[논문]혼합송전계통에서 NJ 및 IJ 상세모델링이 사용된 과도해석

채직병; 손용대; 이재명; 고광만; 이종범

혼합송전계통에서 NJ 및 IJ 상세모델링이 사용된 과도해석
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채직병 (원광대학교) , 손용대 (원광대학교) , 이재명 (원광대학교) , 고광만 (원광대학교) , 이종범 (원광대학교)

본 논문은 OF 케이블 지중송전선로가 포함된 혼합송전선로의 정확한 과도해석을 위하여 EMTP상에서 NJ, IJ의 상세모델링을 고려하지 않은 기존 혼합송전선로와 R, L, C 선로정수를 이용하여 NJ, IJ의 상세모델링을 제안하고 이를 고려한 혼합송전선로에서 정상 및 과도해석을 하였다. 이 해석을 통해 접속함 상세모델링을 고려한 해석과 기존 방법의 해석에 차이점을 비교분석하여 OF 케이블 NJ, IJ의 모델링 및 해석의 효용성을 검토하였다. 모델링 및 해석은 EMTP를 이용하였다.

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 OF케이블로 이루어진 지중송전계통에서 접속함(NJ, IJ)의 상세모델링을 시도하였다. OF 케이블 접속함은 단일 절연으로 되어 있는 OF 케이블 자체와는 달리 유통로, 도체슬리브, 절연보강층, 접속함 동관 등 복합 절연으로 이루어져 있다.

가설 설정

(1) 정상상태에서 모든 접속함에서의 도체전압 값은 동일하였다.

제안 방법

접속함은 케이블과는 달리 그림 1과 같이 길이에 따라 규격이 다르다. 따라서 본 논문에서는 (a)와 같이 접속함을 세분화시켜 모델링 한 후 상호 연결시킴으로써 각각의 절연보강층의 단위 증가부분을 상세히 모델링 하였다. 그리고 각 부분의 R, L, C를 계산한 다음 (b)와 같이 등가모델을 구성하였다.
개폐과전압을 해석하기 위한 혼합송전선로 구성은 이미 분석한 정상상태나 뇌과전압 분석의 경우와 동일하다. 각 선로의 선로정수는 ATP-LCC를 사용하여 계산하였다. 개폐 과전압의 크기는 차단기 투입 재투입시 교류전압의 위상에 따라 변화하므로 서지를 분석하기 위해서는 0^°에서 360^°의 사이의 무작위 수를 선택하고 정규분포 또는 균일분포 등의 통계적인 확률 분포를 이용해 표준편차(σ)에 따라 무작위로 반복하여 개폐과전압을 계산하여야한다 그림 4는 통계스위치의 확률분포에 따른 정규분포와 균일분포의 형태를 나타낸 것이다.
뇌과전압 해석은 지중인입철탑의 가공지선에 뇌격이 침입하였을 경우를 가정하여 케이블 도체에 뇌격시 증가하는 도체전압을 해석하여 비교 분석하였다. 뇌격조건은 표 2와 같으며 해석대상 Case는 정상상태와 동일하다.
또한 허용전류의 약 80%인 1,000A를 선정하였고 대지저항률은 100[Ω.m]로 정한 후 모델링하였다.
본 논문에서는 혼합송전선로에서 정확한 EMTP의 과도해석을 위하여 지중선로 NJ, IJ의 상세 모델링을 고려하지 않은 기존 혼합송전선로와 R, L, C선로정수를 이용하여 NJ, IJ의 상세 모델링을 고려한 혼합송전선로의 두 가지의 경우로 나누어 정상상태 및 과도상태에서 도체과전압을 해석한 후 비교 분석하였다.
이에 따라 정확한 과도해석을 수행하기 위해 기존 EMTP 해석의 한계 때문에 고려되지 않았던 송전계통에서의 정확한 접속함 모델링을 위해 본 논문에서는 R, L, C 선로정수를 이용하여 접속함을 상세 모델링한 후 이 모델링을 고려한 혼합송전선로를 구성하여 상세 모델 전 후로 나누어 정상상태 및 과도상태에서의 도체과도전압을 해석한 후 비교 분석하였다.

대상 데이터

표 1은 모델링 조건에서의 케이블 규격이다. OF 케이블 2,000mm²를 선정하였고 배열방식은 정삼각배열을 채용하였다. 가공송전선로는 1.
OF 케이블 2,000mm²를 선정하였고 배열방식은 정삼각배열을 채용하였다. 가공송전선로는 1.5km, 지중송전선로는 1.8km이며, 접속함간의 길이는 300m로 하여 혼합송전선로를 구성하였다. 또한 허용전류의 약 80%인 1,000A를 선정하였고 대지저항률은 100[Ω.

데이터처리

여기서, 3상 차단기 동작시간에 따른 개폐과전압의 차이를 정확히 분석하기 위해 통계스위치를 사용하였다.

성능/효과

(2) 가공지선 뇌격시 도체과전압은 접속함 상세 모델링의 경우가 더 높았다 하지만 그 차이는 미미하였다.
(3) 재폐로시 개폐과전압도 뇌과전압과 같이 모든 접속함에서 NJ, IJ의 상세 모델링의 경우가 더 높았다.

후속연구

일반적으로 해석시 접속함은 상세 모델링을 하지 않는다. 그러나 고장이 발생하기 쉬운 접속함 부분의 정확한 모델링이 가능하다면 보다 정확한 해석결과가 도출될 수 있을 것으로 사료된다.
혼합송전계통의 과도해석에서 접속함을 상세 모델링하는 것은 좀 더 정확한 해석을 위해 필요하나 더 정확한 해석을 위해서는 접속함 구조의 보다 세밀한 모델링 작업이 이루어져야 할 것으로 사료된다.

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