무하중 변압기의 AIS 고전압 분리 스위치로 인한 전환 중 발생하는 현상
고압 절연기 소개
고압 회로 차단기와 접지 스위치의 차이점
고압 회로 차단기 (Circuit Breaker)와 접지 스위치는 각각 전력 시스템에서 중요한 역할을 하는 두 가지 다른 기계식 전환 장치입니다.
고압 회로 차단기: 주로 회로가 열려 있는지 닫혀 있는지를 나타내는데 사용됩니다. 회로 차단기는 전류를 중단할 수 있어 실시간 조건에서 큰 전류를 차단하고 접촉점이 분리되고 복구 전압이 설정될 때 안정성을 유지할 수 있습니다. 고압 회로 차단기는 단락이나 과부하와 같은 결함으로부터 전력 시스템을 보호하는 데 일반적으로 사용됩니다.
접지 스위치: 주요 기능은 회로의 다양한 부분과 장비를 접지하여 안전한 접촉을 보장하는 것입니다. 접지 스위치는 전류를 중단할 수 없으므로 부하 전류를 차단하는 데 사용할 수 없습니다. 일반적으로 고압 회로 차단기와 함께 사용되어 회로 차단기가 열린 후 회로의 모든 부분이 신뢰성 있게 접지되어 우발적인 감전을 방지합니다.
AIS 고압 회로 차단기의 작동 제한 사항
공기 절연 개폐기(AIS)에서 고압 회로 차단기는 전류를 유도하거나 접촉점이 분리되고 복구 전압이 설정된 후에는 전류를 중단할 수 없습니다. 이는 회로 차단기가 실시간 조건에서 작동할 경우 소전류만 효과적으로 중단할 수 있다는 것을 의미합니다. 특히 접촉점 사이에 정격 전압이 나타날 때 회로 차단기는 소전류를 중단할 수 있지만 대전류나 무거운 부하를 처리할 수 없습니다.
접지 스위치의 기능
접지 스위치의 주요 역할은 회로의 다양한 부분을 접지하여 유지 관리 또는 검사 중 안전을 확보하는 것입니다. 고압 회로 차단기와 함께 사용하거나 독립적으로 사용할 수 있습니다. 회로를 접지함으로써 접지 스위치는 정전기 축적을 효과적으로 제거하고 우발적인 감전을 방지하며 이후 유지 관리 작업에 대한 안전을 제공합니다.
용량성 및 무부하 변압기 전환 개요
고압 회로 차단기의 용량성 전류 전환 능력
IEC 표준에 따르면 고압 회로 차단기는 특별히 고장 전류를 중단하도록 설계되어 있지 않지만, 실시간 조건에서 작동하므로 소전류를 중단해야 합니다. IEC의 절연기(분리기) 정의에 따르면 회로 차단기(절연기)는 소전류가 중단되거나 연결되는 회로를 열거나 닫을 수 있으며, 회로 차단기의 극 사이의 전압이 변하지 않는 경우에도 가능합니다.
명시적으로 언급되지 않았지만, 이 설명은 특정 응용 분야에서 버스 전환 스위치라고도 불리는 작은 용량성 충전 전류와 루프 전환(병렬 전환)을 지칭하는 것으로 해석될 수 있습니다. IEC 62271-102는 이를 확인하고 "미미한" 용량성 충전 전류의 상한을 0.5 A로 설정하며, 더 높은 값은 사용자와 제조업체 간의 합의가 필요합니다.
정격 버스 전환 전류
IEC 62271-102에 따르면 정격 버스 전환 전류는 다음과 같이 지정됩니다:
전압 수준 52 kV < Ur < 245 kV인 경우, 버스 전환 전류는 회로 차단기의 정격 정상 전류의 80%이지만 1600 A로 제한됩니다.
전압 수준 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV인 경우, 버스 전환 전류는 회로 차단기의 정격 정상 전류의 60%입니다.
전압 수준 Ur > 550 kV인 경우, 버스 전환 전류는 회로 차단기의 정격 정상 전류의 80%이지만 4000 A로 제한됩니다.
무부하 변압기 전환의 적용
실제로, 특히 북아메리카에서는 공기 회로 차단기가 무부하 변압기 전환에 널리 사용됩니다. 무부하 변압기의 자속 전류는 일반적으로 매우 낮으며, 대부분 1 A 미만입니다. 이 경우 변압기는 직렬 RLC 회로(그림 1 참조)로 표현될 수 있으며, 관련 진동은 저감진이며 진폭 계수는 1.4 이하입니다.
병렬 송전 루프 간의 루프 전환
또 다른 일반적인 방법은 루프 임피던스가 높아 전류가 낮아지는 병렬 송전 루프 간의 전환으로 버스 전환을 확장하는 것입니다. 이 접근법은 전환 중 아크 생성과 전압 변동을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
보조 전환 장치의 적용
북아메리카에서 널리 사용되지만 다른 지역에서는 덜 일반적인 방법은 전환 이벤트의 심각성을 완화하기 위해 보조 전환 장치를 추가하는 것입니다. 예를 들어, 이러한 장치는 재점화의 발생을 최소화하거나 더 높은 절단 용량을 달성할 수 있습니다. 보조 전환 장치의 사용은 특히 고전류나 복잡한 회로를 처리할 때 시스템의 신뢰성과 안전성을 향상시킬 수 있습니다.
AIS 고압 절연기를 사용한 무부하 변압기 전환
72.5~245 kV 범위에서 무부하 변압기 전환에는 AIS 고압 절연기가 일반적으로 사용됩니다. 무부하 변압기의 자속 전류는 일반적으로 매우 낮기 때문에(대부분 1 A 이하), 절연기는 안전하게 전환 작업을 수행할 수 있습니다. 변압기는 직렬 RLC 회로로 간소화될 수 있으며, 관련 진동은 저감진이며 진폭 계수는 1.4 이하입니다.
이 시나리오에서 절연기의 주요 작업은 변압기의 자속 전류가 전환 중에 유의미한 아크나 전압 변동을 일으키지 않도록 하는 것입니다. 적절한 설계와 운영을 통해 AIS 고압 절연기는 이러한 작업을 효과적으로 수행하여 전력 시스템의 안전하고 안정적인 작동을 보장할 수 있습니다.
실제 필드 전환 이벤트의 추적이 그림 2에 표시되어 있습니다.
그림 3에 표시된 바와 같이, 분리 스위치 사이의 일시적 복구 전압(TRV)은 소스 전압과 변압기 측 진동의 차이입니다.
전류 중단: 유전체 이벤트
전류 중단은 기본적으로 접촉점 사이의 간격이 일시적 복구 전압(TRV)을 견딜 수 있을 만큼 충분히 커질 때 발생합니다. 이 과정은 본질적으로 유전체 이벤트로, 접촉점 사이의 공기 또는 진공의 절연 강도가 적용된 전압을 초월하여 아크를 소멸시키고 전류 흐름을 중단합니다.
무부하 변압기의 자속 전류 중단
무부하 변압기의 자속 전류 중단은 반복적인 열림-닫힘 이벤트로, 여러 번의 재점화를 유발할 수 있습니다. 각 재점화는 서지 전류를 유발하여 아크 지속 시간을 연장하고 전체 전환 시간을 연장하며 아크 접촉점의 마모를 초래할 수 있습니다. 이러한 이벤트의 반복적인 특성은 전환 장비에 상당한 스트레스를 가하고 시간이 지남에 따라 성능을 저하시킬 수 있습니다.
이러한 영향을 완화하기 위해서는 전환 장치가 자속 전류의 특정 특성, 예를 들어 인러시(inrush) 동작 및 관련 일시적 전압을 처리할 수 있도록 하는 것이 중요합니다. 적절한 설계와 선택된 전환 장비, 그리고 서지 철회기(surge arrester) 또는 감쇠 저항(damping resistor)과 같은 보조 장치의 사용은 재점화 가능성과 시스템에 미치는 영향을 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
