전기 회로 차단기로 인한 그리드의 단락 고장 차단(SLF) 원리
송전선로에서의 고주파 일시적인 회복 전압 (TRV)
송전선로에서 100미터에서 수킬로미터까지의 거리에서 고장이 발생하면, 단거리 고장(SLF)을 제거하기 위해 회로 차단기(CB)가 필요합니다. 회로 차단기가 고장을 제거하는 과정은 높은 상승률을 가진 일시적인 회복 전압(TRV)을 생성할 수 있으며, 이는 톱니 모양의 파형으로 나타나는 경우가 많습니다. 이 현상은 선로를 따라 전파되고 회로 차단기 단자와 고장 지점 사이에서 반사되는 여행파에 의해 생성되는 고주파 진동 때문입니다.
고장 중단 시 주요 현상
고주파 진동과 톱니 모양 파형:
회로 차단기가 SLF 조건 하에서 고장 전류를 중단할 때, 전류와 전압의 급격한 변화로 인해 고주파 진동이 생성됩니다. 이러한 진동은 높은 상승률을 가진 TRV를 초래하며, 이를 톱니 또는 삼각형 파형으로 시각화할 수 있습니다.
톱니 모양은 선로를 따라 전파되고 회로 차단기 단자와 고장 위치 사이에서 반사되는 여행파 때문에 발생합니다. 각각의 반사는 TRV의 진동적 행동에 기여하여 전압 파형에 여러 피크와 계곡을 생성합니다.
전원 측의 진동:
회로 차단기의 전원 측(전력 시스템에 연결된 측)에서는 회로 차단기 단자의 전압이 시스템 전압 수준, 즉 변압기 단자의 전압으로 돌아갑니다. 이 전환은 전원 회로에서 전력 주파수(예: 50 Hz 또는 60 Hz)에서 진동을 유발합니다.
전력 주파수 진동은 고장이 제거될 때 회로 구성을 갑작스럽게 변경함으로써 시스템의 일시적인 응답을 유발합니다. 이 진동은 시간이 지남에 따라 시스템이 안정화되면서 점차 감소합니다.
선로 측의 진동:
회로 차단기의 선로 측(송전선로에 연결된 측)에서는 고장이 중단된 후 회로 차단기 단자의 전압이 거의 지면 전위로 떨어집니다. 이 하락은 여행파와 반사파로 인해 선로를 따라 전파되며, 톱니(삼각형) 형태의 진동을 생성합니다.
선로 측 회로는 작은 감쇠를 가진 분포 매개변수 회로로 근사할 수 있습니다. 회로 차단기 단자와 고장 지점 사이의 반사는 전압을 진동시키며, 톱니 모양의 파형을 생성합니다. 이러한 진동의 주파수는 전력 주파수보다 훨씬 높으며, 파동의 전파 속도와 회로 차단기와 고장 사이의 거리에 영향을 받습니다.
선로 측 회로의 근사
선로 측 회로는 단위 길이 당 저항, 자속, 및 용량과 같은 분포 매개변수를 가진 작은 감쇠 회로로 모델링할 수 있습니다. 이 모델은 여행파와 그 반사의 행동을 이해하는 데 도움이 됩니다. 이 모델의 주요 특징은 다음과 같습니다:
전파 지연: 파동이 회로 차단기 단자에서 고장 지점까지 왕복하는데 걸리는 시간.
반사 계수: 입사파 진폭 대비 반사파 진폭의 비율로, 선로와 고장 사이의 임피던스 불일치에 따라 달라집니다.
감쇠: 파동이 선로를 따라 전파하면서 선로의 저항과 도전도에 의해 진폭이 감소하는 정도.
회로 차단기 단자와 선로 측에서의 TRV 파형
회로 차단기 단자와 선로 측에서 관찰되는 TRV 파형은 다음과 같이 요약할 수 있습니다:
전원 측 (회로 차단기 단자):
전압이 시스템 전압 수준으로 돌아가며, 전력 주파수 진동을 유발합니다.
선로 측의 고주파 진동에 비해 이 진동은 상대적으로 느립니다.
선로 측 (회로 차단기 단자):
전압이 거의 지면 전위로 떨어지며, 고주파 톱니(삼각형) 파형을 생성합니다.
톱니 모양은 선로를 따라 전파되고 반사되는 파동에 의해 발생하는 전압의 급격한 변화 때문입니다.
TRV 파형의 시각적 표현
회로 차단기 단자와 선로 측에서의 TRV 파형을 보여주는 일반적인 도표는 다음과 같이 나타냅니다:
전원 측 TRV: 시스템 전압으로 서서히 상승한 후, 전력 주파수 진동을 따르는 파형.
선로 측 TRV: 거의 0으로 급격히 하락한 후, 고주파 피크와 계곡으로 이루어진 톱니 또는 삼각형 모양의 파형.
