변압기 저압측 중성점 접지선의 누설전류 통합 감시에 관한 연구 A Study on the Integrated Monitoring of a Leakage Current of the Grounding Wire of Neutral Point of the Low Voltage Side of Transformer원문보기
누설전류를 그대로 방치할 경우 전기로 인한 감전, 화재 등 여러 가지 재해요인이 될 수 있으므로 상시감시가 필요하다. 그러나 변전소 관리를 무인화 또는 순회점검으로 실시하는 곳이 대부분이므로 상시 감시에 어려움이 있어 사고발생시 원인을 즉시 제거하지 못하고 누설전류에 의해 비상발전기의 OCGR이 작동되어 ACB가 차단될 경우 비상발전기의 가동이 중지되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위해 변압기 저압측 중성점 접지선으로 귀환하는 누설전류를 실시간 모니터링할 수 있는 변압기 누설전류 통합 감시 장치를 제안하였다. 따라서 본 논문에서는 저압전로와 기기의 절연이 열화 또는 파괴되어 흐르는 누설전류의 영향을 시뮬레이션을 통해 알아보고 사례연구를 통해 통합 감시 장치의 우수성을 검증하였다.
누설전류를 그대로 방치할 경우 전기로 인한 감전, 화재 등 여러 가지 재해요인이 될 수 있으므로 상시감시가 필요하다. 그러나 변전소 관리를 무인화 또는 순회점검으로 실시하는 곳이 대부분이므로 상시 감시에 어려움이 있어 사고발생시 원인을 즉시 제거하지 못하고 누설전류에 의해 비상발전기의 OCGR이 작동되어 ACB가 차단될 경우 비상발전기의 가동이 중지되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위해 변압기 저압측 중성점 접지선으로 귀환하는 누설전류를 실시간 모니터링할 수 있는 변압기 누설전류 통합 감시 장치를 제안하였다. 따라서 본 논문에서는 저압전로와 기기의 절연이 열화 또는 파괴되어 흐르는 누설전류의 영향을 시뮬레이션을 통해 알아보고 사례연구를 통해 통합 감시 장치의 우수성을 검증하였다.
If leakage current is neglected, it can become a cause for disasters such as electric shock and fire, therefore a continuous monitoring is necessary. However in most cases, because management of substations is performed by unmanned systems, or walk-around inspections, continuous monitor is difficult...
If leakage current is neglected, it can become a cause for disasters such as electric shock and fire, therefore a continuous monitoring is necessary. However in most cases, because management of substations is performed by unmanned systems, or walk-around inspections, continuous monitor is difficult. So when an accident occurs and the cause is not immediately resolved causing the emergency generator's OCGR getting activated by the leakage current that in turn cut off the ACB, the emergency generator may stop working. To prevent such a problem, a real-time integrated monitoring system for monitoring the leakage current returning to the grounding wire of neutral point of the low voltage side of transformer is proposed. Therefore in this paper, the effects of flow of leakage current, which is caused by insulation degradation phenomena or insulation destroy phenomena, were identified by simulation. And through cases studies; the excellence of integrated monitoring system was verified.
If leakage current is neglected, it can become a cause for disasters such as electric shock and fire, therefore a continuous monitoring is necessary. However in most cases, because management of substations is performed by unmanned systems, or walk-around inspections, continuous monitor is difficult. So when an accident occurs and the cause is not immediately resolved causing the emergency generator's OCGR getting activated by the leakage current that in turn cut off the ACB, the emergency generator may stop working. To prevent such a problem, a real-time integrated monitoring system for monitoring the leakage current returning to the grounding wire of neutral point of the low voltage side of transformer is proposed. Therefore in this paper, the effects of flow of leakage current, which is caused by insulation degradation phenomena or insulation destroy phenomena, were identified by simulation. And through cases studies; the excellence of integrated monitoring system was verified.
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문제 정의
본 논문에서는 국내 배전방식의 대부분을 구성하고 있는 중성점 직접 접지방식에서 누설전류 전체가 접지선로를 통하여 대지로 흘러 변압기 중성점 접지선으로 귀환되는 특성을 이용해 접지선에 CT를 설치하여 상시 흐르는 누설전류를 감시할 수 있는 변압기 누설전류 통합 감시 장치를 제안하였다. 누설전류는 작은 값이라도 매우 위험하다.
본 논문에서는 여러 대의 변압기 저압측 중성점 접지선에 흐르는 누설전류를 각각 검출하여 합계를 표시하고 실시간으로 모니터링이 가능하며, 지정 값 이상의 누설전류가 검출되면 관리자에게 경보함으로써 전기적인 사고를 사전에 예방할 수 있는 변압기 누설전류 통합 감시 장치를 제안한다.
가설 설정
2[MΩ]을 적용하였다[3]. 그리고 절연저항이 열화 되었다고 가정한 부분은 임의로 100[Ω]을 적용하여 시뮬레이션 하였다.
따라서 내열 비닐절연 전선(HIV)에서 25[mm2]의 정전용량 C값인 1.4[μF]와 선로 길이가 30[m], 60[m] 차이가 난다고 가정하여 1.8[μF], 2.2[μF]을 시뮬레이션에 적용하였다.
시뮬레이션 한 변압기 용량은 1,000[kVA]로 3상 부하가 평형일 경우에는 각 상의 용량을 300[kVA]로 정하였다. 따라서 각 상의 연결된 부하저항은 식 (1)와 같다.
케이블의 굵기는 간선과 분기선마다 다르므로 평균 값으로 25[mm2]로 가정하였고, 이 때 필요한 바깥지름과 절연두께는 전선 메이커 자료에 의한 것이고, 유전율은 IEC 60287에서 명시되어 있는 값으로 HIV는 절연체가 PVC이므로 8을 선택하였다.
제안 방법
그림 9는 변압기 누설전류 통합 감시 장치를 시설한 수용가의 단선결선도이다. 각 변압기 2차측 Y결선 중성점에 변압기 누설전류 통합 감시 장치를 시설하여 각 변압기 중성점 접지선에 흐르는 누설전류를 감시할 수 있게 하였다.
대지 정전용량과 절연저항의 열화에 의해서 흐르는 누설전류의 영향에 대해 알아보기 위해 6가지 경우로 나누어 OrCAD PSpice 프로그램을 통해 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션으로 누설전류를 검출하기 위한 회로를 그림 1에 나타내었다.
1[pΩ]을 적용하였다. 또한 절연저항 값은 전기설비 기술기준 제16조에서 「대지전압이 150[V]를 넘고 300[V]이하인 경우 0.2[MΩ]이상」으로 명시되어 있고 시뮬레이션에서는 대지전압을 220[V]로 설정하였으므로 0.2[MΩ]을 적용하였다[3]. 그리고 절연저항이 열화 되었다고 가정한 부분은 임의로 100[Ω]을 적용하여 시뮬레이션 하였다.
또한 통합 감시 장치를 수용가에 설치하여 검출한 누설전류를 통해 비상발전기 가동시 안전상태의 여부와 전기설비 기술기준의 적합 여부를 검토하였고 통합 감시 장치가 작동하여 사고를 방지한 사례를 통해 그 효과를 검증하였다.
성능/효과
첫째, 비상발전기가 가동되어도 ACB 차단기가 Trip되지 않을 정도의 누설전류가 흐르고 있는지 확인해야 한다. 2.4.1절에서 검출한 누설전류 측정값을 보면 3대의 변압기 누설전류의 합이 240[mA]로서 비상발전기 가동시 ACB 차단기에 문제가 되는 20[A] 이하이므로 안전하다고 볼 수 있다.
누설전류는 작은 값이라도 매우 위험하다. 따라서 30[mA]부터 검출이 가능한 변압기 누설전류 통합 감시 장치를 통해[mA]단위의 누설전류도 검출하고 그 변화를 실시간으로 확인하여 사고의 영향이 확대되기 전에 적절한 조치를 취한다면 전력설비의 안정성과 신뢰성이 향상되어질 것이라 생각된다.
표 1과 같이 용량성 누설전류는 각 상의 대지 정전용량이 모두 다르므로 벡터 합에 의해서 0이 되지 않고 절연저항에 의한 누설전류도 T상의 절연열화로 인해 약 2,200[mA] 정도 흘러 변압기 중성점 접지선에는 2,230[mA]전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다.
표 3, 표 4에서와 같이 누설전류의 변화를 인지하지 못하여 사고가 발생되어질 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 이러한 사고의 원인을 방지할 수 있는 시스템이 갖추어지지 않은 것이 현재 국내 변전설비의 현실이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근 전기설비의 규모가 점차 대규모화되고 사회는 점점 고도 정보화 사회로 발전하면서 설비의 사고 및 정전 사고 등은 전기 에너지 의존도가 높은 사회에 어떤 악영향을 미치는가?
최근 전기설비의 규모가 점차 대규모화되고 사회는 점점 고도 정보화 사회로 발전하면서 설비의 사고 및 정전 사고 등은 전기 에너지의 의존도가 높은 산업사회에 막대한 경제적 손실 및 장애를 가져다 줄 뿐만 아니라 심할 경우 인명사고까지 유발할 수 있다. 이와 같은 정전사고 및 재해를 방지하기 위해 필요한 것이 바로 접지설비이다.
누설전류가 상시감시가 필요한 이유는?
누설전류를 그대로 방치할 경우 전기로 인한 감전, 화재 등 여러 가지 재해요인이 될 수 있으므로 상시감시가 필요하다. 그러나 변전소 관리를 무인화 또는 순회점검으로 실시하는 곳이 대부분이므로 상시 감시에 어려움이 있어 사고발생시 원인을 즉시 제거하지 못하고 누설전류에 의해 비상발전기의 OCGR이 작동되어 ACB가 차단될 경우 비상발전기의 가동이 중지되는 문제점이 있다.
변압기 누설전류 통합 감시 장치가 제안된 배경은?
누설전류를 그대로 방치할 경우 전기로 인한 감전, 화재 등 여러 가지 재해요인이 될 수 있으므로 상시감시가 필요하다. 그러나 변전소 관리를 무인화 또는 순회점검으로 실시하는 곳이 대부분이므로 상시 감시에 어려움이 있어 사고발생시 원인을 즉시 제거하지 못하고 누설전류에 의해 비상발전기의 OCGR이 작동되어 ACB가 차단될 경우 비상발전기의 가동이 중지되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위해 변압기 저압측 중성점 접지선으로 귀환하는 누설전류를 실시간 모니터링할 수 있는 변압기 누설전류 통합 감시 장치를 제안하였다.
참고문헌 (6)
최홍규외 6인, “전력사용시설물 설비 및 설계”, 성안당, 2005.
최명일 외, “저항성 누설전류 검출방식을 이용한 보안등 전기설비 원격점검 시스템”, 조명.전기설비학회 논문지 제23권 제10호, pp. 81-89, 2009.
IEC International Standard, IEC 60287-1-1, Ed2, Electric cables - Calculation of the current rating - Part 1-1: Current rating equations (100 % load factor) and calculation of losses - General, 2006.
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