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전력계통

고장전류 저감대책

고장전류 저감대책

[101-3]
단락용량 증대가 전력계통에 미치는 영향과 그 경감대책에 대하여 설명하 시오.

1. 고장전류의 증가 원인

1) 전력수요의 지속적인 증가

발전기의 용량의 증대로 인한 고장전류 증가의 원인

2) 고품질의 전력요구(= 공급신뢰도 향상요구)

계통의 연계가 강화되면서 선로는 병렬화 되면서 선로 임피던스 저하로 고장전류의 증대의 원인

2. 단락전류 저감 대책

1) 계통 분리

계통 분리

변전소의 모선을 분리하여 하나의 전력계통을 복수의 소전력계통으로 분리함으로써 임피던스를 증가시켜 단락전류를 억제하는 방법이다.

이 방식은 효과적으로 단락전류를 억제할 수는 있지만, 계통연계의 이점이 사라지고, 안정도와 공급 신뢰도 저하로 계통 운영 측면에서는 바람직하지 않다.

1) 상시 분할 방식

계통이 상시 분리되어 있어서 안정도, 공급 신뢰도, 설비 이용률이 저하

2) 사고시 분할 방식

사고 발생시 계통이 분리되어 계통운용에 혼란이 야기되지 않도록 해야하며, 모선 분할용 차단기의 차단용량이 커야하는 단점이 있다.

2) 변압기의 %Z 증가

변압기의 %Z를 증가시켜 고장전류를 제한하는 방식으로 계통분리와 함께 가장 많이 사용하는 방식이다. 변압기의 %Z를 증가시킨다는 것은 변압기의 누설 리액턴스를 증가시키는 것이므로, 전압 변동률 증가, 무효전력 손실 증가, 안정도 저하의 문제 등을 고려해야 된다.

3) 한류기 리액터 채용

한류리액터(Current Limiting Reactor)는 공심에 코일을 감은 공심리액터로 제작되며, 선로에 직렬로 설치하여 사용된다. 우리나라의 경우 북부산 345kV 변전소(선로용), 화성 345kV 변전소(연계용)이 설치되어 운용 중에 있다.

한류기 리액터 채용

[선로용] [연계용]

한류리액터는 선로에 직렬로 설치되어 정상 운전시에도 자신의 리액턴스가 매우 크므로 무효전력손실, 전압강하의 증가, 안정도의 저하 문제를 고려해야 된다.

4) 직류연계를 통한 계통분할(Back-to-Back 시스템)

교류시스템 사이를 직류방식으로 분리하는 방식으로 고장전류의 대부분이 무효성분이기 때문에 고장전류의 저감에 매우 효과적인 방식이다. 하지만 전력전자변환 소자의 가격이 매우 고가이므로 경제성과 신뢰성을 고려해야 한다.

5) 한류기 채용

한류기는 정상 운전시에는 임피던스가 매우 작고, 고장 발생시에 순간적으로 매우 큰 임피던스를 발생시키는 기기이다.

한류기는 정상시 매우 낮은 임피던스 특성을 가지므로 유효 및 무효전력 손실, 안정도 저하 등의 문제는 없는 방식으로 아직 상용화에 이르지는 못했지만, 국내외적으로 매우 활발한 연구가 진행 중이다. 이런 방식의 한류기로 대표적인 것은 초전도 한류기(Superconducting FCL), 반도체 한류기, 복합형 한류기 등이 있다.

(1) 초전도 한류기(Superconducting FCL)

초전도체의 고유특성인 임계전류이하에서는 전기저항이 0인 특성과 고장발생시 고저항으로 전이되는 퀜치현상을 이용하여 매우 고속으로 고장전류를 저감하는 방식이다. 초전도 한류기의 종류에도 저항형 초전도 한류기, 유도형 초전도 한류기, 포화 철심형 초전도 한류기 등이 세계적으로 활발하게 연구 개발 중에 있다.

초전도 한류기(Superconducting FCL)

(2) 반도체 한류기(Solid-State Limiter)

대용량 전력전자 스위칭 소자를 이용한 것으로 정상 운전시에는 전력전자소자를 통해서 통전하다가 사고가 발생되면 사고전류를 감지하여 주회로를 개방하여 병렬로 구성된 한류저항 또는 리액터를 통해서 한류하는 방식이다.

(3) 복합형 한류기(Hybrid FCL)

기계식 고속스위치와 반도체 소자의 조합 또는 기계식 고속스위치와 초전도체를 조합하는 방식으로 반도체 소자 또는 초전도체가 갖는 단점을 기계식 고속스위치로 보완하여 경제성과 신뢰성을 고려한 한류기이다.

5) 계통전압의 격상

가장 합리적이고 현실적인 방법이다. 하지만 승압에 따르는 절연비의 상승으로 인해서 경제성을 우선적으로 고려할 필요하다.

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