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건축기술사

A044 초전도 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
    • 하부임계자기장 이하 :
      자기장이 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

  • 기존의 동도체에 비해 50~100배의 대전류 전송이 가능
  • 교류손실이 1/20배 이하로 작고, 송전용량은 3배 이상 증가

2)저전압 송전이 가능

  • 기존 전력케이블을 송전전압 상승시켜 송전용량이 증가
  • 동일 용량 송전 시 대전류를 흘릴 수 있으므로 낮은 전압으로 송전이 가능

3)송전비용 절감

  • 초고압 변전소의 에너지 절감, 송전비용 절감
  • 절연레벨의 감소로 송 변전기기의 소형화 및 저가화가 가능
  • 저전압으로 케이블 충전전류 감소하여 보상용 리액터 경감

4)기존 대비 전력케이블 소형화 가능

  • 절연레벨 감소 및 대전류 송전이 가능하여 소형화가 가능

5)케이블 관로의 소형화 가능

  • 전력구 터널의 직경을 60[%] 정도 작게 할 수 있다
  • 기존 관로나 전력구 활용이 가능하다

6)장거리 송전이 가능

  • 저손실 대전류 송전이 가능하여 케이블 허용전류 중 충전전류 비중이 작다

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 전력케이블로서의 평가

결론(향후 전망)

전력분야뿐만 아니라 의료분야(검지설비), 계측분야(검파기 및 측정설비), 운송분야(자기부상열차)등 개발효과는 앞으로 엄청나며 향후 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
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건축기술사 학습

A034 DCR의 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 부하측에 정전으로 나타나 인명과 재산상의 손실을 가져올 수 있다.
  • 여기에서는 오동작의 원인을 알아보고 그 대책을 세워 전원설비의 신뢰성을 확보하는데 그 목적이 있다

비율차동계전기

  • 원리

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

  • 종류
    • 차동보호방식
      변압기 1차측과 2차측에 변류기를 차동접속하고 그 차동회로에 과전류차단기를 삽입한 것으로 부하전류나 외부 계통사고에 오동작할 수 있다
    • 비율차동 방식
      • 차동보호방식을 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[%]
  • DCR의 적용
    • 변압기 : 내부회로의 보호는 5,000[kVA]이상에 적용
    • 발전기 : 대용량 발전기 권선의 단락 및 지락보호에 적용
    • 리액터 : 대용량 리액터의 경우 권선층 간 단락이나 단선, 지락보호에 적용

오동작의 원인

  • 오차에 의한 원인
    • 보조 CT에 의한 오차
    • CT 1차, 2차 특성이 같지 않아 생기는 오차
    • DCR 자체 오차
    • DCR 설치 위치에 의한 케이블 포설길이에따른 오차
    • 변압기의 경우 부하 시, 무부하 시 Tap전환기 운용 시 오차
  • 변압기 여자돌입전류에 의한 원인
    무부하 무여자 상태인 변압기에 전압을 인가하면 변압기 철심의 자속이 변화하여 큰 여자돌입전류가 흘러 그 값에 따라 계전기가 동작한다
  • TR결선의 Y-Δ시 1 2차의 30도 위상차로 오동작 발생

방지대책

  • 비율특성(Slope)
    오차요인에 의한 방지대책으로 DCR을 예민하게 동작하지 않도록 Tap을 설치하여 방지하는 방법
  • 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
  • CT회로의 올바른 결선법
    변압기 결선에 의해 발생하는 위상차를 보정하고 결선에 착수하기 전에 Kick법 등으로 극성을 확인하고 NamePlate와 비교한 후 결선한다
  • 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
예제 3상단락전류 및 단락용량
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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건축기술사 학습

A033 변압기의 보호방식

변압기의 보호방식

http://ftz.kr/2021/02/4125/

개요

  • 주전변압기는 자가용 수전설비의 가장 중요한 전기기기이며 그 고장은 부하에 대한 전력 공급의 정지로 조업이 중단되어 경제적 손실이 커진다.
  • 또한 변압기의 고장은 수리기간이 타 설비에 비해 각별히 길다는 점에서 조업 중단의 손실이 커진다
  • 따라서 변압기의 다른 설비에 문제 발생시 변압기에 영향을 줄일수 있도록 보호방식이 설계되어야 한다

변압기의 외부 보호방식

1)파워퓨즈

전료나 변압기 등을 단락전류로부터 보호하기 위하여 사용한다

2)피뢰기(LA)

뇌 또는 개폐 등으로 인하여 변압기를 과전압으로부터 보호하기 위하여 사용한다

3)보호계전기

과부하 및 지락의 이상 시 변압기를 보호하기 위하여 사용된다.

4)서지흡수기(SA)

VCB개폐 시 개폐 서지에 대하여 변압기를 보호하기 위하여 사용된다

변압기의 내부보호방식

1)전기적인 보호방식

  • 비율차동계전기
    • 차동보호
      • 변압기 1차 측과 2차 측에 변류기를 차동 접속하고 그 차동회로에 과전류계전기를 삽입한 것이다
      • 부하전류나 외부계통사고에 대해 오동작할 수 있다
    • 비율차동보호
      • 차동보호방식을 개선한것으로 동작코일에 흐르는 전류에 의해 발생하는 동작력이 억제코일을 통과하는 전류에 의한 억제력의 몇[%] 정도인가에 따라CB가 동작함
      • 동작비율은 변압기 보호용으로 25~50[%]이상으로함
      • 통과하는 전류에 대한 차동전류의 비율
\[\frac{동작코일(OC)에흐르는전류}{억제코일(RC)에흐르는전류}\times 100[\%]=동작비율\]
비율차동계전기
  • 변압기의 과전류 보호 중 대용량 변압기 단락보호는 비율차동계전기로 동작하지만 5,000[MVA]이하의 소형변압기 단락보호에는 순시요소부 과전류계전기가 적용된다
    • 한시요소탭
      변압기 정격전류의 150[%]이상을 목표로 하나 인접보호구간과 협조상 최대량의 것으로 한다
    • 순시요소탭
      변압기 2차측 단락전류의 1차측에서 값의 1.5배 또는 정격 1차전류의 10배중 큰 값으로 한다
  • 비율차동계전방식의 문제점 (여자돌입전류와 대책)
    • 원인
      정상 시에 여자전류는 모두 작아 계전기의 오동작은 없으나 무부하, 무여자 상태인 변압기에 전압을 인가했을 때는 변압기 철심의 자속이 순간적으로 변화하여 큰 여자 전류가 흘러 그값에 따라 계전기가 오동작할 수 있다.
    • 오동작 방지대책
      • 감도저하방식
        -돌입전류가 감쇄를 수 초간 계전기의 동작감도를 낮추어 오동작을 방지
        -간단하고 경제적이며 30[MVA] 이하의 변합기에 채용
      • 고조파억제방식
        차동회로에 설치한 고조파 통과필터와 직렬로 접속한 고조파 억제코드에 의한 억제력이 가해지고 동작코일에는 기본파 통과필터를 통해서 차동회로가 기본파전류가 흘러서 동작한다
      • 비대칭저지법
        -여자돌입전류의 가장 큰 특징은 파형이 반파 정류파령에 가까울 정도로 비대칭이다
        -차동동작계전기 Ry1은 정부 각반파의 전류를 비교하여 그 차이가 어느정도 이상 크면 동작하여 차단기 트립회로를 개방시킨다
        – 사고 시에는 과전류계전기 Ry1, Ry2 가 동시에 동작하여 Ry1이 동작해도 차단기의 트립회로가 유지되도록 한다
오동작방지대책

2)기계적인 보호방식

  • 보호계전기(유속검출)
    • OLTC유격실에 결합이 발생하는 동안 그 결과가 결함이 생긴 부분으로부터 전달되어 변압기와 탭 절환기를 보호한다
    • 콘서베이트의 절연유가 절환기 윗부분에 있는 절연유의 이동에 의해 동작하는데 정격부하 혹은 허용 과부하 상태에서의 탭 절환기 동작 시에는 동작하지 않는다.
  • 부흐홀츠 계전기(가스 및 유속검출)
    • 변압기 본체와 콘서베이터를 잇는 연락관에 결합하여 변압기 내부의 국부적인 절연열화에 따라 가스가 발생하면 그 압력으로 동작한다
  • 충격압력 계전기(압력검출)
    • 유입 변압기 내부 아크에 의해 가스압력이 갑자기 상승하는 것을 감지하기 위해 설치하는 장치
    • 용기 내에 압력감지 벨로스, 마이크로 스위치, 등압기 등으로 구성되며 변압기 상부 가스공간에 취부한다
  • 방출안전장치(내부 이상압력 방출)
    • 변압기 커버에 취부되며 변압기 외함 내에 이상압력 발생을 막아 주는 장치, 즉 일정 압력 초과 시 방압막이 동작하여 변압기의 폭발을 막아 준다
    • 방출안전장치의 구조는 여러 번 동작에도 손상되지 않고 충분히 견디도록 강하게 만들어져 있고 동작부분은 방압막, 압축스프링, 개스킷 및 보호덮개로 구성되어 있다.
기계적인보호
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
예제 3상단락전류 및 단락용량
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 발전설비가 없는 수용가에게는 유일한 전력의 공급원이라 할수있다
  • 이러한 수전설비는 신뢰성이 무었보다 중요하며, 특히 수전회로에서의 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 회선 외 사고 시에는 평형이 되고, 회선 내 사고시에는 불평형이 되는 원리를 이용하는 선택보호방식을 사용한다
  • 선택보호방식에는 전류평형형 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 Tr과 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
예제 3상단락전류 및 단락용량
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
Categories
건축기술사 학습

A031 1선 지락전류 유도

1선 지락전류 유도

http://ftz.kr/2021/12/20536/

1선 지락전류 유도

단상으로 등가변환

1선 지락전류 유도

대칭전류

\[I_0=\frac{1}{3}(I_a+I_b+I_c)=\frac{1}{3}I_a\] \[I_1=\frac{1}{3}(I_a+aI_b+a^2I_c)=\frac{1}{3}I_a\] \[I_2=\frac{1}{3}(I_a+a^2I_b+aI_c)=\frac{1}{3}I_a\] \[I_0=I_1=I_2=\frac{1}{3}I_a…(식1)\]

Va=V0+V1+V2 에 발전기실고 (식1) 을 대입하면

\[V_a=V_0+V_1+V_2=-Z_0I_0+E_a-Z_1I_1-Z_2I_2=0\] \[(Z_0+Z_1+Z_2)I_0=E_a\] \[I_0=\frac{E_a}{Z_0+Z_1+Z_2}\]

지락전류

\[I_g=I_a=3I_0=\frac{3E_a}{Z_0+Z_1+Z_2}\]
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
예제 3상단락전류 및 단락용량
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