[논문]IEC 표준에 의한 고장전류 계산과 보호협조

손석금

doi:10.5207/jieie.2014.28.12.006

IEC 표준에 의한 고장전류 계산과 보호협조
Fault Current Calculation and Coordination by IEC Standards 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.28 no.12, 2014년, pp.6 - 12

손석금 (오산대학교 전기과)

Abstract ▼ AI-Helper

The safety and reliability of the power system short-circuit current, the short-circuit current depends on the failure to obtain the objective is to quickly eliminate the breaking capacity of the circuit-breaker selection of the cable, the insulation of electrical equipment and protective relay an important factor in determining the level correction and protective relay selection scheme to be meaningful. Standards used in the domestic circuit breaker is applied to the production of IEC standard, but the American National Standards (ANSI / IEEE) by NEMA specification of the fault current calculations and the application of the asymmetric coefficient Korea. Therefore, in this paper, the IEC 60909 standard IEC breaker fault current calculation method and the method for selection of system configurations reviewed and protection system for reviewing the configuration of various protective relays appropriate correction and the correction value is main protection, back-up protection the equipment so that the period of protection relay coordination to minimize accidents and accident protection to minimize interruptions proposed for cooperation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 IEC 60909 규격에 의한 고장전류계산 방법과 IEC 차단기 선정을 위한 방법을 검토하였고 계통구성에 대한 보호계통구성이 적정한가를 검토하여 각종 보호계전기 정정 및 그 정정 값이 주보호, 후비 보호 보호계전기간 협조가 되도록 하여 설비사고시의 최소화 및 사고 시 정전의 최소화를 위한 정밀한 보호 협조에 대해 분석하였다.
또한 보호협조에서도 정확한 고장전류계산에 의한 보다 정밀한 보호계전기 정정에 의한 보호협조 방법에 대해 연구해 보았다.

제안 방법

그림 6과 그림 7에서 부하가 단순한 샘플 계통을 분석한 결과 보호계전기 PD-001, PD-003, PD-004, PD-005는 크게 차이가 없으나 변압기 보호용 보호계전기 PD-002에서 차이가 발생을 하였다. 고장전류가 37,558A와 IEC 규격에 의한 고장전류 40,434A에 의해 Pickup Current 값이 12.4에서 13.4로 셋팅하여 변압기 2차측 단락사고 및 여자돌입전류에 동작하지 않도록 하는 순시 동작전류의 조정하였다.
또한 케이블은 XLPE 1Core 120㎟ 4선 70m와 XLPE 3Core 16㎟ 36m로 설계하여 고장전류를 1/2cycles부터 2cycles, 3cycles, 5cycles, 8cycles에 흐르는 고장전류를 계산하여 POWER TOOL에 의한 값과 IEC 규정에 의한 계산값을 표 1과 같이 계산되었다.
시뮬레이션은 SKM사 POWER TOOLS 소프트웨어[8]를 사용하여 샘플 계통을 대상으로 하여 검토하였으며 수전설비 구성을 보면 수전전압은 22.9kV, 주변압기 용량은 1,500kVA이며 부하는 11kW 전동기을 각 모선에 F-CV케이블로 연결하여 구성하였다[8].
임피던스는 제조사에서 제시된 값을 사용하였으며, 시간에 따른 고장전류 계산은 SKM POWER TOOLS에 의한 계산과 IEC 60909 기준에 의한 두 기준에서 제시된 비대칭계수를 각각 적용하였으며, 차과도 임피던스를 기준으로 하여 초기 1/2Cycle 차과도 임피던스 8Cycle까지 과도 임피던스를 적용하였다.
고장전류계산은 차단기 용량 선정, 전력기기의 기계적 강도 및 정격 결정, 보호계전기 선정, 통신 유도장해 검토, 계통 구성 방법 결정, 접지 조건 검토 등 많은 목적에 수행되는 만큼 정확한 계산이 필요하다. 하지만 현실은 그렇지 않기 때문에 IEC 60909를 적용하여 고장계산을 검토하였다.

대상 데이터

릴레이 데이터는 LS산전 GIPAM-2200F TYPE을 사용하였다.
보호계전기는 PD-001, PD-002, PD-003, PD-004, PD-005를 설치하였으며, 메인 용량은 3P 450MVA와 주변압기는 △-Y로 용량 1,500kVA, %Z 5.7559% X/R 7.1 변압기를 사용하였다.

성능/효과

고장전류 계산 결과를 비교해 보면 IEC 규정에 의한 결과 값이 적게는 5%에서 많게는 10%까지도 차이가 발생하는 것을 알 수 있다. 이는 IEC에서는 초기 대칭전류 계산에 전압계수를 사용하고 또한 회전기의 기여전류와 보정계수와 같은 여러 가지 변수에 의해서 크게 계산된 것으로 분석된다.
기존에 사용하는 방법과 IEC 60909를 적용한 고장계산을 수행하여 비교해본 결과 IEC60909는 비대칭 전류를 계산하는 전압계수의 최소전류와 최대전류에 의해 고장전류가 5∼10%까지 높게 계산이 되었다. 고장전류 계산 시 변압기의 보정계수와 회전기의 기여전류와 같은 변수 적용으로 실제 고장전류계산값은 상당한 차이가 발생 되는 것으로 분석되었다.
기존에 사용하는 방법과 IEC 60909를 적용한 고장계산을 수행하여 비교해본 결과 IEC60909는 비대칭 전류를 계산하는 전압계수의 최소전류와 최대전류에 의해 고장전류가 5∼10%까지 높게 계산이 되었다. 고장전류 계산 시 변압기의 보정계수와 회전기의 기여전류와 같은 변수 적용으로 실제 고장전류계산값은 상당한 차이가 발생 되는 것으로 분석되었다.

후속연구

따라서 계통구성에 따라 정확한 고장전류계산에 의한 차단기 선정과 보호계전기 정정을 위해 고장전류를 IEC 60909 규정을 적용한 계산이 빠른 시일 내에 국내에 적용되는 것이 바람직할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	단락전류는 어떻게 결정되는가?	국내에 사용되는 차단기 규격은 IEC규격을 적용하여 생산하고 있으나 미국규격(ANSI/IEEE)에 의한 고장전류계산이나 NEMA규격에 의한 비대칭계수 적용을 하고 있는 실정이다[2-5]. 일반적으로 단락전류는 단락발생순간 전압의 위상과 회로의 역률에 의해 정해지는 것으로 교류성분과 직류성분이 복합되어 있는 비대칭전류이며, 직류전류가 중첩되어 지수함수로 감쇄하지만 배선용 차단기나 퓨즈처럼 고속차단을 하는 경우에는 이 직류성분을 포함한 값을 고려하여야 한다. 또한 전로의 기계적 강도에 관한 고찰을 할 경우는 최대순시값이 고려되어야 하고 단락전류의 크기를 정확하게 계산하는 것이 중요하다고 할 것이다[6].
	고장전류를 구하는 목적은 무엇인가?	전력계통에 대한 안전성 및 신뢰성은 고장전류에 의해 좌우 되며 고장전류를 구하는 목적은 고장을 신속히 제거하기 위한 차단기의 차단용량 선정과 케이블의 굵기 선정, 전력기기의 절연레벨 결정에 중요한 요소이며 보호계전기 정정 및 보호계전방식을 선정하는 데 의미가 있다[1]. 국내에 사용되는 차단기 규격은 IEC규격을 적용하여 생산하고 있으나 미국규격(ANSI/IEEE)에 의한 고장전류계산이나 NEMA규격에 의한 비대칭계수 적용을 하고 있는 실정이다[2-5].
	최대 및 최소 단락전류 계산 시 고려해야 하는 전제는 무엇인가?	① 단락이 지속되는 동안 3상단락회로는 3상단락이 지속되고, 1선지락회로는 1선지락이 지속되는 것과 관련하여 변경이 없는 것으로 한다. ② 변압기의 임피던스는 탭절환장치의 중심점에 있는 것으로 한다. 전력계통에 접속된 임피던스 보정계수를 도입하기 위하여 인정되는 것이다. ③ 아크 저항은 계산에 포함하지 않는 것으로 한다. ④ 선로 정전용량, 병렬 어드미턴스, 비회전 부하는 영상회로 계통에는 무시하는 것으로 한다.

참고문헌 (8)

K.W. Kim, K.J. Hwang, M.C. Shin, S.K. OH "Comparison of three-phase fault study between IEC60909 and IEEE-141" KIEE Summer Conference 2004. p400-p402, 2004.
Application Guide for AC High-Voltage Circuit Beakers Rated on a symmetrical Current basis, ANSI/IEEE C37.010-1999.
IEC Standards 60947-2, Low-Voltage, switchgear and controlgear-Part2 : Circuit Breakers, 2001.
IEC Standard 60056. High-Voltage Alternating-Current Circuit Breaker. 2001.
IEEE recommended practice for electric power distribution for industrial plants, ANSI/IEEE Std. 141, 1986.
Yi Jo Son, "IEC 60606 Short Circuit Study", SAEHONG EGINEERING & CONSULTANT CO., LTD. 2013.
Yi Jo Son, "power Tools for Windows, Fault Current Calculation and Coordination ", SAEHONG EGINEERING & CONSULTANT CO., LTD. 2008.
Power Tools Manual, SKM, 2006.

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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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