[논문]지중송전선로 병행지선 최적 설치 방안에 관한 연구

정채균; 강지원; 윤종건; 김양상

문제 정의

본 논문에서는 2절에서 언급한 검토조건과 병행지선 설치 방법에 따라 크게 5개의 케이스와 세부적으로 9개의 케이스를 설정하였으며, 각 케이스에서 모델계통의 편단구간인 J/B #10 절연통보호장치에 유기되는 과전압을 비교 분석함으로써 최적 설치 방안을 수립하고자 한다. 본 논문에서 검토한 케이스는 표 2에 나타내었으며, 병행지선 설치에 따른 모든 저감효과 분석은 EMTP/ATP 시뮬레이션에 의해 수행되었다.
본 논문에서는 사전 연구[4-5]를 통해 정립된 기본 검토조건을 바탕으로 병행지선이 설치되는 방법에 따라 5개의 케이스를 수립하였으며, 이 조건들 중 편단접지 구간에서 발생하는 시스 과전압을 가장 효율적으로 저감하는 최적 설치방안을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 지중송전계통 병행지선 최적 설치방안을 위해 5개의 케이스를 설정하였으며, 각 케이스별 과전압 저감율 분석을 통해 최적 설치 방안을 제안하였다. 본 논문의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

지중송전선로에서 병행지선 설치 방법에 따른 시스 과전압 억제 효과 및 최적 설치 방안 검토를 위해 그림 1과 같은 154 kV XLPE 2,000 mm2로 구성된 모델 계통을 사용하였으며, 각 접속함간 길이는 300 m, 총 선로 긍장은 3.6 km 이고, JZB #7 ~ J/B #8 사이의 A, B, C상에서 각각 1선지락고장이 발생한 것으로 가정하였다. 병행지선은 J/B # 10의편단구간에서 발생되는 시스 과전압 억제를 위해 "B #9 ~ B S/S에 설치하였으며, 병행지선의 선종은 일반적으로 크로스 본드 리드선으로 사용되는 TFR-CV 240 mm2 이다.

제안 방법

또한 그림 12의 최대 최소 저감율 비교에서도 Case 5는 고장 상에 따른 최대저감율과 최소 저감율의 차이가 거의 없어 고장조건에 관계없이 안정적인 저감효과를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 본 논문에서는 위 검토 결과를 바탕으로 지중송전선로 병행 지선 최적 설치 방안으로써 A상, B상 도체 사이와 A상, C 상 도체 사이에 교차하여 병행지선을 설치하는 Case 5의 방안을 최종적으로 제안하였으며, 이는 전 세계적으로 처음 제안되는 방식이다.
따라서 사전 연구[4-6]를 통해 병행지선과 상도체와의이격거리, 병행지선 도체 직경, 2회선 병행지선의 사용 등을 고려해 국내 지중송전선로의 편단접지 구간에서 발생되는과도한 시스전압을 억제하기 위한 병행지선 설치 효과를 분석하였으며, 이 결과를 통해 병행지선의 적정 선종 및 회선 수, 설치구간, 포설방식 등 최적 설치 방안 수립을 위한 기본 검토 조건을 정립하였다.
최적 설치 방안을 수립하고자 한다. 본 논문에서 검토한 케이스는 표 2에 나타내었으며, 병행지선 설치에 따른 모든 저감효과 분석은 EMTP/ATP 시뮬레이션에 의해 수행되었다.

대상 데이터

6 km 이고, JZB #7 ~ J/B #8 사이의 A, B, C상에서 각각 1선지락고장이 발생한 것으로 가정하였다. 병행지선은 J/B # 10의편단구간에서 발생되는 시스 과전압 억제를 위해 "B #9 ~ B S/S에 설치하였으며, 병행지선의 선종은 일반적으로 크로스 본드 리드선으로 사용되는 TFR-CV 240 mm2 이다. 병행 지선 설치 구간, 병행지선 선종 및 도체 굵기는 사전 연구 [4-5]를 통해 결정되었으며 병행지선 도체의 특성은 표 1과 같다.
5 초까지 충분히 견디는 것으로 분석되어 병행지선 선종은 TFR-CV 240 mm2로 선정하였다. 또한 2회선의 병행지선을 사용할 경우 저감효과는 매우 좋아지나, 현장 적용성을 고려하여 1회선 병행지선을 사용하는 것으로 하였으며, 전력구식의 경우는 다양한 설치 방법들이 존재할 수 있으나, 관로식의 경우는 빈 관로 외에 특별한 설치 방법이 없어 본 논문에서는 전력구식만 검토 대상으로 하였다.

성능/효과

1) Case 1의 총 평균 저감율은 44.83 %이나, 병행 지선이 설치되는 상에 따라 총 평균 대비 7 ~ 8 %의 편차를 보였으며, 최대 평균 저감율과 최소 평균 저감율간 편차는 17.32 %로 고장조건에 따라 차이가 크게 나타났으며, Case 2에서도 병행지선이 설치되어 있지 않는 상에서 고장이 발생할 경우 저감율은 총 평균 저감율에 비해 저하된다.
2) Case 3는 병행지선이 모든 상에서 일정하게 교차되는 방식으로 총 평균 저감율이 Case 1과 Case 2에 비해 높게 나타났고, 비교적 고장 상에 따른 편차도 적었으나, Case 5 에 비하면 최대 최소간 저감율 격차가 크고, 총 평균 저감율도 저하되는 것으로 분석되었다.
3) Case 4의 총 평균 저감율은 56.44 %로 Case 1 ~ Case 3에 비해 높게 나타났으나, Case 4(AB)와 Case 5(AC)각각의 고장조건에 따라 최대 최소간 평균 저감율 편차는 13.78 %와 14.38 %로 편차가 크게 나타났다.
4) Case 5는 총 평균 저감율이 60.7 %로 Case 1 ~ Case 4에 비해 가장 높았으며, 고장 조건에 따른 저감율 편차도 1.08 %로 매우 미미해 가장 안정적인 효과를 보이는 것으로 분석되었다.
Case 1의 분석결과를 요약하면, 각 케이스별 총 평균 저감율은 유사하게 나타났으나, 병행지선이 설치된 상에서 발생한 고장의 경우 그 외 고장에서 전체 평균 대비 약 7~8 %의 편차가 발생하였으며, 56.11 %의 최대 평균 저감율과 38.79 %의 최소 평균 저감율간 편차는 17.32 %로 고장 상에 따라 저감율 차가 크게 나타난다.
7 %를 보였다. Case 5의 총 평균저감율은 앞에서 언급한 Case 1 ~ Case 4와 비교할 때 가장 좋은 저감율이며, 고장 상에 따른 저감율 편차도 L08 % 에 불과해 모든 상의 고장에서 거의 동일한 저감율로 가장 안정적인 효과를 보이는 것으로 분석되었다.
본 논문에서는 사전연구[4-5] 결과를 바탕으로 그림 2와 같이 편단구간을 중심으로 양단의 직접접지 지점간에 병행 지선을 연결하는 방식을 채택하였으며, 병행지선 선종 선정을 위해 TFR-CV 240mm2 와 500 mm2에 대한 비교 분석을 해본 결과 500 mnf의 저감효과는 240 ntf에 비해 4~5 %에 불과할 뿐 아니라, IEC 60364-5-54[기에 명시된 접지선 굵기산정 기준에 의해 고장전류에 따른 굵기를 계산한 결과 TFR-CV 240 mtf는 50 kA, 0.5 초까지 충분히 견디는 것으로 분석되어 병행지선 선종은 TFR-CV 240 mm2로 선정하였다. 또한 2회선의 병행지선을 사용할 경우 저감효과는 매우 좋아지나, 현장 적용성을 고려하여 1회선 병행지선을 사용하는 것으로 하였으며, 전력구식의 경우는 다양한 설치 방법들이 존재할 수 있으나, 관로식의 경우는 빈 관로 외에 특별한 설치 방법이 없어 본 논문에서는 전력구식만 검토 대상으로 하였다.
44 %로 앞에서 언급된 케이스들에 비해 저감율이 개선되는 것으로 나타났다. 아울러, 각 Case 4(AB)와 Case 4(AC)에서 병행지선이 설치되지 않은 C상 고장과 B상 고장에서 평균 저감율이 47.83 %와 46.88 %로 Case 1이나 Case 2의 총 평균 저감율 보다는 높게 나타났으나 각각의 경우 최대 평균 저감율과 비교하면 13.78 %와 14.38 %의 고장 상에 따른 저감율 편차가 나타나는 것으로 분석되었다.
단, Case 2는 각각 A와 B상 또는 A와 C상 사이에 병행지선이 설치되므로, Case 2(AB)는 C상 지락고장, Case 2(AC)는 B상 지락고장의 경우처럼 병행지선이 설치되어 있는 않은 한 상의 고장의 경우만 저감율이 저하된다. 즉, Case 2(AB), C상 지락고장의 경우 평균 저감율은 39.67 %이고, Case 2(AC), B상지락고장의 경우 평균 저감율은 38.76% 로 총 평균 저감율에 비해 저 하되며, 각각의 경우 C상 SVL에는 26.96 %, B상 SVL에는 24.95 %의 저감율에 불과하다.
나타내었다. 표에서처럼, Case 1(A)의 총 평균 저감율은 45.05 % 이며, 병행지선이 설치되어 있는 A상에서 1 선지락고장 발생시 평균 저감율은 56.11 %이나, B상 고장은 38.96 %, C상 고장은 40.09 %로 A상 고장에 비해 효과가 저하된다. 또한 Case 1(B)의 경우 총 평균 저감율은 44.

후속연구

이 처럼 본 논문의 분석결과, Case 5가 평균 저감율 측면이나 최대 최소간 저감율 편차 면에서 매우 우수한 특성을 보여 지중송전선로 병행지선 최적 설치 방안으로써 처음 제안하게 되었으며, 이는 고장조건에 관계없이 안정적인 저감효과를 보이므로 향후 편단 구간에서 발생하는 과전압 억제 등 안정적인 계통운영에 크게 기여할 것으로 기대 된다.

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