케이블 열회로의 전기적 등가회로 변환을 이용한 케이블 허용전류 검토 방법 A Review Method of Calculation Results on Cable Ampacity using the Transformation to Electric Equivalent Circuit from Cable Thermal Circuit원문보기
강연욱
(Dept. of Power Transmission Laboratory, KEPRI)
,
김민주
(Dept. of Power Transmission Laboratory, KEPRI)
,
장태인
(Dept. of Power Transmission Laboratory, KEPRI)
,
박진우
(Dept. of Power Transmission Laboratory, KEPRI)
,
박흥석
(Dept. of Power Transmission Laboratory, KEPRI)
,
강지원
(Dept. of Power Transmission Laboratory, KEPRI)
Current rating of a power cable can be calculated by the maximum allowable temperature in an insulating material considering the heat transfer from cable conductor. Therefore, it is very important to calculate the current rating using electrical equivalent circuit by calculated cable thermal circuit...
Current rating of a power cable can be calculated by the maximum allowable temperature in an insulating material considering the heat transfer from cable conductor. Therefore, it is very important to calculate the current rating using electrical equivalent circuit by calculated cable thermal circuit parameters but, it has not been fully investigated yet. In this paper, in order to determine the current rating of power cable, conventional calculation method has been reviewed considering the conductor resistance, loss factor of sheath, dielectric losses and thermal resistances based on the maximum allowable temperature of 345 kV $2500mm^2$ XLPE cable. To confirm the calculation result of the current rating, the conductor temperature should be examined whether it reaches the maximum allowable temperature by the thermal equivalent circuit of the cable. Then, utilizing EMTP (Electro-Magnetic Transient Program) which is a conventional program for electrical circuit, the thermal equivalent circuit was transformed to an electric equivalent circuit using an analogous relationship between thermal circuit and electrical circuit, and temperature condition including cable conductor, sheath, cable jacket could be calculated by the current rating of 345 kV $2500mm^2$ XLPE cable.
Current rating of a power cable can be calculated by the maximum allowable temperature in an insulating material considering the heat transfer from cable conductor. Therefore, it is very important to calculate the current rating using electrical equivalent circuit by calculated cable thermal circuit parameters but, it has not been fully investigated yet. In this paper, in order to determine the current rating of power cable, conventional calculation method has been reviewed considering the conductor resistance, loss factor of sheath, dielectric losses and thermal resistances based on the maximum allowable temperature of 345 kV $2500mm^2$ XLPE cable. To confirm the calculation result of the current rating, the conductor temperature should be examined whether it reaches the maximum allowable temperature by the thermal equivalent circuit of the cable. Then, utilizing EMTP (Electro-Magnetic Transient Program) which is a conventional program for electrical circuit, the thermal equivalent circuit was transformed to an electric equivalent circuit using an analogous relationship between thermal circuit and electrical circuit, and temperature condition including cable conductor, sheath, cable jacket could be calculated by the current rating of 345 kV $2500mm^2$ XLPE cable.
그러나 케이블 허용전류를 계산하기 위한 방법이 복잡하기 때문에 계산 과정에서 오류가 발생하는 경우, 오류를 인식하거나 검증하는 것이 쉽지 않다. 따라서 본 논문에서는 허용전류 계산을 위해 산출된 케이블 열회로 파라미터를 전기적 등가회로로 변환하여 케이블 상시 허용전류 계산 결과를 검토할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
가설 설정
본 시뮬레이션에서는 정상상태에서의 케이블 온도에 관하여 검토하였으므로 케이블 열용량을 고려하지 않았다. 케이블의 단 시간 허용전류와 같이 부하변동에 따른 케이블 운전 조건을 검토하기 위해서는 케이블 도체 온도가 기준온도까지 상승하는데 소 요시간을 구하여야 하므로 케이블 열용량을 고려한 해석 모델의 개발이 필요하다.
제안 방법
본 논문에서 검토중인 345kV 2500㎟ XLPE 케이블을 2.1항에서 제시한 것과 같이 3각 배열 형태로 전력구에 포설되었을 경우에 허용전류를 구하였다.
케이블의 열회로와 전기회로는 등가성이 있으므로, 본 논문에서는 상시 허용전류를 구하기 위해 계산된 파라미터를 이용하여 열회로를 구성하고, 구성된 열회로를 전기적 등가회로로 변환함으로써 EMTP와 같이 전기회로를 해석할 수 있는 상용 프로그램 을 이용하여 허용전류 계산 결과의 타당성을 쉽게 검증할 수 있음을 확인하였다.
성능/효과
즉, 정상상태에서 도체 상시 허용온도 T1이 90[℃]에 이르는 상태로 케이블에 흘릴 수 있는 상시 허용전류는 2133.8[A]이고, 이때 도체 손실은 54.5[W/m], 유전체 손실은 3.6[W/m], 시스 손실은 5.8[W/m]가 됨을 알 수 있다.
후속연구
향후 케이블에 단시간 허용전류가 흐르는 경우의 운전조건 검토를 위해서는 부하전류가 변동에 따른 도체 온도 변화의 과도상태 해석이 필요하며, 이를 위한 모델 개발이 요구된다. 개발된 모델은 본 논문에서 설명한 것과 같이 열회로를 전기적 등가회로로 변환하여 EMTP와 같은 상용 프로그램으로 시뮬레이션하면 온도 변화의 과도 상태 해석도 쉽게 할 수 있을 것으로 판단된다.
본 시뮬레이션에서는 정상상태에서의 케이블 온도에 관하여 검토하였으므로 케이블 열용량을 고려하지 않았다. 케이블의 단 시간 허용전류와 같이 부하변동에 따른 케이블 운전 조건을 검토하기 위해서는 케이블 도체 온도가 기준온도까지 상승하는데 소 요시간을 구하여야 하므로 케이블 열용량을 고려한 해석 모델의 개발이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시스 손실에는 무엇이 있는가?
시스 손실은 식 (7)과 같이 도체 전류에 의한 자속에 의해 시 스와 대지에 순환전류가 흐르는 것에 의해 발생하는 손실과 도체 전류에 의한 자속에 의해 케이블 시스 내부에 발생하는 와전류 손실로 구성된다.
케이블 허용전류는 케이블에 전류를 흘렸을 때 발생하는 손실 및 도체 온도 등에 의해 케이블 절연체의 수명을 단축시키지 않고 연속하여 흘릴 수 있는 전류이다. 전력 케이블 시스템의 궁극적인 목적은 원하는 전력을 전송하는 것이므로, 허용전류의 정확한 계 산 및 예측은 안정적인 전력공급의 핵심 요소라고 볼 수 있다.
참고문헌 (4)
Neher, J. H., and M. H. McGrath. 1957. "The Calculation of Temperature Rise and Load Capability of Cable systems". AIEE Transactions on Power Apparatus and Systems. Vol. 76. October.
IEC 60287, "Electric cables - Calculation of the current rating", 2006.
IEC 60853, "Calculation of the cyclic and emergency current rating of cables", 2006.
EPRI Underground Transmission Systems Reference Book, 2006 Edition, EPRI
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