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[국내논문] 진공차단기 스위칭 써지 특성 해석 및 저감 방안
Surge Characteristics Analysis and Reduction Method of Vacuum Circuit Breaker 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.2, 2013년, pp.190 - 195  

김종겸 (강릉원주대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Vacuum circuit breaker(VCB) has been widely used for interruption of load current and fault current for high voltage motor in the industrial field. Its arc extinguishing capability is excellent compared to other breakers. But it has the potential to cause multi reignition surge by high extinguishing...

주제어

#VCB   #Current chopping   #Multi-reignition surge   #Surge absorber(SA)   #Induction motor  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그래서 본 연구에서는 재단 및 다중 재발호 써지가 발생할 경우 전동기에 미치는 써지 전압을 줄이기 위해 차단기 후단과 부하측 입구에 설치하는 ZnO와 CR 써지 흡수기에 대해 어느 정도 효과가 있는지를 비교 분석하였다.
  • 본 연구에서 진공차단기의 다중 재발호 발생시에 대한 메커니즘 해석과 이들 급준파 써지 전압이 발생하여 전동기에 영향을 주는 것에 대해 보호 장치의 설치 전후에 대한 전압의 크기 차이를 분석하였다.

가설 설정

  • 그러나 개극점 b처럼 아크 시간이 짧은 경우 전극의 간격이 충분하게 확보되기 전에 과도회복전압(TRV)이 전극간의 내압을 상회할 경우 극간이 섬락하여 다시 아크가 이어지게 된다. 이럴 경우 재발호 전류가 전류 영점을 만들어 내기위해 흐르기 시작한 발호전류는 다시 차단되어(그림 2의 d) 전극간에 전압이 발생한다. 이 전압에 의해 다시 전극이 섬락(그림 2 e)하고 같은 과정을 반복할 경우 발생전압이 상승하게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
진공차단기의 장점은 무엇인가? 산업현장에서 과부하 및 고장전류를 차단하기 위해 다양한 차단기가 적용되고 있다. 진공차단기(VCB)는 다른 차단기에 비해 차단 능력이 뛰어나 아크전류를 빠르게 소호시킬 수 있고, 안전성이 우수하며, 소형화·경량화·불연성·장수명·유지보수가 편리하여 유도전동기와 같은 유도성 부하의 개폐기로 널리 사용되고 있다[1,2,3].
다중 재발호는 무엇인가? 재발호가 일어난 경우 전류가 어느 정도 이상 큰 경우에는 그대로 속호(續弧)해서 다음 전류 영점에서 차단하기 때문에 오히려 써지 전압을 억제하지만, 적당한 개극 위상과 전류값에서 재발호시의 과도 고주파 전류를 차단해서, 그때 나타나는 과도회복전압에 견디지 못하고 다시 발호하게 된다. 이와 같이 극간 절연회복과 과도회복 전압의 경쟁에 의해 발호와 소호가 반복되는 것을 다중 재발호라고 한다[2,3]. 다중 재발호가 일어난 경우에는 전압 상승이 발생하기 때문에 전동기의 권선절연에 아주 나쁜 결과를 초래할 수 있다.
재단써지 권선에는 스트레스로 작용할 수도 있는데 그 이유는 무엇인가? 진공차단기 개폐시 음극에서 공급되는 금속 증기 이온, 전자가 진공중에서 확산되는 양보다 작으면 접점 사이 아크가 유지되지 못하여 그림 1과 같이 아크 불안정이 발생하며, 전원 주파수 전류가 자연 영점에 이르기 전에 조기 억제되는 재단현상을 재단써지라고 한다[2,3]. 이는 차단기가 재단 시 전류가 완전히 제로가 되기 전에 강제적으로 전류를 끊기 때문에 전류와 임피던스의 곱에 해당되는 써지전압이 부하측에 걸리기 때문에 권선에는 스트레스로 작용할 수 있다[2,3]. 그래서 전동기와 같은 경우 급준파 써지에 대해 전압의 크기를 제한하고 있다[4,5,6].
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참고문헌 (9)

  1. A. N. Greenword et al., "A Guide to the Application of Vacuum Circuit Breakers", IEEE Trans on PAS, Vol. 90, No.4, pp.1588-1597, 1971 

  2. Jong-gyeum Kim et al, "A Study on the Reduction Method and the Analysis of VCB Switching Surge for High Voltage Induction Motor", KIEE, Vol.43, No.5, pp.761-769, May.1994 

  3. 日本電氣學會 技術報告書, "眞空遮斷器.開閉器の開閉 サ-ジと適用技術", 第 4222號, 1992. 5 

  4. B. K. Gupta et al., "Degradation of Turn Insulation in Motor Coils under Repetitive Surges", IEEE Trans on EC, Vol.5, No.2, pp.320-326, May, 1990 

  5. A. Borghetti et al., "Transient Recovery Voltage in Vacuum Circuit Breakers Generated by the Interruption of Inrush Currents of Large motors", 9th Int, Conference on Power Systems Transient(IPST), Jun 14-17, 2011 

  6. A. Borghetti et al., "Transient Recovery Voltage in Vacuum Circuit Breakers Generated by the Interruption of Inrush Currents of Large motors", 9th Int, Conference on Power Systems Transient(IPST), Jun 14-17, 2011 

  7. H.W. Dommel, "Electromagnetic Transients Program. Reference Manual (EMTP Theory Book)", BPA 1986. 

  8. F. Tighilt et al., "Voltage distribution on ZnO polymeric arrester under pollution conditions", UPEC2010, 31st Aug-3rd Sept, 2010 

  9. IEEE Std 522-2004, "IEEE Guide for Testing Turn Insulation of Form-Wound Stator Coils for Alternating-Current Electric Machines". 

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