[논문]345kV급 가공송전선로와 GIL이 연계된 혼합송전계통에서 개폐과전압 해석 및 검토

장화윤; 이종범; 김용갑; 장태인

doi:10.5370/kiee.2011.60.10.1811

345kV급 가공송전선로와 GIL이 연계된 혼합송전계통에서 개폐과전압 해석 및 검토
Switching Surge Analysis and Evaluation in Combined Transmission System with 345kV GIL 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.60 no.10, 2011년, pp.1811 - 1816

장화윤 (원광대 대학원 전기공학과) , 이종범 (원광대 공대 전기정보통신공학부) , 김용갑 (원광대 공대 전기정보통신공학부) , 장태인 (한국전력공사 전력연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes switching surge analysis for reclosing decision in 345kV combined transmission line with GIL. Reclosing operation should be decided based on the detailed technical analysis in combined transmission line because this line includes power cable section which is week on insulation. Insulation of power cable can be breakdown at the week point in case of reclosing moment. Therefore the detailed analysis has to be carried out by considering several conditions such as charging rate, inserting resistance, arrester, length ratio of power cable section, grounding resistance, etc. Analysis is performed by EMTP/ATP.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 GIL에 대한 개폐과전압 해석을 수행하여 제시하였다. 해석 방법으로서는 연속적으로 투입위상을 변화하여 확률적으로 과전압을 계산하는 통계적 해석 방법을 이용하였으며, 동일조건에서 개로로 인한 과전압과 재폐로 적용시 과전압을 상세하게 해석 검토하였다.
해석 방법으로서는 연속적으로 투입위상을 변화하여 확률적으로 과전압을 계산하는 통계적 해석 방법을 이용하였으며, 동일조건에서 개로로 인한 과전압과 재폐로 적용시 과전압을 상세하게 해석 검토하였다. 또한 GIL의 해석 결과를 검토하기 위하여 본 논문에서는 동일한 조건에서 GIL 구간이 XLPE Cable일 때를 가정하여 해석함으로써 해석결과를 상호 비교하였으며 이를 통하여 GIL의 적용 가능성을 평가하였다. 본 논문에서 해석은 EMTP/ATPDraw를 이용하였다.

제안 방법

1) 345kV 혼합송전선로에서 선로구간 길이 및 고장저항의 고장조건에 따라 ‘가공+지중’ 총 40개의 CASE를 검토하였으며, 투입저항은 실제 계통에 적용하고 있는 520Ω을 고려하였다.
그리고 345kV 가공선로는 1상+3상 재폐로 방식을 사용하고 있지만 본 논문에서는 3상 재폐로 방식을 채택한다는 조건하에 분석하였다. 또한 혼합송전선로의 가공 및 지중의선로길이는 국내 혼합송전선로에서 지중선로구간길이 대비 가공선로구간길이의 평균값을 이용하였으며, 고장저항은 10Ω, 30Ω, 50Ω을 사용하였다.
따라서 본 논문에서는 345kV 차단기 정격 투입저항인 “(500Ω or 520Ω) ± 10%"에 의해 520Ω의 투입저항을 적용하였다.
또한 지락고장 차단시 발생하는 개폐 과전압을 분석하기 위하여 고장저항을 10∼50Ω으로 변화시키면서 분석하였고, 통계적 해석방법에서 스위치 투입은 100회로 하였다.
본 논문에서는 345kV 절연설계 목표치를 설계기준에 근거하여 2.5 [P.U]로 하였으며, 개폐 과전압 배수 신뢰구간은 97.5%(M+2σ)로 설정하였다.
본 논문에서는 연속적으로 투입위상을 변화하여 확률적인 과전압을 계산하는 통계적인 해석방법을 이용해 345kV 혼합송전계통(GIL 과 XLPE Cable)에서 차단기 투입시 도체에 발생하는 개폐과전압을 비교 및 분석하였다. 본 논문에서 다양한 조건을 가지고 분석한 내용은 다음과 같다.
전원단에 차단기 및 투입저항을 포함하였고, XLPE Cable의 경우 편단구간이 있는 것으로 모의하였으며, 345kV 피뢰기는 가공선로구간 인입부, 케이블 헤드, 지중선로구간 말단 부분에 설치하였다.
따라서 본 논문에서는 GIL에 대한 개폐과전압 해석을 수행하여 제시하였다. 해석 방법으로서는 연속적으로 투입위상을 변화하여 확률적으로 과전압을 계산하는 통계적 해석 방법을 이용하였으며, 동일조건에서 개로로 인한 과전압과 재폐로 적용시 과전압을 상세하게 해석 검토하였다. 또한 GIL의 해석 결과를 검토하기 위하여 본 논문에서는 동일한 조건에서 GIL 구간이 XLPE Cable일 때를 가정하여 해석함으로써 해석결과를 상호 비교하였으며 이를 통하여 GIL의 적용 가능성을 평가하였다.

이론/모형

또한 GIL의 해석 결과를 검토하기 위하여 본 논문에서는 동일한 조건에서 GIL 구간이 XLPE Cable일 때를 가정하여 해석함으로써 해석결과를 상호 비교하였으며 이를 통하여 GIL의 적용 가능성을 평가하였다. 본 논문에서 해석은 EMTP/ATPDraw를 이용하였다.

성능/효과

2) 차단기 투입시 GIL 또는 XLPE cable로 구성된 혼합 송전계통에서 도체에 발생하는 개폐과전압은 모두 개방된 부하단으로 갈수록 증가하였다.
3) 피뢰기와 520Ω의 투입저항 적용시 개폐과전압은 두 혼합송전선로에서 최대 43∼50%의 저감율을 보였다.
4) GIL 및 XLPE cable 두 경우 모두 대부분의 개폐과전압은 투입저항에 의해 저감됨을 알 수 있다. 따라서 GIL과 XLPE cable 모두 투입저항이 필요하다.
그림 9는 투입저항+피뢰기, 투입저항, 피뢰기에 따른 경우에 재폐로시 과전압 저감율을 비교하여 나타낸 것이다. 그림 9(a)에서처럼 GIL의 경우에는 피뢰기에 의한 총 평균저감율은 6.49%인 반면, 투입저항에 의한 총 평균저감율은 51.18%, 투입저항+피뢰기에 의한 총 평균저감율은 54.24%로 대부분의 개폐과전압은 투입저항에 의해 저감됨을 알 수 있다.
따라서, 345kV 혼합송전선로에서 XLPE Cable×2B의 구간에서 필요에 따라 XLPE Cable 선로를 GIL로 대체하여 사용할 때 345kV 절연설계 목표치를 유지하기 위해 투입저항이 필요할 것으로 사료된다. 또한 345kV 계통에서 상-대지간의 경우 2.5[P.U]로 규정하고 있으며, 검토된 개폐과전압 및 재폐로시 과전압은 투입저항 및 피뢰기를 적용할 경우 두 경우 모두 이를 만족하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 GIL이 적용된 345kV 혼합송전선로에서 재폐로를 적용시 차단기 투입저항이 있는 경우에 한해서는 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
또한 최대 개폐과전압이 1.018[P.U] 이하로 투입저항을 적용하지 않았을 경우와 적용하였을 경우에 케이블 인입부에서 49.98%, 케이블 중간부분에서 51%, 케이블 말단에서 50.48%로 개폐과전압이 저감되어 345kV 절연설계 목표치에 많은 여유를 보이고 있음을 확인할 수 있다.
이 결과를 피뢰기 설치시의 결과와 비교하여 분석한 피뢰기 설치에 다른 개폐과전압 저감율을 보면, 고장점 저항이 10Ω일 경우, 22.6%의 저감율을 보였고, 30Ω일 경우에는 50.48%, 50Ω에서는 52.2%를 보였다.
이 결과를 피뢰기 설치시의 결과와 비교하여 분석한 피뢰기 설치에 다른 개폐과전압 저감율을 보면, 고장점 저항이 10Ω일 경우, 약 17%의 저감 율을 보였다.
U]로 나타났다. 이처럼 345kV 개폐과전압 절연설계 목표치를 초과하는 경우도 있는 것으로 나타났다, 따라서 GIL의 경우에도 투입저항을 적용함으로써 개폐과전압을 저감시킬수 있는 것으로 사료된다. 이 결과를 피뢰기 설치시의 결과와 비교하여 분석한 피뢰기 설치에 다른 개폐과전압 저감율을 보면, 고장점 저항이 10Ω일 경우, 약 17%의 저감 율을 보였다.
최대 개폐과전압이 1.31[P.U] 이하로 투입저항을 적용하지 않았을 경우와 적용하였을 경우에 케이블 인입부에서 49.97%, 케이블 중간부분에서 51.07%, 케이블 말단에서 50.48%로 개폐과전압이 저감되어 345kV 절연설계 목표치에 많은 여유를 보이고 있음을 확인할 수 있다.

후속연구

U]로 규정하고 있으며, 검토된 개폐과전압 및 재폐로시 과전압은 투입저항 및 피뢰기를 적용할 경우 두 경우 모두 이를 만족하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 GIL이 적용된 345kV 혼합송전선로에서 재폐로를 적용시 차단기 투입저항이 있는 경우에 한해서는 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
한편, 345kV 혼합송전선로에서 지중구간에 XLPE cable 대신 GIL을 적용하려면 이와 아울러 다양한 전기적 특성은 물론 경제성 등을 폭넓게 검토해 적용해야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	GIL의 사용률이 점점 증대되는 이유는?	이 선로는 1974년 독일 Schluchseewerk 수력 발전소에서 변압기와 가공선로를 연결하기 위해 도입된 이래 지금까지 전 세계적으로 100km 이상이나 설치되어 30 여년간 운전되고 있다. 특히 GIL은 오늘날 전 세계적으로 새로운 송전선로 경과지 확보가 어렵고, 특히 대도시의 확장 및 신도시 개발 등에 따른 환경민원대응 측면이 부각되어 미국, 일본, 유럽을 중심으로 GIL의 사용률이 점점 증대되고 있다.
	본 논문에서는 연속적으로 투입위상을 변화하여 확률적인 과전압을 계산하는 통계적인 해석방법을 이용해 345kV 혼합송전계통(GIL 과 XLPE Cable)에서 차단기 투입시 도체에 발생하는 개폐과전압을 비교 및 분석한 결과는?	1) 345kV 혼합송전선로에서 선로구간 길이 및 고장저항의 고장조건에 따라 ‘가공+지중’ 총 40개의 CASE를 검토하였으며, 투입저항은 실제 계통에 적용하고 있는 520Ω을 고려하였다. 2) 차단기 투입시 GIL 또는 XLPE cable로 구성된 혼합 송전계통에서 도체에 발생하는 개폐과전압은 모두 개방된 부하단으로 갈수록 증가하였다. 3) 피뢰기와 520Ω의 투입저항 적용시 개폐과전압은 두 혼합송전선로에서 최대 43∼50%의 저감율을 보였다. 또한 절연설계 목표치인 2.5[P.U]에 훨씬 미치지 못하는 1.3[P.U]이하를 유지하였고 절연 설계 목표치에 많은 여유를 보였다. 4) GIL 및 XLPE cable 두 경우 모두 대부분의 개폐과전압은 투입저항에 의해 저감됨을 알 수 있다. 따라서 GIL과 XLPE cable 모두 투입저항이 필요하다. 따라서, 345kV 혼합송전선로에서 XLPE Cable×2B의 구간에서 필요에 따라 XLPE Cable 선로를 GIL로 대체하여 사용할 때 345kV 절연설계 목표치를 유지하기 위해 투입저항이 필요할 것으로 사료된다. 또한 345kV 계통에서 상-대지간의 경우 2.5[P.U]로 규정하고 있으며, 검토된 개폐과전압 및 재폐로시 과전압은 투입저항 및 피뢰기를 적용할 경우 두 경우 모두 이를 만족하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 GIL이 적용된 345kV 혼합송전선로에서 재폐로를 적용시 차단기 투입저항이 있는 경우에 한해서는 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 한편, 345kV 혼합송전선로에서 지중구간에 XLPE cable 대신 GIL을 적용하려면 이와 아울러 다양한 전기적 특성은 물론 경제성 등을 폭넓게 검토해 적용해야 할 것으로 사료된다.
	가스 절연 송전선로가 사용되는 곳은?	지중화가 가능한 대용량 장거리 전력수송 시스템인 가스 절연 송전선로(Gas Insulated Transmission Lines ; GIL)는 대용량 가공송전선로의 지중화 요구개소, 발전소 및 변전소 구내의 회선 당 4,000[A] 이상의 대용량 개소, 대용량 선로 임에도 특별히 접근성이 확보되어야 되는 장소 등에 적용되고 있다. 이 선로는 1974년 독일 Schluchseewerk 수력 발전소에서 변압기와 가공선로를 연결하기 위해 도입된 이래 지금까지 전 세계적으로 100km 이상이나 설치되어 30 여년간 운전되고 있다.

참고문헌 (11)

CIGRE Brochure 218, "Gas Insulated Transmission Lines", 2002
한국전력공사, "가스절연송전선로(GIL) 시스템", 2002. 2
한국전력공사, "초고압 대용량송전선로(GIL) 실계통적용을 위한 연구", 1차년도 연구진도보고서, 2008
정시환, 김철수, "GIL에 관한 신기술 동향 및 특징", 2006. 11
정채균, 박흥석, "가스절연송전선로의 서지특성 분석에 관한 연구", 2009 대한전기학회, 2009. 07
SINTEF "ATPDraw Users' Manual 3.5, 5", 2007
Canadian/American EMTP user group, "ATP Rule book", 1998
한국전력공사. "345kV 및 154kV급 Gapless피뢰기 정격 규격 및 기준 정립", 2002. 2
Chae-Kyun Jung, "Effects of Reclosing for Insulation Coordination in 345kV combined Transmission Lines", KIEE, 2010. 3
한국전력공사, "변전 설계기준-2511, 교류차단기 선정 기준"
한국전력공사, "송전 설계기준-1031, 직접 접지 방식 송변전 설비 절연협조 기준"

저자의 다른 논문 :

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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].

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