[논문]EMTP 기반 지중송전케이블 시뮬레이터 개발 및 적용

정채균; 박흥석; 강지원; 이종범; 한상옥

doi:10.5370/kiee.2010.59.8.1374

EMTP 기반 지중송전케이블 시뮬레이터 개발 및 적용
Development and Applicatin of EMTP Based Power Cable Simulator for Underground Transmission Cables 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.59 no.8, 2010년, pp.1374 - 1381

정채균 (한전 전력연구원) , 박흥석 (한전 전력연구원) , 강지원 (한전 전력연구원) , 이종범 (원광대 공대 전기정보통신공학부) , 한상옥 (충남대 공대 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper discusses the characteristics of sheath circulating current as well as the development and application of new software for underground power cable systems. Generally, in steady state, high sheath circulating current causes the increase of sheath temperature and thermal resistance which leads to the steeply reduction of the power capacity. Therefore, the exact calculation of sheath circulating current is required for analysis about the influence of high sheath current on permissible current. In this paper, Power Cable Simulator is developed for calculation of the sheath current. It can analyse the sheath current by real time. It is also easier to use than conventional software, such as EMTP and CabSim, because all the data for calculating the cable parameters are stored in a database(DB) within Power Cable Simulator. In addition, the accuracy of Power Cable Simulator is also proved through the comparison among the current calculated by Power Cable Simulator, EMTP and Cabsim with measured current.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서, 본 논문에서는 ETMP와 동일한 결과물을 출력할 수 있는 EMTP 기반 Power Cable Simulator를 개발함으로써 EMTP가 가지고 있는 신뢰성면의 장점을 유지할 뿐 아니라 기존의 Drawing 방식이 아닌 데이터 입력방식으로 개발되어 EMTP에 익숙하지 않은 초보자도 능숙하게 활용할 수 있도록 하였다[9-10]. 특히 Cable/Line 파라미터 계산에 필요한 가공선로 및 지중선로 선종에 따른 기하학적 구조 및 전기적 정수 정보를 DB화하여 선종을 선택하게 되면 Cable Constant Parameter는 CCP파일로, Line Constant Parameter는 LCP파일로 결과를 자동 생성하게 된다.
따라서, 본 논문에서는 신뢰성이 검증된 EMTP 해석기법을 기반으로 하여 실시간으로 변화하는 부하전류 값을 입력하여 부하전류 변화에 따른 시스순환전류 계산이 가능한 새로운 지중송전계통 전용 해석프로그램인 Power Cable Simulator를 개발하였다.
따라서, 본 논문에서는 지중송전계통 정상상태에서 시스 순환전류 계산을 중심으로 EMTP의 전문성이 없어도, 지중 송전계통을 이해하고 있는 사용자라면 손쉽게 EMTP를 이용한 계통 해석이 가능한 새로운 지중송전계통 해석 프로그램인 Power Cable Simulator를 개발하였다. 특히 지중송전계통에서 허용전류 산정과 밀접한 관계를 가지고 있는 시스순환전류계산에 중점을 두었으며, 가공선로와 지중선로 선종을 데이터베이스화하여 선종의 선택을 통해 선로정수를 쉽게 계산할 수 있으며, 가공송전선로와 지중송전선로가 혼재된 혼합송전선로에서도 해석이 가능하다.
본 논문에서는 지중송전선로 시스순환전류 계산을 위한 EMTP 기반 전력케이블 시뮬레이터인 Power Cable Simulator를 개발하였으며, 이를 위해 포설방식에 따른 시스 손실율과 허용전류 감소율의 관계 등 시스순환전류의 특성을 분석하였고, Power Cable Simulator의 구성 및 알고리즘에 대해 자세히 언급하였다. 또한 Power Cable Simulator의 계산결과는 전압별, 케이블 종류 별 실계통 3 T/L에 대한 실측값 대비 오차율을 기존의 방식과 비교하는 방식으로 정확성이 검증되었다.

제안 방법

본 논문에서 개발한 Power Cable Simulator는 지중선로 및 혼합선로의 모델링이 가능하며, 프로그램 내에서 Cable 선로정수 및 Line 선로정수의 계산이 이루어진다. 또한 선로 구간길이, 접지저항, 크로스본딩 방식, 접지방식 등의 기본적인 데이터만 입력하면 모델링이 완성되도록 구성하였다.
본 논문에서는 Power Cable Simulator의 사례분석을 위해 현재 운전 중인 154kV XLPE 2000㎟ 계통과 154kV OF 2000㎟ 계통, 345kV OF 2,000㎟ 계통 등 전압등급과 케이블 종류별 실계통 3 T/L을 대상으로 실측값, Cabsim, EMTP 해석결과 및 Power Cable Simulator의 해석결과를 상호비교 하였다. 그림 9는 154kV XLPE 2000㎟ 케이블로 선로긍장이 5.
지중선로 모델링은 그림 7의 메인화면에서 각각 접속부 상태에 따라 종단접속부 1(EBG), 절연접속부(IJ), 보통접속부(NJ), 편단접속부(SJ), 종단접속부 2(EJ)를 클릭하면서 모델링을 수행한다. 여기서, 종단접속부 1은 송전단 종단접속부이며 종단접속부 2는 수전단 종단접속부를 의미한다.

대상 데이터

마지막으로 본 논문에서 적용한 실계통은 전력구 방식의 선로 긍장이 17km인 345kV OF 2,000㎟ 장거리 케이블로 해석시 부하전류는 535A 이다. 그림 18에서는 Power Cable Simulator를 이용한 모델링 결과를 나타내었다.

성능/효과

1) 시스순환전류가 상승하면 시스온도가 상승하여 열저항과 시스손실이 증가 되고 케이블 허용전류는 급격히 감소한다. 시스손실율과 시스순환전류 손실율에 따른 허용전류 감소율에 대한 분석 결과 수평배열과 직각배열에서 시스순환전류 손실율이 0.
2) Power Cable Simulator는 EMTP를 기반으로 개발되어 신뢰성 면에서 장점이 있으며, 파라미터 계산에 필요한 정수를 데이터베이스화하고 계산 결과는 CCP파일과 LCP파일로 자동 생성되게 하는 등 User Friendly Tool을 강화하여 초보자도 능숙하게 활용할 수 있도록 개발되었다.
3) Power Cable Simulator는 기존 프로그램인 EMTP와는 정확히 일치하는 계산결과를 출력하며, CabSim에 비해서는 계산 오차율이 낮다. 3 종류의 실계통 분석을 통한 검증에서도 Cabsim은 최대 계산오차가 4.
그림에서처럼 실측값과 비교할 때 Cabsim에 비해 Power Cable Simulator의 계산 결과가 실측값에 근접하는 것을 알 수 있다. 그림 13의 실측값 대비 Power Cable Simulator와 Cabsim의 평균오차에서도 알 수 있듯이 Cabsim은 A상 시스전류에서 최대 4.01%의 오차를 보였으며, B상 시스전류에서 Power Cable Simulator의 오차가 약간 높게 나타났으나 A상과 C상에서는 Power Cable Simulator의 오차가 낮았다. 모든 상의 평균오차를 계산하면 Cabsim은 3.
그림 17에서는 Power Cable Simulator와 CabSim의 실측값 대비 평균오차를 그래프로 나타내었다. 그림에서처럼 CabSim은 A상 시스 전류에서 Power Cable Simulator가 2.31%인 것에 반해 최대 4.98%의 오차를 보였으며, B상 시스전류에서는 Power Cable Simulator가 1.93%, CabSim은 4.04%였고, C상 시스전류에서는 Power Cable Simulator가 2.56%, CabSim이 3.34%로 모든 시스전류에서 Power Cable Simulator의 오차가 낮게 나타났다. 또한 모든 상의 평균 오차를 산정하면 CabSim은 4.
본 논문에서는 지중송전선로 시스순환전류 계산을 위한 EMTP 기반 전력케이블 시뮬레이터인 Power Cable Simulator를 개발하였으며, 이를 위해 포설방식에 따른 시스 손실율과 허용전류 감소율의 관계 등 시스순환전류의 특성을 분석하였고, Power Cable Simulator의 구성 및 알고리즘에 대해 자세히 언급하였다. 또한 Power Cable Simulator의 계산결과는 전압별, 케이블 종류 별 실계통 3 T/L에 대한 실측값 대비 오차율을 기존의 방식과 비교하는 방식으로 정확성이 검증되었다. 본 논문의 연구결과를 요약하면 아래와 같다.
34%로 모든 시스전류에서 Power Cable Simulator의 오차가 낮게 나타났다. 또한 모든 상의 평균 오차를 산정하면 CabSim은 4.12%인 것에 반해 Power Cable Simulator는 2.26%로 실측값 대비 시스순환전류가 정확하게 계산된다.
1) 시스순환전류가 상승하면 시스온도가 상승하여 열저항과 시스손실이 증가 되고 케이블 허용전류는 급격히 감소한다. 시스손실율과 시스순환전류 손실율에 따른 허용전류 감소율에 대한 분석 결과 수평배열과 직각배열에서 시스순환전류 손실율이 0.5까지 증가 할 때 허용전류는 각각 12.43%, 12.45%까지 감소하였으며, 정삼각배열은 7.66% 감소하였다.
따라서, 본 논문에서는 지중송전계통 정상상태에서 시스 순환전류 계산을 중심으로 EMTP의 전문성이 없어도, 지중 송전계통을 이해하고 있는 사용자라면 손쉽게 EMTP를 이용한 계통 해석이 가능한 새로운 지중송전계통 해석 프로그램인 Power Cable Simulator를 개발하였다. 특히 지중송전계통에서 허용전류 산정과 밀접한 관계를 가지고 있는 시스순환전류계산에 중점을 두었으며, 가공선로와 지중선로 선종을 데이터베이스화하여 선종의 선택을 통해 선로정수를 쉽게 계산할 수 있으며, 가공송전선로와 지중송전선로가 혼재된 혼합송전선로에서도 해석이 가능하다.
004km인 첫 번째 실계통의 계통도를 보여준다. 포설 방식은 IJ 4 ～ IJ 7구간에서 전력구와 관로식이 혼합된 형태를 보이며, 특히 NJ 6 ～ NJ 9는 혼합포설 뿐 아니라 접속함간의 거리가 305m-112m-344m로 거리불평형이 심해 이 구간에서는 시스순환전류가 상당히 상승할 것으로 예상된다. 여기서, 시스순환전류 실측 당시 부하전류는 425A 이다.

후속연구

이처럼 본 논문에서 개발한 Power Cable Simulator는 사용자 편이성을 개선한 동시에 계산 오차도 정확하여 향후지중송전선로 운영에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 무엇보다 부하전류 변화에 따라 실시간으로 변화하는 시스순환전류 계산이 용이하여 이를 통한 실시간 시스순환전류 감시가 가능할 것으로 사료된다. 또한 실시간으로 변화하는 시스순환전류 손실을 고려한 정확한 실시간 허용 전류 산정을 위해 기존의 실시간 송전용량 산정시스템(DRS)과의 연계도 구현 가능할 것으로 판단된다.
이처럼 본 논문에서 개발한 Power Cable Simulator는 사용자 편이성을 개선한 동시에 계산 오차도 정확하여 향후지중송전선로 운영에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 무엇보다 부하전류 변화에 따라 실시간으로 변화하는 시스순환전류 계산이 용이하여 이를 통한 실시간 시스순환전류 감시가 가능할 것으로 사료된다. 또한 실시간으로 변화하는 시스순환전류 손실을 고려한 정확한 실시간 허용 전류 산정을 위해 기존의 실시간 송전용량 산정시스템(DRS)과의 연계도 구현 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전력계통 과도현상을 해석하기 위해 전 세계적으로 가장 널리 사용되고 있는 프로그램은 무엇인가?	전력계통 과도현상을 해석하기 위해 전 세계적으로 가장 널리 사용되고 있는 프로그램 중 하나는 전자기 과도현상 해석 프로그램인 EMTP(Electromagnetic Transients Program)이다. EMTP는 최초 전력계통의 서지현상 분석 전용으로 미국의 BPA(Bonneville Power Administration)에 의해 개발되었으나, 현재는 송배전계통 뿐 아니라 동기 발전기, 회전기기, 싸이 리스터, 터빈 발전기의 SSR(Subsynch-ronous Resonance) 모델과 교류-직류 전력변환기 해석 등 전력계통 대부분의 분야에서 활용 가능한 범용 프로그램으로 개선되었다[1].
	EMTP의 개발배경은 무엇인가?	전력계통 과도현상을 해석하기 위해 전 세계적으로 가장 널리 사용되고 있는 프로그램 중 하나는 전자기 과도현상 해석 프로그램인 EMTP(Electromagnetic Transients Program)이다. EMTP는 최초 전력계통의 서지현상 분석 전용으로 미국의 BPA(Bonneville Power Administration)에 의해 개발되었으나, 현재는 송배전계통 뿐 아니라 동기 발전기, 회전기기, 싸이 리스터, 터빈 발전기의 SSR(Subsynch-ronous Resonance) 모델과 교류-직류 전력변환기 해석 등 전력계통 대부분의 분야에서 활용 가능한 범용 프로그램으로 개선되었다[1]. 그러나, 점차 복잡해지고 규모가 방대해지는 전력계통의 특성 상 EMTP 를 이용한 정확한 모델링을 위해서는 상당한 전문성이 요구되며, EMTP의 전문성 확보를 위해서는 장시간의 전문적인 교육과정이 요구되므로 실제 지중송전계통을 운용하는 실무자가 활용하기에는 한계가 있을 뿐 아니라 실시간으로 변화하는 계통 상황에 따라 유연하게 대처하기가 어려운 단점이 있어 대체 프로그램에 관한 관심이 증가하고 있다[2-4].
	Electromagnetic Transients Program의 단점은 무엇인가?	EMTP는 최초 전력계통의 서지현상 분석 전용으로 미국의 BPA(Bonneville Power Administration)에 의해 개발되었으나, 현재는 송배전계통 뿐 아니라 동기 발전기, 회전기기, 싸이 리스터, 터빈 발전기의 SSR(Subsynch-ronous Resonance) 모델과 교류-직류 전력변환기 해석 등 전력계통 대부분의 분야에서 활용 가능한 범용 프로그램으로 개선되었다[1]. 그러나, 점차 복잡해지고 규모가 방대해지는 전력계통의 특성 상 EMTP 를 이용한 정확한 모델링을 위해서는 상당한 전문성이 요구되며, EMTP의 전문성 확보를 위해서는 장시간의 전문적인 교육과정이 요구되므로 실제 지중송전계통을 운용하는 실무자가 활용하기에는 한계가 있을 뿐 아니라 실시간으로 변화하는 계통 상황에 따라 유연하게 대처하기가 어려운 단점이 있어 대체 프로그램에 관한 관심이 증가하고 있다[2-4].

참고문헌 (11)

한국전력공사 기술연구원, "전력계통 과도해석 프로그램의 이론 및 활용에 관한 연구(최종보고서), 1991. 1
Y. H. Song, R. M .Li, "Transient Voltage Analyzer(TVA) for Cable Systems", Tutorial User Guide, 1996. 11
C. K. Jung, J. B. Lee, J. W. Kang, "Development of an EMTP-ATP Based Simulator for Sheath Circulating Current", ICEE 2006 Conference Proceedings, 2006. 6
한국전력공사 전력연구원, "지중송전케이블 금속시스의 유기전압 및 순환전류 저감에 관한 연구(최종보고서), 2003. 12
C, K. Jung, J. B. Lee, J. W. Kang, X. H. Wang, Y. H. Song, "Characteristics and Reduction of Sheath Circulating Current in Underground Power Cable System", International Journal of Emerging Electric Power Systems, Vol.1, Issue 1, 2004. 9
C, K. Jung, J. B. Lee, J. W. Kang, T. I. Jang, "Analysis and Reduction Methods of Sheath Circulating Current in Underground Transmission Systems", Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineering (KIEE), Vol. 50A, No. 11, 2001. 11
IEEE, "IEEE Guide for the Application of Sheath Bonding Methods for Single-conductor Cables and Calculation of induced Voltage and Current in Cable Sheaths", ANSI/IEEE Std. 575-1998
J. A. Williams, P. L. Ostermann, "Underground Transmission Systems Reference Book", EPRI Underground Transmission Program Electrical Systems Division, 1992 Edition
W. Scott Meyer, Tsu-huei Liu, "ATP rule book", Canadian/American EMTP User Group, 1992
Laszlo Prikler, Hans Kristian Hoidalen, "ATPDraw Version 5.6 Users' Manual", 2009. 11
IEC 60287-1-1, "Electric Cables Calculation of the Current Rating, Part 1: Current rating Equations (100% Load Factor) and Calculations of Losses, Section 1 : General", 1995. 8

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증