10KV 배전 변압기 보호 구성을 위한 예비 연구

1. 링-메인 유닛의 배선 형태
1.1 링-메인 유닛의 구성

링-메인 유닛(RMU)은 구획으로 구성됩니다. 일반적으로 최소한 세 개의 구획이 있으며, 이 중 두 개는 링 케이블 입출력을 위한 구획이고 하나는 변압기 회로를 위한 구획입니다.

1.2 링-메인 유닛의 보호 모드 구성

링 케이블 피더 구획과 변압기 피더 구획 모두 부하 스위치를 채택하며, 일반적으로 제작, 절단, 접지 기능을 가진 3개 위치 부하 스위치를 사용합니다. 변압기 피더 구획은 또한 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기를 장착하고 있습니다. 실제 운전에서는 이것이 간단하고 신뢰성 있으며 경제적인 전력 분배 방법임이 입증되었습니다.

1.3 링-메인 유닛의 보호 구성 특징

부하 스위치는 정격 부하 전류를 전환하는 데 사용되며, 단순한 구조와 낮은 비용이 특징이나 단락 전류를 차단할 수 없습니다. 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기는 보호 요소로서 단락 전류를 차단할 수 있습니다. 이러한 두 요소를 유기적으로 결합하면 다양한 정상 및 장애 운전 모드에서의 전력 분배 시스템의 운전 및 보호 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 회로 차단기 파라미터 결정 및 구조 설계와 제조는 엄격한 표준에 따라 수행됩니다.

회로 차단기는 모든 보호 및 운전 기능을 가지지만, 구조가 복잡하고 비용이 높아 대규모 사용이 실질적으로 불가능합니다. 링-메인 유닛에서는 많은 수의 부하 스위치와 고단락 전류 차단용 백업 끊음기 조합 장치가 사용됩니다. 전기 장비의 운전 및 보호 기능은 완전히 동일하지 않으나, 두 가지 간단하고 저렴한 구성 요소를 통해 실현됩니다. 즉, 부하 스위치는 많은 수의 부하 전환 작업을 수행하고, 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기는 거의 발생하지 않는 단락을 보호하는데 사용됩니다. 이를 통해 복잡하고 비싼 회로 차단기의 사용을 피하면서도 실제 운전 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

• 회로 차단기는 모든 보호 및 운전 기능을 가지지만, 비용이 비쌉니다.

• 부하 스위치는 회로 차단기와 거의 동일한 성능을 가지지만, 단락 전류를 차단할 수 없습니다.

• 부하 스위치와 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기의 조합은 단락 전류를 차단할 수 있으며, 일부 끊음기의 차단 용량은 회로 차단기보다 더 높습니다. 따라서 이러한 조합을 사용하는 것은 회로 차단기를 사용하는 것만큼 효과적이지만, 비용은 크게 줄어듭니다.

1.4 부하 스위치와 고단락 전류 차단용 백업 끊음기 조합의 장점

부하 스위치와 고단락 전류 차단용 끊음기의 조합은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다:

1.4.1 무부하 변압기 전환 성능 우수

링-메인 유닛의 대부분의 부하는 배전 변압기입니다. 일반적으로 용량은 1250 KVA를 넘지 않으며, 드물게 1600 KVA에 달하기도 합니다. 배전 변압기의 무부하 전류는 일반적으로 정격 전류의 약 2%이며, 더 큰 배전 변압기의 무부하 전류는 더 작습니다. 링-메인 유닛이 무부하 변압기의 작은 전류를 전환할 때, 성능이 좋고 과전압이 크게 발생하지 않습니다.

1.4.2 배전 변압기의 효과적인 보호

특히 유변압기에 대해 부하 스위치와 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기를 사용하는 것이 회로 차단기를 사용하는 것보다 효과적입니다. 때때로 후자는 효과적인 보호를 제공하지 못할 수도 있습니다. 관련 정보에 따르면, 유변압기가 단락 고장이 발생할 때, 아크에 의해 생성된 압력이 상승하여, 기화된 기름의 거품이 원래 기름이 차지하던 공간을 차지하게 됩니다. 기름은 압력을 변압기 기름 탱크로 전달합니다. 단락이 계속되면 압력이 더욱 증가하여 기름 탱크가 변형되고 균열이 생깁니다.

기름 탱크가 손상되지 않도록 하려면 20 ms 내에 고장을 제거해야 합니다. 회로 차단기를 사용할 경우, 계전 보호 장치가 있어 자체 작동 시간과 소멸 시간을 포함해 전체 오프닝 시간은 일반적으로 60 ms 이상이므로 변압기를 효과적으로 보호할 수 없습니다. 그러나 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기는 빠른 차단 기능을 가지며, 전류 제한 기능과 함께 10 ms 내에 고장을 제거하고 단락 전류를 제한하여 변압기를 효과적으로 보호할 수 있습니다. 따라서 가능한 한 회로 차단기 대신 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기를 사용하여 전기 장비를 보호해야 합니다. 심지어 부하가 건식 변압기라도, 끊음기 보호는 빠르게 작동하여 회로 차단기를 사용하는 것보다 좋습니다.

1.4.3 계전 보호의 조정 측면에서

대부분의 경우, 링-메인 유닛에는 회로 차단기를 사용할 필요가 없습니다. 이는 링 배전 네트워크의 머리 부분(즉, 110KV 또는 220KV 변전소의 10KV 피더 회로 차단기)의 회로 차단기 보호 설정이 일반적으로 다음과 같기 때문입니다: 순간 보호 시간은 0초, 과전류 보호 시간은 0.5초, 영차 보호 시간은 0.5초입니다. 링-메인 유닛에서 회로 차단기를 사용하더라도, 설정 시간이 0초로 작동하더라도, 회로 차단기의 본래 작동 시간의 분산 때문에 링-메인 유닛의 회로 차단기가 상위 회로 차단기보다 먼저 작동한다는 것을 보장하기 어렵습니다.

1.4.4 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기는 하위 장비를 보호할 수 있음

예를 들어 전류 변환기, 케이블 등입니다. 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기의 보호 범위는 최소 융해 전류(보통 끊음기의 정격 전류의 2-3배)부터 최대 차단 용량까지입니다. 전류 제한형 끊음기의 전류-시간 특성은 일반적으로 급격한 역시간 곡선입니다. 단락이 발생한 후 매우 짧은 시간 내에 융해하여 고장을 제거할 수 있습니다. 만약 회로 차단기를 보호 장치로 사용한다면, 케이블, 전류 변환기, 변압기 부싱 등의 다른 전기 구성 요소의 열 안정성 요구 사항을 크게 증가시켜 전기 장비 및 프로젝트 비용을 늘릴 것입니다. 여기서 주목해야 할 점은, 부하 스위치와 고단락 전류 차단용 백업 끊음기의 조합을 사용할 때, 두 가지가 잘 조정되어야 한다는 것입니다. 끊음기가 3상 모두 융해하지 않을 경우, 끊음기의 트립 장치가 부하 스위치를 즉시 트립하여 단상 운전을 방지해야 합니다.

2. 종단 사용자의 고압실 배선 형태

표준 GB14285-1993 "계전 보호 및 안전 자동 장치 기술 규정"에 따르면, 배전 변압기의 보호 스위치기 선택 시, 용량이 800 KVA 이상일 때, 계전 보호 장치를 갖춘 회로 차단기를 선택해야 합니다. 이 규칙은 다음 두 가지 측면에서 이해할 수 있습니다:

• 배전 변압기의 용량이 800 KVA 이상일 때, 과거에는 대부분 유변압기였으며 가스 계전기를 장착했습니다. 회로 차단기를 사용하면 가스 계전기와 함께 변압기를 효과적으로 보호할 수 있습니다.

• 설비 용량이 800 KVA를 초과하는 사용자의 경우, 다양한 이유로 단상 접지 고장이 발생할 수 있으며, 이로 인해 영차 보호가 작동하여 회로 차단기가 트립하여 고장을 격리함으로써 주 변전소의 피더 회로 차단기가 작동하여 다른 사용자의 정상 공급에 영향을 미치지 않도록 합니다. 또한, 표준은 단일 변압기가 이 용량에 미치지 않더라도, 사용자의 배전 변압기의 총 용량이 800 KVA에 도달하면 이 요구 사항을 충족해야 함을 명확히 규정하고 있습니다. 현재, 대부분의 사용자의 고압 스위치기실 배선 방안은 기본 배선 방법이며, 이를 기반으로 일주일-일보조 입력 선 또는 버스바 구분을 가진 이중 입력 선 등의 배선 방법을 파생할 수 있습니다.

3. 결론

10kV 배전 변압기의 보호 구성은 주로 회로 차단기, 부하 스위치, 또는 부하 스위치와 끊음기의 조합을 포함합니다. 기술, 경제적 성능, 운영 관리 요소를 종합적으로 고려할 때, 10kV 링-메인 유닛이나 종단 사용자의 고압 배전 유닛에서 부하 스위치와 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기의 조합은 정격 부하 전류뿐만 아니라 단락 전류를 차단할 수 있고, 무부하 변압기 전환 성능을 가지며, 배전 변압기를 효과적으로 보호할 수 있습니다. 따라서 배전 변압기 보호 모드로 부하 스위치와 고단락 전류 차단용 백업 전류 제한형 끊음기의 조합을 권장합니다.