고장 전류 제한기와 그 유형

고장 전류 제한기 소개

최근 에너지 수요의 급증으로 인해 발전 및 송전의 강력한 발전이 중요한 기본 필요사항이 되었습니다. 그러나 모든 발전 시스템에서 단락은 가장 지속적이고 도전적인 문제 중 하나이며, 발전 규모가 확대됨에 따라 그 영향이 더욱 커지고 있습니다. 단락 또는 고장 전류로 인한 문제는 다면적입니다:

• 설비의 열 스트레스: 전기 설비에 견딜 수 없는 열 스트레스가 가해져 부품의 조기 마모, 손상, 심지어 실패를 초래할 수 있습니다.

• 전기 동적 간섭: 회로 내의 다양한 전기 동적 힘이 기기의 정상 작동을 방해하여 정확성과 신뢰성을 저하시킵니다.

• 기술적 및 경제적 제약: 회로를 손상으로부터 보호하기 위해 더 효율적인 차단기가 필요합니다. 이 요구는 기술적 장애뿐만 아니라 상당한 경제적 제한도 가져옵니다.

• 안전 위험: 안전 문제가 가장 시급한 문제 중 하나로, 단락은 직원의 생명과 전기 인프라의 무결성을 직접적으로 위협합니다.

• 전압 변동 복잡성: 단락은 스위칭 작업 중 전압 변동 문제를 악화시켜 이를 관리하기 더 어려운 문제로 만듭니다.

이러한 도전들 앞에서 단락을 해결하기 위한 더 진보되고 정밀한 시스템의 개발이 필수적입니다. 이 글에서는 고장 전류의 영향을 완화하기 위해 제안되고 구현된 여러 접근법을 탐색하겠습니다.

접근법

다음은 특정 특성과 응용 분야에 따라 현재 연구 중이거나 이미 실용화되고 있는 몇 가지 방법입니다:

• 전류 제한 리액터 (CLR): 고장 전류 제한에 효과적인 것으로 널리 알려져 있습니다.

• 고체 상태 전류 제한기: 매우 유망한 신생 기술이지만 아직 초기 연구 및 개발 단계에 있습니다.

• 초전도 전류 제한기: 초전도체의 독특한 특성을 활용하여 전류를 제한하는 장치로, 고체 상태 제한기와 마찬가지로 초기 개발 단계에 있습니다.

• 퓨즈: 특정 임계값을 초과할 때 전류를 차단하여 회로를 보호하는 전통적이지만 신뢰성 있는 방법입니다.

• 변전소의 버스바 분할: 변전소의 전기 구성을 변경하여 고장 전류를 줄이는 실용적인 접근법입니다.

• 고 임피던스 변압기의 사용: 이러한 변압기를 사용하여 회로의 임피던스를 증가시켜 고장 전류의 크기를 제한할 수 있습니다.

• 핵 반응로를 이용한 전류 제한: 비정형적인 접근법이지만, 핵 반응로가 전류 제한 메커니즘에 기여할 가능성을 연구하고 있습니다.

이러한 기술들 중 고체 상태 및 초전도 장치의 사용은 아직 개발 단계에 있습니다. 단락 문제를 해결하기 위한 시스템을 구현할 때 두 가지 주요 고려 사항이 있습니다:

변전소 및 배전 네트워크에서의 고장 전류 완화 전략

제한 리액터의 배치 및 수량

전기 공학의 중요한 질문 중 하나는 변전소 및 배전 네트워크 내에서 제한 리액터의 최적 배치와 효과적으로 고장 전류를 관리하기 위해 필요한 이상적인 수량을 결정하는 것입니다. 이러한 결정은 전기 시스템의 특성, 부하 요구 사항 및 잠재적인 고장 시나리오에 대한 포괄적인 이해가 필요합니다.

전류 제한 리액터 (CLR)

전류 제한 리액터는 고장 전류 관리에 가장 비용 효율적이고 실용적인 솔루션 중 하나로 주목받고 있습니다. 변전소의 신뢰성에 미치는 영향이 최소하므로 많은 전기 시스템에서 선호되는 옵션입니다. 그러나 몇 가지 단점이 있습니다. CLR의 물리적 하드웨어는 일반적으로 크고 변전소 내에서 상당한 공간을 차지합니다. 또한 CLR의 존재는 전압 안정성 저하를 초래할 수 있으므로 이를 신중하게 모니터링하고 관리해야 합니다.

고체 상태 고장 전류 제한기

고체 상태 고장 전류 제한기는 현재 연구 및 개발 단계에 있습니다. 배전 시스템에 비교적 쉽게 통합할 수 있다는 장점이 있지만, 높은 비용이 큰 장애물이 되어 대규모로 널리 적용되지 못하고 있습니다. 연구자들은 비용을 줄이고 성능을 향상시켜 상업적 사용에 더 적합하도록 노력하고 있습니다.

퓨즈

퓨즈는 매우 효과적이고 효율적인 전류 차단 장치로, 전류 제한기에 적합합니다. 저렴하고 설치가 간편하지만, 등급 용량에 의해 효과가 제한됩니다. 예를 들어, 일반적인 퓨즈는 최대 40 kV와 200 A의 전류를 처리하도록 설계되어 있어 고전압 및 고전류 상황에서의 적용이 제한적입니다. 고파괴 용량 (HRC) 퓨즈는 성능이 향상되지만 여전히 제한이 있습니다.

버스바 고장 전류 제한기

버스 커플러 회로 차단기는 버스바 고장 전류 제한기로 사용될 수 있지만, 일반적으로 일시적이나 비상 대응 솔루션으로 간주됩니다. 운영 특성과 제한 때문에 변전소 내에서 영구적인 구성 요소로 설계되지 않았습니다.

중성 리액터의 적용

중성 리액터는 특히 지구 또는 접지 전류를 처리할 때 고장 전류 완화에 또 다른 실용적인 옵션을 제공합니다. 그 디자인과 작동은 지구 관련 전기 문제와 관련된 특정 고장 시나리오에서 특히 효과적입니다.

전류 제한 리액터의 종류 및 특성

전류 제한 리액터는 널리 구현되는 솔루션으로, 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다:

건식 CLR

건식 CLR은 구리 감싸개를 갖춘 공기 코어 리액터입니다. 포화의 위험이 리액터의 성능을 저하시킬 수 있기 때문에 철 코어의 사용은 피합니다. 이러한 리액터는 환경 조건이 상대적으로 깨끗하고 건조한 다양한 응용 분야에 적합합니다.

유류 CLR

유류 CLR은 건식 CLR과 기본 기능 면에서 많은 유사점을 공유합니다. 그러나 그 주요 차별점은 적용 범위에 있습니다. 유류 CLR은 고도로 오염된 환경에서 사용하도록 특별히 설계되었습니다. 이러한 리액터에 사용되는 기름은 건식 리액터의 공기보다 높은 유전 상수를 가지므로, 혹독한 조건에서도 우수한 절연 및 보호를 제공합니다.

고장 전류 제한 리액터의 일반 사양

주파수 및 전압: 이러한 리액터는 상대적으로 좁은 주파수 및 전압 범위 내에서 작동하도록 설계되었습니다. 그 성능 특성은 특정 전기 시스템 매개변수에 최적화되어 있습니다.

설치 유연성: 응용 요구 사항에 따라 실내 또는 실외에 설치할 수 있습니다. 이러한 유연성은 다양한 변전소 및 배전 네트워크 설정에서 더 큰 적응성을 제공합니다.

단락 용량: 이러한 리액터는 통합된 전기 시스템의 단락 전류를 처리하도록 설계되었으며, 고장 조건에서 효과적인 전류 제한 기능을 제공합니다.

일시적 안정성과 전류 제한 리액터

일시적 안정성은 전기 교류 (AC) 전력 시스템에서 핵심적인 역할을 합니다. 그것은 고장 발생 후에도 전력 시스템 내의 여러 동기 기계가 동기 상태를 유지할 수 있는 능력을 의미합니다. 예를 들어, 많은 수의 동기 모터가 상호 연결된 전력 그리드에서 일시적 안정성은 단락 등의 갑작스러운 전기 장애 후에도 이러한 모터들이 조화롭게 작동할 수 있는지를 결정합니다. 전류 제한 리액터는 고장 전류의 크기를 줄임으로써 동기 기계에 가해지는 기계적 및 전기적 스트레스를 최소화하고, 고장 발생 시 및 이후 시스템의 안정성을 유지할 가능성을 높입니다.

초전도체 기반 전류 제한 리액터

초전도 고장 전류 제한기 (SFCLs)는 전력 시스템의 일시적 안정성을 향상시키는 데 매우 실용적인 솔루션으로, 기술적 및 경제적 고려 사항을 균형있게 조절합니다. 초전도체의 독특한 특성, 즉 매우 높은 비선형 저항은 FCLs로 사용하기에 이상적인 후보로 만들어줍니다.

SFCLs의 주요 장점 중 하나는 초전도체가 전기 저항이 사실상 0인 초전도 상태에서 저항이 빠르게 증가하여 정상 전도 상태로 원활하게 전환할 수 있다는 것입니다. 이 빠른 저항 변화는 SFCL이 고장 전류에 빠르게 반응하여 그 크기를 제한하고, 따라서 전력 시스템의 무결성을 보호할 수 있게 합니다.

SFCLs의 기능을 더 잘 이해하기 위해 전기 시스템 내에 연결된 모터와 고장 전류 제한기의 전략적 배치에 대한 다음 예를 고려해보세요.

입자 군집 최적화

입자 군집 최적화 (PSO)는 유전자 알고리즘 (GA)과 같은 진화 계산 방법과 유사한 특징을 나타냅니다. PSO는 검색 공간 내에서 임의의 후보 해 집합을 초기화합니다. 이러한 해, 종종 "입자"로 개념화되는 것들은 검색 공간을 탐색하며, 위치와 속도를 반복적으로 업데이트합니다. 이 동적 프로세스를 통해 입자들은 스스로 조정하고 이웃 입자들과 상호작용하면서, 시스템은 점진적으로 최적 또는 준최적 해로 수렴합니다.