송전선의 캐리어 전류 보호

송전선용 운반 전류 보호 시스템

운반 전류 보호 시스템은 주로 장거리 송전선을 보호하는 데 사용됩니다. 실제 전류 값을 비교하는 기존의 보호 방법과 달리 이 시스템은 선의 양 끝에서의 전류 위상각을 비교하여 작동합니다. 위상각 관계에 따라 보호 구간 내에서 고장이 발생했는지(내부 고장) 또는 외부에서 발생했는지(외부 고장)를 정확히 판단할 수 있습니다. 이 보호 시스템의 핵심 구성 요소인 운반 통신 채널은 송신기, 수신기, 결합 장비, 그리고 선 트랩으로 구성됩니다.

운반 전류 수신기는 선의 다른 끝에 위치한 송신기로부터 전송된 운반 전류를 포착하는 역할을 합니다. 수신된 후에는 이 운반 전류를 직류(DC) 전압으로 변환합니다. 이 DC 전압은 계전기나 다른 전기 회로에서 특정 보호 기능을 수행하기 위한 제어 신호로 활용됩니다. 특히 운반 전류가 수신되지 않을 때 수신기의 출력 전압이 0으로 떨어져 통신 링크의 중단이나 시스템 작동 상태의 변화를 나타냅니다.

선 트랩은 버스바와 결합 커패시터가 연결되는 송전선 사이에 위치하며, 고주파수에서 공진하도록 조정된 병렬 LC(인덕터-커패시터) 네트워크입니다. 그 주요 기능은 보호 구간 내에서 운반 전류를 제한하는 것입니다. 이를 통해 인접한 다른 운반 전류 채널로부터의 간섭을 방지하고, 보호 시스템의 작동 정확성과 무결성을 유지합니다. 또한 선 트랩은 인근 전력 회로로의 운반 전류 신호 손실을 최소화하여 운반 통신 링크와 관련 보호 기능의 전체적인 신뢰성을 향상시키는 중요한 역할을 합니다.

운반 전류 보호: 구성 요소 및 방법

결합 커패시터는 운반 전류 보호 시스템에서 이중 기능을 수행합니다. 고주파수 장비를 선 도체 중 하나에 연결하여 운반 신호의 전송을 가능하게 하며 동시에 전력 장비를 전력선의 고전압으로부터 격리합니다. 정상 작동 조건에서는 전류가 선 도체를 통해만 흐르지만, 고주파수 운반 전류의 경우 고주파수 트랩이 장착된 선 도체를 통해 트랩 커패시터를 거쳐 지면으로 순환합니다.

운반 전류 보호 방법

여러 가지 운반 전류 보호 방법이 있으며, 두 기본 형태는 방향 비교 보호와 위상 비교 보호입니다. 이러한 방법들은 아래에 상세히 설명되어 있습니다:

1. 방향 비교 보호

방향 비교 보호 시스템에서 보호 메커니즘은 고장 시점에서 선의 양 끝에서의 전력 흐름 방향을 비교하는 데 의존합니다. 보호 계전기는 선의 양 끝에서 버스에서 선으로 전력이 흐를 때만 작동합니다. 방향을 비교한 후 운반 파일럿 계전기는 반대쪽 끝의 방향 계전기가 단락 고장에 어떻게 반응하는지에 대한 정보를 전달합니다.

선의 양 끝에 위치한 계전기는 함께 작동하여 버스에서 고장을 분리합니다. 보호 구간 내에서의 내부 고장의 경우 전력 흐름은 보호 방향으로 진행하지만, 외부 고장의 경우 전력 흐름은 반대 방향으로 진행합니다. 고장 시에는 단순한 신호가 운반 파일럿을 통해 선의 한 끝에서 다른 끝으로 전송됩니다. 송전선 보호를 위한 파일럿 보호 계전기 시스템은 주로 다음 두 유형으로 분류됩니다:

• 운반 차단 보호 시스템: 이 시스템은 계전기의 작동을 제한합니다. 고장이 보호 구간으로 들어가기 전에 차단하여 작동합니다. 운반 차단 보호 시스템은 시스템 장비를 잠재적 손상으로부터 효과적으로 보호하므로 신뢰성이 높게 평가받습니다.

• 운반 허용 차단 시스템: 차단 시스템과 달리 이 보호 시스템은 고장 전류가 보호 구간으로 들어가는 것을 허용합니다.

2. 위상 비교 운반 보호

위상 비교 운반 보호 시스템은 파일럿 구역으로 들어오는 전류와 보호 구역을 떠나는 전류 사이의 위상 관계를 비교하는 데 집중합니다. 주목할 만한 점은 이러한 전류의 크기를 비교하지 않는다는 것입니다. 이 보호 방법은 주로 주 보호 또는 기본 보호를 제공하므로, 백업 보호를 보완해야 합니다. 위상 비교 운반 보호 시스템의 회로도는 아래의 그림에 표시되어 있습니다.

운반 전류 보호의 작동 및 장점

송전선에 설치된 전류 변환기(CTs)는 네트워크에 전력을 공급합니다. 이 네트워크는 CTs의 출력 전류를 단일 상 사인파 출력 전압으로 변환합니다. 이 전압은 운반 전류 송신기와 비교기에 공급됩니다. 마찬가지로 운반 전류 수신기의 출력도 비교기에 전달됩니다. 비교기는 보조 계전기의 작동을 제어하는 중요한 역할을 하며, 필요할 때 송전선 회로 차단기를 트립시키는 역할을 합니다.

운반 전류 보호의 장점

운반 전류 보호 시스템은 다음과 같은 여러 가지 중요한 장점을 제공합니다:

• 동시적이고 빠른 회로 차단기 작동: 주요 장점 중 하나는 송전선의 양 끝에서 회로 차단기를 빠르고 동시에 트립시키는 능력입니다. 이 조정된 동작은 고장이 신속하게 분리되도록 보장하여 전기 시스템의 비정상 상태 지속 시간을 최소화합니다.

• 효율적인 고장 처리: 시스템은 빠른 고장 처리 과정을 특징으로 합니다. 고장 전류의 흐름을 신속하게 중단하여 전기 시스템에 심각한 영향을 방지하고 장비 손상 위험을 줄이며 시스템 안정성을 유지합니다.

• 통합 신호: 운반 전류 보호는 별도의 신호선이 필요 없습니다. 대신 전력선 자체가 전력과 통신 신호를 모두 전송하는 데 사용됩니다. 이는 시스템 설계를 간소화하고 설치 비용을 줄이며 외부 출처로부터의 신호 간섭 가능성도 최소화합니다.

• 초고속 트리핑: 선의 양 끝에서 회로 차단기가 1~3 사이클 내에 트립할 수 있게 합니다. 이 매우 빠른 응답 시간은 현대의 고용량 전기 시스템을 보호하고 전력 공급의 신뢰성을 확보하는 데 필수적입니다.

• 현대 장비와의 호환성: 운반 전류 보호 시스템은 현대의 빠른 작동 회로 차단기와 매우 호환됩니다. 이 시너지는 더욱 효율적이고 신뢰성 있는 계전기를 가능하게 하여 전기 그리드의 전체 성능과 보호 기능을 향상시킵니다.

• 다양한 응용 프로그램: 역사적으로 전력선 운반 기술은 감독 제어, 전화 통신, 원격 측정, 계전 등 다양한 용도로 광범위하게 사용되었습니다. 이 다기능성은 전력 시스템에서 단일 인프라 내에서 여러 기능을 원활하게 통합할 수 있는 가치 있는 자산입니다.