[논문]배전계통 HIF 아크 모델 분석 및 직접 적분법 적용 방법론에 대한 연구

고윤석

doi:10.13067/jkiecs.2011.6.3.411

배전계통 HIF 아크 모델 분석 및 직접 적분법 적용 방법론에 대한 연구
The Analysis of the HIF Arc Model of the Distribution System and the Methodology of the Application of Direct Integration Method 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.6 no.3, 2011년, pp.411 - 416

초록
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배전계통에서 고임피던스 고장(HIF : High Impedance Fault) 판단의 신뢰성을 높이기 위해서는 무엇보다도 HIF의 특징을 정확히 나타낼 수 있는 HIF 모델을 얻는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 아크모델을 기반으로 하는 수개의 HIF 모델들을 검토하여 그 특징들을 비교, 분석한다. 또한, 직접 적분법을 적용하여 HIF 특징을 가지는 아크모델을 구현하는 방법론을 연구한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In distribution system, to enhance the reliability of a HIF (High Impedance Fault) determination, it is very important to obtain the HIF model which can represent accurately the HIF' characteristics. Accordingly, in this paper, the several HIF models which are based on the arc models are reviewed, and then the characteristics of the HIF models are compared from the reviewed results. Finally, a Methodology implementing the arc model is studied based on the direct integration method.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 HIF 아크모델들을 비교, 분석하였다. 분석결과로부터 각 모델들은 모델별로 특히, 절연 회복 모델들의 경우 구성요소를 서로 달리함으로서 아크 전압, 전류의 동적 특성에 다소 차이를 보임을 알 수 있었다.

제안 방법

앞의 연구결과들은 열적 아크 모델이 아크의 동적 특성 해석에 유리하다는 것을 보인다. 따라서 본 연구에서는 직접 적분법을 적용하여 열적 아크 모델을 구현하고 이를 기반으로 한 기본적인 아크 고장을 그림 5에 보인 시험 배전계통에 대해서 모의한다. 열적 아크모델과 이를 기반으로 하는 배전계통 HIF 고장모의는 비주얼 C++ 언어를 이용하여 구현되었다.
따라서 본 연구에서는 참고문헌 [1-7]에서 제안된 수개의 HIF 모델을 분석하여 그 방법론을 이해하고 특성별로 분류하며, 직접 적분법을 적용하여 아크모델을 구현하는 방법론을 제시한다.
분석결과로부터 각 모델들은 모델별로 특히, 절연 회복 모델들의 경우 구성요소를 서로 달리함으로서 아크 전압, 전류의 동적 특성에 다소 차이를 보임을 알 수 있었다. 또한 직접 적분법을 열적 모델에 적용하여 열적 아크 모델을 구현하고 HIF 사고를 모의함으로서 HIF 특성 분석을 위한 기본 방법론을 확립하였다. 따라서 차후 확립된 기반 기술을 기반으로 배전 계통 HIF 분류기 설계연구를 추가적으로 수행할 예정이다.

대상 데이터

그림 3의 (b)는 Sheng 모델[3]을 보인다. 이 모델에서는 앞의 경우와 달리 한 개의 비선형 저항과 두 개의 다이오드 그리고 반주기마다 불규칙적으로 크기를 바꾸는 두 개의 DC 소스들로 구성된다. DC 소스전압크기의 평균 및 표준 편차의 변화가 아스팔트, 모래 그리고 잔디 같은 지표면을 더욱 근접하게 근사화시키기 위해 이용될 수 있다.

성능/효과

본 연구에서는 HIF 아크모델들을 비교, 분석하였다. 분석결과로부터 각 모델들은 모델별로 특히, 절연 회복 모델들의 경우 구성요소를 서로 달리함으로서 아크 전압, 전류의 동적 특성에 다소 차이를 보임을 알 수 있었다. 또한 직접 적분법을 열적 모델에 적용하여 열적 아크 모델을 구현하고 HIF 사고를 모의함으로서 HIF 특성 분석을 위한 기본 방법론을 확립하였다.

후속연구

또한 직접 적분법을 열적 모델에 적용하여 열적 아크 모델을 구현하고 HIF 사고를 모의함으로서 HIF 특성 분석을 위한 기본 방법론을 확립하였다. 따라서 차후 확립된 기반 기술을 기반으로 배전 계통 HIF 분류기 설계연구를 추가적으로 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	배전계통에서 발생하는 아크고장인 HIF에는 어떤 타입이 있으며 그 특징은?	배전계통에서 발생하는 아크고장인 HIF는 2가지 타입으로 구분될 수 있다[2]. 첫 번째 타입은 전력 공급중인 전선이 단선되어 지표면에 떨어져, 정상적인 전압레벨로 전력이 공급되지만 계통으로부터는 분리되는 경우이다. 이때 접촉되는 토지가 단선된 상의 부하가 되고, 물질의 타입에 따라 가변 량의 전류가 고장경로를 따라 지표로 흐르게 되는데, 그라운드에 대한 새로운 패스가 높은 임피던스를 보이기 때문에 흐르는 전류가 매우 적다. 두 번째 타입은 전선 도체가 전력이 정상적으로 공급되고 있고, 네트워크에 연결되어 있으며, 부하에 전력을 공급하고 있는 상태에서 인근 물체와의 실제적 접촉을 보이는 경우이다. 이것은 모니터링 장비에 부하전류의 작은 변화처럼 보인다. 기존의 보호기기에서 0-100A사이의 부하전류의 증가는 HIF 조건이거나 부하수요의 변화일 수 있기 때문에, 크기 외에 전류파형의 다른 패턴(시그네이처)가 없는 한 HIF와 부하사이를 구변할 수 있는 방법은 없다.
	배전계통에서 고임피던스 고장 판단의 신뢰성을 높이기 위해서는 무엇이 중요한가?	배전계통에서 고임피던스 고장(HIF : High Impedance Fault) 판단의 신뢰성을 높이기 위해서는 무엇보다도 HIF의 특징을 정확히 나타낼 수 있는 HIF 모델을 얻는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 아크모델을 기반으로 하는 수개의 HIF 모델들을 검토하여 그 특징들을 비교, 분석한다.
	현재까지 대분의 연구자들이 EMTP/ATPDraw에 근거를 두어 HIF 특성을 해석한 이유는 무엇인가?	이에 반해 EMTP/ATPDraw는 시뮬레이션을 통해 다양한 배전계통 구성 하에서 다양한 부하조건하의 HIF 아크 전압, 전류 파형을 얻는 것이 가능한 장점을 가진다. 이러한 장점 때문에 지금까지 대분의 연구자들이 이 방법론에 근거를 두어 HIF 특성을 해석하였는데, 특히 HIF 판단의 신뢰성이 얼마나 실제 HIF의 특성에 근접한 모델들을 얻을 수 있느냐에 좌우되기 때문에 정확한 HIF 모델들을 얻기 위한 연구가 활발하게 수행되었다[1-7].

참고문헌 (7)

S. R. Nam, J. K. Park, Y. C. Kang, T. H. Kim, "Modelling of a High Impedance Fault in a Distribution System Using Two Series Time-Varying Resistances in EMTP, " Power Engineering Society Summer Meeting, IEEE-SM, Vol. 2, pp. 1175-1180, 2001.
F. M. Uriarte, "Modeling, Detection, and Localization of High Impedance Faults in Low-Voltage Distribution Feeders", Dec., 2003,
Y. Sheng and S. M. Rovnyak, "Decision Tree-Based Methodology for High Impedance Faulr Detection", IEEE Trans. on Power Delevery, Vol. 19, No. 2, pp. 533-536 Apr., 2004.

상세보기
M. Kizilcay and P. La. Seta, "Digital Simulation of Fault Arcs in Medium-Voltage Distribution Networks", 15th PSCC, Liege, pp. 22-26, Aug., 2005.
M. Michalik, W. Rebizant, M. Lukowicz, S.-Jae Lee, and S.-Hee Kang, "Wavelet Transform Approach tp High Impedance Fault Detection in MV Network", IEEE Power Tech., pp. 1-7, Jun., 2005.
Naser Zamanan and Jan K. Sykulski, "Modeling an Arching High Impedance Fault based on the Physical Process Involved in the ARC", Proceedings of the 6th WSEAS International Conference on Power Systems, Lisbon, Portugal, Sep., 2006.
N. I. Elkalashy,"Modeling and Detection of High Impedance Arcing Fault in Medium Voltage Networks", Apr., 2007.

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