KR100438094B1 - 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치 및 방법 - Google Patents

시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우리나라의 다중접지계통의 특고압 배전선로 특히 동심 중성선 계열의 케이블(CN/CV 전력케이블 등)을 사용하는 지중 배전선로에 있어 각상 시즈선(Sheath Line)간에 발생되는 과도한 순환전류로 말미암아 손실전력이 발생되고 상기 손실전력으로 인하여 전력케이블의 발열문제와 전류용량의 감소요인으로 작용하여 배전선로의 선로손실을 유발하고 있기 때문에 시즈선의 순환전류를 없애고 이상전압의 발생을 억제하여 선로고장을 예방하기 위한 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치로서, 평상시에는 높은 임피던스(Impedance)를 유지하고 있으면서 시즈선 순환전류의 감소와 설정전압 이상의 전압이 발생되는 것을 억제하는 기능을 수행하고, 유사시에는 수천 내지 수만 암페어(Ampare)의 전류가 흐르는 지락사고시 변전소의 지락보호 계전기가 동작하기 전까지 지락전류를 흘려줄 수 있도록 코일과 철심의 자화특성을 이용한 구성이 간단하고 설치가 용이한 시즈선 순환전류 및 이상전압을 억제하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치 및 방법{Induced current and abnormal Voltage control Apparatus and methods The same}
본 발명은 우리나라의 다중접지계통의 특고압 배전선로, 그 중에서도 동심중성선 계열의 케이블을 사용하는 지중 배전선로에서는 부하전류로 인하여 각상 시즈선(이하 "중성선" 이라 한다)간에 순환전류가 발생하여 전력케이블의 발열문제와 전류 용량의 감소요인으로 작용함으로써, 배전선로의 손실과 고장을 유발하기 때문에 상기 시즈선의 순환전류 및 배전선로에 이상전압이 발생시 이를 억제하기 위한 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치와 그 방법에 관한 것이다.
우리나라의 전력계통에 있어 22.9KV-Y 배전방식은 변전소로부터 지상 및 지하에 매설된 배전선로를 통해 공장, 빌딩 등 비교적 규모가 큰 수용가에게 직접 전력을 공급하거나 2차 변압기를 통해 소규모공장 내지 일반가정에 전력을 공급하는 주요간선으로서, 도시외곽 또는 농어촌지역의 경우 가공선 형태로 대도시중심부등 사람의 왕래가 빈번한 곳이나 신도시지역 등에서는 도시미관을 고려해 지중으로 전력을 공급하고 있으며 선로 운영상 배전선로의 중성선(시즈선)을 일정구간마다 접지하는 다중접지 방식을 채택하고 있다.
이러한 다중접지방식은 대지에 직접 접지하기 때문에 지락사고시 건전상의 전압상승이 적어 전력설비의 절연 및 지락전류의 검출이 용이하고 보호계전기등이 신속하게 동작한다. 한편 지중 배전선로의 경우 절연 및 케이블의 외상 또는 부식으로부터 보호하기 위하여 폴리에틸렌 등 고분자 화합물을 사용한 가교폴레에틸렌절연비닐시즈케이블을 주로 사용하며 계통사고 등으로 인하여 중성선의 전위가 상승되는 것을 방지하고자 케이블 접속구간마다 시즈선을 일괄접지하는 방식으로 배전계통을 운영하고 있다. 이는 시즈선을 중성선으로 하여 저압과 고압을 공통으로 사용하므로 평상시에는 불평형부하전류를, 지락사고시에는 시즈선의 대지전위 상승을 일정값 이하로 제한하여 배전계통을 안전하게 유지하기 위함이다.
그러나 지중 배전선로에서 각상(A, B, C상)의 부하가 불평형이 되는 것은 물론 평형일 경우에도 시즈선에는 부하전류에 의해 부하전류와 다른 시즈선 순환전류가 발생되고 있기 때문에 불필요한 손실전력이 발생 상기 손실전력으로 케이블의 내부온도가 상승됨으로서 자체 전류용량이 감소하여 배전선로 손실이 발생되고 있음에도 불구하고 부하전류 측정시 계기(hook on Am-meter)에는 배전선의 실제부하전류와 시즈선의 순환전류의 합성 값으로 나타나기 때문에, 순환전류로 인한 배전선로의 손실이 정확하게 파악되지 않을 뿐만 아니라 발열로 인한 케이블의 안전대책 확보가 곤란하고 실제부하가 정확하게 측정되지 않아 배전선로 운영에 있어 문제점을 개선하는데 어려움이 있었던 것이다.
실제로 22.9KV-Y 지중 배전선로에 대한 불특정 (가)(나)(다)지점에 대한 전류치를 측정한 결과를 살펴보면 표 1과 같이 나타났으며 손실전력을 환산한 결과 케이블선로손실의 약 50% 이상을 차지하고 있다(산출근거 참조).
(단위:암페어)
구분 (가)지점 (나)지점 (다)지점 평균
부하전류(A)시즈순환전류(B)합성전류(C)시즈전류비율(%) (B÷A) 1828715747.8 1827516741.2 27310123637.0 2128818741.5%
주) Rn : CN/CV 케이블 325mm2의 저항, Rc : 시즈선 단면적 108mm2(2.3mm 26가닥)의 저항
<산출근거>
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다중접지계통의 특고압 지중 배전선로의 부하전류의 평형 또는 불평형에도 불구하고 평상시에는 시즈선간에 순환전류가 발생되지 않도록 함으로써 전력을 안정적으로 공급하는 역할을 하고, 지락사고등 이상전압 발생 시에는 중성선의 전위상승을 제한함으로써 배전선로에 이상전압의 발생을 억제시키는 기능을 구현하고자 하는 장치를 제공하는데 있으며,
본 발명의 다른 목적은 배전선로의 시즈선접속개소에 따라 구간 특성별로 순환전류 및 이상전압의 발생을 억제시키기 위한 상기 순환전류 및 이상전압 발생 억제장치를 설치하는 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 지중 배전선로 계통도
도 2는 본 발명의 구성을 나타낸 개략도 및 동작특성도
도 3은 본 발명의 장치를 구현한 지중 배전선로 계통도
도 4는 도 3의 다른 실시예의 지중 배전선로 계통도
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 철심코어부
20 : 권선부
30 : 탭부 31 : 제 1 탭
32 : 제 2 탭 33 : 제 3 탭
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명인 다중접지계통의 특고압 지중 배전선로에서 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치에 있어 이상전압을 일정전압 이내로 제한하기 위하여, 권선을 하기 위한 철심코어부 및 상기 철심코어부의 일정부분을 코일로 권회시킨 코일권선부로 구성하되 탭이 필요한 경우에는 상기 코일전선부의 일정권회마다 단자를 인출할 수 있도록 한 복수개의 탭부로 구성되어 있으며, 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 발생 억제장치의 일단은 배전선로의 시즈선 A, B, C상 접속개소와 접속되며 타단은 대지로 일괄접지시키는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 지중 배전선로에서 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치를 상기 지중 배전선로의 각상을 연가시킬수 있는 시즈선의 접속개소가 3의 배수가 아닐 경우에는 접속개소의 각상마다 상기 순환전류 및 이상전압 억제장치를 설치하고, 시즈선 접속개소가 3의 배수로 이루어진 경우는 시즈선 각상을 연가시킨후 연가된 각상의 중간점에 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치를 설치한 후,
일실시 예로서 시즈선 접속개소가 3의 배수가 아닌 경우에는 시즈선 접속개소의 각상별로 각각 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 일단과 각각 접속하는 단계; 및 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 타단을 대지와 일괄접지하는 단계; 로 이루어지되 상기 시스선 순환전류 및 이상전압 억제장치에 탭부가 설치되어 있을 경우에는 탭부를 필요전압으로 조정하는 단계로 이루어지며,
다른 실시 예로서 시즈선 접속개소가 3의 배수일 경우에는 시즈선 접속구간마다 상기 시즈선 A, B, C상을 별도의 도체로 연가하는 단계; 상기 연가된 각상 도체의 중간점과 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 일단과 각각 접속하는 단계; 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 타단을 대지와 일괄접지 시키는 단계; 로 이루어지되 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치에 탭부가 설치되어 있는 경우 탭을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명인 지중 배전선로의 순환전류 및 이상전압 억제장치의 구성 및 설치방법을 첨부도면에 의거 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치를 나타낸 개략도와 동작특성을 나타낸다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 시즈선 순환전류 및 이상전압 발생 억제장치의 구조는 도 2에서와 같이 철심코어부(10), 코일권선부(20)를 포함하며 탭부(30)가 설치되어 있을 경우에는 탭부(30)를 포함하며 상기 탭부(30)는 제 1 탭(31), 제 2 탭(32) 및 제 3 탭(33)등 복수개의 탭으로 구성된다.
상기 철심코어부(10)는 일반적인 변압기 등에 사용되는 철심코어부의 일단에는 코일이 권회되며, 상기 코일권선부(20)는 소정의 전압을 유기시킬수 있도록 상기 철심코어부(10)의 일단을 권회시킨 형태이며, 상기 탭부(30)가 설치되어 있을 경우에는 상기 코일권선부(20)의 일정권회마다 단자를 인출할 수 있도록 하여 복수개의 상기 제 1 탭(31) 내지 제 3 탭(33)으로 구성된다. 이러한 구성으로 이루어진 시즈선 순환전류 및 이상전압 발생 억제장치는 코일과 철심의 자화특성(磁化特性)에 의해 높은 임피던스(Impedance)를 유지하고 있으면서 평상시에는 시즈선의 순환전류 억제와 상기 탭부가 있는 경우 복수개의 제 1 탭 내지 제 3 탭에서 설정된 전압이상의 고전압이 유기될 경우에는 코일과 철심의 자화특성에 의해 단락상태가 되므로써 배전선로의 이상전압을 억제하는 기능을 수행할 뿐 아니라 유사시에는 수천 내지 수만 암페어(Ampare)의 전류가 흐르는 지락사고시 변전소의 지락보호 계전기가 동작되기 전까지 지락전류를 흘릴 수 있도록 한 것이다.
이와 같이 구성된 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 동작과정은 일실시 예로 지중 배전선로의 부하전류로 인하여 각상에서 발생되는 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 철심코어부(10)에는 자속이 발생되어 리액턴스(Reactance)로 작용하기 때문에 합성임피던스이 존재하게 된다.
상기 합성 임피던스는 평상시에는 여자전류에 해당하는 미소전류만 흐르기 때문에 무시할 수가 있으나 전압이 상승되어 자로가 자화되면전류는 급격히 증가하나 전압은 변화가 거의 없다(도 2의 동작특성 참조).
즉, 평상시 여자전류에서 자로(∮)가 자화되면가 되어로 되기 때문이다.
이에 따라 일정 전압 이하에서는 시즈선 순환전류를 억제하고 일정전압 이상에서는 이상전압 발생을 억제할 수 있도록 한 것이며
다른 실시 예로서 지중 배전선로의 시즈선 접속개소가 3의 배수일 경우에는시즈선 각상이 완전연가되어 선로정수가 동일하게 되면 이론적으로는 시즈전위가 Zero가 되어 순환전류가 발생되지 않게 되어 있으나 실제로는 각상의 시즈전위가 각각 제 1 구간, 제 2 구간, 및 제 3 구간이 유기되지 않기 때문에 전위의 불평형이 생기는 것이다. 이에 따라 발생되는 미세한 전압차에 의해 전위가 완전히 Zero가 되지 못하기 때문에 시즈간 전압이 발생하게 되면 이러한 경우에도 순환전류를 최소화하고 이상전압 발생을 억제하기 위함이다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 설치방법을 도 3 내지 도 4의 지중 배전선로의 계통도를 참조하여 설명한다.
먼저 도 3의 실시 예에 있어서 지중배전선로의 시즈선 접속개소가 3의 배수가 아닌 경우 시즈선 각상을 연가 시킬 수 없는 경우에는 시즈선 접속개소의 각상의 중간점과 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 일단을 접속하는 단계; 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 타단을 대지와 일괄 접지 하는 단계; 및 탭부가 설치되어 있는 경우에는 상기 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치의 탭부를 조정하는 단계로 이루어지며,
도 4는 도 3의 시즈선 순환전류 및 이상전압 억제장치 설치방법의 다른 실시 예를 나타낸 계통도이다. 본 발명에 따른 다른 실시 예로서 지중배전선로의 시즈선 접속개소가 연가가 이루어질 수 있는 3의 배수일 경우에는 시즈선 첫번째 접속개소의 A상을 B상과, B상을 C상과, C상을 A상과 각각 연가 시키고, 두번째 접속개소의 B상은 C상과, C상은 A상과, A상은 B상으로 각각 연가 시키고, 세번째 접속개소의 C상은 A상과, A상은 B상과, B상은 C상으로 연가 시키는 방법으로 다음 3개 접속구간도 반복시키면서 시즈선의 접속개소의 각상을 연가 하는 단계;
연가된 시즈선의 각상 접속개소의 중간점과 순환전류 및 이상전압 억제장치의 일단과 접속하는 단계; 상기 시즈선의 각상에 접속된 순환전류 및 이상전압 억제장치의 타단을 대지와 일괄 접지 하는 단계; 및 탭부가 설치되어 있는 경우에는 상기 순환전류 및 이상전압 억제장치에 유지하고자 하는 소정전압별로 탭을 조정하는 단계로 이루어진다.
이에 따라 본 발명에 의한 순환전류 및 이상전압 억제장치가 설치된 배전선로에서는 시즈선의 연가로 시즈선 유기전압,및각상에 유기되는 전압의 합이 거의 영(Zero) 전위가 되나 배전선로 운영 여건상 완전한 연가는 어려워 시즈선간의 유기전압차가 발생되는 것을 상기 순환전류 및 이상전압 억제장치의 철심과 코일의 자화특성(磁化特性) 기능을 활용하여 순환전류를 최소화시키는 한편 배전선로에 지락전류 등이 유입될 경우 변전소의 지락보호계전기(OCGR)가 동작하기 전까지의 짧은시간 동안 지락전류를 흘릴 수 있는 전류용량에 의해 전압 상승을 억제하도록 한 것이다.
이와 같이 도면과 명세서는 본 발명의 예시적인 것으로 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것이 아니므로 본 기술분야에서 통상의 지식을가진 자라면 이로부터 다양한 타실시 예가 가능하다는 것을 이해하여야 할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이와 같은 본 발명에 따르면 코일과 철심의 자화특성을 이용하여 순환전류 및 이상전압을 억제하기 때문에 배전선로의 부하측정시 실제부하전류에 근사한 측정값을 도출할 수 있으므로 측정값의 오류로 인하 선로위험 유무를 정확하게 진단할 수 가 있어 위험개소의 조기발견과 배전 손실전력을 50%이상 경감시킬 수 있을 뿐 아니라 지락등 이상전압 발생시 변전소 보호계전기 작동시까지 일시적으로 배전설비의 안전판 역할을 담당하므로서 배전설비 운용의 안정화에 크게 기여할 수 있다는 것이다.

Claims (5)

  1. 다중접지계통의 동심 중성선 계열 케이블에 사용하는 순환전류 및 이상전압 억제장치에 있어서 코일이 권회될수 있는 철심코어부(10)
    상기 철심코어부의 일부분에 코일을 권회시킨 코일권선부(20)로 구성되어 있으며
    상기 순환전류 및 이상전압 억제장치에 탭부가 설치되어 있는 경우에는 상기 코일권선부의 일정 권회마다 단자를 인출할 수 있도록 한 복수개의 탭부(30)으로 구성됨을 특징으로 하는 순환전류 및 이상전압 억제장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 다중접지계통의 동심 중성선 계열 케이블에서 순환전류 및 이상전압을 억제하기 위하여 순환전류 및 이상전압 억제장치 설치방법에 있어서, 배전선로 말단부분의 각상별 시즈선과 상기 이상전압 억제장치의 일단을 접속하는 단계;
    상기 각상의 순환전류 및 이상전압 억제장치의 타단의 각각을 일괄 접지하는 단계 및 탭부가 설치되어 있는 경우에는 유지하고자 하는 소정 전압별로 탭부를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환전류 및 이상전압 억제방법.
  5. 다중접지계통의 동심 중성선 계열 케이블에서 순환전류 및 이상전압을 억제하기 위하여 순환전류 및 이상전압 억제장치 설치방법에 있어서,
    배전선로의 케이블 접속개소마다 시즈선의 각상 별로 연가 하는 단계;
    상기 연가된 접속개소의 중간부분을 상기 순환전류 및 이상전압 발생억제장치의 일단과 접속하는 단계;
    상기 시즈선의 각상에 접속개소 중간부분과 접속된 순환전류 및 이상전압 억제장치의 타단을 대지와 일괄 접지하는 단계; 및 상기 각상의 순환전류 및 이상전압 억제장치에 탭부가 설치되어 있는 경우에는 유지하고자 하는 소정 전압 별로 탭을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환전류 및 이상전압 발생 억제방법.
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