[논문]EMTP를 이용한 송전케이블 시스전압 분석

오동수

EMTP를 이용한 송전케이블 시스전압 분석
Underground Transmission Cable Sheath Voltage Analysis Using EMTP 원문보기

오동수 (한전 중앙교육원 송변전교육팀)

This paper describes under-ground transmission cable sheath voltage by using EMTP and proposes a new design method for calculating cable sheath voltage in steady state. The cross bonding system of power cable is modeled on ${\pi}$ equivalent circuit and the sheath voltage(current) of cable can be analyzed with comparing to conventional method.

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제안 방법

EMTP를 이용하여 송전케이블의 단위 크로스본딩 구간에 대한 시스유기전압 및 시스순환전류를 산출하여 기존의 계산치와 비교분석한 결과는 다음과 같다.
유기된다. 이때 유기되는 전압은 안전을 고려하여 50V로 제한하였으나 이 기준치가 너무 가혹하여 시스유기전압을 50V 이하로 유지하기 위해서는 유기전압이 도체 부하전류에 비례하브로 경우에 따라서 케이블 허용전류(송전용량)를 감소시켜 지중송전선로의 시스템설계를 하고 이에 따라 설비운전을 하였다. 근래에는 지중송전선로의 포설방식에 따라 전력구방식에서는 50V 관로방식예서는 100V로 제한전압을 탄력적으로 적용하고 있다.
그러나 지중송전선로의 경우는 가공선로에 비하여 선로정수중 단위길이 당 C성분(용량성리액턴스)이 크므로 단순히 상호유도성 리액턴스 성분만을 고려한 시 스유기 전압산출은 정확도가 떨어지며 도체최대전류값 또한 단순한 조건만을 적용하므로 다양한 조건에서의 시스유기전압 산출 및 적용은 고려하지 않고 있다. 이런 문제점의 대안으로 EMTP를 케이블시스 전압분석에 도입하여 기존 계산방법과 비교 및 분석하였다. 정상운전상태에서 시스유기전압을 계산하기 위하여 크로스본딩 1.
이런 문제점의 대안으로 EMTP를 케이블시스 전압분석에 도입하여 기존 계산방법과 비교 및 분석하였다. 정상운전상태에서 시스유기전압을 계산하기 위하여 크로스본딩 1.구간의 케이블정수산춡에 필요한 7T등가모델을 고려하였으며 또한 크로스본딩 구간내 시스순환전류값을 산출하였다.
크로스본딩선에 대하여 EMTP 모델설정시 SW Card 를 이용하여 크로스본딩선에 흐르는 시스순환전류를 1 회선 및 2회선의 경우에 산출하였다.

성능/효과

1. EMTP에 의해 산출된 시스유기전압(3상 평균치)이기존 계산치에 비하여 약 20% 감소되었는데 이는 크로스본딩 결선을 π등가모델로 설정하였기 때문에 케이블정수의 C성분(용량성리액턴스)이 상호유도리액턴스와 상쇄되어 감소된 것으로 판단된다.
2. EMTP 모의회로에서 부하 Zl을 순수한 100% 역율. 90% 지상역율 및 90% 진상역율로 변화를 주어 산출한 결과 진상부하일 때 시스유기전압이 적게 산촐된 것도 역시 상기 1항과 같은 이유로 추정된다.
3. 1회선 운전시 시스순환전류값이 동일 순환경로내에서도 구간에 따라 약간의 차(1A)가 발생한 이유는 Z둥가모델의 충전전류로 인한 것이며 전류위상차도 발생한 것을 알 수 있다.
6. EMTP를 활용하면 정상운전상태에서 부하전류변화 및 케이블배치에 따라 시스순환전류값의 산출이 가능하다. 물론 크로스본딩선의 길이, 단자의 접촉저항 및 부식정도 등에 따라 현장에서의 실측치와 차이가 발생할 수 있으나 모의회로를 오결선, 크로스본딩선의 접지 등 여러 경우를 상정하여 변경하여 모의시험을 시행할 수 있으므로 설비관리에 판단기준의 근거로서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 EMTP를 이용하여 시스유기전압(3상중 최고치 기준)을 산출하였을 때는 기존의 방법에 의한 계산치보다 설치 회선수 별로 약 7% -14% 정도 작게 나타나고 있으므로 시스전압의 제한으로 절연체가 허용하는 도체최고허용전류 이하로 운전중인 기존 선로에 도체전류의 성분(역율) 등을 종합적으로 고려하여 시스전압 및 송전용량을 재검토할 필요가 있다고 본다.

후속연구

5, 관로식 케이블포설시 기존의 배치방법에서는 B상 케이블시스전압이 작게 나타나고 있으며 다회선 포설시에는 시스순환전류의 크기와 종합적으로 고려하여 케이블배치를 검토할 필요가 있다.
EMTP를 활용하면 정상운전상태에서 부하전류변화 및 케이블배치에 따라 시스순환전류값의 산출이 가능하다. 물론 크로스본딩선의 길이, 단자의 접촉저항 및 부식정도 등에 따라 현장에서의 실측치와 차이가 발생할 수 있으나 모의회로를 오결선, 크로스본딩선의 접지 등 여러 경우를 상정하여 변경하여 모의시험을 시행할 수 있으므로 설비관리에 판단기준의 근거로서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

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