전력 시스템에서 절연 조정이란 무엇인가요

전력 시스템에서의 절연 조정이란?

절연 조정 정의

절연 조정은 전기 절연을 전략적으로 배치하여 시스템 손상을 최소화하고 고장 시 쉽게 수리를 할 수 있도록 하는 것입니다.

시스템 전압

명목상 및 최대 시스템 전압을 이해하는 것은 다양한 작동 조건을 처리할 수 있는 전력 시스템의 절연 설계에 필수적입니다.

명목상 시스템 전압

명목상 시스템 전압은 시스템이 일반적으로 설계된 상간 전압입니다. 예를 들어 11 KV, 33 KV, 132 KV, 220 KV, 400 KV 시스템 등이 있습니다.

최대 시스템 전압

최대 시스템 전압은 전력 시스템이 무부하 또는 저부하 상태에서 오랜 시간 동안 발생할 수 있는 허용 가능한 최대 전력 주파수 전압입니다. 이 또한 상간 방식으로 측정됩니다.

다음은 참고용으로 다른 명목상 시스템 전압과 그에 대응하는 최대 시스템 전압의 목록입니다,

참고 - 위 표에서 보듯이 일반적으로 최대 시스템 전압은 220 KV까지는 해당 명목상 시스템 전압의 110 %이고, 400 KV 이상에서는 105 %입니다.

접지 요인

이는 접지 고장 시 건전한 상에서의 최고 RMS 상-대-지 전력 주파수 전압과 고장 없이 선택된 위치에서 얻을 수 있는 RMS 상간 전력 주파수 전압의 비율입니다.

이 비율은 일반적으로 선택된 고장 위치에서 시스템의 접지 조건을 특성화합니다.

효과적인 접지 시스템

접지 요인이 80 %를 초과하지 않으면 시스템은 효과적으로 접지되었다고 말하며, 그렇지 않으면 효과적으로 접지되지 않았다고 합니다.

독립 중성 시스템의 경우 접지 요인은 100 %이며, 완전 접지 시스템의 경우 57.7 % (1/√3 = 0.577)입니다.

절연 수준

모든 전기 장비는 전체 서비스 기간 동안 다양한 비정상적인 일시적 과전압 상황을 겪게 됩니다. 장비는 번개 충격, 스위칭 충격 및/또는 짧은 기간의 전력 주파수 과전압을 견뎌야 할 수 있습니다. 한 전력 시스템 구성 요소가 견딜 수 있는 임펄스 전압 및 짧은 기간의 전력 주파수 과전압의 최대 수준에 따라 고전압 전력 시스템의 절연 수준이 결정됩니다.

300 KV 미만의 시스템의 절연 수준을 결정할 때는 번개 충격 견디는 전압과 짧은 기간의 전력 주파수 견디는 전압을 고려합니다. 300 KV 이상의 장비의 경우에는 스위칭 충격 견디는 전압과 짧은 기간의 전력 주파수 견디는 전압을 고려합니다.

번개 충격 전압

자연적인 번개로 인한 시스템 교란은 세 가지 기본 파형으로 나타낼 수 있습니다. 번개 충격 전압이 변전기를 통과하기 전에 전송선을 따라 어느 정도 거리를 이동하면 그 파형은 완전파 형태로 접근하며, 이를 1.2/50 파라고 합니다. 이동 도중 번개 교란 파가 절연체를 통해 플래시오버를 일으키면 파형은 잘린 파 형태가 됩니다. 만약 번개가 직접 절연체에 직격하면 번개 충격 전압은 플래시오버로 해소될 때까지 급격히 상승하다가 갑자기 매우 급격하게 하락합니다. 이 세 가지 파는 지속 시간과 형태가 다릅니다.

스위칭 충격

스위칭 작업 중에는 시스템에 단극 전압이 나타날 수 있습니다. 이러한 파형은 주기적으로 감쇠되거나 진동하는 형태일 수 있습니다. 스위칭 충격 파형은 급격한 앞부분과 긴 감쇠 진동 뒷부분을 가집니다.

짧은 기간의 전력 주파수 견디는 전압

짧은 기간의 전력 주파수 견디는 전압은 전기 장비가 일반적으로 60초 동안 견뎌야 하는 정현파 전력 주파수 전압의 규정된 RMS 값입니다.

보호 장치

서지 아레스터 또는 번개 아레스터와 같은 과전압 보호 장치는 특정 수준의 일시적 과전압을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 이 수준을 초과하면 장치는 서지 에너지를 지면으로 배출하여 일시적 과전압을 특정 수준까지 유지합니다. 따라서 일시적 과전압이 이 수준을 초과하지 않습니다. 과전압 보호 장치의 보호 수준은 스위칭 충격 및 번개 충격이 적용되었을 때 과전압 보호 장치의 단자에서 초과되어서는 안 되는 최고 피크 전압 값입니다.

방호선 또는 접지선 사용

공중 전송선에서 직접적인 번개 타격으로 인해 번개 서지가 발생할 수 있습니다. 적절한 높이에서 상단 전도체 위에 방호선 또는 접지선을 설치하면 이러한 선들을 보호할 수 있습니다. 이 방호선이 전송탑에 제대로 연결되고 탑이 잘 접지되면, 방호선의 보호 각도 내의 모든 전도체에 대한 직접적인 번개 타격을 방지할 수 있습니다. 방호선은 또한 전기 변전소와 그 장비를 번개로부터 보호합니다.

전통적인 절연 조정 방법

이미 논의했듯이 전력 시스템의 구성 요소는 스위칭 및 번개 충격 전압과 같은 다양한 수준의 일시적 전압 스트레스를 경험할 수 있습니다. 번개 아레스터와 같은 보호 장치를 사용하면 이러한 일시적 과전압의 최대 진폭을 제한할 수 있습니다. 보호 장치의 보호 수준보다 높은 절연 수준을 유지함으로써 절연 붕괴의 가능성이 최소화됩니다. 이렇게 하면 어떤 일시적 과전압이라도 보호 수준이 설정한 안전한 범위 내로 유지됩니다.

일반적으로 임펄스 절연 수준은 보호 장치의 보호 전압 수준보다 15%에서 25% 높게 설정됩니다.

통계적 절연 조정 방법

더 높은 전송 전압에서는 절연체 줄의 길이와 공기 간격이 전압과 함께 선형적으로 증가하지 않고 대략 V1.6으로 증가합니다. 서로 다른 과전압에 대한 현수식 절연체 줄의 필요한 절연판 개수는 아래에 표시되어 있습니다. 220 KV 시스템의 경우, 과전압 계수가 2에서 3.5로 증가할 때 절연판의 수는 약간만 증가하지만, 750 kV 시스템의 경우 급격히 증가합니다. 따라서, 더 낮은 전압 선들은 3.5(예)까지의 과전압 계수까지 경제적으로 보호할 수 있지만, 더 높은 전압 선들의 경우 2에서 2.5를 넘는 과전압 계수는 확실히 경제적이지 않습니다. 더 높은 전압 시스템에서는 스위칭 과전압이 주요한데, 이는 스위칭 장치의 적절한 설계로 통제할 수 있습니다.

경제적 효율성

절연 조정은 특히 더 높은 전압 수준에서 기술 요구 사항과 경제적 실현 가능성 사이의 균형을 맞추어야 합니다.