KR100690092B1

KR100690092B1 - 지중배전선로 접속점별 고장구간검출장치

Info

Publication number: KR100690092B1
Application number: KR1020050097390A
Authority: KR
Inventors: 고영준
Original assignee: 이호기술단(주)
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-03-08
Also published as: KR20050111544A

Abstract

본 발명은 특고압 지중배전선로에서 지락고장이 발생하였을 때에, 고장지점을 신속하게 찾을 수 있게 하는 고장구간검출방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 23[KV] 특고압 지중배전선로에 사용하는 CNCV케이블 접속점에서, 접속되는 양측 케이블의 중성선을 접지할 때에 두 중성선을 함께 결속하여 접지단자에 접속하는데, 두 개의 중성선이 결속되기 전의 각각의 중성선 부위에 중성선전류를 측정하는 전류센서를 설치하고, 이 두 개의 전류센서를 직렬로 결선하여 평소에는 벡터적 합이 영(Zero)이 되고, 고장시에는 어느 하나의 중성선에 고장전류가 흘러 벡터적 합이 크게 나타나도록 함으로써, 지락고장의 위치를 판단할 수 있게 하여, 지중배전선로의 지락사고 시에 그 고장구간을 접속점별로 표시하게 하는 방법이다.

지중배전선로, 고장구간, CNCV, 중성선, 접속점, 패드스위치, 맨홀, 변류기

Description

지중배전선로 접속점별 고장구간검출장치{Detecting Device of faulted section for Underground Distribution Line}

도 1은 통상의 지중배전선로에서 다수의 패드스위치가 설치되어 선로에 접속된 상태와 지락사고점을 나타낸 일실시 예시도이다

도 2는 패드스위치와 패드스위치 사이의 구간에 두 개의 맨홀과 두 개의 접속점이 있는 경우를 나타낸 일실시 예시도이다.

도 3은 현재 지중배전선로의 전력케이블로 사용되고 있는 CNCV케이블 단면을 나타낸 그림이다.

도 4는 지중배전선로에서 두 개의 전력케이블이 접속된 상태와, 두 개의 전력케이블에서 인출된 중성선이 하나의 중성선으로 결속되어 접지시공된 상태를 나타낸 일실시 예시도이다.

도 5는 도 4와 같이 변류기를 설치한 경우에 변류기의 결선과 검출전류의 흐름과 동작코일(X₁₀, X₁₁)의 작동원리를 나타낸 일실시 예시도이다.

본 발명은 23[KV] 특고압 지중배전선로의 지락고장 발생시에 고장위치를 신속하게 찾을 수 있도록 고장구간을 표시하는 방법 중에서, 지중배전선로의 접속점별 고장구간표시를 하는 방법에 관한 것이다.

우리나라의 배전선로 지중화는 1973년 “효자동-광화문”구간을 지중화 함으로서 시작되었고, 1975년 9월 대통령께서 4대문안 주요간선도로의 지중화를 지시함으로써 급진전하기 시작하였다. 현재 우리나라 배전선로 지중화율은 11%를 약간 넘어서고 있지만, 도심지역이나 특정미관지구 등에는 완료된 상태이고, 기타 도시지구를 대상으로 계속하여 지중화가 급속히 진행되고 있다. 대도시 지역에서는 서울 50%, 대전 28%, 인천 24%, 부산 22%의 진척율을 보이고 있으며, 외국의 경우 런던이나 파리는 100%이고, 동경도 50%를 나타내고 있다. 이 수치들은 장래 우리나라의 도시지역 배전선로 지중화가 계속될 것임을 암시하고 있는 것이다.

배전선로 지중화는 많은 장점에도 불구하고 유지보수 측면에서는 문제점이 많은데, 그것은 지중배전선로에서 사고가 발생하는 경우에 사고지점의 발견과 복구가 신속히 이루어지지 않고 있는 것이다. 따라서 전력회사에서는 신속한 사고지점의 발견을 위하여 지중배전선로 각 Pad Switch의 회로별 및 상별로 고장구간표시장치를 설치하고 있다. 그러나 이 고장구간표시장치는 맨홀의 전력케이블 중간접속점에서는 사용할 수 없는 장치이다.

상기 고장구간표시장치를 이용한 고장구간색출의 원리는, 도 1에서 나타낸 바와 같이 변전소에서 방사상으로 인출된 어느 지중배전선로가 1번 패드스위치, 2번 패드스위치 … 7번 패드스위치까지 설치되어 있고, 각 패드스위치의 부하측에 고장전류를 검출할 수 있는 고장구간표시장치를 설치한 경우에 지락사고가 발생하였다면, 각 패드스위치에 설치된 고장구간표시장치를 조사하여 1번 패드스위치에서 4번 패드스위치까지의 표시장치 동작을 확인하고, 5번 패드스위치 이후부터 표시장치가 동작되지 않았다면, 4번 패드스위치와 5번 패드스위치 사이에서 지락사고가 발생한 것으로 판단할 수 있는 것이다.

그러나 전력회사에서 현재 사용하고 있는 상기의 고장구간표시장치는, 도 2에서 나타낸 바와 같이 패드스위치와 패드스위치 사이의 구간별로 판단할 수는 있으나, SW4와 SW5의 구간에서처럼 패드스위치와 패드스위치 사이의 길이가 길고, 두 개의 맨홀(M/H 10, M/H 11)에서 이루어진 두 개의 접속점(10, 11)을 통하여 연결된 경우에는, 맨홀 사이의 고장구간을 판단할 수가 없다. 따라서 지중배전선로에서 지락사고가 발생한 경우에 좀더 신속한 사고지점의 색출을 위해서는, 표시되는 고장구간의 범위를 축소시켜야 한다. 즉 평균적 거리가 긴 스위치 구간별 고장구간표시가 아니라, 평균적 거리가 짧은 맨홀 구간별 고장구간표시가 필요한 것이다.

상기와 같이 종래의 고장구간표시장치가 표시하는 고장구간이 패드스위치와 패드스위치 사이 구간을 표시함으로서 고장구간의 범위가 넓은 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 평균적 거리가 짧은 맨홀사이 구간별 고장표시를 할 수 있는 방법을 제공함으로써, 고장시에 사고지점의 색출과 복구시간을 단축하는데 있다.

상기 목적을 구현하는 본 발명에 의한 지중배전선로 접속점별 고장구간표시장치는, 지중배전선로 패드 스위치 사이에 설치된 복수개의 접속점 중 각 접속점별 구간에 대한 고장을 검출하는 지중배전선로 접속점별 고장구간 검출장치로, 상기 지중배전선로를 구성하는 상기 접속점 양측의 전력케이블 도체를 연결하는 접속재와; 상기 양측 전력케이블의 중성선이 서로 접속되어 접지되는 접속단자와; 상기 양측 중성선이 서로 접속되기 이전 지점 양측 중성선상에 각각 설치되는 전류센서; 그리고, 상기 양측 전류센서를 직렬로 연결하되 서로 반대방향으로 전류가 흐르도록 결선하여 상태가 정상인 경우는 두 개 전류의 벡터적 합이 영(Zero)에 가까운 값이 되도록 형성되는 2차측 폐회로에 설치되는 동작코일을 포함하여, 서로 접속된 상기 양측 전력케이블 중에서 적어도 어느 일방의 전력케이블에 지락고장이 발생한 경우, 지락고장이 발생한 전력케이블 측의 전류센서에서의 검출기 동작코일을 작동시켜 지락고장이 발생한 전력케이블 구간을 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 지중배전선로 접속점별 고장구간검출장치의 구성 및 작용은 이하와 같다.

지중배전선로에서는 사용되는 전력케이블의 접속점에서 접속되는 두 개의 전력케이블 차폐선(이하 중성선이라 한다)을 접지할 때에 두 개의 중성선을 하나의 접지단자에 체결한다.

이때 하나의 접지단자에 체결되기 전의 각각의 중성선에 중성선전류를 검출할 수 있는 전류센서를 설치하고, 두 개의 전류센서를 직렬로 결선하되 2차측 전류가 서로 반대방향이 되게 결선하여, 평소에는 두 개 전류의 벡터적 합이 영(Zero)에 가까운 값이 되게 하고, 접속된 두 개의 전력케이블 중에서 어느 하나의 전력케이블에 지락고장이 발생한 경우에는, 어느 하나의 전류센서에서 지락전류가 검출되어, 두 개 전류의 벡터적 합이 크게 됨으로 동작코일을 작동시키는 것이다.

도 3은 현재 지중배전선로의 전력케이블로 사용되고 있는 CNCV케이블 단면을 나타 낸 그림이다.

전기설비기술기준 제150조의 적용을 받는 모든 23[KV]-Y계통에서의 케이블배선은 CNCV케이블 사용을 의무화하고 있다. 그것은 23[KV]-Y계통의 기기, 모선 등의 전로에서 지락사고가 발생하면, 고장전류가 매우 커서 CV케이블의 차폐층은 그 용량이 부족하기 때문이다.

구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)의 재질로 된 도체를 둘러싸고 있는 내부 반도전층은 도체면의 전하분포를 고르게 하여 절연체의 절연내력을 향상시키고, 도체와 절연체간의 간극형성을 방지하며, 코로나방전과 이온화(오존 O3 발생)를 방지한다. 절연체는 그 재질이 가교폴리에틸렌(cross-linked polyethylene)으로 되어 있는데, 가교폴리에틸렌은 유전손실, 절연저항, 내코로나, 반복임펄스 등 전기적 특성이 양호하다. 외부 반도전층은 전기력선 분포를 개선하고, 절연체의 절연내력을 향상시킨다. 차폐층(중성선)은 정전 차폐와 절연체의 내전압치 향상시키고, 중성선의 역할을 겸비하여 고장전류의 귀로를 담당한다. 중성선 수밀층으로 사용되는 부풀음테이프는 발포성 차수테이프로서, 수분과 접촉시에 수분을 흡수하여 부풀어진다. 외피는 PVC를 사용하여 난연성, 내후성, 내화학약품성 등이 우수하다.

그러나 상기의 CNCV케이블 단면도 설명에서 본 발명의 내용과 관련되는 사항은 도체와 차폐층(중성선)이다.

도 4는 지중배전선로에서 두 개의 전력케이블이 접속된 상태와, 두 개의 전력케이블에서 인출된 중성선이 하나의 중성선으로 결속되어 접지시공된 상태를 나타낸 일 실시 예시도이다.

전원측 전력케이블(10)과 부하측 전력케이블(14)이 하나의 접속재(12)로 접속되어 있고, 전원측 전력케이블(10)의 중성선(11)과 부하측 전력케이블(14)의 중성선(13)이 각각 인출되어 하나의 중성선(17)으로 결속되어 접지단자(18)에 체결되어 있다. 그리고 두 개의 중성선(11,13)이 하나의 중성선으로 결속되기 전에 중성선전류를 검출하기 위한 변류기(15,16)가 각각의 독립된 중성선(11,13)에 설치한 것이다.

SW4에서 시작한 지중배전선로가 접속점10과 접속점11을 경유하여 SW5에 도착하는 결선으로서, 도체(37, 38, 39)는 “SW4-도체(37)-접속점10-도체(38)-접속점11-도체(39)-SW5”의 결선상태를 나타내고, 중성선(34, 35, 36)은 “SW4-중성선(34)-접지단자(24)-중성선(35)-접지단자(25)-중성선(36)-SW5”의 결선상태를 나타낸다. 그리고 4개의 변류기(20, 21, 22, 23)는 중성선(34, 35, 36)에 체결된 상태이며, 전류의 방향(26, 27, 28, 29)은 중성선전류의 방향을 나타낸다. 그러므로 변류기(20, 21, 22, 23) 2차측의 전류방향(30, 31, 32, 33)은 각각의 1차측 중성선전류 방향과 반대방향이 되는 것이다.

접속점10을 예로서 설명하면, 평상시 중성선전류(26, 27)는 충전전류가 접지단자(24)측으로 흐르지만 접지단자(24)의 양측에서 유입되는 중성선전류(26, 27)값의 크기가 비슷하고, 두 개의 변류기(20, 21) 결선이 직렬로 결선하되 그 극성을 서로 벡터적 반대방향이 되도록 결선함으로 동작코일(X₁₀)을 작동시킬 수 없게 한다.

그러나 접속점11측으로 연결되는 전력케이블(38) 지락사고시에는, 도체(38)의 전류가 중성선(35)을 통하여 접지단자(24, 25)측으로 흐르므로 중성선전류(27, 28)가 대단히 크게 된다. 따라서 고장측 변류기(21)가 검출하는 전류값이 아주 크게 되고, 고장측 변류기(21) 2차측 전류도 크게 되어 두 개의 변류기(20, 21) 2차측 전류값(30, 31)의 벡터적 합성값이 크게 나타남으로서, 동작코일(X₁₀)을 작동시킬 수 있는 것이다.

상기 접속점10의 例에서처럼 접속점10과 접속점11사이의 전력케이블(38) 지락사고시에는,

접속점10측의 동작코일(X₁₀)과 접속점11측의 동작코일(X₁₁)이 동시에 작동하게 된다. 그러므로 지락고장의 위치는 접속점10과 접속점11사이의 전력케이블(38)이 되는 것이다.

따라서 접속점10측의 동작코일(X₁₀)만 동작한 경우에는 SW4와 접속점10 사이의 전력케이블(37)에서 지락고장이 발생하였고, 접속점11측의 동작코일(X₁₁)만 동작한 경우에는 접속점11과 SW5 사이의 전력케이블(39)에서 지락고장이 발생하였다고 판단할 수 있는 것이다.

다양화, 고도화된 정보화사회에서 고품질 고신뢰도의 전력공급은 필수적 요소이다. 이러한 양질의 전력공급을 위해서는 고장의 예방을 위한 노력도 필요하지만, 필연적으로 발생하는 고장의 신속한 복구를 위한 준비도 아주 중요한 필수요소이다.

상기와 같이 종래의 고장구간표시장치가 표시하는 고장구간이 패드스위치와 패드스위치 사이 구간을 표시함으로서 고장구간의 범위가 넓은 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 평균적 거리가 짧은 맨홀사이 구간별 고장표시를 할 수 있는 방법을 제공함으로써, 고장발생시에 고장지점의 색출을 신속히 하게 하여 고장의 복구시간을 단축하는 효과가 있다.

Claims

지중배전선로 패드 스위치 사이에 설치된 복수개의 접속점 중 각 접속점별 구간에 대한 고장을 검출하는 지중배전선로 접속점별 고장구간검출장치로,

상기 지중배전선로를 구성하는 상기 접속점 양측의 전력케이블 도체를 연결하는 접속재와;

상기 양측 전력케이블의 중성선이 서로 접속되어 접지되는 접속단자와;

상기 양측 중성선이 서로 접속되기 이전 지점 양측 중성선상에 각각 설치되는 전류센서; 그리고,

상기 양측 전류센서를 직렬로 연결하되 서로 반대방향으로 전류가 흐르도록 결선하여 상태가 정상인 경우는 두 개 전류의 벡터적 합이 영(Zero)에 가까운 값이 되도록 형성되는 2차측 폐회로에 설치되는 동작코일을 포함하여,

서로 접속된 상기 양측 전력케이블 중에서 적어도 어느 일방의 전력케이블에 지락고장이 발생한 경우, 지락고장이 발생한 전력케이블 측의 전류센서에서의 검출기 동작코일을 작동시켜 지락고장이 발생한 전력케이블 구간을 표시하는 것을 특징으로 하는 지중배전선로 접속점별 고장구간검출장치.