수변전설비 단락용량 경감대책

❓단락이란

• 단락상태에서 임피던스값은 상당히 낮은값
• 회로가 설계한 선로로 전기가 흐르지않고 임피던스가 적은 다른경로로 흐르는현상
• 단락전류: 이로인해 설계전류보다 많은전류가흐르는데 이때의 전류
• 단락전압: 단락상태에서 정격전류가 흐를수있도록 낮춘 전압
• %Z: 단락전압을 정격전압으로나눈것을 %로 나타낸값
• 임피던스(Z): 저항과 리액턴스의 합을의미하는 값

❗단락전류의 억제대책

1️⃣계통분리

• 원리
  • a점 사고 시 재빨리 C점 차단기를 트립하여
  • 계통을 분리한 후 B점 차단기를 차단하여
  • 기여 전류원을 감소시켜 단락전류를 경감하는 원리
• 특징
  • 차단기의 차단용량을 크게 하지 않아도 된다
  • 설치비가 싸다
  • 계전기에 의한 동작협조, 인터로크 등의 설치로 회로가 복잡하다
  • 모선 연결 차단기의 차단 후 재병렬 투입이 필요하다
• 문제점
  • 계통 분리가 끝날 때까지 과대한 단락전류가 차단기 및 직렬기기에 흘러 열적, 기계적 파손의 염려가 있다

2️⃣변압기의 임피던스 컨트롤

• 원리
  • 변압기 주문 제작시 협의하여 변압기의 임피던스를 증가시켜 단락전류를 억제하는 방식
• 특징
  • 변압기 가격이 수변전설비에서 차지하는 비중이 높으므로 경제적인 검토가 필요하다
  • 전압변동이 커진다
  • 부하손이 커진다

3️⃣한류 리액터

(Limiting Current Reactor)

• 원리
  • 수전설비 용량 증가 시 차단기를 교체하지 않고 한류 리액터를 설치하여 단락전류를 억제하는 방식
• 특징
  • 차단기를 그대로 사용하면서 큰 용량에 대응
  • 설치면적이 증가한다
  • 운전손실 증가 및 전압강하로 램프등의 수명 전동기의 기동에 악영향
• 대책
  • 특고압 및 고전압회로를 피하고 가급적 저압 분기회로에 설치

4️⃣캐스케이드 보호방식

• 원리
  • 분기회로 차단기(B)의 설치점에서 회로의 단락용량이 분기회로의 차단기(B) 차단량을 초과할 때 주회로 차단기(A)에 의해 후비보호를 행하는 방식
  • 단락점에 대하여 CB₁의 개극시간이 동등하거나 짧으면, 단락점의 단락전류는 차단기(B)의 접점에 발생하는 아크 뿐만아니라 A점의 접점에 발생하는 아크로 중첩분리되어 쌍방 협력하여 차단을 행한다
  • 따라서 B에 가해지는 에너지를 절감시키는 것이 캐스케이드 보호방식의 원리
• B차단기가 캐스케이드 방식으로 보호되기 위한 조건
  • 통과에너지(I²t)가 CB₂ 차단기의 허용값 이하일것 : 열적강도 검토
  • 통과전류 파고치(Ip)가 CB₂차단기의 허용값 이하일 것 : 기계적 강도 검토
  • CB₂의 전차단 특성곡선과 CB₁차단기의 개극시간 교차점이 CB₂의 차단용량 이내일것
  • 부하 측 차단기에 발생하는 아크에너지는 부하측 차단기 허용치 이하일 것

5️⃣한류Fuse에 의한 Back Up차단방식

• 전력퓨즈
  • 전력퓨즈는 차단시간이 빠르고 그 외에 한류를 차단할 수 있다
• 차단기
  • 차단기-차단기의 백업차단방식에서는 직렬기기가 통과되는 단락전류에 견딜수 있느냐의 여부가 문제되는데 이것은 전력퓨즈의 고속 한류 특성을 이용하면, 깨끗이 해결되어 이상적인 백업방식

6️⃣계통연계기🌐

• 원리
  • 계통연계기는 일종의 가변 임피던스 소자(L과 C소자)로 계통에 직렬로 삽입
  • 평상시는 낮은 임피던스로 전류를 자유로이 통과시키고, 사고 시에는 높은 임피던스로 단락 시 대전류를 억제하는 방식
• 특징
  • 대용량의 설비에 적용되며, 유럽에서 많이 사용하는 방식
  • 설치비가 비쌈

7️⃣저항에 의한 한류방식🌐

• 초전도소자 이용
  • 상시Rs=0 이고 사고 시 소자에 자계를 주어 상전도로 이행하여 단락전류를 억제하는 방식
• 극저온 소자 이용
  • 극저온 소자의 발열에 의한 저항 증가로 전류를 억제하는 방식

❗단락전류의 억제대책

1️⃣계통분리

• 원리
  • a점 사고 시 재빨리 C점 차단기를 트립하여
  • 계통을 분리한 후 B점 차단기를 차단하여
  • 기여 전류원을 감소시켜 단락전류를 경감하는 원리
• 특징
  • 차단기의 차단용량을 크게 하지 않아도 된다
  • 설치비가 싸다
  • 계전기에 의한 동작협조, 인터로크 등의 설치로 회로가 복잡하다
  • 모선 연결 차단기의 차단 후 재병렬 투입이 필요하다
• 문제점
  • 계통 분리가 끝날 때까지 과대한 단락전류가 차단기 및 직렬기기에 흘러 열적, 기계적 파손의 염려가 있다

2️⃣변압기의 임피던스 컨트롤

• 원리
  • 변압기 주문 제작시 협의하여 변압기의 임피던스를 증가시켜 단락전류를 억제하는 방식
• 특징
  • 변압기 가격이 수변전설비에서 차지하는 비중이 높으므로 경제적인 검토가 필요하다
  • 전압변동이 커진다
  • 부하손이 커진다

3️⃣한류 리액터

(Limiting Current Reactor)

• 원리
  • 수전설비 용량 증가 시 차단기를 교체하지 않고 한류 리액터를 설치하여 단락전류를 억제하는 방식
• 특징
  • 차단기를 그대로 사용하면서 큰 용량에 대응
  • 설치면적이 증가한다
  • 운전손실 증가 및 전압강하로 램프등의 수명 전동기의 기동에 악영향
• 대책
  • 특고압 및 고전압회로를 피하고 가급적 저압 분기회로에 설치

4️⃣캐스케이드 보호방식

• 원리
  • 분기회로 차단기(B)의 설치점에서 회로의 단락용량이 분기회로의 차단기(B) 차단량을 초과할 때 주회로 차단기(A)에 의해 후비보호를 행하는 방식
  • 단락점에 대하여 CB₁의 개극시간이 동등하거나 짧으면, 단락점의 단락전류는 차단기(B)의 접점에 발생하는 아크 뿐만아니라 A점의 접점에 발생하는 아크로 중첩분리되어 쌍방 협력하여 차단을 행한다
  • 따라서 B에 가해지는 에너지를 절감시키는 것이 캐스케이드 보호방식의 원리
• B차단기가 캐스케이드 방식으로 보호되기 위한 조건
  • 통과에너지(I²t)가 CB₂ 차단기의 허용값 이하일것 : 열적강도 검토
  • 통과전류 파고치(Ip)가 CB₂차단기의 허용값 이하일 것 : 기계적 강도 검토
  • CB₂의 전차단 특성곡선과 CB₁차단기의 개극시간 교차점이 CB₂의 차단용량 이내일것
  • 부하 측 차단기에 발생하는 아크에너지는 부하측 차단기 허용치 이하일 것

5️⃣한류Fuse에 의한 Back Up차단방식

• 전력퓨즈
  • 전력퓨즈는 차단시간이 빠르고 그 외에 한류를 차단할 수 있다
• 차단기
  • 차단기-차단기의 백업차단방식에서는 직렬기기가 통과되는 단락전류에 견딜수 있느냐의 여부가 문제되는데 이것은 전력퓨즈의 고속 한류 특성을 이용하면, 깨끗이 해결되어 이상적인 백업방식

6️⃣계통연계기🌐

• 원리
  • 계통연계기는 일종의 가변 임피던스 소자(L과 C소자)로 계통에 직렬로 삽입
  • 평상시는 낮은 임피던스로 전류를 자유로이 통과시키고, 사고 시에는 높은 임피던스로 단락 시 대전류를 억제하는 방식
• 특징
  • 대용량의 설비에 적용되며, 유럽에서 많이 사용하는 방식
  • 설치비가 비쌈

7️⃣저항에 의한 한류방식🌐

• 초전도소자 이용
  • 상시Rs=0 이고 사고 시 소자에 자계를 주어 상전도로 이행하여 단락전류를 억제하는 방식
• 극저온 소자 이용
  • 극저온 소자의 발열에 의한 저항 증가로 전류를 억제하는 방식

❗단락전류의 억제대책

1️⃣계통분리

• 원리
  • a점 사고 시 재빨리 C점 차단기를 트립하여
  • 계통을 분리한 후 B점 차단기를 차단하여
  • 기여 전류원을 감소시켜 단락전류를 경감하는 원리
• 특징
  • 차단기의 차단용량을 크게 하지 않아도 된다
  • 설치비가 싸다
  • 계전기에 의한 동작협조, 인터로크 등의 설치로 회로가 복잡하다
  • 모선 연결 차단기의 차단 후 재병렬 투입이 필요하다
• 문제점
  • 계통 분리가 끝날 때까지 과대한 단락전류가 차단기 및 직렬기기에 흘러 열적, 기계적 파손의 염려가 있다

2️⃣변압기의 임피던스 컨트롤

• 원리
  • 변압기 주문 제작시 협의하여 변압기의 임피던스를 증가시켜 단락전류를 억제하는 방식
• 특징
  • 변압기 가격이 수변전설비에서 차지하는 비중이 높으므로 경제적인 검토가 필요하다
  • 전압변동이 커진다
  • 부하손이 커진다

3️⃣한류 리액터

(Limiting Current Reactor)

• 원리
  • 수전설비 용량 증가 시 차단기를 교체하지 않고 한류 리액터를 설치하여 단락전류를 억제하는 방식
• 특징
  • 차단기를 그대로 사용하면서 큰 용량에 대응
  • 설치면적이 증가한다
  • 운전손실 증가 및 전압강하로 램프등의 수명 전동기의 기동에 악영향
• 대책
  • 특고압 및 고전압회로를 피하고 가급적 저압 분기회로에 설치

4️⃣캐스케이드 보호방식

• 원리
  • 분기회로 차단기(B)의 설치점에서 회로의 단락용량이 분기회로의 차단기(B) 차단량을 초과할 때 주회로 차단기(A)에 의해 후비보호를 행하는 방식
  • 단락점에 대하여 CB₁의 개극시간이 동등하거나 짧으면, 단락점의 단락전류는 차단기(B)의 접점에 발생하는 아크 뿐만아니라 A점의 접점에 발생하는 아크로 중첩분리되어 쌍방 협력하여 차단을 행한다
  • 따라서 B에 가해지는 에너지를 절감시키는 것이 캐스케이드 보호방식의 원리
• B차단기가 캐스케이드 방식으로 보호되기 위한 조건
  • 통과에너지(I²t)가 CB₂ 차단기의 허용값 이하일것 : 열적강도 검토
  • 통과전류 파고치(Ip)가 CB₂차단기의 허용값 이하일 것 : 기계적 강도 검토
  • CB₂의 전차단 특성곡선과 CB₁차단기의 개극시간 교차점이 CB₂의 차단용량 이내일것
  • 부하 측 차단기에 발생하는 아크에너지는 부하측 차단기 허용치 이하일 것

5️⃣한류Fuse에 의한 Back Up차단방식

• 전력퓨즈
  • 전력퓨즈는 차단시간이 빠르고 그 외에 한류를 차단할 수 있다
• 차단기
  • 차단기-차단기의 백업차단방식에서는 직렬기기가 통과되는 단락전류에 견딜수 있느냐의 여부가 문제되는데 이것은 전력퓨즈의 고속 한류 특성을 이용하면, 깨끗이 해결되어 이상적인 백업방식

6️⃣계통연계기🌐

• 원리
  • 계통연계기는 일종의 가변 임피던스 소자(L과 C소자)로 계통에 직렬로 삽입
  • 평상시는 낮은 임피던스로 전류를 자유로이 통과시키고, 사고 시에는 높은 임피던스로 단락 시 대전류를 억제하는 방식
• 특징
  • 대용량의 설비에 적용되며, 유럽에서 많이 사용하는 방식
  • 설치비가 비쌈

7️⃣저항에 의한 한류방식🌐

• 초전도소자 이용
  • 상시Rs=0 이고 사고 시 소자에 자계를 주어 상전도로 이행하여 단락전류를 억제하는 방식
• 극저온 소자 이용
  • 극저온 소자의 발열에 의한 저항 증가로 전류를 억제하는 방식

1. 한류형 퓨즈 (Power Fuse)

한류형 퓨즈는 단락 전류가 흐르면 빠르게 용단되어 회로를 차단하는 장치입니다. 일반적인 퓨즈에 비해 단락 전류를 더욱 빠르게 차단하여 단락 전류의 크기를 줄이는 효과가 있습니다.

• 작동 원리: 단락 전류가 흐르면 퓨즈 소자에 열이 발생하여 용단됩니다. 용단 과정에서 아크가 발생하지만, 퓨즈 내부의 소호재가 아크를 빠르게 소멸시켜 회로를 차단합니다.
• 특징:
  • 빠른 차단 속도: 단락 전류를 매우 빠르게 차단하여 설비 손상을 최소화합니다.
  • 높은 신뢰성: 단순한 구조로 고장률이 낮습니다.
  • 소형 경량: 설치 공간이 적게 필요합니다.
• 장점:
  • 단락 전류를 효과적으로 제한하여 시스템 보호에 기여합니다.
  • 비교적 저렴한 비용으로 설치가 가능합니다.
• 단점:
  • 한번 사용하면 교체해야 하므로 유지보수 비용이 발생할 수 있습니다.
  • 차단 용량이 제한적일 수 있습니다.

2. 한류 저항기 (Limiting Resistor)

한류 저항기는 단락 전류 경로에 직렬로 연결하여 단락 전류를 인위적으로 증가시킴으로써 회로의 임피던스를 높여 단락 전류를 감소시키는 장치입니다.

• 작동 원리: 단락이 발생하면 한류 저항기의 저항 값에 의해 전압 강하가 발생하고, 이에 따라 단락 전류가 감소합니다.
• 특징:
  • 단락 전류를 지속적으로 감소시킬 수 있습니다.
  • 다양한 용량의 저항기를 사용하여 단락 전류를 조절할 수 있습니다.
• 장점:
  • 시스템의 안정성을 향상시킵니다.
  • 차단기의 부담을 줄여줍니다.
• 단점:
  • 전력 손실이 발생하여 시스템 효율을 감소시킬 수 있습니다.
  • 비교적 고가이며, 설치 공간이 많이 필요합니다.

한류형 퓨즈와 한류 저항기의 비교