과도회복전압(TRV)⁕

과도회복전압(TRV)

차단기의 성능을 결정하는 TRV의 유형에 대해 설명하시오.

교류차단기 선정기준에서 TRV의 2-parameter와 4-parameter의 적용기 준을 설명하시오.

TRV

(Transient Recovery Voltage)

TRV는 차단기(CB: Circuit Breaker)가 고장전류를 차단하는 순간에 차단기의 극간에 나타나는 과도적인 전압으로 전원전압으로 회복하기 전에 나타난다.

차단초기에는 과도적인 전압인 TRV가 나타나고 일정시간이 지나면 회복전압(RV)가 나타난다. 차단기는 전류영점에 도달하는 순간에 전원전압보다도 크고, 매우 가파르게 상승하는 TRV를 만나게 되며, 차단기의 극간절연 성능이 TRV 수준보다 높을 때 차단을 성공할 수 있다.

TRV의 발생

1)차단기가 차단되고 고장전류가 0이되는 시점에서 발생되는 TRV는 전원 측 회로의 TRV[V₁] 선로 측 회로의 TRV[V₂] 의 전압차[V₁-V₂] 로 나타낼 수 있다

2)고장전류의 파형과 시간의 변화에 따라 발생된 TRV파형에 반사파가 중첩되기를 반복하여 진동하는 전압파형을 나타내면 다음과 같다.

용어의 정의

1)회복전압

• 차단 직후 양단자 간에 나타나는 전압(TRV+PFRV)

2)과도회복전압(TRV)

• 차단기의 차단 직후 RLC의 특성에 따른 과도 진동전압
• 차단기의 차단능력에 직접적으로 영향

3)상용주파회복전압(PFRV)

• TRV 중심을 결정하는 전압

4)순시과도회복전압(ITRV)

• 차단기와 고장점 간에 전압진동에 의해 정해지는 전압
• 차단기의 열전파괴특성에 상당한 영향을 준다

5)정격회복전압

• 차단기가 정격차단전류 또는 그 이하의 전류를 차단할때 나타날수 있는 고유 회복전압의 한계

6)고유회복전압

• 전로의 1점에 있어서 그 전로의 정현파 교류가 자연 영점에서 아크를 발생하지 않고 차단되거나 또는 전로의 과도현상특성에 영향을 주지 않고 차단되었을 경우의 회복전압을 말한다
• 3상 회로일때는 최초로 차단된 상의 동상 단자 간의 값으로 나타낸다

TRV의 유형

지수형(Exponetial)TRV

→ 과제동

• 선로가 변압기와 차단기 사이에 존재할 때 차단기 2차측 사고시 선로 종단에서 반사되는 반사파에 의해 TRV가 중첩되는 파형

(1) 지수형TRV는 차단기의 단자측에서 고장(Terminal falut)이 발생한 경우 차단기의 전원측 단자에서 나타나는 TRV의 전형적인 유형의 하나이다.

(2) 다수의 선로가 병렬로 접속된 경우에 주로 발생되며, 발생조건은 다음과 같다.

Z_eq:n개의 선로가 접속된 상태에서 등가 서지임피던스
L_eq:전원의 등가 인덕턴스, C_eq:전원의 등가 정전용량

(3) 병렬로 접속된 선로가 많아서 고장전류가 크게 발생된다.

(4) 초기 TRV의 상승률(Rate of rise)은 병렬로 접속된 선로의 수와 관계되며, RRRV는 고장전류가 증가할수록 낮아지는 경향이 있다.

(5) 고장점으로부터 가장 짧은 선로의 끝단에서 반사파 진행파의 중첩이 나타나 TRV의 파고값을 약간 증가시킨다.

코사이형(Cosine, Oscillatory) TRV

→ 부족제동

• 사고가 변압기 또는 직렬 리액터에 의해 제한되며, 선로가 없거나 서지 임피던스가 없을때 발생하는 파형

(1) 코사이형 TRV는 차단기의 단자측에서 고장(Terminal falut)이 발생한 경우 차단기의 전원측 단자에서 나타나는 TRV의 전형적인 유형의 하나이다.

(2) 병렬로 연결된 선로의 수가 작은 경우 주로발생, TRV로 조건은 다음과 같다.

Z_eq:n개의 선로가 접속된 상태에서 등가 서지임피던스
L_eq:전원의 등가 인덕턴스, C_eq:전원의 등가 정전용량

(3) 진동하는 형태의 TRV는 고장발생시에 변압기 또는 한류 리액터 등에 의해서 전류가 제한되고, 송전선로가 없거나 케이블의 서지 임피던스가 제동을 억제할 만큼 충분하지 않은 경우에 발생된다.

(4) 고장전류는 비교적 작게 발생(정격의 30% 수준)되는 경우에 해당한다.

삼각파형(Triangular), 톱니파 TRV

-> SLF(Short Line Fault, 근거리선로고장)

• 단거리 선로 사고시 발생하는 파형

(1) 삼각파형의 TRV는 SLF(근거리선로고장)과 관련이 있다.

• SLF는 차단기에서 수~수십km 지점의 선로에서 고장이 발생
• 차단직후의 전압분포는 차단기 설치점(최대전압)에서 고장점(0V)까지 선형적으로 분포

(2) SLF 발생시 선로측 TRV는 삼각파로 진동하는 형태로 발생된다.

• 차단기의 전원측 단자의 전위는 매우 느리게 상승
• 차단기 단자측에서 정반사, 고장점에서 부반사가 왕복으로 발생되는데, 짧은 선로구간으로 반사파가 되돌아오는 시간이 매우 짧기 때문

(3) SLF 발생시 일반적으로 초기 전압의 상승률은 지수형, 코사이형 보다 높으며, 파고값은 낮게 나타난다.

• 초기 TRV 상승률 측면에서 가혹한 조건
• 차단기로부터 선로가 짧은 고장일수록 상승률이 증가(반사파가 되돌아 오는 시간 짧아짐)

(4) SLF에서는 차단기 단자고장(Terminal Fault)에 비해서 고장전류는 낮게 발생
→선로의 임피던스가 포함되기 때문

과도회복전압 적용기준

정격 과도회복전압은 차단기 정격차단전류 또는 그 이하의 전류를 차단할 때 부과될 수 있는 고유회복전압의 한도로서 2-Parameter법과 4-Parameter법의 규약치로 표시한다.

TRV의 크기와 파형

1)계통전압,계통구성, 설비상수, 차단기 설치위치, 고장전류 등에 따라 크기와 파형이 변함

2)정현과도회복전압은 차단기 정격차단전류 또는 그 이하의 전류를 차단할 때 부과될 수있는 고유 회복전압의 한도로서 2-파라메타법, 4-파라메타법의 규약치로 표시함

TRV 파형 분석을 위한 파라미터

(1) 과도회복전압은 TRV의 파고치와 상승률(RRRV)의 두 가지 파라미터 값으로 정의된다. 또한 TRV 파형의 형태는 고장의 발생위치 및 유형 등의 다양한 요소에 의해서도 영향을 받는다. 일반적으로 TRV 상승률이 높을수록, 파고치가 클수록 차단기로서는 고장전류를 차단하기 어렵게 된다.

(2) TRV의 파형 분석시 고려되어야 할 파라미터는 크게 초기 부분의 과도회복 전압상승률과 파고부분의 파고치로 구분 된다.

적용기준

과도회복전압은 정격차단전류 또는 그 이하의 전류를 차단할 때 차단기 극간에 나타나는 전압을 말하며, 차단기는 이 전압에 견딜 수 있는 절연성능을 가져야 한다.

ANSI/IEEE std. C37.04 및 IEC에서 규정하고 있으며, 차단기를 규정된 TRV로 시험하기 위한 것이다. 차단기 단자에서 발생된 TRV와 비교하기 위한 포락선(Envelope)으로 정격전압 100kV 이하 차단기의 과도회복전압은 2-파라메터U_c, t₃)를 100kV를 초과하는 4-파라메터(U₁, t₁, U_c, t₂) 포락선(Envelope)를 적용한다.

차단기의 시험시에 규정된 상승률 (RRRV)보다 가파르고, 규정된 파고치(U_c)보다 큰 파형으로 시험을 실시해야 한다.

[표] IEC 62271-100 정격과도회복전압의 규약치(170kV 차단기 T100)

정격전압	Kpp [pu]	Kap [pu]	U1 [kV]	t1 [㎲]	Uc [kV]	t2 [㎲]	td [㎲]	U’ [kV]	t1 [㎲]	U1/t1 [kV/㎲]
170kV	1.3	1.4	135	68	253	272	2	68	36	2

⦁ K_pp : First pole to clear factor
-> 계통의 접지시스템에 따른 계수

⦁ K_ap : Amplitude factor(T100-1.4, T10-1.7)
-> 전원주파수의 회복전압의 피크와 TRV의 피크값 사이의 비

TRV의 개선대책

1)케이블포설

• 버스덕트보다 유전체에 의한 커패시턴스값이 증거하여 파고치에 도달하는파고시간이 길어지므로 과도회복전압 상승률의 값을 작게 함

2)케이블의 삼각배치

• 일렬배치보다 삼각배치 시 상승률이 작으며 버스덕트 포설시보다 상승률이 감소

3)콘덴서 추가 설치

• 상승률은 커패시턴스 크기의 증가에 따라 완화되는 특성

차단기 선정 시 고려사항

• 계통의 TRV보다 충분히 큰 차단기를 선정한다
• TRV분석은 계통의 구성방법, 고장전류의 크기, 변압기 임피던스, 부하의 종류 및 크기등에 따라 차이가 나므로 정확한 검토가 필요하다
• 차단기 선정 시 계통구성 이전에 다양한 경우를 선정하여 시뮬레이션을 통해 위험 부분을 예측해야 한다.

결론

• 전력계통의 크게 증가하고 복잡해짐에 따라 전력계통의 고장시 발생하는 고장전류 또한 크게 증가하여 차단기가 큰 고장전류를 고장전류를 견디지 못하고 차단기에 실채하는 경우도 발생한다
• 따라서 차단기 및 계통의 모든 전력기기들은 이러한 큰 고장 수준에도 견딜수 있게 설계되어야 한다.

★★ 사용기기의 선정
★ 사용기기의 선정(차단기)
차단기
차단기 관련용어 ⁕
차단기의 종류⁕
–전력퓨즈(PF)
–누전차단기(ELB)
–CTTS와 ATS
–기타 개폐기
–배전선로 개폐기
–가스절연개폐장치(GIS)
–GCV의 특징과 SF6가스의 향후 대책
–직류차단기
차단기의 투입방식과 트립방식
과도회복전압(TRV)
최신 차단기의 기술 동향

★개폐장치
차단기 관련용어
차단기의 종류
누전차단기(ELB)
과도회복전압(TRV)
전력퓨즈(PF)
배전선로 개폐기
기타 개폐기
가스절연개폐장치(GIS)