[논문]혼합송전선로에서 고저항 지락사고시 케이블 과도현상 해석 및 전력케이블 시스 접지저항에 따른 CCPU 과도특성 모의

정채균; 이종범

문제 정의

따라서 본 논문에서는 고저항지락사고 발생시 케이블 도체 및 시스에 발생하는 과도해석을 하기위해 PSCAD/EMTDC V3를 이용하여 혼합송전선로를 모델링하였고, 케이블 도체와 시스사이에 아킹모델 (Buchholz)을 제시하여 고저항 지락사고 발생시 케이블 도체 맟 人I스에 유기 되는 과도현상을 모의하 였다.〔2〕이는 혼합송전선로에서의 새로운 보호계전 알고리즘 개발에 기여할 것으로 사료된다.
〔2〕이는 혼합송전선로에서의 새로운 보호계전 알고리즘 개발에 기여할 것으로 사료된다. 또한 방식층 보호장치 (CCPU)가 설치되어 있는 송전케이블에서의 고장시 접지방식 (3선 일괄접지, 3선 개별접지)과 접지저항에 따라 CCPU에 흐르는 전류값을 비교하여 등가저항 모델을 제시함으로써 경 제적인 측면의 효용성 연구에 대한 기초를 마련하였다.
본 논문에서는 PSCAD/EMTDC V3를 이용하여 혼합송전선 케이블에서의 고저항지락사고 및 시스의 크로본딩 및 CCPU 모의가 가능함을 보였으며 고저항 지락사고시의 도체 및 시스 에 미치는 영향과 1선지락시 접지저항에 따라 CCPU에 유기 되는 전류를 해석하였다. 연구를 통해 얻어진 결과를 정리하면 다음과 같다.
본 논문에서는 이미 밝혀진 아킹전류 파형을 근거로 하여 직 접매설된 지중케이블의 도체와 시스 사이에 아크를 발생시켜 건조한 대지상태에서 발생하는 고저항 지락사고를 시뮬레이션 하였다.

제안 방법

65〔km〕이다. 케이블 포설형태는 칙접매설식 이며, 시스 접지방식은 두 구간은 대지간 접지방식으로 크로스 본딩하고, 한 구간은 직접접지한 형태를 반복하여 9구간을 모 의 하였고, 접지저항은 10"2〕으로 하였다. 케이블 구간별 접 지상태와 선로길이를 표 2에서 제시하였다.
그리고 모델계통 고장해석을 위해 기존에 주로 사용했던 EMTP와 이의 그래픽적 표현인 ATPDraw 대신에 처음으로 PSCAD/EMTDC V3를 사용하였다. 이 프로그램은 컴파일링 이나 플로팅이 EMTP에 비해 간단하고 선로정수를 쉽게 구할 수 있으며 모델구성과 프로그램 이해가 V2에 비해 쉽다는 장 점이 있다.
기존에는 EMTP가 송전계통에서 각종 과도현상 해석에 주로 사용되었으나 본 논문에서는 처음으로 PSCAD/EMTDC V3 를 이용하여 지중케이블 1상(C상)에서의 고저항 지락사고 발 생시 케이블 도체 및 시스에 유기되는 과도현상을 모의하였다.
본 논문에서 사용한 아크모델은 EMTP 적용올 위해 제시된 Buchholz HIF 모델로 EMTDC에서 그림 3 처럼 각각 2개 의 다이오드와 DC전압원을 역병렬로 연결한 형태로 케이블 도체와 시스 사이에 모델링 하여 제시하였으며, DC전압원의 크기를 이용하여 그림 4와 같은 고장전류 파형을 구현하였 다.〔1-5〕이 모델을 택한 이유는 실제 케이블에서의 고저 항 사고시 저항의 변화가 적고 거의 일정한 아크가 지속될 것으 로 사료되기 때문이다.
현재까지 지중송전케이블이 포설되어 있는 형태를 보면 방 식층 보호장치 (CCPU)접지가 3선 일괄로 접지되어있는 경우 와 개별접지되어 있는 경우를 볼 수 있다. 본 논문에서 전력구 방식으로 포설된 CV 2000 也次를 모델링하여 도체와 시스간 의 1선 지락고창시 개별접지와 일괄접지 하였을 때 CCPU에 호르는 고장전류값을 비교하여 해석하였다.
선로고장 모의를 위해서 LINE/CABLE Information Component를 컴파일링 하여 LINE/CABLE의 선로정수를 구하 였고, Interface Component를 이용해 그림 2처럼 모델링 하였다. CV 2000 册必의 입력자료는 표 3에서 제시하였다.
시불변일경우의 고저항일 경우 저항별로 고저항 지락사고시 의 현상을 분석하기 위해 고장저항값에 따른 케이블 도체와 시스간 1선지락사고시 종단 접속함에서의 시스 유기전압을 해 석 하였다. 표 4에서 처럼 500〔」刁일 때 시스 유기전압은 1.
아크모델의 DC전압원은 각각 100〔kV〕로 설정했으며, EMT DC 시뮬레이션에서 케이블의 도체와 시스 대지간의 고저항 지락사고가 0.0611SH0 °）에 시작하여 0.08〔S〕간 지속되도 록 모의 하였다. 이 경우 c S/S에서의 고장전류와 종단접속 함 에서의 시스유기전압과 전류 또한 고장점에서의 RMS 전압 과 전류, 임피던스를 시뮬레이션 하였다.
08〔S〕간 지속되도 록 모의 하였다. 이 경우 c S/S에서의 고장전류와 종단접속 함 에서의 시스유기전압과 전류 또한 고장점에서의 RMS 전압 과 전류, 임피던스를 시뮬레이션 하였다.
즉, Case A와 Case D, 그리고 Case 日와 Case C 는 같은 등가저항이라고 사료된다. 이를 증명하기위해 시스는 대 지간 접지방식과 직접접지로 하였고, 케이블 종단접속함과 대 지간 접지방식 장소에 CCPU를 설치한 모델을 시뮬레이션하 였다.

대상 데이터

가공선로와 지중선로가 혼합된 L S/S 와 C S/S 양단의 소 스 모델에 필요한 데이터는 정상분, 영상분 임피던스와 모선전 압이다. 표 1에서는 Source 정상분, 영상분 %Z를 식(1)을 이용해 Z〔Q〕로 변환하여 크기와 위상각으로 표현했으며, 모 선전압은 154〔kV〕로 하였다.
본 논문에 사용된 모델계통은 154fkV] 가공선로와 지중선로 가 혼합된 실계통과 유사한 모델이며 시뮬레이션에 사용된 지 중케이블은 직접매설식으로 포설된 CV 2000秫必를 선택하여 모의하였다.

성능/효과

1. 케이블 도체와 시스사이에 아크발생시 C S/S에서 바라본 도체와 시스의 전류와 전압은 아크와 시스의 영향으로 아 크파형 보다 더욱 왜형의 파형을 도출되었다. 고장점에 서의 임피던스는 60~75〔Q〕이다.
2. 시불변 고저항 지락사고시에는 고장저항이 감소함에따라 시스 유기전압이 점차 증가함을 알 수 있다
4. 접지저항에 따라 CCPU에 흐르는 전류는 A,D 와 B.C 가 2배이상의 차이를 보이며 서로 등가를 이루고 있다. A.
이 프로그램은 컴파일링 이나 플로팅이 EMTP에 비해 간단하고 선로정수를 쉽게 구할 수 있으며 모델구성과 프로그램 이해가 V2에 비해 쉽다는 장 점이 있다. 이를 최대한 이용하여 크로스 본딩된 지중 송전계 통 모델과 혼합계통 모델을 제시하여 과도현상을 모의 하으로 써 효용성 입증과 각 종 과도현상 해석에 기여하는 기틀을 마련하였다.

후속연구

3. 케이블 고저항 지락사고의 과도해석으로 새로운 보호계전 알고리즘 개발에 기여할 것으로 사료된다.
5. 본 논문에서 제시한 다양한 케이블 모델계통 및 고장모의 와 결과는 PSCAD/EMTDC V3에 대한 이해를 쉽게 할뿐 만 아니라 정확하고 효과적인 전력계통 과도현상 연구에 기여 할 것으로 사료된다.
C 가 2배이상의 차이를 보이며 서로 등가를 이루고 있다. A.B.C 방식에 비해 D방식이 가장 우수한 것으로 사료되 며 이에 대한 타당성 및 경제성을 분석하여 실계통 적용을 위해 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각한다.
따라서 본 논문에서는 고저항지락사고 발생시 케이블 도체 및 시스에 발생하는 과도해석을 하기위해 PSCAD/EMTDC V3를 이용하여 혼합송전선로를 모델링하였고, 케이블 도체와 시스사이에 아킹모델 (Buchholz)을 제시하여 고저항 지락사고 발생시 케이블 도체 맟 人I스에 유기 되는 과도현상을 모의하 였다.〔2〕이는 혼합송전선로에서의 새로운 보호계전 알고리즘 개발에 기여할 것으로 사료된다. 또한 방식층 보호장치 (CCPU)가 설치되어 있는 송전케이블에서의 고장시 접지방식 (3선 일괄접지, 3선 개별접지)과 접지저항에 따라 CCPU에 흐르는 전류값을 비교하여 등가저항 모델을 제시함으로써 경 제적인 측면의 효용성 연구에 대한 기초를 마련하였다.
Case A와 D, 그리고 Case 日와 C에서 약간의 오차가 발생했으나 오차범위가 적고 서로 둥가저항임을 알수 있다. 또한 A,B,C의 방식보다는 D의 방식 이 CCPU 접지에 효과가 있을 것으로 사료되며 이를 근거로 각 방식 마다 장,단점을 면밀히 판단하여 실계통에 적용한다면 접지특성 향상 및 경제적인 효용성에 기여할것으로 생각되며 이에 대한 지속적인 연구가 필요하다고 사료된다.

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