(1) 가공선로 선로정수(R,L,C)에 대해 논하시오.

1. 선로정수

․저항(R) ․인덕턴스(L) ․정전용량(C) ․누설 콘덕턴스(g)

1-1 저항(R)

․[eqn: R = rho l over S]

․ρ : 고유 저항률(비저항)

[eqn: rho = 1 over 58 times 100 over C [ OMEGA /m․mm^2 ]] 단 C는 표준연동의 도전율을 100%로서 비교한 퍼센트 도전율

․표준 연동의 도전율 : 20℃에서 1/58[Ω/m․mm2]

․경동선 퍼센트 도전율 : 97%, 알루미늄 퍼센트 도전율 : 67%

․표피효과 : 교류전류가 도체에 흐를 경우 전선의 중심부일수록 리액턴스기 커져 전선표면으로 갈수록 전류가 많이 흐르는 현상

표피효과는 주파수가 높을수록, 전선의 단면적이 클수록 도전율이 클수록 비투자율이 클수록 커진다.

1-2 인덕턴스(L)

(1) 왕복 2도선 인덕턴스

[eqn: L = 0.05 + 0.4605 log_10 D over r [mH/km]]

D : 도선간 거리[m] r : 도체의 직경[m]

(2) 3상 1회선 송전선로

정3각형 배치인 경우 [eqn: L = 0.05 + 0.4605 log_10 D over r [mH/km]]

비정3각형 배치인 경우 [eqn: L = 0.05 + 0.4605 log_10 D over r [mH/km]]

단 [eqn: D= `^{ 3} SQRT { D_ab D_bc D_ca}] (기하학적 평균거리)

(3) 1선 대지 귀로 인덕턴스

․왕로 전선 인덕턴스 [eqn: L_a = 0.05 + 0.4605 log_10 h+H over r SIMEQ 0.05 + 0.4605 log_10 2H_e over r [mH'km]]

He : 등가 대지면의 깊이

․대지 귀로 인덕턴스 [eqn: L_a ' = 0.05 + 0.4605 log_10 h+H over H SIMEQ 0.05 [mH'km]]

․1선 대지귀로 인덕턴스 [eqn: L = L_a + L_a ' = 0.1 + 0.4605 log_10 2H_e over r [mH'km]]

(4) 2선 대지 귀로의 경우

․2선 대지 귀로의 영향은 서로 상쇄되어 나타나지 않음.

․왕복 2도선의 경우와 동일 [eqn: L = 0.05 + 0.4605 log_10 D over r [mH/km]]

(5) 3선 일괄 작용 인덕턴스(개략 값) = 자기 인덕턴스(Le) + 2 × 상호 인덕턴스 = 2.4 + 2 ×1.1 = 4.6 [mH/Km]

1-3 정전용량(C)

(1) 왕복 2도체 정전용량

[eqn: C_n = 0.02413 over {log_10 D over r} [μF/Km]]

(2) 3상 1회선 정전용량

작용 정전용량 [eqn: C_n = C_s + 3C_m = 0.2413 over {log_10 D over r}[μF/Km]]

Cs : 대지 정전용량 Cm : 선간 상호 정전용량 D : 기하학적 평균 거리

(3) 정전용량 개략값

․단도체 방식 3상 작용 정전용량 : 0.009μF/km

․대지 정전용량 : 1회선의 경우 : 0.005μF/km, 2회선의 경우 : 0.004μF/km

(2) %임피던스의 개념과 오옴 임피던스와의 관계를 설명하라.

2. 송전계통 임피던스

2-1 옴 임피던스

선로 1선당 임피던스 z 및 y 는

[eqn: dot z = R + j omega L = R+jX[Ω/km]]

[eqn: dot y = dot z = g + j omega C = g+jY SIMEQ j omega C [mho/km]]

옴 임피던스는 1차측에서 측정한 값(Z1)과 2차 측에서 측정한 값(Z2)으로 환산하려면 변압비(n=E1/E2)의 제곱배 (Z2 = n2 Z1) 해야 한다.

2-2 % 임피던스

[eqn: %Z = {Z[Ω] ․I[A]} over E[V] times 100[%]]

[eqn: %Z_2 = {Z_2 I_2} over E_2 times 100 = {n^2 Z_1 times 1 over n I_1 } over nE_1 times 100 = {Z_1 I_1} over E_1 times 100 = %Z_1]

따라서 %Z 는 1차측에서 본 임피던스나 2차측에서 본 임피던스가 동일하다.

2-3 옴 임피던스와 % 임피던스와의 관계

[eqn: %Z = ZI over 1000E times 100 = ZI over 10E [%]]  단 E는 KV 값

[eqn: %Z = Z times EI over 10E^2 = {Z times KVA} over 10E^2 [%]]

∴ [eqn: Ω Z ={ %Z times 10E^2} over KVA [Ω]]

(3) 중성점 접지방식의 목적과 방식(장단점)에 대해 설명하라.

3. 개요

(1) 중섬점 접지 목적

․지락고장시 건전 상 전압상승 억제 (전선로 및 기기 절연 레벨 경감)

․뇌, 아크, 서지 등에 의한 이상전압 발생 경감

․지락고장시 접지계전기 동작을 확실하게 한다.

․소호리액터 접지방식에서 1선 지락시 아크를 신속히 소멸시켜 송전을 계속할 수 있다.

(2) 유효접지 : 건전상의 전압상승을 평상시 Y전압의 1.3배를 넘지 않도록 임피던스를 조절해서 접지하는 것

3-1 중성점 접지 방식의 종류

(1) 직접 접지방식

장점

․1선 지락시 건전 상 전압 상승이 거의 없음

․피뢰기 책무 경감

․변압기 단절연이 가능하여 변압기 및 부속설비 중량과 가격 경감 가능

․1선 지락시 지락전류가 크므로 보호계전기 동작이 확실

결점

․지락전류가 저역율의 대전류이므로 과도안정도가 나빠진다.

․병행 통신선에 유도장해가 크다.

․지락전류에 의한 기계적 충격이 크다.

․계통사고의 70～80%에 해당되는 지락사고에 의한 차단기 대전류 차단 기회가 증대

(2) 저항접지 방식

․저저항 접지방식 : R = 30Ω 정도

․고저항 접지방식 : R = 100～1,000Ω 정도

저항이 너무 낮으면 통신선에 대한 유도장해가 커지고 너무 크면 지락계전기 동작이 곤란해지고 건전 상 대지전압이 상승한다.

(3) 소호리액터 접지방식

대지간 정전용량(3ωC)과 병렬공진시켜 리액턴스를 무한대로 유지하여 고장전류를 영(0)이로 하는 방식 즉

[eqn: omega L = 1 over {3 omega C}]

․합조도 : 소호리액터의 탭이 공진점을 벗어나는 정도

[eqn: P = {I - I_c} over I_c times 100[%]]

여기서 Ic : 전 대지 충전전류

[eqn: omega L = 1 over {3 omega C}]인 경우 합조도가 0

[eqn: omega L < 1 over {3 omega C}]인 경우 과보상(I가 Ic보다 큰 경우) 합조도는 正

[eqn: omega L > 1 over {3 omega C}]인 경우 부족보상(Ic가 I보다 큰 경우) 합조도는 負(이상전압 발생위험이 높다)

리액터 용량 [eqn: W_L = V over sqrt3 times 3 omega C V over sqrt3 = omega C V^2]

․중성점 접지방식 비교 (표 6.2)

(4) 유도장해의 종류와 경감대책에 대해 설명하라.

4-1 유도장해

(1) 정전유도 : 송전선로의 영상전압과 통신선과의 정전용량의 불평형에 의해 통신선에 정전적으로 유도되는 전압

[eqn: E_n = sqrt{C_a (C_a - C_b )+ C_b (C_b - C_c )+ C_c (C_c - C_a ) } over {C_a + C_b + C_c + C_2 } times E]

Ca, Cb, Cc는 각 상의 통신선과의 상호 정전용량

C2 : 통신선의 대지 정전용량

완전 연가가 되면 [eqn: C_a = C_b= C_c = 0]가 되어 정전유도전압을 영으로 할 수 있다.

(2) 전자유도 : 전력선과 통신선과의 상호 리액턴스에 의해 유도되는 전압

[eqn: E_m = - j omega M l (I_a + I_b + I_c )= - j omega Ml (3I_0 )]

여기서 l : 양선의 병행 길이[m]

3I0 : 3 × 영상전류 = 지락전류 = 기 유도전류[A]

․국내 송전선 전자유도전압 제한치 : 650V

․상호 인덕턴스 측정이 어려우므로 실험식을 사용하여 통신선 유도전압을 계산.

4-2 유도장해 경감 대책

(1) 전력선측 대책

․전력선과 통신선 이격거리 증대

․저항 접지시 저항 값을 크게 유지(기유도 전류를 억제)

․고속도 지락 보호 계전 방식 채택, 고장선 신속 차단.

․송전선과 통신선 간에 차폐선 설치 (M의 저잠)

(2) 통신선측 대책

․통신선 도중에 중계 코일 삽입, 구간 분할(병행길이 단축)

․연피통신 케이블 사용(M의 저감)

․통신선에 우수 피뢰기 설치(유도전압 강제 억제)

․배류코일, 중화코일 등으로 통신선을 접지. 저주파수 유도전류를 대지로 흘림(통신 잡음의 저감)

(3) 차폐선 효과 (그림 6.16)

[eqn: V_2 &= - Z_12 I_0 + Z_2s I_1 # &= - Z_12 I_0 + Z_2s {Z_1s I_0} over Z_s # &= -Z_12 I_0 left ( 1 - {Z_1s Z_2s} over {Z_s Z_12} right )]

Z12 : 전력선과 통신선 상호 인덕턴스

Z1s : 전력선과 차폐선 상호 인덕턴스

Z2s : 통신선과 차폐선 상호 인덕턴스

I0 :  전력선의 영상 전류

I1 : 차페선의 유도전류

[eqn: lambda = left ( 1 - {Z_1s Z_2s} over {Z_s Z_12} right )] = 차폐계수

․차폐선을 전력선에 근접 설치하는 경우 [eqn: Z_12 SIMEQ Z_2s] 가 되므로

[eqn: lambda ' = left ( 1 - {Z_1s } over {Z_s } right )]

․차폐선을 통신선에 근접 설치하는 경우 [eqn: Z_1s SIMEQ Z_12] 가 되므로

[eqn: lambda '' = left ( 1 - {Z_2s } over {Z_s } right )]

․Zs(차폐선의 자기 인덕턴스)를 될수록 작게 하면 차폐효과가 증대된다.

․송전선로의 가공지선을 통해 차폐선 역할을 동시에 수행토록 한다.

(5) 피뢰기의 동작원리 및 정격, 구비요건에 대해 설명하라.

5. 피뢰기

(1) 피뢰개의 역할 : 이상전압이 내습하면 방전시키고 속류를 차단한다.

(2) 피뢰기의 정격전압 : 속류차단이 되는 교류의 최고전압

(3) 피뢰기의 제한전압 : 충격파의 전류가 흐르고 있을 때의 피뢰기의 단자전압

(4) 충격비

[eqn: 충격비 = {충격~방전~개시전압} over {상용~주파~방전~개시전압의~ 파고값}]

(5) 피뢰기의 방전내량 : 피뢰기 갭의 방전에 따라 피뢰기를 통해서 대지로 흐르는 충격전류(방전전류)의 허용한도

(6) 제한전압 : 방전후 피뢰기 단자 간에 남게 되는 충격전압

(7) 피뢰기의 구비조건

① 충격방전 개시전압이 낮을 것

② 상용주파 방전개시전압은 높을 것

③ 방전내량이 크면서 제한전압은 낮을 것

④ 속류차단 능력이 충분할 것

(8) 피뢰기 설치

▪가능한 한 피보호기기와 인접하여 설치(50m 이내)

▪제1종 접지 공사(접지저항 10Ω 이하)

(6) 보호계전기의 분류(동작시간 및 용도)에 따른 동작원리 및 기능에 대해 설명하라.

6-1 동작시간에 의한 분류

① 순한시 계전기

② 정한시 계전기

③ 반한시 계전기

④ 정한시 반한시 계전기

6-2 용도(기능)에 의한 분류

․단락보호용

① 과전류계전기(Over Current Relay : OC)

② 과전압계전기(Over Voltage Relay : OV)

③ 부족전압계전기(Under Voltage Relay : UV)

④ 단락 방향 계전기(Directional Short Circuit Relay : DS)

⑤ 선택 단락 계전기(Selective Short Circuit Relay : SS)

⑥ 거리 계전기(Distance Relay : Z)

⑦ 방향 거리 계전기(Directive Distance Relay : DZ)

․지락보호용

① 과전류 지락 계전기(Over Current Ground Relay : OCG)

② 방향 지락 계전기(Directional Ground Relay : DG)

③ 선택 지락 계전기(Selective Ground Relay : SG)

․기타 용도

① 탈조 보호계전기 (Step-out Protective Relay : SO)

② 주파수 계전기 (Frequency Relay : F)

③ 한시 계전기 (Times Limit Relay : TL)