전절연/ 저감절연 균등절연/ 단절연
변압기의 단절연 또는 저감절연에 대해 간단히 기술하시오.
전절연(Full Insulation)과 균등절연(Uniform Insulation)에 대하여 설명하시오.
Cable 단절연(Graded Insulation)에 대하여 설명하시오.
전절연
회로의 표준 절연계급(회로의 공칭전압에 1.1로 나눈 수치)에 맞게 기기를 절연하는 것을 말하며, 일반적으로 비접지 계통에서 적용하는 절연 방식이다.
예를 들어 22kV 비접지 계통의 경우
22kV/1.1=20 -> 절연계급(호) : 20A -> 150BIL, 50kV
[표] 각 회로의 절연계급
| 공칭전압 [㎸] | 절연계급 [호] | 뇌 임펄스 [kV] | 상용주파내전압 [kV] |
|---|---|---|---|
| 6.6 | 6A 6B | 60 45 | 22 16 |
| 22 | 20A 20B 20S | 150 125 180 | 50 50 50 |
| 154 | 140A 140B 140S | 750 650 900 | 325 275 325 |
* 절연계급 A: 표준레벨
* 절연계급 B: 저 레벨, 뇌서지 침입빈도가 적을 때나 피뢰기에 의해서 충분히 보호레벨 이하로 저감되는 경우에 적용
* 절연계급 S: 피뢰기의 보호범위 밖에 있는 경우
발․변전소 등의 전력계통에 설치되는 변압기나 전기기기는 계통에 발생하는 여러 형태의 이상전압으로부터 보호되도록 제작되어 있는데, 이때 각기기에 맞게 절연 강도를 일일이 바꾸는 일은 설계 표준화의 면에서도 바람직하지 않기 때문에 적당 한 간격을 두고 절연계급을 설정한 후 각 계급에 대응한 충격파 및 상용주파수의 내전압 시험치를 제정, 이것에 의해 절연설계를 표준화하고, 주위의 조건에 맞추 어 선택 사용하는 방법이 널리 행해지고 있다.
절연계급의 각층은 수자에 의한 수로 나타내며 그 접속되는 계통의 공칭전압[kV] 을 1.1로 나눈 값과 절연계급의 수치가 일치하는 경우를 전절연이라 하며, 일반적 으로 비유효 접지계통에 접속되는 권선에 채용된다.
저감 절연
1) 회로의 표준 절연계급(회로의 공칭전압에 1.1로 나눈 수치)보다 낮은 레벨로 기기를 절연하는 것을 말하며, 일반적으로 중성점 직접접지(유효접지) 계통에서 적용하는 절연 방식을 말한다. 우리나라의 초고압 계통은 유효접지 계통으로 예외 없이 저감절연을 실시하고 있다.
2) 유효접지 계통에서 1선지락시 건전상 대지전위 상승이 1.3배 이하로 제한되어 피뢰기의 정격전압를 비접지계통 보다 저감시켜 적용할 수 있다.
3) 정격전압이 낮은 피뢰기는 제한전압이 저감되므로 기기의 절연계급을 보다 낮은 레벨로 절연하는 것이다.
4) 일반적으로 저감절연 절연계급(호)은 회로의 공칭전압의 80%로 적용한다.
[표] 우리나라의 저감 절연의 예
| 계통전압[kV] | 전절연 BIL [kV] | 현재 BIL [kV] | 신형피뢰기 채용 BIL [kV] |
|---|---|---|---|
| 154 | 750 | 650 (1단 저감) | 550 (2단 저감) |
| 345 | 1,550 | 1,050 (2단 저감) | 950 (3단 저감) |
– 유효접지 계통에서는 1선 지락 사고시 건전상의 대지전압이 비접지계통 또는 비유효접지 계통에 비해 낮으므로 정격전압이 낮은 피뢰기를 채용할 수 있다.
– 정격전압이 낮은 피뢰기의 채용으로 충격방전개시전압 및 제한전압도 저하하고 그에 협조하여 변압기 및 기타 기기의 절연을 저감할 수 있다.
– 절연계층의 수치가 회로의 공칭전압[kV]을 1.1로 나눈 값보다 낮은 경우를 저감절연이라 한다. 저감절연 절연계급의 수치는 회로 공칭전압의 약 80%로 되어있고, 절연계급에서 1단 혹은 2단 저감되어 있다.
단절연
저감절연의 하나의 특징적인 절연방법으로 중성점 직접 접지계통에서는 변압기의 중성점 전위를 0에 가깝게 유지할 수 있으므로 절연등급을 중성점에 가까울수록 단계적으로 저감하여 절연하는 방식을 말한다.
Y결선의 변압기는 단절연을 실시함으로써 절연비용을 크게 절감할 수 있다.
중성점 유효접지 방식의 송전계통에서는 변압기 권선의 경우 선로단으로부터 중성 점까지의 전위 분포를 직선적이 되도록 설계하면 권선의 절연도 이에 따라 중성점 에 근접함에 따라 순차적으로 저감할 수 있다. 이러한 절연방식을 단절연이라 한다.
유효접지계통에 접속되는 권선의 중심점단자 절연강도는 일반적으로 30호 이하로 충분하다. 접지전류를 저하시키기 위해 유효접지계통에 접촉되는 일부의 변압기권 선 중성점을 개방할 경우 그 절연강도는 선로단자의 1/3 정도이상이면 지장이 없 고 또 비유효접지계통에 접속되는 Y결선의 경우도 중성점단자의 절연강도를 단절 연이라 한다. 단절연에서 중성점 단자가 직접접지되지 않은 경우 중성점과 대지간 에 피뢰기를 설치할 필요가 있다.
균등절연
단절연의 상대적인 의미로 절연함에 있어서 권선의 모든 부분이 선로단의 절연강도와 동일 수준으로 절연하거나, △결선시의 권선절연을 균등절연이라 한다.
단절연으로 하면 권선 중성점측의 지권선 또는 철심에 대한 주절연치수를 단축할 수 있으므로 경제적이며, 특히 고전압으로 될수록 그 효과가 크다. 단절연에 대해 서 중성점 단자의 절연강도가 선로단자와 같은 경우 및 △결선시의 권선절연을 균 등절연이라 한다. 즉, 권선의 모든 부분이 대지에 대해 그 선로단자의 교류시험전 압에 견디는 것을 말한다. 균등절연의 경우도 중성점피뢰기를 설치하는 것이 바람 직하지만 경제적인 이유에서 Bushing 보호 gap으로 대용시키는 일도 있다. 그때 gap의 길이는 정극성표준화 충격전압에 대한 50% flashover 전압이 기준충 격절연강도의 83%로 되도록 선택한다. 특별히 지정하지 않으면 변압기 권선중성 점단자의 절연강도는 균등절연으로 한다.
154kV 계통의 변압기 적용
- 표준 절연계급: 154/1.1 = 140호
- 전절연 BIL : 5×140+50 = 750BIL
- 저감절연 BIL : 5×120+50 = 650BIL (회로 공칭전압의 80% 적용)
- 단절연시 중성점 BIL : 350BIL
기준 충격절연 강도
(BIL : Basic Impulse Insulation Level)
E=공칭전압/1.1…전절연
E=공칭전압*0.8…저감절연
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