전력망에서 회로 차단기 전환 중 발생하는 기본 현상의 설명
회로 차단기 스위칭 용어는 실제 이벤트를 고려하여 이해할 수 있습니다.
그림 1부터 3까지는 진공 회로 차단기(Vacuum Circuit Breaker)에서의 접지되지 않은 3상 고장 전류 테스트(Close-Open, CO) 추적을 보여줍니다 (KEMA 제공).
각 그림을 차례대로 살펴보면, 용어는 다음과 같습니다:
회로 차단기 트리핑 순서 및 관련 양
그림 1에서 다음의 일련의 사건들을 상세히 관찰할 수 있습니다:
1. 초기 상태:
회로 차단기는 열린 상태에서 시작합니다.
폐쇄 코일에 폐쇄 신호가 적용되어 폐쇄 작동이 시작됩니다.
2. 폐쇄 과정:
짧은 전기 지연 후, 이동 접점이 움직이기 시작하며 (이동 그래프의 하단 곡선 참조) 결국 정지 접점과 접촉합니다. 이 순간을 접촉 또는 접촉 폐쇄라고 합니다. 실제로 접점 사이의 사전 분해로 인해, 실제 전기 연결은 기계적 접촉보다 약간 먼저 발생할 수 있습니다.
폐쇄 신호가 적용된 시점부터 접촉이 이루어질 때까지의 시간 간격을 기계적 폐쇄 시간이라고 합니다.
3. 폐쇄 상태 및 고장 전류:
폐쇄되면 회로 차단기는 고장 전류를 운반합니다. 이후 트리핑 코일에 트리핑 신호가 적용되어 회로 차단기의 개방(또는 트리핑) 과정이 시작됩니다.
짧은 전기 지연 후, 이동 접점이 정지 접점으로부터 멀어지며, 기계적으로 분리됩니다. 이 순간을 접촉 분리, 접촉 분리 또는 접촉 개방이라고 합니다.
트리핑 신호가 적용된 시점부터 접촉 분리가 이루어질 때까지의 시간 간격을 기계적 개방 시간이라고 합니다.
4. 아크 형성 및 전류 중단:
접점이 분리되면서 전기 아크가 형성됩니다. 전류는 제로 크로스 포인트에서 중단을 시도하며, 첫 번째로 b상, 그 다음 a상, 마지막으로 c상에서 성공적으로 중단됩니다.
c상은 완전한 중단을 달성하는 첫 번째 상이며, 아크 지속 시간(접촉 분리와 전류 중단 사이의 시간)은 대략 반 주기입니다. c상의 중단 시간(또는 차단기 시간)은 기계적 개방 시간과 아크 지속 시간의 합입니다.
5. 중단 중의 전류 분포:
c상에서 전류가 중단되는 순간, a상과 b상의 전류는 30°로 이동하며, 크기는 같지만 극성이 반대가 됩니다. 선두 상(a상)의 전류는 반주기가 단축되고, 후행 상(b상)의 전류는 반주기가 연장됩니다.
총 청소 시간은 기계적 개방 시간과 a상 또는 b상에서 관찰된 최대 아크 지속 시간의 합입니다.
회로 차단기 스위칭 전류 관련 양:
그림 2에서 다음과 같이 볼 수 있습니다:
전압 피크에서 발생한 고장의 경우, 전류는 대칭적입니다. 대칭적이라는 것은 각 반주기의 전류, 즉 전류 루프가 이전 반주기의 전류와 동일하다는 것을 의미합니다. a상의 전류는 전압 피크 직전에 고장이 발생했기 때문에 거의 대칭적입니다.
b상과 c상의 전류는 비대칭적이며, 긴 루프와 짧은 루프, 즉 주요 루프와 부차적인 루프로 구성됩니다.
전압 제로 크로스에서 고장이 발생하면 최대 비대칭성이 나타납니다.
회로 차단기 스위칭 전압 관련 양
그림 3에서 다음과 같은 일련의 사건들을 상세히 관찰할 수 있습니다:
전류 제로 크로스:
매 60초마다 전류 제로 크로스가 발생합니다. 접점이 분리된 후, 다음 제로 크로스에 가장 가까운 폴이 먼저 전류 중단을 시도합니다. 이 경우, b상 폴이 첫 번째 제로 크로스에 가장 가까워서 전류 중단을 시도합니다.
2. 초기 전류 중단 시도:
b상 폴이 전류 중단을 시도하지만, 접점이 일시적인 회복 전압(TRV)을 견디기에 너무 가까워 재점화됩니다.
a상 폴도 마찬가지로 전류 중단을 시도하지만, 역시 실패하고 재점화됩니다.
3. 성공적인 전류 중단:
마침내 c상 폴이 전류를 성공적으로 중단하여 시스템이 TRV와 교류 회복 전압(AC 회복 전압)으로 복원됩니다.
4. 일시적인 회복 전압(TRV):
정의: TRV는 회로 차단기의 전력측 전압이 고장 전 시스템 전압으로 회복되는 과정에서 발생하는 일시적인 진동입니다.
행동: TRV는 AC 회복 전압을 중심축으로 진동하며, 이는 목표점이나 진동 축 역할을 합니다. TRV의 피크 값은 회로의 감쇠에 따라 달라집니다.
진동 지속 시간: 파형에서 보이는 것처럼, TRV는 전력 주파수의 1/4 주기(즉, 90도) 동안 진동합니다.
폴에 대한 영향: 첫 번째로 클리어링된 폴(이 경우 c상)은 전체 일시적인 진동을 경험하므로 가장 높은 TRV에 노출됩니다.
5. 후속 폴 클리어링:
a상과 b상 폴은 c상보다 90도 늦게 클리어링됩니다.
이들 폴은 c상에 비해 낮은 TRV 값을 경험하며, 극성이 반대입니다.
AC 회복 전압은 두 상 사이에서 공유되는 라인 전압입니다.
