ⊙ 보통 상태에서 차단기에 흐르는 전류로 정격전압, 정격 주파수에서 각 부분의 온도 상

     승 한도를 연속적으로 흐를 수 있는 전류한도를 말한다.

     정격전류 = 전력 P / ( √3 × 전압 V × cosΘ)

​

3. 정격 차단 전류 (Rated Breaking Current)

⊙ 정격전압, 정격 조건하에서 기계, 기구가 표준의 동작책무를 행하는 경우 차단기가

    차단할 수 있는 단락전류의 한도를 말한다.

     간단히 말해서 차단기가 고장났을 때의 전류를 말하며 단락 전류와 수치는

     유사합니다. (교류 실효치)

​

4. 정격 차단 용량 (Rated Breaking Capacity)

  ⊙ 정격차단 용량은 식 그대로 차단기의 정격전압과 정격 차단전류를 곱하여

      여기에 3상일 경우 √3배 한 값을 말한다.

      정격 차단용량 = √3 × 정격 전압 × 정격 차단 전류

​

5. 정격 투입전류 (Rated Making Current)

⊙ 정격 전압, 정격 주파수에서 표준 동작 책무에 따라 투입할 수 있는 투입 전류를

    말한다. 돌입전류라고도 할 수 있으며 평상시 전류의 약 2.5배이다.

    물이 막혔다가 뚫리면 초기에 갑자기 많은 물이 들어 오는 것 처럼

    물에 대비하여 전류를 대입하면 이해가 빠를 것입니다.

​

6. 동작책무

⊙ 규정된 회로 조건에서 정격 차단전류 및 정격 투입전류를 차단 또는 투입할 수 있는

    조건과 횟수로 차단전류 및 투입 전류로 TEST하는 기준이 됩니다.

    CO = Close and Open 순간적으로 혹은 일정한 시간을 두어 개폐를 하여

    이상 정도가 없는지 확인합니다.