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문제 정의
- 전력회사에서는 순환전류와 케이블 사고의 관계를 규명하기 위해 정기적인 점검 등 선로의 사고 방지에 노력하고 있으나 아직까지 선로 유지 보수 방안이 마련되어 있지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 시스 유기전압 및 순 환전류를 분석하여 시스템의 건전성을 평가할 수 있는 방안 을 마련하여 순환전류와 선로 사고와의 관계를 규명하기 위하여 현장 실측을 통해 얻어진 데이터를 근거로 유기전압 및 순환전류를 분석하였다.
- 본 연구에서는 지중 송전 케이블에서 시스 순환전류를 실측을 통해서 국내 지중송전 계통의 문제점을 파악하였다. 실측을 통해서 현재 국내 지중 송전선로의 문제점은 토목공 사와 전기적인 시스템 설계가 독립적으로 이루어지기 때문에 전기적인 불평형이 상당히 존재하고 그러한 문제점이 복합적인 원인이 되어 시스 순환전류가 증가하는 것으로 나타났다.
제안 방법
- 154kV 2000i㎟ 관로식으로 1회선 선로가 포설이 되어 있는 선로에서 순환전류가 과다하게 흐를 경우 시스템에 미치는 영향을 분석하기 위해 그림 2와 같이 시스 전류의 크기에 따른 허용전류 크기의 변화를 나타내었다. 그림에서 보듯이 순환전류가 부하전류의 5%일 경우 허용전류가 1562A에서 시스 순환전류가 55%일 경우 1220A로 감소하는 것으로 보아 시스 순환전류는 허용전류에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
- 3절에서 나타낸바와 같이 시스 순환전류는 다양한 원인에 의하여 증가되는 것으로 나타났다. 그렇지만 거의 모든 선로 가 거리 불평형과 혼합포설의 불균형이 동시에 적용되는 선 로이기 때문에 각 원인별 시스 순환전류의 증가형태를 정량 적으로 제시하기에는 어려움이 있어 시스 순환전류 계산 프로그램을 적용하여 각 원인별 시뮬레이션을 실시하였고 그 결과를 나타내었다.
- 4절에서는 국내 케이블 선로에 대한 실측 결과를 나타내었다. 그리고 거리불평형, 혼합포설, 배전선에 의한 영향 및 역 크로스본드 결선 등의 원인에 의한 부하대비 시스 순 환전류의 크기를 나타내었고 그 선로에 대한 분석 결과를 나타내었다. 또한 각 측정지점에서의 시스 순환전류 실측치 를 각 표에 나타내었다.
- 그리고 국내 지중 계통의 문제점을 검토하였고, 크로스 본딩 구간내의 회선증가, 상 배치의 변화, 소구간 케이블 포 설 거리 비의 변화 및 케이블 시스의 접지 저항값의 변화가 순환전류에 미치는 영향에 대해 분석한 결과를 기술하여 케이블 시스템 설계 시 업무에 활용할 수 있도록 하였다. 본 연구를 통하여 다양한 포설 형태에 따른 시스 순환전류 의 변화를 사전에 예측 가능하게 되었고, 기존 포설 선로의 과도한 순환전류의 원인을 체계적으로 분석 할 수 있게 되었다.
- 본 장에서는 전력 케이블의 금속 시스에 흐르는 전류 즉, 시스 순환전류가 각종 불평형 요소인 회선증가, 케이블 배치 의 영향, 소구간 거리의 변화 등 주로 토목 공사 측면에서 야기될 수 있는 불평형 원인을 실측을 통해서 국내 지중 송 전선로의 실태를 조사하였다. 그리고 이 조사 결과를 통해서 순환전류가 과다하게 흐르는 원인과 국내 지중 시스템의 문제점을 분석하였다.
- 시스 순환전류 분석에는 주로 EMTP(Electromagnetic Transient Program)를 사용하여 해석해 왔으나 4회선 이상의 다회선 선로 모의에는 현재로선 해석이 불가능하다. 따라서 4절 애서는 절점망 해석법을 이용하여 전력계통에 의한 교류간섭을 해석하는 상용프로그램인 'TACLINK를 이용하여 시스 순환전류 및 유기전압을 해석 하였다.
- 본 장에서는 전력 케이블의 금속 시스에 흐르는 전류 즉, 시스 순환전류가 각종 불평형 요소인 회선증가, 케이블 배치 의 영향, 소구간 거리의 변화 등 주로 토목 공사 측면에서 야기될 수 있는 불평형 원인을 실측을 통해서 국내 지중 송 전선로의 실태를 조사하였다. 그리고 이 조사 결과를 통해서 순환전류가 과다하게 흐르는 원인과 국내 지중 시스템의 문제점을 분석하였다.
- 그림 8은 포설 형태에 따른 시스 유기전압을 비교한 것이다. 시뮬레이션 조건은 거리의 불평형이 존재하지 않을 때 정삼각 배열, 직각배열, 수평배열 등 배열 자체만의 불평형이 시스 유기전압에 미치는 영향을 비교하였다. 이때 각 소구간의 길이는 모두 300m로 고정하였다.
- 그림 7은 케이블 시스의 접지저항을 1부터 25Q까지 변화 시키면서 시스 순환전류 크기의 변화를 나타낸 것이다. 이 때의 소구간의 길이 1, m, ne 300m:400m:5gm으로 설정하 였고, 케이블 배치는 정삼각 배열, 직각배열 및 수평배열로 설정하였다.
- 이는 전 력구 포설에서 관로 포설로 변경 또는 관로 포설에서 수평 포설 형태가 혼합되어 있는 경우가 많다. 이러한 이유로 케이블 도체의 상대적인 위치가 변경되어 불평형을 야기시키는 경우를 모의하기 위해 아래와 같은 조건에서 시뮬레이션을 수행하였다
성능/효과
- 넷째, 경제적인 이유로 인하여 배전선과 병행 포설한 경우 배전선에서 야기된 불평형 전류가 송전선 시스에 영향을 미침 으로서 송전선에 과다한 순환전류가 흐르는 것이 확인되었다.
- 둘째, 크로스본딩 구간내에서 포설방식이 혼합으로 사용되는 경우와 크로스 본드 소 구간의 거리 불평형이 존재하는 구간에서의 시스 순환전류는 증가하는 양상을 보여주고 있다. 그러므로 크로스 본드 구간내에서 가능한 혼합 포설방 식을 적용하는 것을 지양하고, .
- 그 때 부하전류의 30%정도의 시스 순환전류가 흘렀으며 국내 지중 선로의 심각한 문제라고 사료된다. 또한 실측했던 선로 중에는 배전선의 영향에 의해 30%정도의 시스 순환전류가 흐르는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 순환전류의 증가는 허용전류에 영향을 미치는데 3.
- 또한 표 1에서 나타낸 바와 같이 불평형을 야기시키는 요소들을 분석해 본 결과 국내 지중 시스템에서 유기전압 및 순환전류의 과다한 원인은 대부분이 거리 불평형 및 크로스 본드 한 구간 내에 혼합 포설 방식을 채택함으로써 순 환전류가 많이 흐르는 것을 알 수 있었다. 만약 어떠한 불평형도 존재하지 않는 경우에는 크로스 본드 접속 방식을 이용함으로서 각 구간에서의 유기전압의 합과 접지에 따른 순환전류의 값을 0으로 만들 수 있다.
- 그리고 국내 지중 계통의 문제점을 검토하였고, 크로스 본딩 구간내의 회선증가, 상 배치의 변화, 소구간 케이블 포 설 거리 비의 변화 및 케이블 시스의 접지 저항값의 변화가 순환전류에 미치는 영향에 대해 분석한 결과를 기술하여 케이블 시스템 설계 시 업무에 활용할 수 있도록 하였다. 본 연구를 통하여 다양한 포설 형태에 따른 시스 순환전류 의 변화를 사전에 예측 가능하게 되었고, 기존 포설 선로의 과도한 순환전류의 원인을 체계적으로 분석 할 수 있게 되었다.
- 셋째, 케이블 포설방식이 각각 정삼각 배열, 직각 배열, 수 평배열의 경우 각 배치형태에서 케이블간 이격 거리의 변화에 따른 시스 순환전류의 크기는 점차 증가하다가 포화되는 특성을 가진다. 그렇지만 접지저항에 의한 시스 순환전류의 크기는 크게 영향을 받지 않는다.
- 본 연구에서는 지중 송전 케이블에서 시스 순환전류를 실측을 통해서 국내 지중송전 계통의 문제점을 파악하였다. 실측을 통해서 현재 국내 지중 송전선로의 문제점은 토목공 사와 전기적인 시스템 설계가 독립적으로 이루어지기 때문에 전기적인 불평형이 상당히 존재하고 그러한 문제점이 복합적인 원인이 되어 시스 순환전류가 증가하는 것으로 나타났다. 실측을 통한 분석 결과를 보면 다음과 같다.
- 이는 혼합배열에 의해서 발생한 불평형을 어느 정도까지는 소구간의 길이를 조정함으로써 줄일 수 있다는 것을 보여준다. 즉, 첫 번째 경우에 순환전류를 최소로 하기 위해서는 거리의 비를 300m: 300m : 300m로 하였을 경우 순환전류를 최소인 0로 유지할 수 있으며, 두 번째 경우에는 거 리비를 270m:300m:300m로 하였을 경우 최소값 30A이고, 세 번째 경우에는 거리비를 250m:300m:300m로 하였을 경우 52A로 최소가 되었다.
- 직각 배열 및 수평배열에서 A 및 C상 전류는 같은 특성을 보이고 B상 전류가 다른 특성을 보이게 되는데, 이는 A, C상은 다른 상들에 대해 같은 기하학적 위치를 차지하고 있으므로 서로 같은 특성을 보이고 B상은 A C상의 중간 부분에 위치해 있으므로 A, C 상과는 다른 특성을 보임을 알 수 있었다. 이 두 배치법 모두 B상은 처음에는 감소하는 특성을 보이고 어느 한 값이 포화되며 A, C상은 처음에는 증가 하다가 포화되는 특성을 보여준다.
- 첫째, 어떠한 원인이 발생하지 않았을 때 부하대비 시스 순환전류는 10% 정도 흐르면 정상상태의 선로라고 정의를 내릴 수 있다.
후속연구
- 이러한 선로는 그 지역의 부하증가에 따라서 기존 선로를 T 분기한 선로에서 발생되는 현상이다. 따라서 향후 T 분기되는 신선로에 적용되는 크로스 본드 방향은 기존 _츠로스본드 방향을 그대로 유지해야 학 필요성이 있다. 표 5에 F T/L의 시스 순환전류 실측 결과를 나타내었다.
- 지중 송전선으로 사용되는 케이블 재료로는 OF 케이블, XLPE케이블, POF 케이블 등이 있으며 78년 9월 154kV OF 케이블이 국내에서의 개발을 필두로 XLPE케이블도 개발되 었고, 현재 345kV OF케이블이 개발되어 운용 중에 있으며 향후 345kV XLPE케이블 또한 포설 운용될 예정이다.
- 한편, 본 논문에서는 3회선 지중 송전 케이블의 크로스본드 시스템에서 불평형을 제공하는 요소 중 일부만을 다루었기 때문에, 향후 다른 불평형 요소에 대한 연구 및 송 . 배전 선로가 같이 포설 되어 있는 경우 배전선의 영향에 대한 연구도 필요하다.
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