[논문]발전소 비전계통 진공차단기의 스위칭 써지 해석

김익모; 김지홍

문제 정의

992에 기초한 유도전동기의 임펄스 능력과 비교하였다. 또한 변압기가 배전계통에 있을 경우에 대하여도 써지 검토를 하였다. 이를 롱하여 유도전동기의 진공차단기 써지에 대한 보호장치의 필요 여부를 판단하고, 써지 억제 대책으로 진공차단기가 설치된 배전반의 부하측에 써지 어레스터를 설치하여, 유도전동기 보호 대책의 적정성을 검증하였다.
본 논문에서는 다양한 유도전동기 기동 정지 시에 진공차단기의 적용 시에 발생하는 써지에 대한 해석을 실시하였다. 써지 해석에 필요한 데이터는 울진 원자력 발전소 5, 6호기의 실계통 데이터를 사용하였으며, 유도전동기의 기동을 위한 진공차단기의 투입시 발생하는 투입써지와 차단시 발생하는 재점호의 경우에 발생하는 재투입 써지로 나누어, 가장 가혹한 조건을 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다.

가설 설정

써지 해석에 필요한 데이터는 울진 원자력 발전소 5, 6호기의 실계통 데이터를 사용하였으며, 유도전동기의 기동을 위한 진공차단기의 투입시 발생하는 투입써지와 차단시 발생하는 재점호의 경우에 발생하는 재투입 써지로 나누어, 가장 가혹한 조건을 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다.
이 분포 정수를 계산하기 위하여 EMTP 내의 정수계산 SUBROUTINE인 CABLE CONSTANTS를 사용하였다〔4〕. 케이블의 접지상태는 전원측만이 접지 되어 있는 것으로 하였으며, 지표에서 12feet의 높이로 트레이에 3상이 인접하여 부설되어 있는 것으로 가정하였다.

제안 방법

이에, 본 논문에서는 울진 원자력 발전소 5, 6호기의 실계통에 진공차단기를 유도전동기의 기동과 정지에 적용하였을 때의 스위칭 써지에 대해 EMTP를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과를 IEEE Guide "교류 회전기의 성형 고정자 코일의 권선간 절연 시험"의 Standard 522T.992에 기초한 유도전동기의 임펄스 능력과 비교하였다. 또한 변압기가 배전계통에 있을 경우에 대하여도 써지 검토를 하였다.
141-1996에 근거하여 써지 어레스터 설치시의 여유도를 계산하여, 필요 써지 어레스터에 대한 고찰을 하였다.
3상 유도전동기는 저항과 인덕턴스가 직렬로 연결되고 각상에서 대지에 대한 정전용량을 고려한 모델로 하였다. 전동기의 권선은 비접지인 것으로 하고 Y결선된 것으로 하여 시뮬레이션하였다.
한다. 고압패쇄배전반에 설치되어야 할 써지어 레스터 선정에 대해 그림 2에 제시된 경우에 대해 검토하였다.
5〔pu〕이상의 과전압이 발생했다. 따라서, 이러한 경우에 적절한 써지 억제대책이 필요한데, 본 논문에서는 배전반의 차단기 부하측에 설치하여 IEEE 기준인 6.5〔pu〕이하로 재투입 써지를 억제할 수 있다는 것을 시뮬레이션을 통하여 검증하였다. 또한.
또한 변압기가 배전계통에 있을 경우에 대하여도 써지 검토를 하였다. 이를 롱하여 유도전동기의 진공차단기 써지에 대한 보호장치의 필요 여부를 판단하고, 써지 억제 대책으로 진공차단기가 설치된 배전반의 부하측에 써지 어레스터를 설치하여, 유도전동기 보호 대책의 적정성을 검증하였다.
전동기의 권선은 비접지인 것으로 하고 Y결선된 것으로 하여 시뮬레이션하였다. 전동기의 대지에 대한 정전용량 값은 실측치를 기준으로 하였다.
모델을 사용하였다. 전동기의 기동을 위한 진공차단기의 투입은 EMTP내의 보통 스위치를 Close하는 것으로 모의하였으며. 차단기 개방시에 발생하는 재점호현상은 차단기의 부하측에 4〔pu〕의 전압이 충전되어 있을 때 전원이 -1〔pu〕에서 재점호하는 것으로 모의하였다.
전원은 13.8kV와 4.16kV계통의 경우로 나누었고, 전원의 임피던스는 단락용량 1000MVA을 기준으로 계산하였다. 2차측에서 단락용량으로부터 구한 단락전류는 식 (2), (3)와 같이 계산된다.
진공차단기 모델은 여러 가지 다양하고 복잡한 모델이 발표되어 있으나 본 논문에서는 시뮬레이션을 위해 간략화된 모델을 사용하였다. 전동기의 기동을 위한 진공차단기의 투입은 EMTP내의 보통 스위치를 Close하는 것으로 모의하였으며.
사용하였다. 진공차단기 써지 과전압중에서 가장 가혹한 경우에 대한 검토로서 재점호현상을 150, 200, 300, 500, 800 feet의 케이블 길이에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. 또한, 그 결과를 IEEE Standard 5222992의 유도전동기의 임펄스 능력과 비교하고, 이를 위반하는 경우 써지 어레스터를 진공차단기가 설치된 배전반의 부하 측에 설치하여 써지 억제 효과를 보였다〔표4〕.
전동기의 기동을 위한 진공차단기의 투입은 EMTP내의 보통 스위치를 Close하는 것으로 모의하였으며. 차단기 개방시에 발생하는 재점호현상은 차단기의 부하측에 4〔pu〕의 전압이 충전되어 있을 때 전원이 -1〔pu〕에서 재점호하는 것으로 모의하였다.

대상 데이터

시뮬레이션을 위해 표 1에 나타나 있는 유도전동기의 둥가 R, L, C의 값과 사용된 케이블 타입의 상세 데이터를 사용하였다. 진공차단기 써지 과전압중에서 가장 가혹한 경우에 대한 검토로서 재점호현상을 150, 200, 300, 500, 800 feet의 케이블 길이에 대해 시뮬레이션을 수행하였다.

이론/모형

된다. 이러한 충격에 견딜수 있도록 전동기의 절연이 설계되어야 하며〔5〕, 그 기준은 IEEE Guide "교류 회전기의 성형 고정자 코일의 권선간 절연 시험"의 Standard 522T.992에 기초한다.
이 분포 정수를 계산하기 위하여 EMTP 내의 정수계산 SUBROUTINE인 CABLE CONSTANTS를 사용하였다〔4〕. 케이블의 접지상태는 전원측만이 접지 되어 있는 것으로 하였으며, 지표에서 12feet의 높이로 트레이에 3상이 인접하여 부설되어 있는 것으로 가정하였다.

성능/효과

또한, 그 결과를 IEEE Standard 5222992의 유도전동기의 임펄스 능력과 비교하고, 이를 위반하는 경우 써지 어레스터를 진공차단기가 설치된 배전반의 부하 측에 설치하여 써지 억제 효과를 보였다〔표4〕. 그림 4에서 A200R Case의 재투입 써지를 나타내었고, 이 경우에 대해 유도전동기 전단에 써지 어레스터를 설치하였을 경우 써지가 효과적으로 억제됨을 검증하였다.
진공차단기 써지 과전압중에서 가장 가혹한 경우에 대한 검토로서 재점호현상을 150, 200, 300, 500, 800 feet의 케이블 길이에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. 또한, 그 결과를 IEEE Standard 5222992의 유도전동기의 임펄스 능력과 비교하고, 이를 위반하는 경우 써지 어레스터를 진공차단기가 설치된 배전반의 부하 측에 설치하여 써지 억제 효과를 보였다〔표4〕. 그림 4에서 A200R Case의 재투입 써지를 나타내었고, 이 경우에 대해 유도전동기 전단에 써지 어레스터를 설치하였을 경우 써지가 효과적으로 억제됨을 검증하였다.

후속연구

16kV계통에 대해서는 변압기 보호를 위해 3kV S/A와 6kV S/A가 모두 가능하지만, 최대방전 전압의 마진 측면에서 보면 3kV S/A가 바람직하다. 하지만, 4.16kV계통의 경우 상당전압은 2.40kV이므로, 3kV S/A 의 연속정격(MCOV) 2.55kV에 대해 어레스터 자체 보호에 문제가 있을 수 있으므로 이를 종합적으로 고려하여 선정하여야 할 것이다.

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