35kV 배전선로 단상 접지 고장 처리

배전선: 전력 시스템의 주요 구성 요소

배전선은 전력 시스템의 주요 구성 요소입니다. 동일한 전압 수준의 버스바에 여러 배전선(입력 또는 출력용)이 연결되며, 각각은 방사형으로 배열되어 배전 변압기에 연결됩니다. 이러한 변압기를 통해 저전압으로 변환된 전력은 다양한 최종 사용자에게 공급됩니다. 이러한 배전망에서는 상간 단락, 과전류(과부하), 일상 대지 단락 등의 고장이 자주 발생합니다. 이 중에서 일상 대지 단락이 가장 일반적이며, 전체 시스템 고장의 70% 이상을 차지합니다. 또한 많은 단락 고장은 일상 대지 단락에서 시작하여 다상 대지 단락으로 발전합니다.

일상 대지 단락은 배전선의 세 가지 상(A, B, C) 중 하나가 땅에 떨어져 나무, 건물, 기둥, 탑 등과 접촉하여 지구와 도전 경로를 형성하는 상황을 의미합니다. 또한 번개나 다른 대기 조건으로 인한 과전압으로 인해 배전 장비의 절연성이 손상되어 지구 대비 절연 저항이 크게 감소할 수도 있습니다.

저전류 접지 시스템에서 일상 대지 단락이 발생하면 완전한 고장 회로가 직접 형성되지 않습니다. 용량 접지 전류는 부하 전류보다 훨씬 작으며, 시스템의 선 전압은 대칭성을 유지하므로 사용자에게 즉시 전력 공급이 중단되지 않습니다. 따라서 규칙상 2시간 동안 한 개의 대지 고장 상태로 계속 운영할 수 있습니다. 그러나 고장이 없는 상의 전압은 지구 대비 상대적으로 상승하여 절연에 위협이 됩니다. 따라서 이미 대지 고장이 있는 라인은 신속히 식별하고 처리해야 합니다.

I. 35kV 보조 버스바의 일상 대지 단락 식별

일상 대지 단락, 페로레조넌스, 상 손실, 또는 전압 변압기(VT)의 고전압 퓨즈 폭발이 발생할 때 관찰되는 현상은 유사할 수 있지만, 세밀한 분석을 통해 구분할 수 있습니다.

• 일상 대지 단락:
  변전소 및 SCADA 시스템은 “35kV 버스바 접지” 또는 “아크 소멸 코일 No. X 활성화” 등의 신호를 발생시킵니다. 계전 보호장치는 트립하지 않지만 알람 신호를 트리거합니다. 고장 상의 전압은 하락하고, 다른 두 상의 전압은 상승합니다. 고장 상의 VT 지시등은 어두워지고, 다른 두 지시등은 밝아집니다. 고체(금속) 접지 고장의 경우, 고장 상의 전압은 0으로 하락하며, 다른 두 상의 대지 전압은 √3 배 증가하지만, 선 전압은 변하지 않습니다. VT의 3V₀ 출력은 약 100V를 읽고, 고조파 억제 라이트가 켜집니다. 아크 소멸 코일은 탭 설정에 해당하는 보상 전류와 같은 전류를 운반합니다. 소전류 고장 라인 선택기가 설치되어 있다면, 이를 활성화하여 고장 라인을 식별합니다. 고장이 변전소 내부에 있다면, 눈에 보이는 아크, 연기, 큰 전기 소음 등 물리적 징후로 고장 지점을 쉽게 식별할 수 있습니다.

• 페로레조넌스:
  중성점 이동 전압이 생성되어 세 상의 상 전압을 변경합니다. 일반적으로 한 상의 전압이 증가하고, 다른 두 상의 전압이 감소하거나 그 반대의 경우가 있으며, 선 전압도 따라 변경됩니다. 중성 전압이 0이 아니므로, 아크 소멸 코일을 통해 전류가 흐르고, 이동 전압의 크기에 따라 “버스바 접지” 신호가 발생할 수 있습니다.

• 상 손실:
  상실된 상의 상류측 전압은 정상 전압의 1.5배로 상승하고, 하류측 전압은 0으로 하락합니다. 고장 상의 전류는 0이 되고, 다른 두 상의 전압은 약간 감소합니다. 선 전압은 변하지 않습니다. 3V₀는 약 50V를 읽고, 아크 소멸 코일은 전류를 운반하며, 접지 신호가 발생합니다. 사용자는 전력 중단을 보고할 가능성이 큽니다.

• VT 고전압 퓨즈 폭발:
  폭발한 상의 전압은 크게 하락합니다(일반적으로 정상 상 전압의 절반 미만으로). 다른 상의 전압은 상승하지 않습니다. 선 전압은 불균형하게 됩니다. 버스바의 모든 출구 회로에서 “전압 회로 열림” 알람이 트리거됩니다. 3V₀는 약 33V를 읽고, 접지 신호가 발생합니다.

이 네 가지 조건—일상 대지, 페로레조넌스, 상 손실, VT 퓨즈 폭발—은 유사한 증상을 나타내지만, 상 전압, 선 전압, 3V₀, 아크 소멸 코일 전류, SCADA 자동화 신호, 제어실 운영자의 보고서 등을 철저히 분석하면 일상 대지 단락을 정확히 구분할 수 있습니다.

II. 35kV 보조 버스 일상 대지 단락 처리 절차

35kV 라인 접지 고장이 발생하면, 완안 변전소의 35kV 버스바에서 접지 알람이 발생합니다. 중앙 제어소 직원은 즉시 변전소 내 장비와 보호 상태(3V₀ 전압, 소전류 고장 라인 선택기 상태, 아크 소멸 코일 온도/전류 등)를 점검하도록 통보해야 하며, 라인 운영팀을 파견하여 라인 순찰을 수행해야 합니다. 중앙 제어소로부터 접지 고장 확인 피드백을 받은 후, 라인의 시험 스위칭(시험 트립)을 수행해야 합니다. 시험 스위칭 전에 중요한 사용자에게 통보해야 합니다. 

시험 스위칭 장치가 없는 시스템의 경우, SCADA를 통해 원격 트립이 가능하지만, 하류 변전소의 부하를 먼저 전송해야 합니다. 내부 브릿지 연결이 있는 시스템의 경우, 자동 전환 스위치(ATS)를 비활성화하여 건전한 구역으로 고장을 전환하는 것을 방지해야 합니다.특정 라인이 고장으로 식별되면, 우선적으로 해당 부하를 전환한 후 고장 라인을 서비스에서 제외해야 합니다. 라인 운영팀과 중앙 제어소 직원에게 35kV 라인 순찰과 관련 35kV 변전소 내 35kV 장비 점검을 통보해야 합니다. 

고장이 상간 단락으로 발전하여 갑작스런 정전을 초래하는 것을 방지하기 위해, 고장 장비를 신속히 위치 파악하고 격리해야 합니다. 또한 아크 소멸 코일의 과열과 손상을 방지하기 위해, 고장 장비는 일반적으로 2시간 이내에 격리해야 합니다. 코일의 온도 상승은 55°C 이하로 유지해야 하며, 이를 초과할 경우 즉시 일상 대지 운전을 중단하고 고장 장비를 분리해야 합니다. 접지 상태가 2시간 이상 지속될 경우 상황을 상위 관리자에게 보고해야 합니다.

III. 결론

배전선에서 일상 대지 단락이 발생할 때, 라인 전압의 크기와 위상은 변하지 않으므로, 고장 장비를 분리하지 않고 단기간 동안 계속 운영할 수 있습니다. 이는 공급 신뢰성을 향상시키지만, 두 건전한 상의 전압은 상간 수준으로 상승하여 절연 파괴와 후속 다상 대지 단락의 위험이 증가합니다. 이는 변전소 장비와 배전망의 안전하고 경제적인 운영에 큰 위험을 초래합니다. 따라서 이러한 고장은 가능한 한 예방해야 하며, 일단 발생하면 고장 지점을 신속히 찾아 제거하여 전반적인 전력 공급 신뢰성을 향상시켜야 합니다.