GIS 분리기 작동의 2차 장비에 대한 영향 분석

GIS 분리기 작동이 2차 장비에 미치는 영향과 완화 조치

1. GIS 분리기 작동이 2차 장비에 미치는 영향
1.1 일시적 과전압 효과
가스 절연 스위치 기어(GIS) 분리기의 개폐 동작 중 접점 사이에서 발생하는 반복적인 아크 재점화와 소멸은 시스템 인덕턴스와 커패시턴스 간의 에너지 교환을 일으켜, 정격 상 전압의 2-4배 크기의 전환 과전압을 생성하며, 이는 수십 마이크로초에서 몇 밀리초까지 지속됩니다. 단축 버스바를 작동할 때, 분리기 접점 속도가 느리고 아크 소멸 능력이 없으면, 사전 충돌 및 재충돌 현상으로 매우 빠른 일시적 과전압(VFTO)이 발생합니다.

VFTO는 내부 GIS 도체와 케이싱을 통해 전파됩니다. 임피던스 불연속성(예: 부싱, 계측 변압기, 케이블 종단)에서 진행 파는 반사, 굴절, 중첩되어 파형이 왜곡되고 VFTO 피크가 증폭됩니다. 급격한 파형과 나노초 규모의 상승 시간을 가진 VFTO는 2차 장비 입력에 일시적 전압 급증을 유발하여 민감한 전자 장비에 손상을 입힐 위험이 있습니다. 이로 인해 보호 릴레이가 잘못 작동하여 불필요한 트립을 유발하거나, 고정밀 신호 처리 및 데이터 전송을 방해할 수 있습니다. 또한, VFTO로 생성된 고주파 전자기 간섭(EMI)은 통신 모듈을 저하시키며, 비트 오류율을 증가시키거나 데이터 손실을 초래하여 변전소 모니터링 및 제어 기능을 저하시킵니다.

1.2 케이싱 전위 상승
중국이 초고압(UHV) 및 특고압(EHV) 그리드를 확장함에 따라, GIS 분리기 작동으로 인한 전자기 간섭이 점점 심각해지고 있습니다. 내부 알루미늄/구리 도체와 외부 알루미늄/강철 케이싱으로 구성된 GIS의 동축 구조는 고주파 전송에 탁월합니다. 스킨 효과로 인해 고주파 일시적 전류는 도체의 외부 표면과 케이싱의 내부 표면을 따라 흐르며, 일반적으로 전계 누설을 방지하고 케이싱을 지상 전위로 유지합니다.

그러나 VFTO로 인한 일시적 전류가 부싱이나 케이블 종단과 같은 임피던스 불일치를 만나면 부분적인 반사와 굴절이 발생합니다. 일부 전압 성분이 케이싱과 지구 사이에 결합하여, 그렇지 않으면 접지된 케이싱에 순간적인 전위 상승이 발생합니다. 이는 작업자의 안전에 위험을 초래하고, 케이싱과 내부 도체 사이의 절연을 저하시켜 재료의 노화를 가속화하고 장비 수명을 줄입니다. 또한, 이 높아진 전위는 케이블과 연결된 장치를 통해 2차 시스템으로 전파되며, EMI를 유발하여 거짓 트립, 데이터 오류 또는 내부 파손을 초래하여 전력 시스템의 신뢰성을 직접 위협합니다.

1.3 전자기 간섭(EMI)
GIS 변전소에서 분리기/브레이커 작동과 번개 타격은 전도 및 방사 결합을 통해 2차 시스템에 일시적 전자기장을 생성합니다.

• 전도 간섭 는 계측 변압기와 접지 전위 차를 통해 발생합니다. VFTO는 변압기의 부수적 커패시턴스와 인덕턴스를 통해 주 회로에서 2차 회로로 결합됩니다. 또한, 접지 전극을 통해 접지 그리드로 주입되어 전체 접지 전위를 높이고, 2차 장비를 불안정하게 만드는 접지 루프를 생성합니다.

• 방사 간섭 는 일시적 EM 필드가 공간을 통해 전파되어 2차 케이블과 장치에 직접 결합될 때 발생합니다. 전기 필드 결합은 고임피던스 노드에 영향을 미쳐 신호 왜곡이나 거짓 트리거를 유발하며, 특히 거리, 필드 방향, 장치 기하학에 민감합니다. 자기 필드 결합은 패러데이 법칙에 따라 회로 루프에 전동력을 유도하며, 그 강도는 필드 세기, 변화율, 루프 면적에 따라 달라집니다.

1.4 기계 진동 효과
분리기 작동은 접점 충격, 마찰, 그리고 개폐 동작 중 발생하는 전자기력으로 인해 기계 진동을 유발합니다. 개폐 중 빠른 분리 또는 강제적인 폐쇄 동작은 충격파를 생성하여 GIS 구조를 진동시킵니다. 링크와 기어를 통해 진동은 인접한 2차 장비로 전파됩니다.

이런 진동은 기계적 고정물을 느슨하게 하며, 전기 연결을 저하시키고, 측정 오차를 증가시키거나, 극단적인 조건에서는 단락을 유발할 수 있습니다. 장기간 노출은 기계적 및 전자적 구성 요소의 노화를 가속화하여 장비 수명을 단축시키고 신뢰성을 저하시킵니다.

2. 2차 장비 보호를 위한 완화 조치
2.1 최적화된 GIS 구조 설계

• 재료 선택: 더 높은 절연 강도를 가진 SF₆ 혼합물 사용; 저손실, 고전도성 재료(예: Cu/Al)를 차폐용으로 선택; 버스바 길이와 커패시턴스 최적화로 VFTO 진폭 억제.

• 구조 개선: 전기장 집중을 줄이기 위해 도체와 차폐기의 형태를 매끄럽게 하기; 균일한 전기장 분포를 위한 절연기 지지 설계 개선; 제어된 분리기 작동 속도와 일시적 에너지를 흡수하기 위한 스누버 회로 추가.

• 진동 제어: 작동 메커니즘에 유압 버퍼 또는 스프링 설치; GIS와 기초 사이에 고무 댐퍼 사용; 충격력을 최소화하기 위한 접촉 표면 정밀도 향상.

2.2 강화된 차폐 및 접지

• 방호: 민감한 2차 장치(예: 릴레이, 통신 장치)를 도체 케이스(도금 강철/알루미늄)로 감싸고 이음새를 밀봉합니다. 적절한 종단 처리가 된 차폐 케이블이나 이중 차폐 케이블을 사용하고, 필터 연결기와 벤트에 메쉬 스크린을 적용합니다. 짧은 케이블(<10m)의 경우 단일 지점을 이용하여 접지하며, 더 긴 케이블의 경우 유도 전압을 최소화하기 위해 다중 지점을 이용하여 접지합니다.

• 접지: 접지 저항을 ≤4Ω로 유지합니다. 고저항 토양에서는 상호 연결된 접지 그리드와 수직 막대를 배치합니다. 아날로그 회로에는 단일 지점 접지를, 디지털/고주파 시스템에는 다중 지점 접지를 사용합니다. 격자 구조(예: 교차 결합 전극을 가진 직사각형 메쉬)를 최적화하여 균일한 전류 분산과 낮은 전위 기울기를 보장합니다.

2.3 필터링 및 억제 기술

• 필터: 2차 장치 입력부에 파워 라인 필터를 설치하여 고주파 노이즈를 차단합니다. 통신 채널에서 데이터 무결성을 향상시키기 위해 디지털 신호 필터링 알고리즘을 적용합니다.

• 서지 보호: 2차 장치 근처에 ZnO 방전관을 배치하여 VFTOs와 스위칭 서지를 제한합니다. 신호 및 통신 선路上的指示似乎被意外中断了，不过根据您的要求，我将继续完成韩语翻译： ```html

  서지 보호: 2차 장치 근처에 ZnO 방전관을 배치하여 VFTOs와 스위칭 서지를 제한합니다. 신호 및 통신 선路上的指示似乎被意外中断了，不过根据您的要求，我将继续完成韩语翻译： ```html

  서지 보호: 2차 장치 근처에 ZnO 방전관을 배치하여 VFTOs와 스위칭 서지를 제한합니다. 신호 및 통신 선에 일시적인 에너지를 접지로 분산시키는 서지 보호 장치(SPDs)를 사용하여 약한 신호 전송의 안정성을 보장합니다.

2.4 강화된 2차 장비 하딩

• 하드웨어 보호: 마운팅 브라켓을 더 두꺼운 철강으로 강화하고 추가 강성 부품을 사용합니다. 고무 마운트나 이중 진동 절연체를 사용하여 장비를 분리합니다. PCB를 더 두꺼운 기판, 가장자리 고정 및 댐핑 패드로 보호합니다. 중요한 구성 요소(예: IC, 릴레이)를 캡슐화제 또는 탄성 홀더에 포팅하여 느슨해지는 것을 방지합니다. 긴 얇은 트레이스를 피하여 파손 위험을 줄입니다.

• 소프트웨어 보호: 체크섬과 오류 수정 코드(ECC)를 구현하여 데이터 손상을 감지 및 수정합니다. EMI로 인한 프로그램 점프로부터 복구할 수 있도록 펌웨어에 "NOP"(No Operation) 명령을 삽입하여 데드락을 방지하고 시스템의 탄력성을 향상시킵니다.

3. 결론
GIS 분리기 작동이 2차 장비에 미치는 영향을 완전히 이해하면, 전력망의 안정성을 위한 포괄적인 완화 전략이 필수적임을 알 수 있습니다. 전력 시스템의 설계, 건설 및 운영 과정에서 GIS와 2차 시스템 간의 전자기적 호환성(EMC)을 우선시해야 합니다. 구조적 최적화, 강력한 차폐 및 접지, 고급 필터링, 하드웨어 및 소프트웨어 하딩을 통합함으로써 분리기로 인한 일시적인 현상, EMI 및 진동의 부정적인 영향을 효과적으로 최소화하여 보다 안전하고 신뢰성 있으며 탄력적인 전력 공급을 보장할 수 있습니다.