소호리액터 합조도 정의와 부족 보상 상태가 되면 안되는 이유

Table of Contents

소호리액터의 정의 및 역할

1. 소호리액터란?

소호리액터 합조도 정의를 알기위해서는 탭에 대해 알아야 합니다. 소호리액터(Arc Suppression Coil)는 1선 지락 사고 시 발생하는 지락 전류를 억제하고, 계통의 안전성을 확보하기 위해 설치되는 리액터입니다. 주로 소호 접지 방식에서 사용되며, 영상 전류(Zero Sequence Current)를 상쇄시켜 아크 소멸을 도와줍니다. 소호리액터는 계통의 대지 정전용량에 의해 발생하는 충전 전류를 상쇄하여, 지락 사고 시 전류의 크기를 최소화하고, 계통 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

2. 소호리액터의 탭(Tap)

소호리액터는 계통의 정전용량(C)과 인덕턴스(L)의 변화에 따라 공진점이 변할 수 있기 때문에, 이를 조정하기 위해 여러 개의 탭(Tap)이 설정되어 있습니다. 계통의 선로 정수, 기기 손실, 코로나 효과 등의 영향을 고려하여 다양한 탭 설정이 필요하며, 이를 통해 소호리액터가 대지 충전 전류와 공진하게 합니다.

소호리액터의 탭을 조정하여, 각 상황에 맞는 보상 상태를 유지할 수 있도록 해야 하며, 과보상이나 부족보상 상태를 방지하는 것이 중요합니다.

합조도(Matching Degree)의 정의

1. 합조도의 의미

합조도(Matching Degree)는 소호리액터의 탭 설정이 공진점에서 얼마나 벗어나 있는지를 나타내는 지표입니다. 소호리액터의 유효 보상 정도를 확인하는 데 사용되며, 계통의 대지 충전 전류와 소호리액터의 보상 전류가 얼마나 잘 일치하는지를 나타냅니다. 이 값이 0에 가까울수록 소호리액터가 대지 충전 전류를 정확하게 보상하고 있다는 것을 의미하며, 값이 크게 벗어나면 과보상 또는 부족보상 상태가 됩니다.

2. 합조도의 수식적 정의

합조도는 다음과 같은 수식으로 정의됩니다:

$$
P = \frac{I_{L} – I_{C}}{I_{C}} \times 100 \, [\%]
$$

여기서,

$P$ : 합조도(보상 상태를 나타내는 백분율)
$I_{L}$ : 소호리액터의 탭에 의해 설정된 보상 전류
$I_{C}$ : 계통의 대지 충전 전류

합조도 $P$의 값에 따라 소호리액터의 보상 상태를 세 가지로 구분할 수 있습니다:

P = 0% : 정확한 보상 상태 (공진 상태)
P > 0% : 과보상 상태 (소호리액터의 보상 전류가 대지 충전 전류보다 큼)
P < 0% : 부족보상 상태 (소호리액터의 보상 전류가 대지 충전 전류보다 작음)

소호리액터의 보상 상태

1. 공진 상태 (P = 0)

소호리액터의 보상 전류가 대지 충전 전류와 정확히 일치하여, 지락 사고 시 계통에서 지락 전류가 거의 흐르지 않는 상태를 말합니다. 이 상태에서는 소호리액터가 대지 충전 전류를 완벽하게 상쇄하여, 아크가 안정적으로 소멸될 수 있습니다.

2. 과보상 상태 (P > 0)

소호리액터의 보상 전류가 대지 충전 전류보다 큰 경우를 의미합니다. 이 경우, 소호리액터가 과도하게 보상하여, 지락 사고 시 영상 전류가 반대 방향으로 흐를 수 있습니다. 과보상 상태가 되면, 전압이 불안정해지며, 장비에 손상을 줄 수 있습니다.

3. 부족보상 상태 (P < 0)

소호리액터의 보상 전류가 대지 충전 전류보다 작은 경우를 의미합니다. 부족보상 상태에서는 지락 사고 시 지락 전류가 충분히 상쇄되지 않아 고장 전류가 크게 발생할 수 있습니다. 이러한 상태에서는 소호리액터가 제 기능을 발휘하지 못하여, 계통에 아크가 지속되거나, 지락 고장이 확대될 위험이 있습니다.

부족보상 상태의 문제점

부족보상 상태가 되면, 다음과 같은 문제들이 발생할 수 있습니다:

지락 시 고장 전류의 증가
소호리액터의 보상 전류가 부족하면, 지락 사고 시 발생하는 고장 전류가 충분히 상쇄되지 않아 계통에 큰 전류가 흐를 수 있습니다. 이는 계통 보호 계전기의 신뢰성을 저하시키고, 변압기 및 기타 설비에 과부하가 걸릴 위험이 있습니다.
지락 사고 시 전압 불안정
부족보상 상태에서는 지락 시 전압 변동이 크게 발생할 수 있습니다. 특히, 고장 상이 아닌 건전상에서 전압이 급격하게 상승하여, 설비의 절연 파괴 위험이 증가할 수 있습니다.
아크 지속 및 설비 손상
지락 사고 시 충분한 보상이 이루어지지 않으면, 아크가 지속적으로 발생하여 계통의 안정성이 저하됩니다. 또한, 아크로 인한 열적 손상이 축적되어, 변압기나 전력기기 등의 수명이 단축될 수 있습니다.
공진 현상
부족보상 상태에서 특정 주파수에서 공진 현상이 발생할 수 있습니다. 이러한 공진 현상은 전류와 전압의 급격한 변화를 초래하여, 계통에 심각한 장애를 일으킬 수 있습니다.

소호리액터의 용량 선정

소호리액터의 용량은 계통의 대지 충전 전류에 맞춰 적절하게 선정되어야 합니다. 소호리액터의 용량은 다음과 같은 수식으로 계산됩니다:

$$
Q = \frac{V_{LL}^2}{\omega \cdot L}
$$

여기서,

$Q$ : 소호리액터의 유효 용량
$V_{LL}$ : 선간 전압(Line-to-Line Voltage)
$\omega$ : 각속도 ($2\pi f$)
$L$ : 소호리액터의 인덕턴스

이 수식을 통해 소호리액터의 용량을 선정하여, 계통의 대지 충전 전류와 공진을 이루도록 해야 합니다.

결론

소호리액터는 1선 지락 사고 시 발생하는 지락 전류를 상쇄하여, 계통의 안전성을 유지하는 중요한 장치입니다. 이를 효과적으로 운영하기 위해서는 합조도를 통해 소호리액터의 보상 상태를 지속적으로 확인하고, 공진 상태를 유지하는 것이 중요합니다. 부족보상이나 과보상 상태가 되지 않도록, 정기적인 점검과 적절한 탭 조정을 통해 소호리액터가 최적의 보상 상태를 유지하도록 해야 합니다.