시스 유기전압
154kV 지중송전선로 XLPE 씨즈유기전압과 유기전압저감대책에 대해서 설 명하시오.
단심 케이블의 시스를 접지하는 이유를 설명하고, 접지방식 중 편단접지와 크로스 본드 접지에 대하여 그림을 그리고 이를 설명하시오.
송전선로에 사용되는 케이블의 절연통 보호장치(SVL: Sheath Voltage Limiter)에 대해 아래 사항을 설명하시오.
가) SVL 결선방식별 특징 및 결선도
나) 시스(Sheath) 접지방식별 특징, 사용개소 및 결선도
초고압케이블의 시스(Sheath)유기전압과 이를 제한하기 위한 편단 접지와 크로스 본드접지에 대하여 각각 설명하시오.
개요
1) 시스(Sheath) 유기전압
케이블의 도체 또는 주변 도체에 전류가 흐르면 시변자계가 형성되어 케이블의 금속 Sheath에 전압이 유기된다. 이 유기된 전압을 “Sheath 유기전압”이라 한다.
Sheath 유기전압은 자신의 코어에 흐르는 전류에 의한 영향뿐만 아니라, 다른 2개의 상의 전류에 의한 영향을 받으며, 외부 전류에 의한 것도 고려되어야 한다.
2) 다수 도체에 의한 Sheath 유기전압
Xmi:도체와Sheath의 상호리액턴스[Ω/km],
Ii:전류[A]
3) Sheath 유기전압의 영향
① 종단부 등에서 Sheath 접촉시 인체의 감전의 위험이 있다.
->Sheath 유기전압 100V 이하
② 유기전류가 흐르는 경우 전력손실의 발생되어 송전용량 저하
③ 절연물의 열화 촉진
한전에서는 Sheath 유기전압 저감을 위해 케이블의 금속 Sheath를 일정구간(보통 300~400m)마다 분리하여 “편단접지 또는 크로스본드 접지” 방식을 채택
Sheath 유기전압 저감 대책
1) 편단접지
① 금속 Sheath를 한쪽에서만 접지하고 타단을 개방하여 두는 접지방식
->양단을 접지하면 Sheath 유기전압은 현저히 감소되지만 Sheath에 큰 전류가 흘러 Sheath 손실이 커지고 송전용량이 감소되므로, 장거리 케이블에는 양단접지 방식은 사용하지 않고 있다.
② 접지점으로부터 케이블의 길이 방향으로 유도전압이 점점 증가하며, 고장시 비접지단 전압이 크게 상승한다.
③ 주로 발전소 및 변전소의 인출용 선로와 같이 선로길이가 짧은 경우에 적용
2) 양단접지 방식
① 케이블 Sheath를 2개소 이상 일괄접지
② Sheath 유기전압은 낮지만 Sheath에 큰 전류가 흘러 Sheath손실이 커지고 송전용량이 감소되므로, 양단접지 방식은 사용하지 않고 있다.
3) 크로스 본딩 접지
① 장거리 선로에 사용하는 방식으로 케이블을 연가(Transposition)하는 방식과 Sheath를 연가하는 방식이 있다.
② 케이블을 연가하는 방식이 가장 효과적으로 유기전압을 저감하며, Sheath만 연가한 방식은 각 상별로 불평형으로 보다 큰 전압이 유기된다.
③ 각 경간이 다를 경우에는 잔류전압에 의한 Sheath 전류가 흐르지만 경간을 적당히 조정하면 잔류전압을 작게 할 수 있어 장거리 선로에 가장 많이 채용
* Sheath 연가길이가 완전히 일치하는 경우(L1＝L2＝L3) …………… ①
* Sheath 연가길이가 완전히 일치하지 않는 경우(L1≠L2≠L3) ……. ②
* 일반접속(NJ: Normal Joint)
케이블 상호간을 단순히 접속하는 것으로서 도체, 금속 sheath가 모두 전기적으로 연결되게 접속
* 절연접속(IJ: Insulated Joint)
단심 케이블에서 도체는 연결하고 양측 케이블의 금속 sheath상호간은 절연해서 sheath 전위상승 및 손실을 저감하기 위한 접속
4) 3심 케이블인 경우: 정삼각형 배치
정삼각형 배열을 채택하여 각상에서 발생된 자계를 상쇄하는 효과가 있어 유기전압이 저하되며, 케이블 사이의 간격을 작게 함으로써 시스 유기전압을 낮출 수 있다.
크로스본딩 시스템 심화자료
1. 크로스 본딩 시스템-Ⅰ
1) 케이블을 연가(transposition)한 방식으로 가장 이상적이며, 유기전압이 매우 낮은 전압으로 나타난다.
2) 하나의 Major section은 3개의 minor section으로 구성되어, minor section에서 발생된 유기기전력은 Major section을 거치는 동안에 3상 모두 평형으로 상쇄되어 유기전압이 발생되지 않는 구조이다.
3) 일반적으로 Major section 길이는 1 드럼길이(500m 정도)
4) Major section 접속부는 직접 접지한다.
5) 연가방식으로 선로정수가 평형을 이룬다.
2. 크로스 본딩 시스템-Ⅱ
1) 케이블이 연가되지 않은 경우에 적용하는 방식
2) 이 경우에는 잔류 유기전압이 비대칭으로 나타나며, 약간 큰 값을 나타냄
3. 시스 접지 및 유도전위의 분포
1) Major section 접속부 직접접지
2) 중간 접속부에는 SVL(Surge Voltage Limiter)을 통한 접지
3) SVL은 케이블에 단락사고시 큰 유기전압 발생시 이를 저감하는 장치로 Link Box내에서 SVL을 통해서 접지 시킨다.
1) 케이블을 연가한 경우
2) Sheath를 연가 한 경우
정전 유도와 전자 유도
1) 정전 유도
중성인 도체에 대전체를 접근시키면 대전체 가까운 쪽의 도체표면에 대전체와 다른 전하가 나타나며, 대전체와 먼 쪽의 도체 표면에는 대전체와 같은 전하가 나타난다. 대전체와 도체의 궤도 전자사이에 전기력이 작용하여 중성인 도체가 대전되는 현상을 말한다.
유도전압의 크기는 다음 수식과 같으며, 이 전압이 통신선에 유도되어 통신선 유도장애를 발생시킨다.
정전유도 전압을 저감시키기 위해서는 거리를 충분하게 이격시켜 C 를 감소시키거나, 전력선 또는 통신선에 차폐도체를 설치하여 접지하여 정전유도 전압에 의한 장애를 저감시켜야 한다.
2) 전자 유도
시변의 전류가 흐르고 있는 도선의 주변에 시변 전류에 의해서 형성된 자속에 의한 주변도체에 기전력을 유기시키는 작용을 말한다. 전자유도는 변압기의 1차측 권선에 흐르는 전류가 2차측 권선에 전압을 유기시키는 원리이다.
① 자기 인덕턴스(Ls): 자신의 전류에 의한 자속이 자신의 전류루프에 쇄교
② 상호 인덕턴스(M): 다른 전류에 의한 자속이 자신의 전류루프에 쇄교
정현파 전류가 흐르는 경우 전자 유도전압의 크기는 다음과 같다.
동축케이블의 차폐도체는 정전차폐 또는 전자차폐에 효과가 있다.
차폐도체를 접지하지 않으면 정전차폐 효과가 없으며, 전자차폐는 차폐도체에 유도전류가 흐르도록 접지해야 만이 차폐효과가 있다.
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