전력 시스템의 절연 조정

전력 시스템에서의 절연 조정은 전송 네트워크를 포함한 전력 시스템의 다양한 구성 요소의 절연 수준을 다음과 같이 배열하기 위해 도입되었습니다. 절연체의 고장이 발생할 경우, 그 영향이 최소한의 손상을 초래하고, 수리 및 교체가 쉽고, 전력 공급에 최소한의 방해만을 주는 장소로 제한되도록 합니다.
전력 시스템에서 과전압이 발생하면, 그 절연 시스템의 고장 가능성이 있습니다. 과전압의 원천에 가장 가까운 가장 약한 절연 지점에서 절연체의 고장 확률이 높습니다. 전력 시스템과 전송 네트워크에서는 모든 장비와 구성 요소에 절연체가 제공됩니다.

일부 지점에서는 다른 지점보다 절연체가 쉽게 교체 및 수리가 가능합니다. 일부 지점에서는 절연체가 그렇게 쉽게 교체 또는 수리되지 않으며, 교체 및 수리는 매우 비싸고 오랜 시간 동안 전력을 중단해야 할 수도 있습니다. 또한 이러한 지점에서 절연체의 고장은 전기 네트워크의 더 큰 부분이 서비스를 중단하게 만들 수 있습니다. 따라서 절연체 고장 시에는 교체 및 수리가 쉬운 절연체만 고장이 발생하는 것이 바람직합니다. 절연 조정의 전체적인 목표는 절연체 고장으로 인한 비용과 방해를 경제적이고 운영적으로 허용 가능한 수준으로 줄이는 것입니다. 절연 조정 방법에서 시스템의 다양한 부분의 절연체는 플래시오버가 발생할 경우 의도된 지점에서 발생하도록 등급화되어야 합니다.
절연 조정을 올바르게 이해하려면 먼저 전력 시스템의 몇 가지 기본 용어를 이해해야 합니다. 이를 논의해 보겠습니다.

명목 시스템 전압

명목 시스템 전압은 시스템이 일반적으로 설계된 상대상 전압입니다. 예를 들어 11 KV, 33 KV, 132 KV, 220 KV, 400 KV 시스템 등입니다.

최대 시스템 전압

최대 시스템 전압은 전력 시스템의 무부하 또는 저부하 상태에서 오랜 시간 동안 발생할 수 있는 최대 허용 전원 주파수 전압입니다. 이 역시 상대상 방식으로 측정됩니다.
다양한 명목 시스템 전압과 해당 최대 시스템 전압의 목록은 아래에 참고용으로 제시됩니다,

참고 – 위 표에서 220 KV까지는 일반적으로 최대 시스템 전압이 해당 명목 시스템 전압의 110%이며, 400 KV 이상에서는 105%임을 알 수 있습니다.

접지 계수

이는 지구 고장 시 건전한 상에서의 최고 RMS 상대지 전력 주파수 전압과 선택된 위치에서 고장 없이 얻을 수 있는 RMS 상대상 전력 주파수 전압의 비율입니다.
이 비율은 일반적으로 선택된 고장 위치에서 시스템의 접지 조건을 특성화합니다.

효과적인 접지 시스템

접지 계수가 80%를 초과하지 않는 시스템은 효과적으로 접지된 것으로 간주되며, 그렇지 않은 경우 비효과적으로 접지된 것으로 간주됩니다.
분리된 중성 시스템의 접지 계수는 100%이며, 완전히 접지된 시스템의 경우 57.7%(1/√3 = 0.577)입니다.

절연 수준

모든 전기 장비는 전체 서비스 수명 기간 동안 다양한 비정상적인 일시적 과전압 상황을 겪어야 합니다. 장비는 번개 임펄스, 스위칭 임펄스 및/또는 짧은 기간의 전력 주파수 과전압을 견뎌내야 할 수 있습니다. 임펄스 전압과 짧은 기간의 전력 주파수 과전압의 최대 수준에 따라 고전압 전력 시스템의 절연 수준이 결정됩니다.
300 KV 미만의 시스템의 절연 수준을 결정할 때, 번개 임펄스 내전압과 짧은 기간의 전력 주파수 내전압을 고려합니다. 300 KV 이상의 장비의 경우, 스위칭 임펄스 내전압과 짧은 기간의 전력 주파수 내전압을 고려합니다.

번개 임펄스 전압

자연 번개로 인한 시스템 장애는 세 가지 기본 파형으로 나타낼 수 있습니다. 만약 번개 임펄스 전압이 송전선을 따라 어느 거리를 이동한 후 절연체에 도달하면, 그 파형은 전체 파형에 접근하며, 이 파형은 1.2/50 파형으로 알려져 있습니다. 이동 중에 번개 장애 파가 절연체를 통해 플래시오버를 일으키면, 파형은 잘린 파형이 됩니다. 만약 번개가 직접 절연체에 맞으면, 번개 임펄스 전압은 플래시오버로 해소될 때까지 급격히 상승하여, 전압이 갑자기 매우 급격히 하락할 수 있습니다. 이 세 가지 파형은 지속 시간과 형태가 매우 다릅니다.

스위칭 임펄스

스위칭 작업 중에 시스템에 일극 전압이 나타날 수 있습니다. 이 파형은 주기적으로 감쇠되거나 진동하는 형태일 수 있습니다. 스위칭 임펄스 파형은 급격한 앞부분과 긴 감쇠 진동 꼬리를 가지고 있습니다.

짧은 기간의 전력 주파수 내전압

짧은 기간의 전력 주파수 내전압은 전기 장비가 일반적으로 60초 동안 견딜 수 있는 정현파 전력 주파수 전압의 RMS 값입니다.

보호 장치의 보호 수준 전압

서지 아레스터나 번개 아레스터 같은 과전압 보호 장치는 특정 수준의 일시적 과전압을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 이 장치들은 과전압이 특정 수준을 초과하면 서지 에너지를 지면으로 배출하여, 과전압을 특정 수준으로 유지합니다. 따라서 과전압은 그 수준을 초과할 수 없습니다. 과전압 보호 장치의 보호 수준은 스위칭 임펄스와 번개 임펄스가 적용되었을 때, 과전압 보호 장치의 단자에서 초과해서는 안 되는 최고 피크 전압값입니다.

이제 절연 조정 방법을 하나씩 논의해 보겠습니다-

방호선 또는 접지선 사용

공중 송전선에서의 번개 서지는 번개의 직격으로 인해 발생할 수 있습니다. 적당한 높이에서 송전선의 상선 위에 방호선이나 접지선을 설치함으로써 보호할 수 있습니다. 만약 도체 방호선이 송전탑 몸체와 적절히 연결되고, 송전탑이 적절히 접지되었다면, 방호선의 보호 각도 아래에 있는 모든 도체에서 직접적인 번개 직격을 피할 수 있습니다. 공중 접지선 또는 접지선 또는 방호선은 전기 변전소를 덮어 다양한 전기 장비를 번개 직격으로부터 보호하기 위해 사용됩니다.

팁