¨
전력 계통 설계¡ 조류 계산
¡ 고장 계산 : 보호기기 선정, 정정, 협조 (차단기, 퓨즈, 보호 계전기, 계기 용 변성기)
¡ 안정도 계산
¨
이 절에서는 차단기 및 퓨즈 선정의 기본 원리를 논함교류 차단기
¨
차단기는 고장전류를 차단, 재폐로하는 기계적인 스위치¡ 공기, 기름, SF6 가스, 진공 등의 매개물을 사용함
¨
1500V 이상 : 전력용 차단기¨
1500V 까지 : 저전압 차단기¨
차단기 재폐로의 일반적인 동작 표준(EHV 계통)¡
동작 전압에 따라 고장 차단 후 약 15~50사이클에 한번만 재폐로¡
고장이 지속되는 상황에서 재폐로를 하면 차단기가 다시 트립 (trip)하여 고장전류를 차단¡
그 후 조작자가 재 정정을 해야 하는 영구 개방 상태가 됨¡
EHV 계통에서 여러 번의 재폐로는 과도안정도에 악영향이 있을 수 있음¡
하지만 고객의 정전이 관심사인 배전계통(2.4-46kV)에서는 2회 이상의 재폐로 수행¨
간략화 된 차단기 선정법 : ‘E/X 간략화 방법’¨
X/R 비 < 15¡ 주어진 동작전압에서 계산된 전류와 같거나 그 이상의 대칭 차단전류를 갖는 차단기
¨
X/R 비 > 15¡ 직류 오프셋을 고려한 차단기 설정
¡ 이러한 경우 계산된 고장전류를 정정하기 위한 방법이 사용 될 수 있음 (차단기 속도, 직류, 교류 시정수를 고려하기 위해)
¨
X/R 비를 모를 경우¡ 계산된 고장전류 < 차단기 차단용량의 80% 이하
전압 정격
¨
정격 최대 전압(Rated maximum voltage)¡ 최대 선간 동작전압의 실효값
¡ 차단기는 이 정격보다 적거나 동일한 동작전압을 가진 계통에 사용 가능
¨
정격 주파수 억제 전압(Rated low frequency withstand voltage)¡ 차단기가 절연 손상 없이 견딜 수 있는 최대 60Hz 선간전압의 실효값
¨
정격 임펄스 억제 전압(Rated impulse withstand voltage)¡ 차단기 절연이 견딜 수 있는 표준 상승 및 지연시간을 가진 전압펄스의 최대 첨두 전압
¨
정격 전압 범위 인자 K (Rated voltage range factor K)¡ 대칭 차단용량에 동작전압을 곱한 값이 일정한 전압의 범위
전류 정격
¨
정격 연속전류(Rated continuous current)¡ 과열 없이 연속적으로 차단기가 흘릴 수 있는 60Hz 교류전류 실효치의 최대값
¨
정격 단락 회로 전류(Rated short-circuit current)¡ 차단기가 정격 최대전압에서 안전하게 차단할 수 있는 대칭전류 실효치 의 최대값
¨
정격 일시 전류(Rated momentary current)¡ 차단기가 손상 없이 견딜 수 있는 비대칭 전류 실효치의 최대값
¡ 표준 차단기에서 정격 일시전류는 대칭 차단 용량의 1.6배
¨
정격 차단시간(Rated interrupting time)¡트립 코일이 여기된 순간으로부터 고장 전류가 제거된 순간까지 60Hz 기준 사이클 단위의 시간
¨
정격 차단 피상전력(Rated interrupting MVA)¡ 3상 차단기에 대하여 √3 X [kV 단위의 정격 최대전압] X [kA 단위의 정격 단락 회로 전류]
¡ 보통 MVA 정격보다 전류 및 전압 정격으로 사용하는 것이 일반적임
퓨즈
¨
그림 7.11은 퓨즈의 단면도¡ 퓨즈는 가장 간단한 과전류 차단 장치
¡ 튜브에 둘러싸인 연결부는 용융가능하며 튜브는 충전 물질로 포장되어 있음 그리고 접점 단자로 연결이 됨
¡ 일반적으로 연결부는 은(silver), 충전물질은 모래를 사용
제한 부분
(a) 단면도 충진 물질
(b) 지속되는 과부하 전류 상태에서 연결부가 녹고, 아크는 개시된다.
연결 부분
(c) 과부하 전류가 제거된 이후의
“open” 연결 부 그림 7.11 : 전형적인 퓨즈
¨
정상 상태 운전 동안에는 퓨즈가 연속 정격 전류(Rated continuous current)이하로 운전되어 단순한 도선으로 동작¨
만일 과부하 전류가 연속 전류 정격의 1~6배 정도로 발생, 지속 되 면 연결부의 온도가 올라 연결부가 녹게 됨¨
녹은 부분에 간극이 형성되어 전기 아크가 발생하고 아크는 지속적 으로 발생하여 간극 폭을 증가시킴¨
아크저항이 아크가 지속할 수 없는 단계까지 상승하면 아크는 소호 되며 퓨즈내의 전류는 완전히 차단 됨¨
현재 전력계통에서 사용되는 퓨즈는 대부분 전류 제한 형태¨
그림 7.12와 같이 한류 퓨즈는 첨두값을 형성 하기 이전의 반 주기 내에 고장전류를 차단¨
퓨즈는 전동기, 변압기, 전선, 모선에서 고장전류를 제한하는데 사용 됨퓨즈 없이 이용 가 능한 고장전류
고장전류의 개시 ½ 사이클 이내에 퓨즈가 개방되고 단락회로가 제 거된다
그림 7.12 : 한류 퓨즈의 동작
¨
퓨즈 사양은 보통 다음의 4가지 인자에 기초함¨
전압 정격(Voltage rating)¡ 퓨즈 연결부가 녹은 이후에 발생하는 내부 아크를 억제하는 퓨즈의 능력
¡ 파괴된 퓨즈는 전압 정격에 견딜 수 있어야 함
¡ 저전압 퓨즈의 정격은 250V, 600V
¡ 중전압 퓨즈의 정격은 2.4~34.5kV
¨
연속 전류 정격(Continuous current rating)¡ 퓨즈는 용융, 차단되지 않고 연속 전류 정격의 전류가 흐를 수 있어야 함
¨
차단 전류 정격(Interrupting current rating)¡ 퓨즈가 안전하게 차단할 수 있는 가장 큰 실효값 비대칭 전류
¡ 대부분의 저전압 퓨즈의 차단 정격은 200kA
¡ 중전압 한류 퓨즈의 표준 차단 정격은 65, 85, 100kV 등
¨
시간 응답(Time response)¡ 퓨즈의 용융 및 제거시간은 과전류 및 고장 전 류의 크기에 의존
¡ 시간-전류 곡선에 의해 표시
¡ 다음 그림은 15.5kV, 100A 한류퓨즈의 시간-전 류 곡선
¡ 500A 전류에 대하여 연결부는 2초 이내에 용 융, 5초 이내에 차단
¡ 5kA 전류에 연결부는 0.01초 이내에 용융되며, 0.015초 이내에 차단
전체 제거시간
최소 용융시간
그림 7.13 : 15.5kV, 100A 한류 퓨즈 에 대한 시간-전류 곡선
500A 5kA
¨
방사상 회로에서 큰 연속 전류 정격을 갖는 퓨즈는 전원에 가깝게 위치시키고 고장에 가까운 퓨즈가 가장 먼저 제거되게 함¨
퓨즈의 장점 : 저렴, 신속, 쉬운 보호협조, 고 신뢰성¨
퓨즈의 단점 : 용융 후 수동 교체가 필요함 (1회성 장치)¨ 동작 전압이 64kV인 3상 모선에서 계산된 대칭 고장전류는 17kA이며 모선에서의 X/R비는 알 수 없다. 이 모선에 대해 표 7.10으로부터 차단기를 선정하시오.
¡ 풀이
69kV급 차단기는 동작 전압 V=64kV에서 대칭 차단용량 I(Vmax/V)=19(72.5/64)=21.5kA를 갖는다.
계산된 대칭 고장전류는 17kA이며 차단용량(0.8 × 21.5 = 17.2 )의 80%보다 작다. (이것은 X/R 비 를 모를 때의 요구사항). 그러므로 우리는 표 7.10으로부터 69-kV급 차단기를 선정한다.
표 7.10 : 옥외 차단기에 자주 사용되는 정격
