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건축기술사

A044초전도 케이블

초전도 케이블

개요

  • 초전도 현상이란 어떠한 물질이 임의의 온도에 도달 시 물질의 전기적인 저항이 0이 되는 현상
  • 초전도 케이블은 초전도 성질을 이용한 저전압, 대전류, 저손실 대용량 및 장거리 송전이 가능하며 대도시 밀집부하 지역에 전력 공급이 효과적으로 사용할 수 있어 앞으로 전기를 사용하는 모든설비에 폭넓게 사용이 가능하다

초고전도 원리(BCS이론) 및 현상

1)원리

  • 초전도체의 임계온도 이하에 A전자가 지나간 자리에 느린 양이온이 모여 +영역이 형성된다
  • B전자가 +영역으로 끌려 들어간다
  • A,B 두 전자가 마치 당기는 거처럼 보이는데 이를 쿠퍼페어라 한다
  • 임계온도 이하에서 대부분 전자는 쿠퍼페어를 형성사고 같은 방향 및 속도로 이동한다
  • 임계온도 이하에서 대부분 전자는 쿠퍼페어를 형성하고 같은 방향 및 속도로 이동한다
  • 이온격자 진동(포논)과 충돌을 일으키지 않아 전기저항없이 큰 전류를 흘릴수있가.

2)현상종류

  • 제로저항효과
    • 초전도체는 임계온도 이하에서 직류전류에 대해 전기저항이 완전히 0이 된다.
    • 저항이 없으므로 열이 발생하지 않아 에너지 손실이 없다.
  • 조셉슨 효과

초전도체 사이에 앏은 절연막을 삽입하여 쿠퍼페어에 의해 전류를 통과시킬수 있는 현상

  • 매이스너 효과
    • 일반도체는 외부에서 자기장을 가하면 도체 내부에 자기장이 발생한다.
    • 초전도체는 내부 자속밀도가 0이 되는 표면전류(차폐전류)에의해 외부로 자기장을 밀어낸다.

3)초전도 유지조건

4)초전도체 종류

  • 1종 초전도체
    • 임계자기장을 경계로 정상 상태와 초전도 상태로의 전이
    • 초전도 상태에 마이너 효과로 인하여 자기장이 침투하지 못함
    • 단원자 초전도체들이 주종
  • 2종 초전도체
    • 온도 상태에 따라 상부 임계자기장과 하부 임계 자기장이 존재
    • 하부임계자지강 이하 : 자지장이 침투하지 못하는 마이스너 효과
    • 하부임계자기장 이상 : 초전도 상태를 계속 유지, 일부 자기장들이 초전도체를 침투
    • 상부임계자기장이상 : 초전도 상태 상실
    • 대부분 혼합물 및 산화물 고온 초전도체들이 이에 속함
    • 거의 모든 초전도체 응용에 이와 같은 특성을 가지는 2종 초전도체를 이용

초전도의 특성

1)대용량 저손실

2)저전압 송전이 가능

3)송전비용 절감

4)기존 대비 전력케이블 소형화 가능

5)케이블 관로의 소형화 가능

6)장거리 송전이 가능

7)극저온 관로에 대해서는 냉각시스템과 초열 절연관로가 필요하다

전력분야 기여 방향

  • 초전도 케이블
  • 초전도 변압기
  • 초전도 한류기 초전도 발전기 및 전동기
  • 초전도 에너지 절감장치

문제점

  • 기계적 유연성 및 도선 제조가 쉬운 선재의 개발
  • 임계전류, 임계자계, 임계온도의 향상
  • 교류 송전 시 손절 저감대책 마련
  • 절연체를 설치한 전력케이블로의 평가

결론(향후 전망)

전력분야뿐만 아니라 의려분야(검지설비), 계측분야(검파기 및 측정설비), 운송분야(자기부상열차)등 개발효과는 앞으로 엄청나며 향휴 신성장 미래전략사업으로 국가적으로 기술개발에 투자하는 등 세계적으로 개발속도가 가속화되고 있다. 상온 초전도에의 개발도 가능할 시점이 다가올 것으로 기대된다.

사용기기의 선정
동심중성선 케이블
초전도 케이블
케이블의 절연과 열화
수트리
케이블의 단절연
케이블 손실
케이블의 시험에 대표적으로 적용되는 항목8가지

수변전설비에서 개폐기의 종류
자동고장구분개폐기
LBS설계 및 시공 시 고려사항
파워퓨즈
피뢰기
피뢰기 정격선정 시 고려사항
피뢰기 저항 계산
폴리머 피뢰기
피뢰기의 단로장치
서지흡수기
SPD
서지 보호소자 특성

차단기 원리
차단기
차단기의 투입방식과 트립방식
TRV
GCV의 특징과 SF6가스의 향후 대책
직류차단기
CTTS와 ATS
최신 차단기의 기술 동향

변류기
광CT
계기용 변압기
영상 변류기

변압기의 원리 종류별 특징
변압기 손실과 효율
변압기 최대 효율조건
예제 변압기 손실
몰드변압기
아몰퍼스 변압기
자구 미세화 고효율 몰드변압기
하이브리드 변압기
단권변압기
초전도변압기
콘덴서형 계기용 변압기
3권선 변압기
V-V결선
역V결선, 스코트결선
1대1변압기
노이즈 대책 변압기
변압기 단락강도 시험방법과 시험전류
변압기 발주시 검토사항 및 시험
변압기 부분방전시험
변압기의 무부하시험과 단락시험
변압기 병렬운전 및 통합운전
상용과 발전기 병렬운전 시 조건
변압기 탭 조정방법
변압기 결선의 종류와 특징
변압기 냉각방식
변압기 이상현상 및 대책
변압기 여자 돌입전류
변압기의 보호장치
변압기 고장 진단방법과 절연 진단방법
유입 변압기 온라인 진단
주파수 변화가 변압기에 미치는 영향
변압기 경제적 운용방식
임피던스 전압이 변압기특성에 영향을 주는요소
변압기 이행전압의 종류와 대책에 대해여 설명하시오

진상용 콘덴서
정지형 무효전력 보상장치
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건축기술사 학습

A034 DCR(DifferentCurrentRelay)의 오동작 방지대책

DCR(DifferentCurrentRelay)의 오동작 방지대책

http://ftz.kr/2021/02/4123/

개요

  • 발전기 보호방식 중 비율차동 계전기는 계전기를 중심으로 유입전류와 유출전류의 차를 검출하여 기기를 보호하는 방식이다.
  • 이러한 비율차동 계전기는 계전기의 오차 고조파 및 돌입전류, 변압기 결선에 의한 위상차에 의하여 오동작하여 계전기의 신뢰성을 떨어뜨려 부하특에 정전으로 나타나 인명과 재산상의 손실을 가져올 수 있다.
  • 여기에서는 오동작의 원인을 알아보고 그 대책을 세워 전원설비의 신뢰성을 확보하는데 그 목적이 있다

비율차동계전기

1)원리

비율차동계전기의 원리는 계전기를 중심으로 유입전류와 유출전류의 차를 검출하여 기기를 보호하는 방식이다.

2)종류

  • 차동보호방식
    변압기 1차측과 2차측에 변류기를 차동접소하고 그차동회로에 과전류차단기를 삽입한 것으로 부하전류나 외부 계통사고에 오동작할 수 있다
  • 비율차동 방식
    • 차동보호방시을 개선한 것으로 동작코일에 흐르는 전류에 의해 발생하는 동작력이 억제코일을 통과하는 전류에 의한 억제력을 상회하지 않는 한 동작하지 않는다
    • 통과전류에 대한 차동전류의 비율: 변압기 보호용 25~50[%]

3)DCR의 적용

  • 변압기 : 내부회로의 보호는 5,000[]이상에 적용
  • 발전기 : 대용량 발전기 권선의 단락 및 지락보호에 적용
  • 리액터 : 대용량 리액터의 경우 권선층 간 단락이나 단선, 지락보호에 적용

오동작의 원인

1)오차에 의한 원인

  • 보조CT에 의한 오차
  • CT 1차, 2차 특성이 같지 않아 생기는 오차
  • DCR자체 오차
  • DCR설치 위치에 의한 케이블 포설길이에따른 오차
  • 변압기의 경우 부하시, 무부하시 Tap전환기 운용시 오차

2)변압기 여자돌입전류에 의한 원인

무부하 무여자 상태인 변압기에 전압을 인가하면 변압기 철심의 자속이 변화하여 큰 여자돌입전류가 흘러 그 값에 따라 계전기가 동작한다

3)TR결선의 Y-Δ시 1 2차의 30도 위상차로 오동작 발생

방지대책

1)비율특성(Slope)

오차요인에 의한 방지대책으로 DCR을 예민하게 동작하지 않도록 Tap을 설치하여 방지하는 방법

2)변압기 여자돌임전류에 의한 대책

  • 감도저하법
    • 돌입전류가 감쇄하는 수 초간 계전기의 동작 감도를 낮추어 오동작을 방지하는 방식
    • 간단하고 경제적이며 30[MVA]이라의 변압기에 채용하는 방식
  • 고조파 억제방식
    차동회로에 설치한 고조차 통과필터와 직렬로 접속한 고조파 억제코일에 의한 억제력이 가해지고 동작코일에는 기본파 통과필터를 통해서 차동회로의 기본파 전류가 흘러 동작하는 방식
  • 비대칭 저지법
    • 차동계전기 Ry1은 정부 각반파의 전류를 바교하여 그 차이가 어느정도 나면 동작하여 차단기 트립회로 개방시킨다
    • 사고시에는 과전류계전기 Ry1, Ry2, Ry3가 동시에 동작하여 Ry1이 동작해도 차단기의 트립회고가 유지되도록 한다
오동작방지대책

3)CT회로의 올바른 결선법

변압기 결선에 의해 발생하는 위상차를 보정하고 결선에 착수하기 전에 Kick법 등으로 극성을 확인하고 NamePlate와 비교한 후 결선한다

4)DCR 개체시험

  • 최소동작 전류시험 : 대개 Tap 정정치의 30[%] 이하에서 동작하는 특성시험
  • 비율차동 특성시험 : 일정 비율이상 시에 동작하는특성시험
  • Harmonic 특성시험 : 여자돌입전류 및 과도현상에 의한 시험
  • Target(동작표시기) 및 순시요소 동작시험 : 동작계전기 판별 특성시험

제어및 보호방식결정

단락전류 기본이론
IEC단락전류 계산방법
단락전류를 구하는 FLOW
수변전설비의 단락용량 경감대책
계통연계기
초전도 한류기
A점과 B점의 단락전류 계산
다음그림에서 송전선 F전에서의 3상단락전류 및 단락용량을 구하시오
전동기의 과도 리액턴스에 대한 MF를 고려하여 단락전류를 계산하시오
배전계통 분산전원 연계 시 고장점의 단락용량을 계산하시오
3상단락과 고장이 발생할 때 다음 사항을 계산하시오
A029
2선 단락고장과 3상 단락사고의 비 계산
1선 지락전류 유도
수변전 회로의 보호방식
변압기의 보호방식
DCR(DifferentCurrentRelay)의 오동작 방지대책
비율차동계전기 비율탭 정정
보호계전기
복합계전기
저압회로의 보호방식
저압차단기의 보호협조
저압회로의 단락보호
저압회로의 지락보호방식
GPT 적용 시 CLR의 목적
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A032 수변전 회로의 보호방식

수변전 회로의 보호방식

개요

  • 수전설비는 수용가가 전력의 공급을 받기 위한 설비이며, 자가용 발전설비를 갖추지 않은 수용가에게는 유일한 전력의 공급원이라 할수있다
  • 이러한 수전설비는 신뢰성이 무멌보다 중요하며, 특히 수전회로에소의 설비류의 기기를 보호하기 위하여 이상 시 사고전류를 신속하게 정확히 차단하여야 할 것이다

수전회로의 보호방식

1)방사상 수전회로의 보호

1회선 수전 사용예비회선 수전회로는 전력회사의 송배전계통의 말단에 위치한다

방사상 수전회로의 보호
  • 전력회사의 송전단(Ry1)은 인입 송배전 선로의 주보호를 담당하고 또한 수전회로를 후비보호 한다
  • 수용가의 수전점(Ry2)는 주전회로를 주보호하고 변압기 회로의 부하 특을 후비보호한다
  • 수용가 변압기(Ry3)는 변압기의 주보호를 담당한다
  • 계전기의 선정
    일반적으로 방사상 회로의 고장전류는 한시차 보호방식을 적용한다
  • 전력회사와 수전단과의 보호협조
    • 수용가 구내에 수전점에서부터 부하말단까지 몇개의 구분점이 있고, 구분점마다 계전기가 설치되어 수전점을 향해서 한시차 보호방식을 적용한다
    • 즉, 부하말단에서 수전점에 가까울수록 동작시간을 길게 선정하여 파급효과를 줄이는 보호방식을 선택한다

2)병행 2회선 수전방식

전력평형계전방식
  • 병행 2회선은 상시 및 회선외 사고 시에는 평형이 되고, 회선 내 사고시에는 불평형이 되는 원리를 이용하는 선택보호방식을 사용한다
  • 선택보호방식에는 전류 평형형 또는 전력평형형이 사용되나 주로 전력평형이 많이 사용된다

3)루프수전회로의 보호

루프수전회로는 전력회사로부터 루프 송전선의 일부를 구성하고 양 수전회로에 각각 전원을 갖는 꼴이 된다. 일반적으로 루프 계통의 보호에는 표시선 계전방식이 사용되는데, 표시선 계전방식의 종류는 다음과 같다.

  • 방향비교방식(직류표시선 계전방식) : 현재에는 거의사용하지 않는다
  • 전류비교방식(교류표시선 계전방식) : 차동보호방식을 송전선의 보호에 적용한 것이다
    • 전류순환식 : 양단의 변류기 2차 전류에 상당하는 전류가 표시선에 가해지고 상시의 부하전류로 표시선에 환류가 생긴다
    • 전압 방향식 : 양단의 변류기 2차 전류에 상당하는 전압이 표시선에 가해지고 상시의 부하전류로는 환류가 생기지 않는다.
전류비교방식

4)스폿 네트워크 보호방식

  • 프로텍터 퓨즈와 프로텍터 차단기의 보호협조
    • 네트워크 배전선에 단락사고 발생 : 배전선 단락사고 발생->전력회사 변전소 차단기 동작->고장회로 프로텍터 차단기 동작
    • 네트워크 T과 프로텍터 퓨즈 간의 단락사고 : 프로텍터 차단기 차단능력 상회 시에 프로텍터 퓨즈가 차단된다
    • 프로텍터 퓨즈와 차단기 간의 보호협조 : 사고회로의 차단기와 퓨즈에 의해 분리된다.
  • 프로텍터 퓨즈와 테이크- 오프 장치의 보호협조

주전설비 2차측 사고->테이크오프 장치 먼저 차단 완료->프로텍터 퓨즈는 열화되지 않아야 한다
T1(프로텍터 퓨즈)>T2(테이크-오프 차단기)

스포트 네트워크 수전

제어및 보호방식결정

단락전류 기본이론
IEC단락전류 계산방법
단락전류를 구하는 FLOW
수변전설비의 단락용량 경감대책
계통연계기
초전도 한류기
A점과 B점의 단락전류 계산
다음그림에서 송전선 F전에서의 3상단락전류 및 단락용량을 구하시오
전동기의 과도 리액턴스에 대한 MF를 고려하여 단락전류를 계산하시오
배전계통 분산전원 연계 시 고장점의 단락용량을 계산하시오
3상단락과 고장이 발생할 때 다음 사항을 계산하시오
A029
2선 단락고장과 3상 단락사고의 비 계산
1선 지락전류 유도
수변전 회로의 보호방식
변압기의 보호방식
DCR(DifferentCurrentRelay)의 오동작 방지대책
비율차동계전기 비율탭 정정
보호계전기
복합계전기
저압회로의 보호방식
저압차단기의 보호협조
저압회로의 단락보호
저압회로의 지락보호방식
GPT 적용 시 CLR의 목적
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A024.A점과 B점의 단락전류 계산

A점과 B점의 단락전류 계산

A점과B점의단락전류계산

개요

① 단락전류를 구하는 방법으로는 대칭좌표법, 클라크법, %Z법, 옴의법칙, pu법 등이 있은, 그중 계산이 간략하고 손쉽게 적용할 수 있는 장점이 있는 %Z법이 적용된다
② 단락전류를 구하는 목적은 전기계통 시스템의 구성을 검토하고 계획할 때 그 기계적 및 열적강도 검토, 기계의 분리 및 안정성, 시스템의 경제성 등을 결정하는데 이 단락전류에 의해서 좌우되기 때문이다.

단락전류 계산

1) 전원공급 측의 %Z, 기준용량 결정

한전 측에서 data를 통보받는다
(주어지면 주어지는 값을 적용하고, 주어지지 않으면 기본적인 100[MVA], %Z=2로 적용하여 계산한다.)

2) 각 기기나 선로의 표준임피던스를 결정

선로의 임피던스는 무시하고, 변압기에 대한 %Z를 예상하면 다음과 같다
① 154/229[kV],60[MVA]급은, %Z가 14.5[%]
② 229/380[kV], 1000[MVA]급은 %Z가 7.5[%]

3) 기준용량에 %Z를 일치

① 한전 측에서는 기준용량100[]에 %Z=2
② 154[kV]선로의 변압기 %Z를 환산

\[\%Z_{Ta}=\frac{100}{60}\times 14.5=24.2[\%]\]

③22[kV]급의 선로의 변압기%Z를 환산

\[\%Z_{Tb}=\frac{100}{1}\times 7.5=750[\%]\]

④발전기를 상시 발전기라고 가정하고 %Z를 환산하면

\[\%Z_{G}=\frac{100}{0.4}\times 10=2,500[\%]\]

4) 임피던스 맵작성
(발전기와 외부 공급전원과의 병렬운전하는 조건)

임피던스 맵작성

5) 임피던스 맵을 등가화하여 합성임피던스를 구한다

① A점의 합성 임피던스

A점의 합성 임피던스

② B점의 합성 임피던스

B점의합성임피던스

6) 단락전류 계산

① A점의 단락전류 : 22[kV]선로

\[I_{sa}=\frac{100}{\%Z_A}\times \frac{MVA}{\sqrt{3}\times 22.9}=\frac{100}{25.99}\times \frac{100\times 10^3}{\sqrt{3}\times 22.9}=9.7[kA]\]

② B점의 단락전류 : 380[V]선로

\[I_{sb}=\frac{100}{\%Z_B}\times \frac{MVA}{\sqrt{3}\times 0.38}=\frac{100}{592.3}\times \frac{100\times 10^3}{\sqrt{3}\times 0.38}=25.7[kA]\]

7) 적용차단기 결정

① A점 적용차단기 용량 : 25.8[kV]급 12.5[kA]

\[\sqrt{3}\times 22.9\times 9.7=384.7[MVA]\]

② B점 적용차단기 용량 : 380[V]급 42[kA]

\[\sqrt{3}\times 0.38\times 25.6=16.8[MVA]\]

8) 차단기 선정

① A점 차단기
520[MVA], 24[kV], 12.5[kA]

② B점 차단기
380[V], 42[kA]

제어및 보호방식결정

단락전류 기본이론
IEC단락전류 계산방법
단락전류를 구하는 FLOW
수변전설비의 단락용량 경감대책
계통연계기
초전도 한류기
A점과 B점의 단락전류 계산
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전동기의 과도 리액턴스에 대한 MF를 고려하여 단락전류를 계산하시오
배전계통 분산전원 연계 시 고장점의 단락용량을 계산하시오
3상단락과 고장이 발생할 때 다음 사항을 계산하시오
A029
2선 단락고장과 3상 단락사고의 비 계산
1선 지락전류 유도
수변전 회로의 보호방식
변압기의 보호방식
DCR(DifferentCurrentRelay)의 오동작 방지대책
비율차동계전기 비율탭 정정
보호계전기
복합계전기
저압회로의 보호방식
저압차단기의 보호협조
저압회로의 단락보호
저압회로의 지락보호방식
GPT 적용 시 CLR의 목적
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A023초전도 한류기

초전도 한류기

초전도 한류기 구성

초전도한류기의구성

초전도 한류기 동작

① 0.1[ms]내에 감지하여 수[ms]이내에 사고전류를 제한
② 영하196[C°]에서 손실없이 전류가 흐름
③ 초전도소자의 임계전류값 이상의 전류가 흐르면 초전도 성질을 잃어(Quench)임피던스가 발생하여 사고전류 제한

초전도 한류기 특징

① 선로에 손실 없음
② 1/4사이클 이내에 사고전류를 제한하여 피해를 최소화함
③ 0.5초 이내에 다시 초전도 상태로 복귀함
④ 기존의 기기 교체 없이도 적용이 가능함
⑤ 한류효과가 우수하나 초전도소자가 이상전압에 쉽게 손상될 수 있는 단점이 있음

초전도 한류기 종류

1) 저항형

① 초전도고체에 고장전류가 흐를때 초전도성을 잃어 저항이 발생하는 성질은 이용
② 전류가 과도하게 흘러 일정한 값(임계전류)을 넘으면 초전도성을 잃어 저항이 급속하게 발생

2) 포화철심

① 각각 AC코일을 감아 선로에 연결하고 반대쪽을 DC코일로 감아 DC회로에 연결해 구성
② 상시 : DC 코일에 전류를 인가해 철심이 포화(전류가 잘 흐름)
③ 고장시 : 철심의 포화를 풀어 AC코일의 임피던스가 커져 전류를 제한

3) 자기차폐형

① 철심의 1차측에 AC코일, 2차측에 초전도체 설치
② 상시 : 2차측 초전도체에 흐르는 전류가 적어 초전도 상태를 유지하면서 철심의 자기장이 Zero가 되므로 1차측 코일의 임피던스가 거의 없음
③ 고장시 : 고장전류가 흐르면 초전도체가 초전도성을 잃어 철심 자기장에 의해 임피던스 발생

초전류한류기(자기차폐형)

적용

현재 이천 변전소에서 운영중(22.9[kV]/630[A]급)

제어및 보호방식결정

단락전류 기본이론
IEC단락전류 계산방법
단락전류를 구하는 FLOW
수변전설비의 단락용량 경감대책
계통연계기
초전도 한류기
A점과 B점의 단락전류 계산
다음그림에서 송전선 F전에서의 3상단락전류 및 단락용량을 구하시오
전동기의 과도 리액턴스에 대한 MF를 고려하여 단락전류를 계산하시오
배전계통 분산전원 연계 시 고장점의 단락용량을 계산하시오
3상단락과 고장이 발생할 때 다음 사항을 계산하시오
A029
2선 단락고장과 3상 단락사고의 비 계산
1선 지락전류 유도
수변전 회로의 보호방식
변압기의 보호방식
DCR(DifferentCurrentRelay)의 오동작 방지대책
비율차동계전기 비율탭 정정
보호계전기
복합계전기
저압회로의 보호방식
저압차단기의 보호협조
저압회로의 단락보호
저압회로의 지락보호방식
GPT 적용 시 CLR의 목적