KR101264144B1 - Ｃｎｃｖ 배전케이블 해석 모델을 통한 과도 특성 분석을 위한 ｅｍｔｄｃ 해석 시스템 - Google Patents

Ｃｎｃｖ 배전케이블 해석 모델을 통한 과도 특성 분석을 위한 ｅｍｔｄｃ 해석 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 22.9kV 동심중성선 전력케이블(CNCV, Concentric Neutral type Crosslinked Polyethylene Insulated Vinyl Sheathed Power Cable)의 설치와 접지 방식 선정에 효율적으로 운용될 수 있도록, CNCV 배전케이블 해석 모델링과 뇌격 써지(surge)에 의한 과도 특성 분석을 위한 EMTDC(Electromagnetic Transient　DC Analysis　Program) 해석 시스템에 관한 것이다.

Description

ＣＮＣＶ 배전케이블 해석 모델을 통한 과도 특성 분석을 위한 ＥＭＴＤＣ 해석 시스템{EMTDC Analysis System for Transient Characteristics Analysis Based on Analysis Model of CNCV Cable}
본 발명은 CNCV 배전케이블 해석 모델을 통한 CNCV 배전케이블 과도 특성 분석 시스템에 관한 것으로서, 특히, 22.9kV 동심중성선 전력케이블(CNCV, Concentric Neutral type Crosslinked Polyethylene Insulated Vinyl Sheathed Power Cable)의 설치와 접지 방식 선정에 효율적으로 운용될 수 있도록, CNCV 배전케이블 해석 모델링과 뇌격 써지(surge)에 의한 과도 특성 분석을 위한 EMTDC(Electromagnetic Transient　DC Analysis　Program) 해석 시스템에 관한 것이다.
대부분 22.9kV 3상 CNCV 케이블 배전계통은 중성점 다중접지계통으로 설계되어 있으며, CNCV 케이블의 중성선을 접속함에서 3상 일괄 공동접지함으로써 배전계통 전체적으로 다중접지방식을 사용하고 있다. 하지만, 지중배전케이블 계통에서 이러한 중성선의 일괄접지로 인하여 케이블 순환전류가 커지고 이로 인해 냉각이나 전력손실 부분에서 많은 문제점을 지니고 있다. 이를 해소하기 위하여 다중접지방식은 유지하면서 3상 접속함 중에서 한 상만 상호 연결하고 나머지 2상은 분리하는 비일괄 공동접지방식이 제안되었다. 이를 통해 중성선 순환전류와 전력손실을 획기적으로 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다. 하지만, 이를 검증하기 위한 과도현상해석용 해석모델과 해석결과가 없는 관계로 실제 현장적용이 지연되고 있는 상태이다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 22.9kV 동심중성선 전력케이블(CNCV, Concentric Neutral type Crosslinked Polyethylene Insulated Vinyl Sheathed Power Cable)의 설치와 접지 방식 선정에 효율적으로 운용될 수 있도록, CNCV 배전케이블 해석 모델링과 뇌격 써지(surge)에 의한 과도 특성 분석을 위한 EMTDC(Electromagnetic Transient　DC Analysis　Program) 해석 시스템을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 본 발명에 따른, 3상 CNCV 배전케이블에서의 뇌격 써지에 의한 과도 특성 분석을 위한 CNCV 배전케이블 분석 시스템은, 인입부 CNCV 케이블을 포함하는 접속부; 뇌격 써지에 대한 복수의 파라미터의 입력에 따라 써지 전류를 발생시켜 상기 인입부 CNCV 케이블로 제공하는 뇌격 써지부; 정격전압 이상에서 접지로 방전을 위해, 상기 인입부 CNCV 케이블의 심선과 접지에 연결된 저항의 다른 연결 단자 사이에 연결된 피뢰기; 상기 인입부 CNCV 케이블과 연결된 3상 중의 제1 CNCV 케이블, 및 양끝이 개방된 3상 중의 제2 CNCV 케이블과 제3 CNCV 케이블이, 소정의 길이로 각각 분리되어 동일 위치의 복수의 접속함부에서 해당 임피던스값을 갖는 각 분리된 케이블의 심선은 서로 단락되며, 각 분리된 케이블의 중성선은 스위치에 의해 단락되어 접지저항에 연결되거나 개방되도록 구성된 CNCV 케이블부; 복수의 파라미터의 입력에 따라 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블에 대한 단위 임피던스를 산출하고, 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블의 각 분리된 케이블의 해당 길이에 대한 상기 임피던스값을 제공하는 케이블 임피던스 추출부; 상기 접속부, 상기 뇌격 써지부, 상기 피뢰기, 또는 상기 케이블 임피던스 추출부에 포함된 소정의 접점에서의 출력 포인트를 설정하고, 상기 써지 전류 발생에 따른 해당 출력 포인트에서의 전류 또는 전압을 해석하는 전류/전압 해석부; 및 상기 전류/전압 해석부가 해석한 전류 또는 전압에 대한 해석 결과를 디스플레이 수단으로 표시하는 해석 결과 표시부를 포함한다.
상기 CNCV 케이블부에서 상기 복수의 접속함부 각각은, 상기 제1 CNCV 케이블의 분리된 케이블들의 심선을 단락하는 제1연결부와 상기 분리된 케이블들의 중성선을 단락 또는 개방하기 위한 제1스위치; 상기 제2 CNCV 케이블의 분리된 케이블들의 심선을 단락하는 제2연결부와 상기 분리된 케이블들의 중성선을 단락 또는 개방하기 위한 제2스위치; 및 상기 제3 CNCV 케이블의 분리된 케이블들의 심선을 단락하는 제3연결부와 상기 분리된 케이블들의 중성선을 단락 또는 개방하기 위한 제3스위치를 포함하고, 상기 제1스위치, 상기 제2스위치, 및 상기 제3스위치의 턴온 또는 턴오프를 설정해, 상기 복수의 접속함부에서 모두, 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블의 중성선이 상기 접지저항에 연결되는 3상 공동 접지 방식, 상기 복수의 접속함부에서 모두, 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블의 중성선이 개방되는 3상 편단접지 방식, 또는 상기 복수의 접속함부에서 모두, 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블 중 어느 한 케이블만의 중성선이 상기 접지저항에 연결되고 나머지 케이블들의 중성선이 개방되는 비일괄 공동접지 방식에 대한 상기 해석 결과를 제공할 수 있다.
상기 뇌격 써지부는, 최대 전류값(IPEAK)과 해당 시간(TP), 50% 전류값(IMID)과 해당 시간(TM), 및 전류값이 제로가 되는 시간(TFI)을 포함한 복수의 파라미터에 따라 상기 써지 전류를 발생시킬 수 있다.
상기 뇌격 써지부는, 상기 인입부 CNCV 케이블의 심선과 접지에 연결된 저항의 다른 연결 단자와 연결된 스위치를 포함하고, 상기 스위치의 단락으로 뇌도 임피던스를 반영한다.
상기 케이블 임피던스 추출부는, 각 케이블의 심선 도체, 상기 심선을 감싸는 제1절연체, 상기 제1절연체를 둘러싸는 중성선 도체, 및 상기 중성선 도체를 감싸는 제2절연체에 대한 두께와 재질 특성값에 따라 60Hz 주파수에 대한 단위 길이당 저항 값, 인덕턴스 값, 또는 커패시시턴스 값을 산출하고, 상기 해당 길이에 대한 상기 임피던스값을 제공할 수 있다.
상기 해석 결과 표시부는, 3상 공동 접지 방식, 3상 편단접지 방식, 또는 비일괄 공동접지 방식에서, 상기 써지 전류 발생에 따른, 상기 피뢰기의 심선측 전압, 상기 복수의 접속함부의 각 스위치 양단 간 전압, 또는 상기 복수의 접속함부의 심선과 중성선 간 전압에 대하여 시간별 해석 결과를 산출하고 해당 그래프를 제공할 수 있다.
상기 해석 결과 표시부는, 상기 시간별 해석 결과로부터, 상기 피뢰기의 심선측 전압의 최대값, 상기 복수의 접속함부의 각 스위치 양단 간 전압 중 최대값, 또는 상기 복수의 접속함부의 심선과 중성선 간 전압 중 최대값을 그래피컬하게 도식화하여 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 CNCV 배전케이블 과도 특성 분석 시스템에 따라, CNCV 배전케이블 해석 모델링을 통해 뇌격 써지(surge)에 의한 과도 특성 분석 결과를 제공함으로써, 순환전류와 전력손실을 대폭 저감시킬 수 있도록 3상 공동 접지, 비일괄 공동접지, 3상 편단접지 등에서의 합리적인 접속함 연결방식과 접지방식을 선정할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 CNCV 배전케이블 과도 특성 분석 시스템에 따라, 크기와 파형을 자유롭게 변경할 수 있는 뇌격써지 해석모델, 비선형 I-V 특성을 변경 입력할 수 있는 배전용 정격 18kV 피뢰기 모델, 22.9kV CNCV 케이블의 주파수의존 과도해석 모델, 및 전체적인 시험회로를 구성하여, 계통써지 인입 조건에 대한 모의 실험을 통한 중성선 접지방식별 분석이 가능하므로 해당 케이블의 절연설계 목표치에 적합한 접지방식 선정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 CNCV 배전케이블 해석 모델을 통한 과도 특성 분석을 위한 EMTDC(Electromagnetic Transient　DC Analysis　Program) 해석 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 뇌격써지부, 피뢰기, 접속부의 해석 모델과 그 파라미터들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 뇌격써지부에 파라미터 입력 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 CNCV 케이블부의 해석 모델과 그 파라미터들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 CNCV 케이블의 파라미터 계산을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 전류/전압 해석부의 해석결과가 도 1의 해석 결과 표시부에 표시되는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 전류/전압 해석부의 해석결과가 도 1의 해석 결과 표시부에 표시되는 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1의 전류/전압 해석부의 해석결과가 도 1의 해석 결과 표시부에 표시되는 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 CNCV 배전케이블 해석 모델을 통한 과도 특성 분석을 위한 EMTDC(Electromagnetic Transient　DC Analysis　Program) 해석 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 3상 CNCV 배전케이블에서의 뇌격 써지에 의한 과도 특성 분석을 위한 본 발명의 일실시예에 따른 CNCV 배전케이블 분석 시스템(100)은, 뇌격 써지부(110), 피뢰기(120), 접속부(130), CNCV 케이블부(140), 케이블 임피던스 추출부(141), 전류/전압 해석부(150) 및 해석 결과 표시부(160)을 포함한다. 도면에는 도시하지 않았지만, LCD와 같은 디스플레이 장치가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 CNCV 배전케이블 분석 시스템(100)은, 22.9kV 등 전력 배전을 위한 CNCV(Concentric Neutral type Crosslinked Polyethylene Insulated Vinyl Sheathed Power Cable, 동심중성선 전력케이블) 케이블에 번개와 같은 뇌격으로 인한 써지(surge) 전류가 인입될 때를 가정해, 위와 같은 구성요소들로 모델링된 각부에 설정된 출력 포인트에서의 전압 또는 전류의 과도 특성 분석을 수행하고 해석결과를 제공한다. CNCV 배전케이블 분석 시스템(100)의 각부에 대하여 EMTDC(Electromagnetic Transient　DC Analysis　Program)을 이용한 소프트웨어 프로그램에 의한 모의 시험을 통해 해당 해석 결과를 제공할 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이와 같은 각부가 실제 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수도 있음을 미리 밝혀 둔다.
뇌격 써지부(110)는 뇌격 써지에 대한 복수의 파라미터(IPEAK, TP, IMID, TM, TFI 등)의 입력에 따라 써지 전류(ILIG)를 발생시켜 접속부(130)의 인입부 CNCV 케이블(도 2의CABLE)로 제공한다. 도 2와 같이, 뇌격 써지부(110)는 파라미터 입력에 따라 써지 전류(ILIG)를 발생시키는 전류원(CS)을 포함하며, 뇌도 임피던스를 반영(적란운 등에서 뇌격 시의 구름 간 영향으로 방전되는 전류를 반영)하기 위하여 인입부 CNCV 케이블(CABLE)의 심선과 접지에 연결된 저항(R1)(예, 400오옴)의 다른 연결 단자와 연결된 스위치(SW1)을 더 포함할 수 있다. 전류원(CS)은 최대 전류값(IPEAK)과 해당 시간(TP), 50% 전류값(IMID)과 해당 시간(TM), 및 전류값이 제로(zero)가 되는 시간(TFI)과 같은 파라미터에 따라 해당 써지 전류(ILIG)를 발생시킬 수 있다. 이와 같은 전류원(CS)에 대한 파라미터 입력은 도 3과 같이 디스플레이 화면의 그래피컬한 입력창을 통해 사용자의 입력에 따라 입력될 수 있으며, IPEAK=5kA, TP= 8μsec, IMID=2.5kA, TM=20μsec, TFI=30μsec 등으로 입력될 수 있고, 이에 따라 도 6의 610과 같이 전류원(CS)은 써지 전류(ILIG)를 발생시킬 수 있다. 써지 전류(ILIG)에 따라 도 6의 620과 같이 인입부 CNCV 케이블(CABLE)의 심선에 전류(IARR1)가 흐를 수 있다. 또한, 써지 전류(ILIG) 외에 뇌도 임피던스(적란운 등에서 뇌격 시의 구름 간 영향으로 방전되는 전류를 반영)를 반영하기 위하여, 스위치(SW1)를 턴온시킴으로써, 인입부 CNCV 케이블(CABLE)의 심선과 접지 사이에 해당 임피던스로서 저항(R1)(예, 400오옴)이 연결될 수 있다.
피뢰기(120)는 뇌격써지에 의한 3상 CNCV 케이블의 손상을 방지하기 위하여, 정격전압(예, 18kV) 이상에서 접지로 방전을 수행하며, 인입부 CNCV 케이블(CABLE)의 심선과 접지에 연결된 저항(R2)(예, 3오옴)의 다른 연결 단자 사이에 연결된다.
뇌격 써지부(110)에 의한 써지 전류(ILIG)는 접속부(130)의 인입부 CNCV 케이블(CABLE)의 심선으로 제공되며, 인입부 CNCV 케이블(CABLE)의 중성선은 피뢰기(120)와 저항(R2)(예, 3오옴)의 점점에 연결되어 접지될 수 있다. 여기서, 인입부 CNCV 케이블(CABLE)은 CNCV 케이블부(140)의 3상 중의 제1 CNCV 케이블(A)과 연결된다. 도 4와 같이 제1 CNCV 케이블(A)과 연결되는 쪽의 인입부 CNCV 케이블(CABLE)의 중성선은, 해당 제1 CNCV 케이블(A)의 중선선과 함께 접지 저항(R)(예, 16오옴)(접지에 연결된 저항의 다른 단자)에 연결된다. 인입부 CNCV 케이블(CABLE)이 제1 CNCV 케이블(A)과 연결되는 것으로 설명하지만, 도 3과 같은 디스플레이 화면의 그래피컬한 입력창을 통해 사용자는 SWA, SWB, SWC의 입력 화면에서 스위치 모양의 버튼을 클릭하여 접속부(130)의 인입부 CNCV 케이블(CABLE)이 CNCV 케이블부(140)의 3상 중의 제1 CNCV 케이블(A), 제2 CNCV 케이블(B), 또는 제1 CNCV 케이블(C) 중 하나 이상과 연결되도록 할 수 있다.
도 4는 도 1의 CNCV 케이블부(140)의 해석 모델과 그 파라미터들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4와 같이, CNCV 케이블부(140)는, 인입부 CNCV 케이블(CABLE)과 연결된 3상 중의 제1 CNCV 케이블(A), 및 양끝이 개방된 3상 중의 제2 CNCV 케이블(B)과 제3 CNCV 케이블(C)를 포함한다.
각 케이블(A/B/C)은 소정의 길이(예, 250m)로 각각 분리되어 동일 위치의 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)에서 해당 임피던스값을 갖는 각 분리된 케이블(CABLE1, CABLE2, CABLE3, ..) 이 서로 연결된다. 각 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)에서, 각 분리된 케이블(CABLE1, CABLE2, CABLE3, ..)의 심선이 서로 단락(short)되며, 각 분리된 케이블(CABLE1, CABLE2, CABLE3, ..)의 중성선은 스위치(CNA, CNB, CNC)에 의해 단락되어 접지저항(R)(예, 16오옴)에 연결되거나 개방될 수 있다.
즉, CNCV 케이블부(140)에서 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..) 각각은, 제1 CNCV 케이블(A)의 분리된 케이블들의 심선을 단락하는 제1연결부와 그 분리된 케이블들의 중성선을 단락 또는 개방하기 위한 제1스위치(CNA)를 포함하며, 마찬가지로, 제2 CNCV 케이블(B)의 분리된 케이블들의 심선을 단락하는 제2연결부와 그 분리된 케이블들의 중성선을 단락 또는 개방하기 위한 제2스위치(CNB)를 포함하고, 제3 CNCV 케이블(C)의 분리된 케이블들의 심선을 단락하는 제3연결부와 그 분리된 케이블들의 중성선을 단락 또는 개방하기 위한 제3스위치(CNC)를 포함한다.
도 4에서는, CNC 스위치가 턴온되어 제3 CNCV 케이블(C)의 각 분리된 케이블(CABLE1, CABLE2, CABLE3, ..)의 중성선들이 모두 서로 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)에서 단락되어 접지저항(R)(예, 16오옴)에 연결된 것을 나타낸다. 또한, 도 4에서는, CNA, CNB 스위치가 턴오프되어 제1및 제2 CNCV 케이블(A, B)의 각 분리된 케이블(CABLE1, CABLE2, CABLE3, ..)의 중성선들은 모두 서로 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)에서 단개방되어 있는 것을 나타낸다. 이와 같은 접지 방식은 비일괄 공동접지 방식을 나타내며, 스위치(CNA, CNB, CNC)의 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)를 제어해, 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)에서 모두, 제1 CNCV 케이블(A), 제2 CNCV 케이블(B) 및 제3 CNCV 케이블(C) 중 어느 한 케이블만의 중성선이 접지저항(R)에 연결되고 나머지 케이블들의 중성선이 개방되도록 할 수 있다.
이외에도, 3상 공동 접지 방식을 구현하기 위하여, 스위치(CNA, CNB, CNC)가 턴온(turn-on)되도록 제어해, 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)에서 모두, 제1 CNCV 케이블(A), 제2 CNCV 케이블(B) 및 제3 CNCV 케이블(C)의 중성선이 접지저항(R)에 연결되도록 할 수도 있다.
또한, 3상 편단접지 방식을 구현하기 위하여, 스위치(CNA, CNB, CNC)가 턴오프(turn-off)되도록 제어해, 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)에서 모두, 제1 CNCV 케이블(A), 제2 CNCV 케이블(B) 및 제3 CNCV 케이블(C)의 중성선이 개방되도록 할 수도 있다.
도 5는 CNCV 케이블(A, B, C)의 파라미터 계산을 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 케이블 임피던스 추출부(141)는 도 5와 같은 복수의 파라미터의 입력에 따라 제1 CNCV 케이블(A), 제2 CNCV 케이블(B) 및 제3 CNCV 케이블(C)에 대한 단위 임피던스를 산출하고, 제1 CNCV 케이블(A), 제2 CNCV 케이블(B) 및 제3 CNCV 케이블(C)의 각 분리된 케이블(CABLE1, CABLE2, CABLE3, ..)의 해당 길이(예, 250m)에 대한 임피던스값을 제공하여 각 케이블이 해당 임피던스로 동작하도록 할 수 있다. 제1 CNCV 케이블(A), 제2 CNCV 케이블(B), 제3 CNCV 케이블(C)의 단위 임피던스는 모두 같은 것이 일반적이지만, 서로 다른 것을 배제하지 않는다. 또한 케이블 임피던스 추출부(141)는 제1 CNCV 케이블(A), 제2 CNCV 케이블(B) 및 제3 CNCV 케이블(C) 중 어느 하나의 단위 임피던스를 기초로 인입부 CNCV 케이블(A)의 해당 길이에 대한 임피던스값을 제공하여 해당 임피던스로 동작하도록 할 수 있다.
예를 들어, 각 케이블(A, B, C)의 임피던스 산출을 위해 사용자가 입력(예, 디스플레이 화면을 통한 입력)하는, 각 케이블의 심선 도체(CONDUCTOR), 심선(CONDUCTOR)을 감싸는 제1절연체(INSULATOR1), 제1절연체(INSULATOR1)를 둘러싸는 중성선 도체(NEUTRAL), 및 중성선 도체(NEUTRAL)를 감싸는 제2절연체(INSULATOR2)에 대한 두께(또는 중심으로부터의 거리)와 재질 특성값(각 도체의 전도도, 절연체의 유전율 등)에 따라 60Hz 주파수에 대한 단위 길이당 저항 값, 인덕턴스 값, 또는 커패시시턴스 값을 산출할 수 있으며, 이를 기초로 각 분리된 케이블(CABLE1, CABLE2, CABLE3, ..)의 해당 길이(예, 250m)에 대한 임피던스값을 제공할 수 있다.
도 1의 전류/전압 해석부(150)는, 사용자의 입력(예, 디스플레이 화면을 통한 입력)에 따라 접속부(130), 뇌격 써지부(110), 피뢰기(120) 또는 케이블 임피던스 추출부(140)에 포함된 소정의 접점에서의 출력 포인트를 설정할 수 있다. 도면상에는 표시되지 않았으나, 출력 포인트는 사용자가 해석 결과를 제공받을 수 있도록 미리 설정하는 회로 상의 요소들의 해당 접점 위치이며, 전류/전압 해석부(150)는, EMTDC 해석을 통해 위와 같은 써지 전류(ILIG) 발생에 따른 해당 출력 포인트에서의 시간별 전류 또는 전압을 해석할 수 있다.
전류/전압 해석부(150)가 해당 출력 포인트에 대하여 해석한 시간별 전류 또는 전압에 대한 해석 결과는 해석 결과 표시부(160)에 의해 도 6, 7, 8과 같이 시간에 대한 전류 또는 전압 그래프나, 사용자가 인지하기 쉬운 형태의 어떤 이미지를 포함시켜 그래피컬하게 도식화된 형태로 제공될 수 있다.
해석 결과 표시부(160)는 위에서 기술한 바와 같은 3상 공동 접지 방식, 3상 편단접지 방식, 또는 비일괄 공동접지 방식에서, 써지 전류(ILIG) 발생에 따른, 피뢰기(120)의 심선측 전압(도 6의 VARR1), 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)의 각 스위치(CNA, CNB, CNC) 양단 간 전압(도 7에서, 케이블 A의 CABLE1과 CABLE2 사이의 VOP1A, 케이블 B의 CABLE2과 CABLE3 사이의 VOP2B 등), 또는 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)의 심선과 중성선 간 전압(도 7에서, 케이블 A의 CABLE1과 CABLE2 사이의 V1A, 케이블 B의 CABLE2과 CABLE3 사이의 V2B 등) 등에 대하여 시간별 해석 결과를 산출하고 해당 그래프를 제공할 수 있다. 도 6에는 전류/전압 해석부(150)가 피뢰기(120)의 전류와 피뢰기(120)의 심선측 전압(도 6의 VARR1)을 기초로 산출한 피뢰기(120)에서의 시간별 열용량(EARR1)에 대한 그래프도 도시되어 있으며, 도 7에는 인입부 CNCV 케이블(CABLE)의 피뢰기(120) 측 심선 전압(VIA)와 각 케이블(A, B, C)의 끝단의 시간별 전압(VOA) 등도 표시되어 있다.
도 6과 같이, IPEAK=5kA, TP= 8μsec, TM=20μsec의 입력 써지 전류(ILIG)에 대하여, 피뢰기(120)의 최대 허용 내압(예, 80kV)이나 열용량 이하에서 동작될 수 있음을 확인할 수 있으며, 도 7과 같이, CNCV 케이블들이 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)의 각 스위치(CNA, CNB, CNC) 양단 간 전압이 내압 40kV 이하에서 잘 동작될 수 있음을 확인할 수 있고, 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)의 심선과 중성선 간 전압이 내압 150kV 이하에서 잘 동작될 수 있음을 확인할 수 있다.
사용자는 위와 같은 뇌격 써지에 대한 복수의 파라미터(IPEAK, TP, IMID, TM, TFI 등)나, 각 케이블(A, B, C)의 임피던스 산출을 위한 위와 같은 파라미터들, 또는 전류/전압 해석부(150)가 해석하는 출력 포인트들의 입력 등을 자유로이 변경하면서, 해석결과를 참조하여 적용될 CNCV 케이블의 문제점이나 개선점 등을 미리 확인할 수 있게 된다. 이와 같은 확인은 3상 공동 접지 방식, 3상 편단접지 방식, 또는 비일괄 공동접지 방식 등에 대하여 실시하여 각 방식의 장단점이 가능하다.
해석 결과 표시부(160)는 전류/전압 해석부(150)의 위와 같은 시간별 해석 결과로부터, 도 8과 같이, 피뢰기(120)의 심선측 전압(도 6의 VARR1)의 최대값(VARRmax), 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)의 각 스위치(CNA, CNB, CNC) 양단 간 전압(도 7에서, VOP1A, VOP2B 등) 중 최대값(Vopmax), 또는 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)의 심선과 중성선 간 전압(도 7에서, V1A, V2B 등) 중 최대값(Vkmax) 등을 그래피컬하게 도식화하여 제공할 수 있다. 도 8에는 복수의 접속함부(CONN1, CONN2, CONN3, ..)의 중선선과 대지 접지 간 전압 중 최대값(Vshmax), 두번째 분리된 케이블(CABLE2)과 세번째 분리된 케이블(CABLE3) 사이의 접속함부(CONN2)에서 각 스위치(CNA, CNB, CNC) 양단 간 전압 중 최대값(Vop2max) 등도 표시되어 있다. 810과 같이, 일정 써지 전류(ILIG)에 대하여(예, IPEAK=10kA, TP= 2μsec, TM=70μsec), 3상 편단 접지 방식에서, Vop2max를 통하여서는 내압 40kV 이하이지만, 다른 분리된 케이블들(예, 4번째와 5번째 사이) 사이에서는 스위치 양단간 전압이 내압 40kV를 초과하는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 위와 같은 조건에서 3상 편단 접지 방식의 적용이 어려움을 확인할 수 있다.
위에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CNCV 배전케이블 과도 특성 분석 시스템(100)에 따라, CNCV 배전케이블 해석 모델링을 통해 뇌격 써지(surge)에 의한 과도 특성 분석 결과를 제공함으로써, 순환전류와 전력손실을 대폭 저감시킬 수 있도록 3상 공동 접지, 비일괄 공동접지, 3상 편단접지 등에서의 합리적인 접속함 연결방식과 접지방식을 선정할 수 있게 된다. 또한, 전류 크기와 파형을 자유롭게 변경할 수 있는 뇌격써지 해석모델, 비선형 I-V 특성을 변경 입력할 수 있는 배전용 정격 18kV 피뢰기 모델, 22.9kV CNCV 케이블의 주파수의존 과도해석 모델, 및 전체적인 시험회로를 구성하여, 계통써지 인입 조건에 대한 모의 실험을 통한 중성선 접지방식별 분석이 가능하므로 해당 케이블의 절연설계 목표치에 적합한 접지방식 선정이 가능하도록 하였다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
CNCV 배전케이블 분석 시스템(100)
뇌격 써지부(110)
피뢰기(120)
접속부(130)
CNCV 케이블부(140)
케이블 임피던스 추출부(141)
전류/전압 해석부(150)
해석 결과 표시부(160)
EMTDC(Electromagnetic Transient　DC Analysis　Program)
CNCV(동심중성선 전력케이블, Concentric Neutral type Crosslinked Polyethylene Insulated Vinyl Sheathed Power Cable)

Claims (7)

  1. 3상 CNCV 배전케이블에서의 뇌격 써지에 의한 과도 특성 분석을 위한 CNCV 배전케이블 분석 시스템에 있어서,
    인입부 CNCV 케이블을 포함하는 접속부; 뇌격 써지에 대한 복수의 파라미터의 입력에 따라 써지 전류를 발생시켜 상기 인입부 CNCV 케이블로 제공하는 뇌격 써지부; 정격전압 이상에서 접지로 방전을 위해, 상기 인입부 CNCV 케이블의 심선과 접지에 연결된 저항의 다른 연결 단자 사이에 연결된 피뢰기;
    상기 인입부 CNCV 케이블과 연결된 3상 중의 제1 CNCV 케이블, 및 양끝이 개방된 3상 중의 제2 CNCV 케이블과 제3 CNCV 케이블이, 소정의 길이로 각각 분리되어 동일 위치의 복수의 접속함부에서 해당 임피던스값을 갖는 각 분리된 케이블의 심선은 서로 단락되며, 각 분리된 케이블의 중성선은 스위치에 의해 단락되어 접지저항에 연결되거나 개방되도록 구성된 CNCV 케이블부;
    복수의 파라미터의 입력에 따라 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블에 대한 단위 임피던스를 산출하고, 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블의 각 분리된 케이블의 해당 길이에 대한 상기 임피던스값을 제공하는 케이블 임피던스 추출부;
    상기 접속부, 상기 뇌격 써지부, 상기 피뢰기, 또는 상기 케이블 임피던스 추출부에 포함된 소정의 접점에서의 출력 포인트를 설정하고, 상기 써지 전류 발생에 따른 해당 출력 포인트에서의 전류 또는 전압을 해석하는 전류/전압 해석부; 및
    상기 전류/전압 해석부가 해석한 전류 또는 전압에 대한 해석 결과를 디스플레이 수단으로 표시하는 해석 결과 표시부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 CNCV 배전케이블 분석 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CNCV 케이블부에서 상기 복수의 접속함부 각각은,
    상기 제1 CNCV 케이블의 분리된 케이블들의 심선을 단락하는 제1연결부와 상기 분리된 케이블들의 중성선을 단락 또는 개방하기 위한 제1스위치;
    상기 제2 CNCV 케이블의 분리된 케이블들의 심선을 단락하는 제2연결부와 상기 분리된 케이블들의 중성선을 단락 또는 개방하기 위한 제2스위치; 및
    상기 제3 CNCV 케이블의 분리된 케이블들의 심선을 단락하는 제3연결부와 상기 분리된 케이블들의 중성선을 단락 또는 개방하기 위한 제3스위치를 포함하고,
    상기 제1스위치, 상기 제2스위치, 및 상기 제3스위치의 턴온 또는 턴오프를 설정해,
    상기 복수의 접속함부에서 모두, 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블의 중성선이 상기 접지저항에 연결되는 3상 공동 접지 방식,
    상기 복수의 접속함부에서 모두, 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블의 중성선이 개방되는 3상 편단접지 방식, 또는
    상기 복수의 접속함부에서 모두, 상기 제1 CNCV 케이블, 상기 제2 CNCV 케이블 및 상기 제3 CNCV 케이블 중 어느 한 케이블만의 중성선이 상기 접지저항에 연결되고 나머지 케이블들의 중성선이 개방되는 비일괄 공동접지 방식
    에 대한 상기 해석 결과를 제공하기 위한 것을 특징으로 하는 CNCV 배전케이블 분석 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 뇌격 써지부는,
    최대 전류값(IPEAK)과 해당 시간(TP), 50% 전류값(IMID)과 해당 시간(TM), 및 전류값이 제로가 되는 시간(TFI)을 포함한 복수의 파라미터에 따라 상기 써지 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 CNCV 배전케이블 분석 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 뇌격 써지부는,
    상기 인입부 CNCV 케이블의 심선과 접지에 연결된 저항의 다른 연결 단자와 연결된 스위치를 포함하고, 상기 스위치의 단락으로 뇌도 임피던스를 반영하는 것을 특징으로 하는 CNCV 배전케이블 분석 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 케이블 임피던스 추출부는, 각 케이블의 심선 도체, 상기 심선을 감싸는 제1절연체, 상기 제1절연체를 둘러싸는 중성선 도체, 및 상기 중성선 도체를 감싸는 제2절연체에 대한 두께와 재질 특성값에 따라 60Hz 주파수에 대한 단위 길이당 저항 값, 인덕턴스 값, 또는 커패시시턴스 값을 산출하고, 상기 해당 길이에 대한 상기 임피던스값을 제공하는 것을 특징으로 하는 CNCV 배전케이블 분석 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 해석 결과 표시부는, 3상 공동 접지 방식, 3상 편단접지 방식, 또는 비일괄 공동접지 방식에서, 상기 써지 전류 발생에 따른, 상기 피뢰기의 심선측 전압, 상기 복수의 접속함부의 각 스위치 양단 간 전압, 또는 상기 복수의 접속함부의 심선과 중성선 간 전압에 대하여 시간별 해석 결과를 산출하고 해당 그래프를 제공하는 것을 특징으로 하는 CNCV 배전케이블 분석 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 해석 결과 표시부는, 상기 시간별 해석 결과로부터, 상기 피뢰기의 심선측 전압의 최대값, 상기 복수의 접속함부의 각 스위치 양단 간 전압 중 최대값, 또는 상기 복수의 접속함부의 심선과 중성선 간 전압 중 최대값을 그래피컬하게 도식화하여 제공하는 것을 특징으로 하는 CNCV 배전케이블 분석 시스템.
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