배전 자동화에서 자동 회로 재개폐기의 간단한 분석

자동 회로 재개폐기는 내장된 제어 기능(추가적인 계전 보호 또는 운용 장치 없이 고장 전류 감지, 운용 순서 제어, 실행 기능을 자체적으로 가지고 있음)과 보호 기능을 갖춘 고압 스위칭 장치입니다. 이 장치는 회로 내의 전류와 전압을 자동으로 감지하고, 고장 시 역시간 보호 특성에 따라 고장 전류를 자동으로 차단하며, 미리 설정된 시간 지연 및 순서에 따라 여러 번 재개폐를 수행할 수 있습니다.

1. 자동 회로 재개폐기 방식을 통한 피더 자동화의 원리와 특성

자동 회로 재개폐기를 이용한 공중 배전선 자동화는 재개폐기의 단락 전류 차단 능력과 보호, 모니터링, 통신 기능을 활용합니다. 변전소 스위치 기어의 보호 작동에 의존하지 않고, 재개폐기들 간의 보호 설정 및 타이밍 조정을 통해 고장을 자동으로 위치 파악하고 고립시킵니다. 이를 통해 변전소 버스를 배전선까지 효과적으로 확장할 수 있습니다. 주 피더에서 자동 회로 재개폐기는 보호 장치로서 작용하여 고장 구간을 신속하게 분할하고 분기선 고장을 자동으로 격리합니다.

자동 회로 재개폐기 방식의 주요 기능은 피더 자동화를 달성하는 것입니다. 통신 기반 자동화 시스템 없이도 고장을 자동으로 격리할 수 있어 전체 자동화 프로젝트를 단계적으로 실현할 수 있습니다. 조건이 허용되면 나중에 통신 및 자동화 시스템을 강화하여 완전한 자동화 기능을 실현할 수 있습니다.

자동 회로 재개폐기 기반 피더 자동화는 비교적 간단한 네트워크 구조, 예를 들어 쌍방향 “손잡이” 형태의 루프 네트워크에 적합합니다. 이 구성에서는 두 피더가 중간 연결 스위치를 통해 연결됩니다. 정상 작동 시 연결 스위치는 열려 있으며, 시스템은 개방형 모드로 작동합니다. 특정 구간에서 고장이 발생하면 네트워크 재구성으로 인해 부하 전송이 가능해져 고장 없는 구간의 전력 공급을 유지할 수 있어 공급 신뢰성을 크게 향상시킵니다. 두 전원 사이의 거리가 10km를 초과하지 않는 경우, 구간 수와 자동화 조정을 고려하여 세 개의 재개폐기(Automatic Circuit Recloser)와 네 개의 구간으로 구성하는 것이 권장되며, 각 구간은 약 2.5km 길이로 평균화됩니다.

그림 1의 배선도를 예로 들면: B1과 B2는 변전소에서 나오는 회로 차단기이며, R0부터 R2까지는 선로 분할 스위치(자동 회로 재개폐기)입니다. 정상 상태에서는 B1, B2, R1, R2가 닫혀 있고, R0는 열려 있습니다.

• 구간 ①의 고장: 일시적인 고장의 경우 B1의 첫 번째 또는 두 번째 재개폐 작업으로 전력이 복구됩니다. 영구적인 고장의 경우 B1이 재개폐 후 잠금(열고 더 이상 재개폐하지 않음)되면 R1은 구간 ①의 지속적인 전압 손실을 감지합니다. 설정된 사망 시간 t₁ 이후 R1이 열립니다. 그 후 R0는 구간 ②에서 더 긴 시간 t₂ (t₂ > t₁) 동안 지속적인 전압 손실을 감지하고 자동으로 성공적으로 닫힙니다. 이를 통해 구간 ① 내의 고장이 격리됩니다.

• 구간 ②의 고장: 일시적인 고장은 R1의 재개폐 작업(보호 조정으로 인해 B1이 트리핑되지 않음)으로 해결됩니다. 영구적인 고장의 경우 R1이 재개폐 후 잠금되면 R0는 구간 ②에서 t₂ 동안 지속적인 전압 손실을 감지하고 자동으로 닫힙니다. 고장된 선로에 닫힌 후 즉시 트리핑되고 잠금되어 구간 ② 내의 고장이 격리됩니다. 연결 스위치 반대쪽의 두 구간의 고장 격리 및 복구 과정은 동일한 논리를 따릅니다.

응용 시 추가 고려사항은 다음과 같습니다:

• 자동 회로 재개폐기 방식을 사용하여 고장을 격리하기 위해서는 변전소 출발 차단기의 순간 과전류(영시간) 보호 기능을 비활성화하고 시간 지연 순간 보호로 대체해야 합니다.

• 분기선에서 일시적이거나 영구적인 고장이 발생하면 분기선에 설치된 자동 회로 재개폐기로 처리됩니다. 분기 재개폐기의 보호 설정 및 작동 시간은 상류 주선 재개폐기보다 낮고 짧아야 합니다.

현지 제어를 사용하는 배전 자동화 시스템은 상대적으로 낮은 투자로 공급 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 현대적인 자동 회로 재개폐기는 마이크로프로세서 기반이고 지능적이므로, 향후 원격 모니터링 확장을 위한 인터페이스를 제공합니다. 통신 인프라와 마스터 스테이션 시스템이 이용 가능해지면, 시스템은 마스터 스테이션 제어 피더 자동화 방식으로 원활하게 전환될 수 있습니다.

2. 전력 공급 신뢰성 향상 및 선로 정전 시간 단축 방법

• 고성능 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)를 자동 회로 재개폐기의 제어 센터로 사용합니다.

• 일시적인 고장을 신속하게 해결하여 정전 시간을 최소화합니다. 전력 시스템에서 70% 이상의 선로 고장은 일시적인 고장입니다. 일시적인 고장을 영구적인 고장과 동일하게 처리하면 장기간의 정전이 발생합니다. 따라서 자동 회로 재개폐기에 초기 빠른 재개폐 기능이 추가되어, 선로 조건에 따라 0.3~1.0초(설정 값은 선로 조건에 따라 다름) 내에 일시적인 고장을 해결할 수 있게 되어, 일시적인 고장의 정전 시간을 크게 줄일 수 있습니다.

• 고장 구간의 양 끝에서 동시에 잠금. 전통적인 회로 차단기는 고장 발생 시 고장 선로의 한 끝만 잠금할 수 있습니다. 반면 자동 회로 재개폐기는 영구적인 고장 구간의 양 끝을 동시에 격리하여, 고장 없는 지역의 정전을 방지하고 복구 시간을 단축하며, 재개폐 시도 횟수를 줄이고, 그리드에 가해지는 부담을 최소화합니다.

3. 배전망에서 자동 회로 재개폐기의 적용 원칙

• 운전 조건: 모든 고장은 일시적인 고장으로 처리될 기회를 가져야 하며, 돌입 전류로 인한 오동작을 피해야 합니다. 트리핑 후 잠금은 영구적인 고장인 경우에만 발생해야 합니다.

• 부하 크기와 선로 길이에 따라 자동 회선 재개폐기를 경제적이고 합리적으로 선택하고 배치합니다.

• 자동 회선 재개폐기의 설치 위치에 따라 정격 전류, 절단 용량, 단락 전류 등급, 동적/열 내 전류를 선택합니다. 최대 단락 전류 등급은 일반적으로 16 kA 이상으로 설정되어야 하며, 이는 지속적으로 증가하는 전력망 용량을 수용하기 위함입니다.

• 트립 전류, 재개폐 시도 횟수, 시간 지연 특성 등을 포함한 보호 설정을 적절히 조정합니다.

• 상위 및 하위 자동 회선 재개폐기 간의 조정: 허용되는 고장 전류 작동 횟수는 단계별로 감소해야 하며, 재개폐 시간 지연은 단계별로 증가해야 합니다(일반적으로 단계당 8초로 설정).