송전 전력계통용 차단기의 고속 재폐로 방식과 종류는 무엇이 있을까?

 

전력계통에서 송전선로의 사고는 대부분이 순간적인 번개 혹은 수목접촉(새 포함)에 의해서 고장이 발생할 수 있습니다. 이러한 상황에서 고장 내용을 제거 후 절연 내역을 회복한 다음에 즉시 전력 공급을 할 수 있어야 전력 공급의 신뢰성을 높일 수 있는데, 이러한 고장 차단 후 자동으로 정의된 시간 내 전력을 재 공급 할 수 있는 재폐로 방식에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

목차 1. 재폐로 방식의 정의 2. 재폐로 방식의 효과 3. 재폐로 방식의 동작 시퀀스(Sequence) 4. 재폐로 방식 적용시 유의사항 5. 재폐로 방식의 종류     5.1 단상 재폐로 방식     5.2 단상/3상 재폐로 방식     5.3 3상 재폐로 방식     5.4 다상 재폐로 방식 6. 재폐로 방식의 성공, 실패, 부동작 상태의 요약 설명

 

 

1. 재폐로 방식의 정의

전력계통에서 발생하는 사고의 90% 이상은 순간적인 외부 접촉이나 절연 손실로 인해 발생합니다. 이러한 사고는 발생 후 즉시 절연이 복구되어 정상 운영될 수 있습니다. 따라서 사고 발생 시 고속 차단 후 일정 시간이 경과하면 재투입하여 정상 운영할 수 있는 '고속도 재폐로 방식'을 도입 및 운영하고 있습니다. 이러한 재폐로 방식에는 단상 재폐로, 단상/3상 재폐로, 3상 재폐로, 다상 재폐로 방식이 있습니다.

 

2. 재폐로 방식의 효과

① 과부하 안정성 및 공급 신뢰도 향상

송전 계통에서 발생하는 사고의 90% 이상이 순간 지락 사고이므로, 사고 발생 시 고속차단을 한 후 일정 시간이 경과하면 재투입하여 정상 운영함으로써 과부하 안정성 및 공급 신뢰도를 향상할 수 있습니다.

② 기기나 선로의 과부하 해소

병행 2회선 송전선에서 1회선이 고장으로 차단되면 나머지 회선에 과부하가 발생할 수 있지만, 고장 난 회선을 재송전함으로써 과부하를 해소할 수 있습니다.

③ 운전원의 노력 감소

계통의 고장을 자동으로 복구함으로써 운전원의 노력을 줄일 수 있습니다.

 

3. 재폐로 방식의 동작 시퀀스(Sequence)

 

상기 재폐로 방식의 동작 회로에 대해 도식화한 자료이며, 아래와 같이 주요 용어에 대해 설명할 수 있습니다.

 

① 재폐로 시간

이는 보호 계전기가 동작하여 재폐로 계전기가 가동되고 차단기에 투입 명령을 보내기까지의 시간입니다. 보호 계전기는 발생한 문제를 신속하게 탐지하고 그 문제를 분리하여 전기 장치를 보호합니다. 계전기가 작동하면 재폐로 동작하게 되고, 이러한 동작이 차단기에 투입 명령을 보내는 데 걸리는 시간은 보통 몇 초에서 몇 분까지 다양합니다. 이러한 시간은 전기 장치의 안전한 운영을 위해 매우 중요합니다.

 

② 무전압 시간(소이온 시간)

고장점에서 생긴 잔류 전류가 소멸되어 절연이 회복될 때까지의 시간으로 정의할 수 있습니다.

즉, 차단기의 차단 완료 시간부터 차단기 투입 완료 시간까지를 말하며, 345kV는 20사이클, 765kV는 33사이클을 나타냅니다.

이러한 잔류 전류는 전기장치가 꺼진 후에도 일정 시간 동안 유지됩니다. 이 시간은 잔류 시간이라고도 불리며, 이전에 언급한 것처럼, 전기장치의 절연을 회복하는 데 필요한 시간입니다. 이는 매우 중요한 개념으로, 전기장치의 안전한 사용을 보장하는 데 필수적입니다. 따라서 전기기기를 설계할 때 이러한 잔류 전류의 시간을 고려해야 합니다.

또한 잔류 전류는 전기기기의 성능에도 영향을 미칩니다. 잔류 전류가 오래 유지될수록 전기기기의 성능은 저하될 수 있습니다. 이는 전기기기를 구입할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다. 따라서 전기기기를 설계할 때 잔류 전류의 영향을 최소화하기 위한 방법을 고민해야 합니다.

 

4. 재폐로 방식 적용시 유의사항

송전 전력계통에 재폐로 방식을 적용할 경우의 주의사항은 아래와 같이 3가지로 정리할 수 있습니다.

① 가공 송전선로는 재폐로를 1회만 실시합니다.

(지중 케이블이나 변압기 등과 같은 기기에는 재폐로를 적용하지 않습니다.)

② 주보호 계전기에만 재폐로를 적용하고, 후비보호 계전기에는 적용하지 않습니다.

③ 차단기의 동작 의무를 충족하고, 차단기의 기능을 유지할 수 있도록 해야 합니다.

 

5. 재폐로 방식의 종류

5.1 단상 재폐로 방식

① 동작 방식

• 1상 지령 고장 시, 고장 상만을 차단한 후, 나머지 2상으로 전력을 계속 송/수전하다가 고장점의 절연이 회복되면 차단했던 1상을 다시 폐로 하는 방식입니다.

② 장점

• 나머지 2상이 계속 운전 중이므로 재투입 시 동기 확인이 불필요합니다.

③ 단점

• 무전압이 된 선로 부근에 건전 전압이 인가된 2상이 있으므로, 소이온 시간이 길어져서 무전압 시간이 3상 폐로 방식보다 길어집니다.
• 2상 이상의 고장 시에는 3상 차단하고, 폐로 하지 않습니다.
• 고장 상 선택 차단기가 추가되어 장치가 복잡합니다.

 

5.2 단상/3상 재폐로 방식

① 동작 방식

• 단상 차단 재폐로 방식은 2상 이상의 고장이 발생할 경우 3상 차단 후 재폐로 하지 않고, 2상 이상의 고장이 발생하면 3상 차단 후 3상 재폐로 하는 방식을 '단상/3상 재폐로 방식'이라고 합니다.

② 적용 계통

• 345[kV] T/L 

 

 5.3 3상 재폐로 방식

① 동작 방식

• 고장의 종류에 관계없이, 3상을 모두 차단한 후, 3상을 재폐로 하는 방식입니다.

② 장점

• 고장 상황에 따라 선택 차단기가 필요 없어서 장치가 간단합니다.

③ 단점

• 재투입시 양단의 동기 확인이 필요하므로, 동기 검출 계전기나 조류 검출 계전기가 필요합니다.
• 1선 지락 고장 시에도, 3상을 모두 차단하므로 고장 분리 횟수가 많아집니다.

④ 적용 계통

• 154 [kV] T/L

 

5.4 다상 재폐로 방식

① 동작 방식

• 병행 2회선 송전선에서 2회선을 합하여 적어도 서로 다른 2상이 건전하면 고장상만을 차단한 후, 재폐로 하는 방식입니다.

② 장점

• 병행 2회선 송전선에서 고장상만을 차단하므로 차단 중에도 송전전력이 커서 과도안정도면에서 유리하여 기간계통에 적용이 우수합니다.

③ 단점

• 고장상 선택 차단기가 추가되어 장치가 복잡합니다.

④ 적용 계통

• 765 [kV] T/L (HRSG 활용)

 

6. 재폐로 방식의 성공, 실패, 부동작 상태의 요약 설명

① 재폐로 성공

재폐로 계전기가 동작하여 차단기를 재투입한 결과, 고장 원인이 제거되어 계속 송전이 가능한 상태입니다.

② 재폐로 실패

재폐로 계전기가 동작하여 차단기를 재투입하였으나, 사고가 계속되어 차단기가 재차단된 상태입니다.

③ 재폐로 부동작

재폐로 계전기가 OFF 되었거나, 운전 중에 동작하지 않은 경우입니다.

 

위와 같이 전력계통의 고속 재폐로 방식을 살펴보았습니다. 이 글이 전기공학에 대한 전문적인 지식 습득에 도움이 되었기를 바랍니다. (끝)