배전망 과전압의 일반적인 유형과 특징은 무엇인가요

배전망은 넓게 분포되어 있으며 장비의 수가 많고 절연 수준이 낮아 과전압으로 인한 절연 사고가 발생하기 쉽습니다. 이는 배전 시스템 전체의 안정성과 선로의 절연 성능을 저하시키는 것은 물론이고 전력망의 안전한 운영과 전력 산업의 건강하고 지속 가능한 발전에도 큰 부정적인 영향을 미칩니다.

회로 관점에서 보면, 전원 외에 전력 시스템은 저항(R), 인덕턴스(L), 캐패시턴스(C) 세 가지 유형의 구성 요소의 다양한 조합으로 표현될 수 있습니다. 그 중 인덕턴스(L)와 캐패시턴스(C)는 에너지를 저장하는 구성 요소로서 과전압 형성의 기본 조건이며, 저항(R)은 에너지를 소모하는 구성 요소로서 일반적으로 과전압의 발전을 억제할 수 있습니다. 그러나 특정 경우에 잘못된 저항 추가는 과전압 발생을 초래할 수도 있습니다.

배전망에서의 일반적인 과전압 유형 및 특징

배전망에서 일반적으로 발생하는 과전압 유형에는 간헐적 아크 접지 과전압, 직선 공진 과전압, 페로공진 과전압(분리 공진 과전압 및 PT 포화 과전압 포함) 등이 있습니다.

간헐적 아크 접지 과전압

간헐적 아크 접지 과전압은 스위칭 과전압의 한 유형입니다. 그 크기는 전기 장비의 특성, 시스템 구조, 운전 매개변수, 운전 또는 고장 형태 등의 요인과 관련이 있으며 뚜렷한 임의성이 있습니다. 중성점 효과적으로 접지되지 않은 전력망에서 가장 흔하게 발생합니다.

스위칭 과전압의 에너지는 전력 시스템 자체에서 오며, 그 크기는 대체로 시스템의 정격 전압과 비례합니다. 일반적으로 시스템의 최대 운전 상 전압 진폭의 배수로 표시됩니다. 운전이나 고장으로 인해 전력망의 작업 상태가 변경되면, 어느 순간에 인덕티브 구성 요소에 저장된 자기장 에너지가 캐패시티브 구성 요소의 전기장 에너지로 변환되면서 진동 일시적 과정이 발생하여 공급 전압보다 몇 배나 높은 일시적 과전압이 발생하며 이를 스위칭 과전압이라고 합니다.

간헐적인 아크는 전력망의 운전 상태를 반복적으로 변화시키며, 인덕턴스와 캐패시턴스 회로에서 전자기적 진동을 일으켜 비고장상, 고장상, 중성점에서 일시적 과정이 발생하여 과전압을 초래합니다. 이것이 간헐적 아크 접지 과전압(또는 아크 접지 과전압)입니다. 그 형성 메커니즘은 아크의 소멸과 재점화와 밀접한 관련이 있습니다: 접지 고장 전류가 자연스럽게 제로를 통과할 때마다 접지 아크는 짧은 시간 동안 소멸합니다; 아크 채널의 복구 전압이 그 절연 복구 강도보다 클 때 아크는 재점화됩니다. 구체적으로:

• 접지 전류가 클 때 아크 채널은 강하게 이온화되어 아크가 안정적으로 연소합니다;

• 전류가 작을 때 아크 채널의 절연 강도는 빠르게 회복되어 아크가 재점화하기 어려우며, 일시적인 소멸이 영구적인 소멸로 변환될 수 있습니다;

• 전류가 적당할 때 아크 접지 현상이 계속적으로 발생하고 소멸되는 간헐적 현상을 보입니다.

심각한 아크 접지 과전압은 전력망에서 에너지의 지속적인 축적에 의해 발생합니다. 과전압을 제한하는 관점에서, 아크가 소멸한 후 반 주파수 사이클 내에 전력망에서 축적된 과잉 전하가 저항을 통해 누설된다면 중성점 이동 전압은 거의 0이 되어 높은 진폭의 과전압이 발생하지 않습니다.

직선 공진 과전압

전력망에서, 철심이 없는 인덕턴스(예: 선로 인덕턴스, 변압기 누설 인덕턴스 등) 또는 철심이 있는 인덕턴스(예: 아크 억제 코일 등)와 전력망의 캐패시턴스(예: 대지 캐패시턴스 등) 사이의 직렬 공진으로 인해 발생하는 과전압을 직선 공진 과전압이라고 합니다. 가장 일반적인 형태는 중성점 전압의 이동입니다.

DL/T620-1997 "교류 전기 기기의 과전압 보호 및 절연 조정" 산업 표준에 따르면, 아크 억제 코일 접지 시스템에서 정상 운전 조건에서는 중성점의 장기 전압 이동이 시스템의 명목상 단상 전압의 15%를 초과해서는 안 됩니다.

페로공진 과전압

전력 시스템의 진동 회로에서 철심 인덕턴스의 포화로 인해 지속적으로 높은 진폭의 과전압이 발생하는 것을 페로공진 과전압이라고 합니다. 35kV 이하의 배전망에서는 분리 공진으로 인한 과전압과 PT 포화로 인한 과전압이라는 두 가지 전형적인 페로공진 과전압이 있으며, 이를 비선형 공진 과전압이라고 총칭합니다. 이는 직선 공진 과전압과 간헐적 아크 접지 과전압과는 완전히 다른 특성과 속성을 가지고 있습니다. 서로 다른 매개변수 조합에 따라 기본 주파수, 분수 주파수, 고주파수 공진 과전압이 발생할 수 있습니다.

• 분리 공진 과전압: 전선 단락, 차단기의 비완전 상 작동, 심각한 비동기 작동, 고압 퓨즈의 한 개 또는 두 개의 상 융단 등으로 인해 시스템이 비완전 상 상태에서 운전할 때 발생하는 페로공진 과전압을 분리 공진 과전압이라고 합니다. 분리가 발생하면 일반적으로 3상 대칭 전압이 3상 비대칭 부하에 전력을 공급하며, 회로는 복잡하고 비선형 구성 요소를 포함합니다. 따라서 Thevenin의 정리와 대칭 구성 방법을 사용하여 3상 회로를 단상 등가 회로로 변환하고 가장 간단한 LC 직렬 회로로 정리한 후 공진 조건을 분석하고 계산 및 분석을 수행해야 합니다. 한 상 전선 단락 고장에는 접지 없음, 전력측 접지, 부하측 접지의 세 가지 형태가 있습니다.

• PT 포화 과전압: 중성점 효과적으로 접지되지 않은 시스템에서, 전력발전소와 변전소의 버스에는 일반적으로 Y0 연결된 전자기식 전압 변환기(PT)가 설치되어 절연 상태를 모니터링합니다. 정상 운전 중에는 전자기식 전압 변환기의 권유 저항이 매우 높으므로, 네트워크의 대지 저항은 용량적이며 3상이 기본적으로 균형을 이루고 있습니다. 그러나 일부 스위칭 작업이나 접지 고장의 해소 후, 전선 용량이나 기타 장비의 방열 용량과 함께 특수한 3상 또는 단상 공진 회로를 형성하고 다양한 고조파의 페로공진 과전압을 유발하는데 이를 PT 포화 과전압이라고 합니다. 그 중 분수 주파수 공진 과전압이 가장 유해하며, 이는 장시간 동안 권유 전류를 크게 증가시키고 변압기의 퓨즈를 녹여 변압기가 심각하게 과열되거나 기름을 분출하거나 폭발할 수 있습니다. 또한 전압 변환기의 포화 과전압은 뚜렷한 제로 서열 특성을 가지고 있습니다.

번개 과전압

번개 방전은 극히 불균일한 전기장에서 발생하는 스파크 방전 현상이며, 그 기본 과정은 선도 방전, 주 방전, 그리고 후광 방전입니다. 음극성 번개로 인해 형성된 각 번개 전류는 단극성 맥동 파형을 갖습니다. 맥동 파형을 설명하는 주요 매개변수는 피크 값, 파두 시간, 그리고 반피크 시간입니다.

번개 과전압은 직접 번개 과전압과 유도 번개 과전압으로 나뉩니다. 그 중 유도 번개 과전압은 정전기 유도(주로)와 자기 유도 구성 요소를 포함하며 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

• 번개 구름의 극성과 반대, 즉 번개 전류의 극성과 반대입니다;

• 세 상에서 동시에 나타나며 값이 거의 같으며, 상간 전위 차와 상간 플래시오버는 없습니다;

• 진폭이 클 경우 접지 플래시오버를 일으킬 수 있습니다;

• 파형은 직접 번개 과전압보다 더 평평하고 길다;

• 전선 위에 접지된 번개 보호선이 있다면, 전자기적 차폐 효과로 인해 전선의 유도 과전압이 감소합니다. 선로 간 거리가 가까울수록 결합 계수가 커지고 전선의 유도 과전압이 낮아집니다.

일반적으로 35kV 이하의 배전망에서는 전체 선로에 번개 보호선을 설치하지 않으며, 변전소의 입출력 부분에 1-2km의 번개 보호선만 설치하여 입선부 보호를 합니다.