345[kV] 및 154[kV] 변압기 중성점 피뢰기 정격전압 선정

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발전기 무부하 운전 중 변압기 (22/345[kV]) Δ-Y결선, 중성점 비접지의 22차(2차)측에서 1선 지락 발생 시 중성점에 설치된 피뢰기의 정격전압을 선정하는 문제입니다.

Table of Contents

1. 변압기 중성점 보호

1) 중성점에 피뢰기를 설치하는 이유

초고압 계통은 정상 운전 중에도 1선 지락 시 중성점의 전위가 급격하게 상승할 가능성이 있습니다. 이러한 전위 상승으로 인해 절연 파괴나 기기의 손상을 방지하기 위해 중성점에 Bushing 및 피뢰기를 설치하여 보호할 필요가 있습니다.

2) 설치도

다음은 중성점 피뢰기 설치도의 예시입니다:

Δ

/ \
/ \
LA DS
| |
—|—–|—- | | 지중선 접지

LA: 피뢰기, DS: 단로기(Disconnect Switch)

3) 변압기의 중성점 운전

(1) 단로기(DS) 투입 시:

정상적으로 중성점 접지가 이루어져 운전됩니다.
이 상태에서 전압 상승이 발생할 경우, 피뢰기가 작동하여 기기를 보호합니다.

(2) 단로기(DS) 개방 시:

LA를 통한 중성점 부동 운전이 이루어집니다.

2. 피뢰기 정격전압 및 1선 지락 시 동작 여부

1) 345[kV] 변압기의 피뢰기 정격전압 계산

피뢰기의 정격전압 $V_L$은 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있습니다:
$$
V_L = \alpha \beta V_m
$$
여기서,

$\alpha$: 접지 계수
$\beta$: 여유 계수
$V_m$: 계통 최고 전압

계통 최고전압 $362[kV]$로 설정하고, 345[kV] 계통을 유효접지 계통으로 간주하면, 접지 계수 $\alpha$는 $0.75$, 여유 계수 $\beta$는 $1.06$이므로 피뢰기 정격전압은 다음과 같이 계산됩니다:
$$
V_L = 0.75 \times 1.06 \times 362 = 288 [kV]
$$

2) 1선 지락 시 전압 상승 대처 여부 (345[kV])

1선 지락 시 건전상에 걸리는 전압은 다음과 같이 계산됩니다:
$$
\frac{362}{\sqrt{3}} \times 1.3 = 272 [kV]
$$
이 값은 피뢰기 정격전압 288[kV]보다 낮으므로 피뢰기는 동작하지 않습니다.

3) 154[kV] 변압기의 중성점 피뢰기 정격전압

154[kV] 변압기의 경우, 계통 최고 전압 $V_m$은 110[kV]이고, 접지 계수 $\alpha = 0.75$, 여유 계수 $\beta = 1.06$일 때 피뢰기 정격전압은 다음과 같습니다:
$$
V_L = 0.75 \times 1.06 \times 110 = 144 [kV]
$$

4) 1선 지락 시 전압 상승 대처 여부 (154[kV])

1선 지락 시 건전상 전압은 다음과 같이 계산됩니다:
$$
\frac{110}{\sqrt{3}} \times 1.3 = 127 [kV]
$$
이는 피뢰기 정격전압 144[kV]보다 낮으므로 피뢰기는 동작하지 않습니다.

결론

345[kV] 및 154[kV] 변압기의 중성점에 설치된 피뢰기의 정격전압을 각각 288[kV]와 144[kV]로 설정하였으며, 1선 지락 시 건전상 전압 상승에도 피뢰기는 정상적으로 동작하지 않습니다. 피뢰기는 계통 내 전압 상승 시 기기 보호에 효과적으로 작동할 수 있도록 설계되어야 하며, 이를 위해 정확한 정격전압 계산이 필수적입니다.

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