고압 회로 차단기에서의 위상 이탈 전류 스위칭

동일한 작동 전압을 가진 전력 네트워크의 두 부분이 결합될 때, 그들의 등가 소스가 서로 다른 위상각을 가지면 일부 또는 모든 위상이 180° 상이할 경우 위상 이동 스위칭 현상이 발생합니다. 스위칭 작업 중에 회로 차단기는 서로 다른 위상각을 가진 소스 전압을 마주하게 되어 연결부에서 위상 이동 전류가 발생합니다. 이러한 전류는 연결부 양쪽의 회로 차단기들에 의해 신뢰성 있게 차단되어야 합니다.

구체적으로, 소스 전압을 나타내는 회전 벡터 사이의 위상각 차이는 동기화되지 않은 순간적인 전압 파형을 초래하여 스위칭 순간에 상당한 일시적 전류와 전압 스트레스를 유발합니다. 일시적 복구 전압(TRV)의 경우, 회로 차단기 양쪽에 활성 전력 소스가 있어 스위칭 작업의 복잡성과 도전 과제가 증가합니다.

그림 1에 표시된 바와 같이, 전력 소스 S1과 S2가 서로 다른 위상각을 가진 두 소스를 나타낸다고 가정해봅시다. 회로 차단기가 이 두 소스 사이를 스위칭할 때, 위상각 차이로 인해 일시적 전류가 크게 증가하여 회로 차단기에 더 큰 차단 요구사항을 부과합니다. 따라서 회로 차단기는 이러한 고스트레스 조건을 처리할 충분한 능력을 가져야 하며, 안전하고 신뢰성 있는 스위칭 작업을 보장해야 합니다.

주요 포인트 요약

• 위상 이동 스위칭: 서로 다른 위상각을 가진 두 소스 사이에서 스위칭할 때 발생합니다.

• 일시적 전류: 위상각 차이로 인해 상당한 일시적 전류가 발생합니다.

• 일시적 복구 전압(TRV): 회로 차단기 양쪽에 활성 전력 소스가 있어 스위칭 작업의 복잡성이 증가합니다.

• 회로 차단기 요구 사항: 회로 차단기는 고스트레스 조건을 처리할 수 있어야 하며, 안전하고 신뢰성 있는 스위칭 작업을 보장해야 합니다.

이전에 논의된 고장 스위칭 작업에서는 부하 측의 일시적 복구 전압(TRV) 구성 요소가 궁극적으로 0으로 감소합니다. 그러나 위상 이동 스위칭에서는 S2 측의 TRV 구성 요소가 S2 소스의 전력 주파수 복구 전압(RV)으로 점진적으로 감소합니다. 그림 2에서 두 소스 간의 전압 위상 차이가 90°이고, 단락 반응기는 동일한 임피던스를 가짐을 가정합니다.

따라서 위상 이동 스위칭 작업의 주요 특징은 매우 높은 TRV 피크이며, 재접속 전압 상승률(RRRV)과 전류는 비교적 적절한 수준을 유지합니다. 위상 이동 조건에서의 TRV 피크가 모든 스위칭 작업 중 가장 높기 때문에, 장거리 송전선路上的翻译似乎被截断了。请允许我继续完成剩余部分的韩语翻译。

따라서 위상 이동 스위칭 작업의 주요 특징은 매우 높은 TRV 피크이며, 재접속 전압 상승률(RRRV)과 전류는 비교적 적절한 수준을 유지합니다. 위상 이동 조건에서의 TRV 피크가 모든 스위칭 작업 중 가장 높기 때문에, 장거리 송전선의 고장 제거나 시리즈 보상 선로의 고장 처리와 같은 다른 복잡한 스위칭 조건을 평가하는 기준으로 자주 사용됩니다.

주요 포인트 요약:

• 부하 측 TRV: 모든 경우에서 부하 측의 TRV 구성 요소는 0으로 감소합니다. 위상 이동에서의 S2 측 TRV: S2 소스의 전력 주파수 복구 전압(RV)으로 감소합니다.

• TRV 피크: 위상 이동 스위칭에서 매우 높습니다.

• RRRV 및 전류: 비교적 적절한 수준을 유지합니다.

• 참조 기준: 위상 이동 조건에서의 TRV 피크가 가장 높아, 다른 복잡한 스위칭 조건을 평가하는 일반적인 기준이 됩니다.

위상 이동 스위칭에서의 TRV 특성

이전에 논의된 고장 스위칭 시나리오에서, 부하 측의 일시적 복구 전압(TRV) 구성 요소는 모든 경우에서 0으로 감소합니다. 그러나 위상 이동 스위칭에서는 S2 측의 TRV 구성 요소가 S2 소스의 전력 주파수 복구 전압(RV)으로 감소합니다. 그림 2에서 두 소스 간의 전압 위상 차이가 90°이고, 단락 반응기는 동일하다고 가정합니다.

세부 설명

이전에 논의된 고장 스위칭 시나리오에서, 부하 측의 일시적 복구 전압(TRV) 구성 요소는 항상 0으로 감소합니다. 그러나 위상 이동 스위칭에서는 S2 측의 TRV 구성 요소가 S2 소스의 전력 주파수 복구 전압(RV)으로 감소합니다. 그림 2에서 두 전력 소스 간의 위상 차이가 90°이고, 단락 반응기는 동일하다고 가정합니다.

따라서 위상 이동 스위칭 작업의 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 매우 높은 TRV 피크: TRV의 피크 값은 다른 스위칭 모드에 비해 상당히 높습니다.

• 적절한 RRRV 및 전류: 재접속 전압 상승률(RRRV)과 전류 수준은 높은 TRV 피크에도 불구하고 적절한 수준을 유지합니다.

위상 이동 조건에서의 TRV 피크가 모든 스위칭 모드 중 가장 높기 때문에, 이 시나리오는 다음과 같은 다른 특수 스위칭 조건을 평가하는 기준으로 자주 사용됩니다:

• 장거리 송전선의 고장 제거

• 시리즈 보상 선로의 고장 처리

주요 포인트 요약:

• 부하 측 TRV: 모든 고장 스위칭 시나리오에서 항상 0으로 감소합니다.

• S2-측 TRV (위상 이동): S2 소스의 전력 주파수 복구 전압(RV)으로 감소합니다.

• TRV 피크: 위상 이동 스위칭에서 매우 높습니다.

• RRRV 및 전류: 비교적 적절한 수준을 유지합니다.

• 참조 기준: 위상 이동 조건에서의 TRV 피크가 가장 높아, 다른 복잡한 스위칭 조건을 평가하는 일반적인 기준이 됩니다.

그림 3은 위상 이동 조건을 초래할 수 있는 두 가지 시나리오를 보여줍니다. 첫 번째 시나리오(왼쪽 이미지)에서는 회로 차단기가 잘못된 위상각으로 발전기를 그리드에 연결합니다. 두 번째 시나리오(오른쪽 이미지)에서는 전송 네트워크의 다른 부분이 종종 네트워크의 어딘가에서 단락이 발생하여 동기화를 잃습니다.

두 경우 모두 위상 이동 전류가 네트워크를 통해 흐르며, 회로 차단기들이 이를 신뢰성 있게 차단해야 합니다. 이러한 상황은 위상 이동으로 인해 높은 일시적 전류와 전압이 발생하여 회로 차단기들이 이러한 극단적인 조건을 효과적으로 처리해야 하는 전력 시스템에 상당한 도전을 제기합니다.

주요 포인트 요약:

• 시나리오 1 (왼쪽 이미지): 발전기가 잘못된 위상각으로 그리드에 연결되어 위상 이동이 발생합니다.

• 시나리오 2 (오른쪽 이미지): 전송 네트워크의 다른 부분이 일반적으로 단락으로 인해 동기화를 잃어 위상 이동이 발생합니다.

• 위상 이동 전류: 두 시나리오 모두 위상 이동 전류가 네트워크를 통해 흐릅니다.

• 회로 차단기 요구 사항: 회로 차단기들은 시스템의 안정성과 안전성을 유지하기 위해 이러한 위상 이동 전류를 신뢰성 있게 차단해야 합니다.

발전기와 시스템 간의 스위칭

승압 변압기를 사용할 때, 발전기와 전력 시스템 간의 스위칭은 변압기의 고전압(HV) 측이나 중간 전압(MV) 측에서 발생할 수 있습니다. 이 스위칭은 시스템 고장이나 발전소 트립뿐만 아니라 동기화 및 비동기화 이벤트에서도 발생할 수 있습니다.

비동기 상태의 심각성은 다음에 따라 달라집니다:

• 위상각 차이: 발전기와 그리드 간의 위상각 차이가 클수록 비동기 상태가 더 심각해집니다.

• 로터 자기화 상태: 발전기의 로터 자기화 수준도 비동기 상태의 심각성에 영향을 미칩니다. 일반적으로 자기화 제어 시스템은 비동기 상태의 영향을 최소화하기 위해 로터의 자기장 강도를 신속하게 줄입니다.

이러한 도전을 해결하기 위해 발전소는 다양한 보호 및 제어 장치를 갖추고 있습니다:

• 비동기 보호 장치: 발전기가 그리드와 동기화를 잃는 것을 감지하고 방지합니다.

• 동기화 확인 장치: 발전기가 올바른 위상각으로 그리드에 연결되도록 하여 비동기 상태를 방지합니다.

• 동기화 제어 장비: 발전기와 그리드 간의 부드러운 동기화를 도와줍니다.

그림 4는 승압 변압기, 발전기, 전력 시스템 간의 연결 및 관련 보호 및 제어 장치의 구성을 보여줍니다.

주요 포인트 요약:

• 스위칭 위치: 발전기와 전력 시스템 간의 스위칭은 승압 변압기의 고전압(HV) 측이나 중간 전압(MV) 측에서 발생할 수 있습니다.

• 비동기 상태: 비동기 상태의 심각성은 위상각 차이와 로터 자기화 상태에 따라 달라집니다.

• 보호 및 제어 장치: 발전소는 비동기 보호, 동기화 확인 장치, 동기화 제어 장비를 갖추어 안전하고 신뢰성 있는 스위칭 작업을 보장합니다.

두 시스템 간의 스위칭:

두 전력 시스템 간의 스위칭은 전력 불균형과 시스템 불안정 상태에서 일반적으로 발생합니다. 예를 들어, 대규모 시스템 교란, 시스템 복구 중, 보호 시스템의 오작동 등의 상황이 있습니다.

중요한 송전선은 보호 시스템 내에 비동기 차단 장치를 갖추거나, 시스템 전체의 특수 보호를 적용하여 심각한 비동기 상태에서 시스템 분리를 방지할 수 있습니다.

비동기 현상의 결론:

• 정격 비동기 전류는 정격 단락 전류의 25%로 제안되었습니다. 경제적 및 통계적 이유로, TRV 분석에서 최소 피크 값이 제안되었습니다: 2.0 p.u.의 RV와 25%의 오버슈트.

• 시스템 분리는 공중 전선의 연쇄적 트리핑과 함께 시스템 임피던스의 증가를 가져오므로, 정격 단락 전류의 25%라는 최대 값이 오늘날에도 합리적입니다. 비동기 전류의 최대 값은 고전압 회로 차단기의 성능에 중요한 매개변수입니다.

• 대규모 교란은 표준에서 언급된 TRV 피크 값과 관련된 105도에서 115도보다 훨씬 큰 비동기 각도를 보입니다. 이는 방사형 및 메쉬형 네트워크 모두에 적용되지만, 역사적 사건은 큰 비동기 각도와 낮은 운전 전압이 동시에 발생할 수 있음을 보여줍니다. 큰 비동기 각도와 낮은 운전 전압의 조합은 상대적으로 낮은 비동기 각도와 정격 전압(최대 운전 전압)의 상황에서 표준에서 언급된 것과 유사한 TRV 피크 값을 생성합니다.

• 전통적인 발전소를 연결하거나 분리하는 데 사용되는 송전 시스템 회로 차단기는 비동기 스위칭을 경험할 수도 있습니다. 불안정한 전력 스윙 중에 발전소를 분리하기 위해서는 시스템 분리와 동일한 고려 사항이 적용되지만, 변압기 제한 고장 테스트 조건을 지정해야 할 가능성을 고려해야 합니다.

• 잘못된 동기화로 인해 발전소를 분리하는 경우, 중간 전압 발전기 회로 차단기에 대해 설명된 유사한 조건과 요구 사항이 적용됩니다. 설계가 의무를 충족할 수 있는지 판단하기 위해 시뮬레이션이 필요합니다. 이러한 이벤트의 시뮬레이션에는 보호 시스템의 응답 시간, 발전기 전압의 침체 현상, 로터의 가속/감속을 포함하여, 발전기의 잘못된 동기화 후의 비동기 전류와 TRV가 사용자에 의해 규정된 조건(예: 180도)을 충족하는지 확인해야 합니다.