EMTP 소개
전력계통의 과도현상을 분석하기 위한 수리계산용 프로그램
초기목적은 전력계통의 서어지 현상 분석
그 후 동기발전기, 전기, 전자회로 기본소자, 제어계 모델, 논리연산, 아날로그 계산기 모 델 추가
전력계통 뿐만 아니라 반도체 회로, 제어,
기계 및 전기, 전자회로의 해석 등 다방면
에서 범용적으로 이용
-100-EMTP (Electromagnetic Transient Program)
EMTP 개발과정
미국 BPA(Bonneville Power Administ-ration)에 의해서 최초 개발
1966년 H.W. Dommel 박사, 1973년 W.S Meyer 박사
1981년 BPA-EMTP가 DCG(Develop-ment Coordination Group)에 이관되어 미국 EPRI와 공동으로 상업화 추진
상업화에 반대한 Meyer 박사가 ATP(Al-ternative Transient program) 무료 배포
EMTP (Electromagnetic Transient Program)
EMTP 보유기능
절연협조, 기기정격, 보호장치 사양
제어계 설계, 고장해석 등
주요대상
개폐지락 서어지, 뇌 서어지
TRV(고유과도회복전압)
SSR, HVDC 해석
고조파, 철공진, 평행회선공진
전동기기동, 탈조, 일반제어계 등
-102-EMTP (Electromagnetic Transient Program)
EMTP에 포함된 모의요소
집중저항, 인덕턴스, 커패시턴스 소자
송전선, 부하, 변압기 등
진행파 모델
가공선, 케이블 등
비선형 모델
피뢰기, 철심 포화
비선형 리액터, 히스테리시스
시변저항소자
-103-EMTP (Electromagnetic Transient Program)
EMTP에 포함된 모의요소(계속)
스위치
차단기 접점모의
갭의 방전에 이용되는 이상스위치
이상전압원 및 이상전류원
정현파, 직류, 계단함수 등
3상 동기기 및 일반회전기
유도기, 직류기
TACS
제어계 시뮬레이션
-104-EMTP (Electromagnetic Transient Program)
EMTP 입력 데이터 형식
BEGIN NEW DATA CASE SPECIAL REQUEST CARD MISCELLANEOUS CARD
SPECIAL MISCELLANEOUS CARD(STATISTICS CARD) TACS HYBRID(또는 TACS STAND ALONE) CARD TACS CARD
BLANK CARD ENDING TACS DATA BRANCH CARD(RLC, T/L, TR. Etc.) BLANK CARD ENDING BLANCH DATA
9빨간색으로빨간색으로표시된표시된카드는카드는서어지서어지해석시해석시기본적으로기본적으로필요필요
통계적 방법 적용시 사용
EMTP (Electromagnetic Transient Program)
EMTP 입력 데이터 형식(계속)
SWTICH CARD
BLANK CARD ENDING SWITCH DATA SOURCE CARD
BLANK CARD ENDING SOUREC DATA INITIAL CONDITIONS
OUTPUT CARD
BLANK CARD ENDING OUTPUT REQUEST CARD BLANK CARD ENDING PLOT DATA
BLANK CARD ENDING ALL CASE
9빨간색으로빨간색으로표시된표시된카드는카드는서어지서어지해석시해석시기본적으로기본적으로필요필요
-106-
과전압 연구를 수행하기 위해 필요한 데이터의 종류
① 송전선로 데이터(Switched)
② 송전선로 데이터(Not to be switched)
③ 등가 전원 데이터
④ 피뢰기 데이터
⑤ 변압기 데이터
⑥ 차단기 데이터
⑦ 직렬 및 병렬 보상 데이터
EMTP (Electromagnetic Transient Program)
-107-① 송전선로 데이터 (Switched)
1) ___________
2) ___________
3)
- ___________
- ___________
- ___________
- ___________
-___________
___________
___________
- ___________
(1) 선로 모델 데이터
1) 거리(miles)
2) 철탑당 3상회로의 수 3) 도선
- 상당 도선수
- 다도체 간격(inches) - 직경(inches) - AC 저항(Ohm/mile)
- 철탑에서의 X 및 Y 좌표(feet) A상
B상 C상
- midspan Sag(feet)
-108-① 송전선로 데이터 (Switched)
4)
- ___________
- ___________
- ___________
-____________
____________
- ___________
5) ___________
6)
- ___________
- ___________
- ___________
(1) 선로 모델 데이터
4) 가공지선
- 가공지선의 수
- 직경(inches) - AC 저항(Ohm/mile)
- 철탑에서의 X 및 Y 좌표(feet) OHGW#1
OHGW#2
- midspan Sag(feet) 5) 평균 접지 저항율(Ohm-m) 6) 애자
- 사이즈
- 개수
- “V” 또는 “I” strings
① 송전선로 데이터 (Switched)
7) ___________
8) ___________
9) ___________
1) ___________
2) ___________
3) ___________
(1) 선로 모델 데이터
7) 풍압 하중하에서의 대지에 대한 뇌격거 리(feet)
8) 선로의 평균 높이(feet 또는 km) 9) 선로에 대한 철탑의 전체 개수
(2) 선로설계를 위한 보조 데이터
1) 신설선로 주변의 선로에 대한 오염 이력 2) Isokeraunic level (강우일수)
3) 주변 타선로의 정전율 통계
-110-② 송전선로 데이터 (not to be switched)
1) __________
2) __________
3)
- __________
- __________
- __________
4)
- __________
- __________
- __________
1) 정격(kV) 2) 길이
3) 정상분 임피던스 - R1(Ohm/mile) - X1(Ohm/mile) - C1(Mohm/mile)
4) 영상분 임피던스 - R0(Ohm/mile) - X0(Ohm/mile) - C0(Mohm/mile)
-111-③ 등가 전원 데이터
1) __________
2) __________
3)
- __________
4)
- __________
5) __________
1) 변전소명 2) 전압(kV)
3) 정상분 임피던스 - Z1=R1+jX1
4) 영상분 임피던스 - Z0=R0+jX0
5) Ohms으로 나타낸 임피던스 또는 얼마 의 MVA Base로 나타낸 %임피던스 명 기
-112-④ 피뢰기 데이터
1) __________
2) __________
3) __________
4) __________
1) 변전소명 2) 제조회사
3) 형태(ZnO 또는 SiC) 4) 정격(kV)
⑤ 변압기 데이터
1) 변전소명 : __________
2) 제조회사 : __________
3) 정격전압(kV) ; 1차 : __________, 2차 : __________, 3차 : __________
4) OA-Rating(MVA) : ____________
5) 권선 결선 : ______________
6) 임피던스 (in % on ________ MVA base) 1) H-L : __________
2) H-T : __________
3) L-T : __________
7) 포화곡선:
1) Ieat 100 % V : __________
2) Ieat 110 % V : __________
3) Ieat 120 % V : __________
4) Ieat 130 % V : __________
8) Air core impedance(공심 임피던스) : __________
-114-⑥ 차단기 데이터
1) __________
2) __________
3) __________
4) __________
5) __________
6) - __________
- __________
7) __________
1) 변전소명 2) 제조회사 3) 차단매질 4) 정격전압(kV) 5) 정격전류(kA)
6) Preinsertion: - 저항(Ohm) - 시간(ms) 7) 최대 허용가능 극 간격[pole
span(ms)]
-115-⑦ 직렬 및 병렬 보상 데이터
(1) Shunt reactor & Tertiary reactors
1) 변전소(위치) : __________
2) 정격전압(kV) : __________
3) 정격 MVA : __________
4) 선형 또는 비선형 포화 전압 : ____________
(2) Series capacitor
1) 변전소 : __________
2) Ohmic Value : __________
3) Spark gap protection : ____________
4) Metal oxide protection : ____________
-116-
EMTP를 이용하여 개폐 서어지 연구 수행시 필요한 출력
① 송전단에 대한 switched line 상의 선전 압 및 선간전압(A,B,C상)
② 수전단에 대한 switched line 상의 선전 압 및 선간전압(A,B,C상)
③ 중간점(middle point)에 대한 선전압 및 선간전압(A,B,C상)
④ 선로를 따라 최소 두 개의 다른 점에 대 한 선전압 및 선간전압(A,B,C상)
EMTP (Electromagnetic Transient Program)
EMTP를 이용하여 개폐 서어지 연구 수행시 필요한 출력
⑤ 피뢰기 전압, 전류 및 에너지
EMTP의 new version은 80칼럼에 "4"를 기입함으로 써 branch에서 흡수되는 에너지를 계산할 수 있다.
이것은 피뢰기에 적용될 수 있으나, 이렇게 EMTP에 의해 계산되는 에너지는 문제를 야기한다.(일부 경우 에서는 negative energy가 나타나며, Plotting 문제 도 발생한다). 한편, TACS를 통해 에너지를 계산하 는 대안이 존재한다.
⑥ Switched line에 대한 선전류
EMTP (Electromagnetic Transient Program)
-118-
선로 무압 (deenergization)
차단기는 차단과정에서 발생하는 개폐 과 전압을 줄이기 위해 설계
전압이 높아지고 선로가 길어짐에 따라, 가압, 무압 및 재폐로에 대한 SOV 제한치 의 중요성 증대
선로의 무압은 병렬 보상회로에서 실제적 인 문제를 발생
Ring down 또는 Ringing 현상
과전압 사례분석 – Case II
-119-
선로 무압 (deenergization)
차단기는 전류가 제로인 지점이나 그 지 점 가까이서 개방
선로의 1.0 P.U.의 전하가 포획되고 전압은 최대
대지에 연결된 유도성 통로(병렬보상회 로)가 존재
선로에 포획된 전하는 선로 커패시턴스와 방 전통로 인덕턴스 사이에서 진동을 나타내면 서 방전
과전압 사례분석 – Case II
-120-
선로 무압 (deenergization)
연가된 선로에 대한 진동의 고유주파수
L: 변압기의 인덕턴스 또는 병렬 리액터와 선 로 인덕턴스의 합
C: 선로의 커패시턴스
Ring down 또는 Ringing 으로 불리워짐
비연가 선로에서의 ringing은 연가선로보 다 휠씬 복잡함
과전압 사례분석 – Case II
) ( 2
1 π LC
선로 무압 (deenergization) – 연가선로
계통도
과전압 사례분석 – Case II
B 500 A B C EQUL A B26 A
203 Ω LOCAL
SOURCE GENERATOR STEP UP TRANSFORMER
EQUR A LINE A
X1 = 125 Ω X0 = 50 Ω
90 mi
120 mi Z1 = 287 Ω Z0 = 619 Ω
REMOTE SOURCE
BREAKER MAIN CONTACTS
SEND A REC A
0.02초에 무압(개방)
-122-
EMTP data file
BEGIN NEW DATA CASE
33.30E-6 .20 60. 0
20000 1 1 1 1 0 0 1 0 SEND A 5512.
SEND B 5512.
SEND C 5512.
REC A 5512.
REC B 5512.
REC C 5512.
B26 AEQUL A .203 B26 BEQUL B .203 B26 CEQUL C .203 51LINE AEQUR A 50.
52LINE BEQUR B 125.
53LINE CEQUR C
-1B500 ALINE A .55801.6722.01268 90. 0 -2B500 BLINE B .0310 .5816.01940 90. 0 -3B500 CLINE C
-1SEND AREC A .5294 1.7659.01224 120. 0 -2SEND BREC B .02499.59614.01914 120. 0 -3SEND CREC C
과전압 사례분석 – Case II
-123-
EMTP data file(continued)
TRANSFORMER 2.33 1137. X 3.E5 2.33 1137.0
3.44 1250.0 23.33 1364.0 1579.00 2274.0
9999
1B500 A 27.55 11.66 2B26 AB26 B .2026 1.
TRANSFORMER X Y 1B500 B
2B26 BB26 C
TRANSFORMER X Z 1B500 C
2B26 CB26 A
BLANK CARD TERMINATING BRANCH CARDS B500 ASEND A -1. .020 B500 BSEND B -1. .020 B500 CSEND C -1. .020 BLANK CARD TERMINATING SWITCH CARDS
과전압 사례분석 – Case II
-124-
EMTP data file(continued)
14EQUL A 18863. 60.0 0. -1.0 14EQUL B 18863. 60.0 -120. -1.0 14EQUL C 18863. 60.0 -240. -1.0 14EQUR A 380281. 60.0 30. -1.0 14EQUR B 380281. 60.0 -90. -1.0 14EQUR C 380281. 60.0 -210. -1.0 BLANK CARD TERMINATING SOURCE CARDS
B500 AB500 BB500 CSEND ASEND BSEND CREC AREC BREC C BLANK CARD TERMINATING NODE VOLTAGE OUTPUT
CALCOMP PLOT
2 SINGLE-PHASE FAULT CLEARING
144 8 80 REC AREC BREC C 144 8 80 SEND ASEND BSEND C BLANK CARD TERMINATING PLOT REQUESTS BLANK CARD TERMINATING THE CASE
과전압 사례분석 – Case II
선로무압 - 연가선로에서의 ringing
과전압 사례분석 – Case II
송전단 A상 전압 송전단 C상 전압
-126-
선로무압 - 비연가 선로에서의 ringing
과전압 사례분석 – Case II
송전단 A상 전압 송전단 C상 전압
-127-
변압기로 마감되는 선로의 무압
접지에 연결된 회로의 인덕턴스는 본질적 으로 매우 크게 자화된 임피던스임
이러한 선로의 고유주파수는 병렬 리액터 보상선로에 비해 매우 작음
이러한 성질이 변압기의 포화를 발생
즉, 구형파 모양의 진동을 일으키면서 선로 를 방전
포화변압기 모델 및 비선형 인덕터 변압기 모 델 두 가지 모의
과전압 사례분석 – Case III
-128-
변압기로 마감되는 선로의 무압
포화변압기모델
계통도
변압기로 마감되는 500kV 연가선로
과전압 사례분석 – Case III
EQUL A LINE A
B500 A
SEND A REC A
X1 = 125 Ω X0 = 50 Ω
모의결과(포화변압기 모델)
과전압 사례분석 – Case III
송전단 A상 전압 수전단 A상 전압
-130-
변압기로 마감되는 선로의 무압
비선형 인덕터 변압기 모델
계통도
230kV 송전선로
과전압 사례분석 – Case III
TYPE 98 Nonlinear
inductor
SOURC A SEND A REC A
100 mi Z1 = 350 Ω Ζ2 = 750 Ω
-131-
모의결과(비선형 인덕터 변압기 모델)
과전압 사례분석 – Case III
송전단 A상 전압 수전단 A상 전압
-132-
재폐로
차단기가 선로를 재투입하기 위해 재폐로 될 때 전하들은 선로에 여전히 포획된 상태
이러한 전하는 차단기 선로측의 계통에 따 라서 1P.U.에 가까운 잔류전압을 발생시킴
비고장상에서는 더 높은 잔류전압을 발생 시킴
단상재폐로(single-pole tripping)
1선지락 고장 발생시 사고상만 제거하고 두 개의 비고장상은 계속 전력 공급
과전압 사례분석 – Case IV
단상재폐로
계통도
A상의 차단기가 수전단에서 고장제거
과전압 사례분석 – Case IV
B 500 A B C EQUL A B26 A
203 Ω LOCAL
SOURCE GENERATOR STEP UP TRANSFORMER
EQUR A LINE A
X1 = 125 Ω 90 mi
B500 A SEND A REC A REM A
AUX A AUXR A
B C
EQREC A
120 mi Z1 = 287 Ω
Z0 = 619 Ω X1 = 125 Ω X0 = 50 Ω REMOTE SOURCE
-134-
단상재폐로 모의결과
과전압 사례분석 – Case IV
수전단 A상 전압 수전단 B상 전압
-135-
단상재폐로시 확률적인 방법 이용
단상재폐로 계통도와 동일
EMTP내 STATISTICS 카드 이용
C INPUT DATA FOR SINGLE-POLE SWITCHING PROBABILITY RUNS C FIRST MISCELLANEOUS DATA CARD:
C 345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 33.30E-6 .07 60. 0
5000 1 1 1 1 1 200 1 0 0 0
… 중략
…
BLANK CARD TERMINATING BRANCH CARDS
C 1 2 3 4 5 6 7 8 C 345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890
B500 ASEND A .0165 .0014 STATISTICS
… 중략
과전압 사례분석 – Case IV
-136-
단상재폐로 모의결과(확률적 방법)
과전압 사례분석 – Case IV
송전단 A상 전압 수전단 A상 전압
고속도 3상재폐로
(300Ω의 preinsertion 저항 포함)
계통도
과전압 사례분석 – Case IV
B 500 A B C EQUL A B26 A
203 Ω LOCAL
SOURCE GENERATOR STEP UP TRANSFORMER
EQUR A LINE A
X1 = 125 Ω X0 = 50 Ω
90 mi
120 mi
REMOTE SOURCE
BREAKER MAIN CONTACTS
SEND A REC A
300 Ω
AUX A AUXILIARY CONTACTS 300 Ω
300 Ω
-138-
고속도 3상재폐로 모의결과
과전압 사례분석 – Case IV
송전단 3상 전압 전원측 3상 전압
-139-