[논문]345kV GIL 계통에서 크로스본드 접지방식 적용 검토

하체웅

345kV GIL 계통에서 크로스본드 접지방식 적용 검토
Assessment for Application of Cross-bonding method on 345kV GIL System 원문보기

하체웅 (한국수력원자력(주))

최근 국내에서 345kV GIL(Gas Insulated Transmission Lines) 시스템의 실 계통 도입이 검토되고 있다. 현재까지 GIL은 원자력 발전소에서 주변압기로부터 스위치 야드까지 1km 미만의 거리에 소규모로 설치되어 운영되고 있다. 하지만 향후 본격적으로 GIL 시스템이 도입된다면 발전소 구내뿐만 아니라 수 km 이상 되는 송전급 선로에도 적용될 것이 예상된다. 현재 GIL의 시스(외함)는 100~120m 정도마다 접지를 하는 직접접지 형태를 취하고 있으나 시스에 흐르는 순환전류가 부하전류의 97% 이상 된다. 따라서 이에 따른 손실이 많이 발생되고 있어 도체에 흘릴 수 있는 허용전류 값이 감소하게 된다. 본 논문에서는 GIL 시스템에 크로스본드 접지방식을 적용하였을 때 시스 순환전류 감소 효과에 대해서 검토하고, 아울러 뇌써지나 스위칭 써지에 의한 절연통의 열화 등에 대비하기 위하여 절연통보호장치의 설치 방안에 대해서 검토하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 현재 GIL 선로에 적용하고 있는 다중접지 적용시 부하전류의 약 97% 이상의 전류가 시스에 흐름에 따라 시스 손실이 발생하고 있는 문제점을 개선하기 위하여 크로스 본드 접지방식을 제안하였다. 그리고 EMTP를 이용한 시뮬레이션을 통해 크로스 본드 접지방식 적용 시 시스 순환전류가 부하전류의 1% 미만정도 흐름에 따라 시스 손실률을 최소화 할 수 있음을 입증하였고, 1선 지락사고 시에도 계통의 안정화를 꾀할 수 있음을 증명하였다.

제안 방법

그리고 EMTP를 이용한 시뮬레이션을 통해 크로스 본드 접지방식 적용 시 시스 순환전류가 부하전류의 1% 미만정도 흐름에 따라 시스 손실률을 최소화 할 수 있음을 입증하였고, 1선 지락사고 시에도 계통의 안정화를 꾀할 수 있음을 증명하였다. 그리고 써지 침입 시 절연통의 열화 및 소손을 방지하기 위하여 절연통보호장치를 교락비접지 방식으로 설치할 것을 제안하였고, 시뮬레이션을 통해 그 효과를 증명하였다.
따라서 다음절에는 시스 손실을 최소화시키기 위한 방법으로 GIL 시스템에 크로스본드 접지방식을 적용하였을 때 그 효과에 대해서 검토하고, 크로스본드 접지방식을 적용 시 부수적으로 설치되는 절연통의 열화 및 손실 등에 대비하기 위한 대책으로 절연통보호장치의 설치 방안에 대해서 기술하였고, EMTP를 통해서 그 효과를 증명하였다.
접지방식에 따른 정상상태 순환전류 및 1선 지락사고 시 사고 전류를 비교하기 위해서 다음과 같은 Case 별 시뮬레이션을 실시하였고 그 영향을 분석하였다.
현재 채택하고 있는 다중접지 방식과 2.2절에서 제안한 크로스 본드 접지방식을 GIL에 적용 하였을 때 그 결과를 비교하기 위해 EMTP(Electromagnetic Transient Program)를 이용하여 시스템을 구성하였고, 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션에 필요한 입력 데이타는 표 1과 같다.

성능/효과

본 논문에서는 현재 GIL 선로에 적용하고 있는 다중접지 적용시 부하전류의 약 97% 이상의 전류가 시스에 흐름에 따라 시스 손실이 발생하고 있는 문제점을 개선하기 위하여 크로스 본드 접지방식을 제안하였다. 그리고 EMTP를 이용한 시뮬레이션을 통해 크로스 본드 접지방식 적용 시 시스 순환전류가 부하전류의 1% 미만정도 흐름에 따라 시스 손실률을 최소화 할 수 있음을 입증하였고, 1선 지락사고 시에도 계통의 안정화를 꾀할 수 있음을 증명하였다. 그리고 써지 침입 시 절연통의 열화 및 소손을 방지하기 위하여 절연통보호장치를 교락비접지 방식으로 설치할 것을 제안하였고, 시뮬레이션을 통해 그 효과를 증명하였다.
137% 수준까지 감소함을 알 수 있다. 그리고 시스 유기전압은 83.4V가 발생하지만 우리나라 시스 유기전압 제한치인 100V를 초과하지 않는 것으로 나타났다.
표 2에서 보듯이 크로스본드 접지방식을 적용하였을 때 시스에 유기되는 전압을 낮추고 시스 순환전류에 의한 손실을 감소시키면서 고장 시 고장전류의 귀환경로를 제공함으로써 GIL 시스 접지목적을 거의 만족시킴을 알 수 있다. 그러나 크로스본드 접지방식은 소구간 내의 시스 유기전압이 항상 존재하고 소구간의 길이가 긴 경우 또는 고장이나 써지에 의해 상당히 큰 시스 전압이 유기될 수 있기 때문에 상시에는 시스 유기전압을 억제하면서 써지 침입 시 GIL 시스 및 절연통을 보호하기 위하여 절연통보호장치를 그림 4와 같이 교락비접지 방식으로 설치하여 시스 유기전압을 절연통 절연레벨 이하로 억제시킴으로써 과도시 GIL 계통 보호가 가능할 것이다.

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