8. 송전선로(765kV)에 적용하는 고속도 접지개폐기(HSGS)
@기본 보충설명
송전선로에 순시고장이 발생하면 우선 고장을 끊고, 고장점에서 소이온이 될 때까지 일정시간 기다린다.
그 시간동안 아크가 완전히 없어져야 다시 투입해도 정상적인 전력공급이 가능하다.
단상재폐로나 단상재폐로방식은 고장난 상만 끊고 건전한 상으로 정상적인 전력을 공급하는 방식인데,
이 때, 건전한 상이 고장난 상으로부터 전압에 의한 정전유도 혹은 전류로 인한 전자유도가 발생해서
아크가 소이온이 되지 않고 정전유도/전자유도의 에너지에 의해 일부 전압이 걸리게 되면서 계속 전류가
흐르는 상태 즉 소이온 되지 않고 고장전류(아크)를 계속 유지시키려는 힘이 발생하게 된다.
이렇게 되면 다시 투입을 해도 고장이 남아있는 것으로 판단하기 때문에 단 1회의 재폐로는 실패해서
결국 건전한 상까지 모두 함께 차단시켜야 하는 상황이 오게 된다.
이러한 현상을 막기 위해 고속도 접지개폐기(HSGS : High Speed Ground Switch)가 필요하다.
고장이 발생한 상을 끊고 일정시간(765kV 경우 60Hz(1초))을 기다리는 동안 아크가 완벽히 소이온 될 수 있도록,
고장상이 건전상에 의해 정전유도, 전자유도 되어도 빠른 시간 내 끊어진 선로를 고속도로 접지시킴으로써
고장(아크전류)을 유지 및 잔류하려는 에너지를 없애주기 때문에 다시 재폐로 하는데 있어 문제가 없게 된다.
송전선로는 단 1회만 재폐로 하기 때문에 일정시간 내 반드시 아크는 소이온 되어야 한다.
즉, 소이온되는 시간을 더 짧게 만들어 주는 기기가 바로 고속도 접지개폐기다.
GIS를 예를 들어 설명하면, 우리가 단로기를 열어서 도체에 직접 손을 댈 수 없는 이유는 잔류전하가 남아있기 때문이다.
그래서 접지를 함으로써 도체의 잔류전하를 없애고 유지보수를 한다던지 도체를 만질 수 있는 것이다.
이와 유사한 개념이다. 고장이 발생해서 고장난 상을 끊어낸다 하더라도 여전히 잔류전하가 남아있다던지
정전유도 혹은 전자유도로 인해 고장점으로부터 아크가 끊어지지 않고 지속이 될 수 있기 때문에 접지를 함으로써
이를 해결하는 것이다. 단 1회의 재폐로만 허용되므로 일정시간 후 재 투입되기 전까지, 반드시 고장이 발생한 상은
다시 투입이 되어도 문제가 없는 상태가 되어야만 하는 것이다.
1. HSGS가 필요한 이유
· 765kV 2회선 송전선로에 고장이 발생할 경우, 2상(2M방식) 또는 3상(3M방식)이 건전하다면 회선 전체를 차단하지 않고,
고장난 상만 차단하는 다상 재폐로 방식을 적용하여 전력공급을 안정화시킨다.
· 고장발생 후 차단이 되고 재폐로 될 때까지 계통은 불평형 상태가 돼서 영상, 역상전류가 흐르게 되고
이로 인해, 후비보호 계전기의 오동작 또는 발전설비 고장발생의 원인이 되므로 가능한 신속한 재폐로 성공이 필요하다.
(1상이라도 끊어지게 되면 즉, 결상이 발생하면 영상분 전류도 많이 발생하지만 역상분 전류가 굉장히 많이 발생해서
불평형률이 100%까지 달하게 되고, 뿐만 아니라 역상분은 회전기에 영향을 크게 주기 때문에..)
· 재폐로 시간은 고장점의 아크 소멸시간(소이온시간)에 따라 정해지게 되는데,
765kV 급에서는 3상 재폐로 시 0.5초, 단상 재폐로시 1초 이상이 소요되기 때문에 신속히 소이온 시킬 수단이 요구된다.
(345kV 경우에서도 마찬가지로, 단상 재폐로 방식일 경우 고장상으로부터 정전/전자유도 때문에 건전상이
아크 소이온 되기까지 3상재폐로방식보다 재폐로되는 시간이 더 긴 이유이다. (재폐로시간_단상:48Hz, 3상:24Hz)
· 765kV가 차단되게 되면 우리나라 전체 광역정전이 되기 때문에, 3상 재폐로가 아닌 다상재폐로 방식을 적용하며,
전력공급의 중요성이 매우 크기 때문에 고속도 접지개폐기를 설치하는 등 특별히 더 신경을 많이 쓰는 이유이다.
· 고장점 아크가 완전히 소이온 되지 않는 이유는, 건전상에 의한 정전유도와 전자유도에 의해 아크가 오랫동안 지속되는 것이다.
(건전상에 걸리는 전압에 의한 정전유도와,
건전상에 흐르는 전류에 의한 시간에 따라 변화하는 자기장은 페러데이법칙에 의해 전자유도돼서 고장상에 유도전압이 발생함.)
2. HSGS 동작 순서
① 위 그림2. 와 같이 2회선 송전선로에서 2상(A, C'상) 지락고장 발생되면
② 양단 차단기가 트립돼서 차단기 내부 1차 아크가 차단되고,
고장점 아크(2차아크)는 건전상에 의한 정전유도와 전자유도로 인해 아크가 자동 소이온 되지 않고 고장이 지속된다.
③ 2차아크가 지속되려는 에너지를 끊어내기 위해, 선행 HSGS를 투입하고 후행 HSGS를 투입해서 2차아크를 소호한다.
④ 선행 HSGS를 개방하고, 후행 HSGS를 개방한다.
⑤ 재폐로시간 1초(60Hz) 이내 차단기를 자동 투입하여 전력공급을 안정적으로 지속한다.
· 정전유도 및 전자유도의 크기는 송전선로의 크기에 비례하므로,
- 80km 초과 송전선로의 경우, 양쪽 단에 HSGS 설치함
- 80km 이하 송전선로의 경우, 한쪽 단에만 HSGS 설치함
· 고속도 접지개폐기는 정전유도 및 전자유도 전압, 전류를 투입하기도 하고 차단하기도 하는 일종의 차단기로 볼 수 있으며,
정격 단시간전류 통전능력 및 정격 단락전류 투입 능력을 보유한다.
· HSGS의 동작책무 : C - 0.4s - O
(일단 고속으로 닫고, 정전유도 및 전자유도에 영향받는 아크가 소이온 될 때까지 0.4초 동안 기다렸다가, 다시 재빠르게 오픈한다.)
3. HSGS 동작시퀀스 및 시간
송전선로에 고장이 발생하게 되면,
일단 릴레이에서 고장을 검출하고 차단기가 트립되는데까지 5Hz가 소요된다. (송전선로 차단기는 3cycle 내 차단한다.)
HSGS가 투입되는데 12Hz가 소요되고,
0.4초 기다리는 시간과 HSGS를 개방하는 시간까지 31Hz(0.51초)가 소요된다.
다시 재투입하라는 79 릴레이 신호가 발생하고 (6Hz 소요)
차단기가 재투입 되기까지 6Hz가 소요된다.
4. 관련사진
출처 : IPST 05-096 Montreal 2005
출처 : CIGRE 2004, A3-308