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표제지

국문요약

목차

제1장 서론 13

1.1. 연구 배경 및 필요성 13

1.2. 연구 방법 14

제2장 배전선로 접지규정 15

2.1. 국내의 접지 관련 규정 15

2.1.1. 전기설비 기술기준에서의 접지규정 15

2.1.2. 배전선로의 접지공사 설계기준 23

2.1.3. 배전선로의 피뢰기 접지공사 설계기준 28

2.2. 외국의 접지 관련 규정 31

2.2.1. 일본 전기설비기술기준에서의 접지 규정 31

2.2.2. 일본 배전규정에서의 접지 34

2.2.3. 북해도 전력회사의 배전 접지 40

2.2.4. 대만 전력회사의 배전 접지 45

2.2.5. 미국 전력회사(CP&L)의 배전접지 45

2.2.6. IEEE의 배전부분 중성점 접지 가이드 46

2.3. 가공선로의 중성선 접지기준 48

2.3.1. 중성선의 접지기준 49

제3장 다중접지전극의 합성임피던스 51

3.1. 다중접지계통의 합성임피던스 계산 51

3.1.1. 현행 합성저항의 계산 51

3.1.2. 회로해석에 의한 합성임피던스 계산 53

3.1.3. 합성 저항식과 제안된 합성 임피던스(ZN) 비교(이미지참조) 59

제4장 전력계통의 고장전류 계산 61

4.1. 고장전류 종류 61

4.1.1. 고장전류 형태 61

4.1.2. First Cycle Fault Current(Moment Fault Current) 61

4.1.3. 차단시 고장전류 62

4.1.4. Steady State Fault Current (30 Cycle Fault Current) 62

4.2. 단락전류 계산 63

4.2.1. %임피던스 계산방법 63

4.2.2. 임피던스 67

4.2.3. 케이블 및 전선 67

4.2.4. 변압기 67

4.2.5. 회전기 임피던스 70

4.2.6. 비대칭계수 71

4.3. 고장전류 계산 방법 71

4.3.1. 고장 전류 계산 순서 71

4.3.2. 고장전류 계산 방법 및 절차 72

4.4. 1선 지락 고장전류 계산 76

4.4.1. 직접접지 계통 1선지락전류 77

4.4.2. 저항 접지 계통 1선지락전류 77

4.4.3. 비접지 계통 1선지락전류 78

제5장 1선지락고장 시험에 의한 지락고장전류 분류 81

5.1. 1선지락고장 시험에 의한 지락고장전류 사례연구 81

5.2. 인공고장 발생장치 (AFG : Artificial Fault Generator) 83

5.2.1. 장비 구성 83

5.2.2. 구성기기의 기능 83

5.2.3. AFG의 주요사양 84

5.3. 1선 지락고장 시험 86

5.4. 1선 지락고장 시뮬레이션 92

제6장 결론 100

참고문헌 102

Abstract 104

표목차

표 2.1.1. 일반적인 접지공사의 종류 16

표 2.1.2. 접지선의 굵기 18

표 2.1.3. 가요성 접지선 종류 및 단면적 19

표 2.1.4. 배전선로 접지공사의 구분 24

표 2.1.5. 피뢰기 및 가공지선의 접지저항 크기 29

표 2.2.1. 접지선의 종류 32

표 2.2.2. 접지공사의 종류 및 접지저항 크기 35

표 2.2.3. 접지선의 굵기 36

표 2.2.4. 접촉상태에 따른 접촉전압 기준 41

표 2.2.5. 전력설비의 접지 종별 43

표 3.1.1. 계산방법에 따른 다중접지 중성선 합성 임피던스 59

표 4.2.1. Typical Reactance Values for Induction and Synchronous Machines, in Per-Unit of Machine kVA Ratings 68

표 4.2.2. Rotating-Machine Reactance (or Impedance) Multipiers 70

표 4.2.3. Typical X/R, X" and Multyplying Factor (MF) for Fault Calculation Based ON ANSI/IEEE STANDARDS 70

표 5.3.1. 지락고장전류 분류 (Case 1) 86

표 5.3.2. 지락고장전류 분류 (Case 2) 89

표 5.3.3. 지락고장전류 분류 (Case 3) 89

표 5.4.1. 지락고장전류 분류 비교 (Case 1) 97

표 5.4.2. 지락고장전류 분류 비교 (Case 2) 97

표 5.4.3. 지락고장전류 분류 비교 (Case 3) 98

그림목차

그림 2.1.1. 전주의 접지공사 27

그림 2.1.2. 접지선의 취부(내부) 28

그림 2.1.3. 접지선의 취부(외부) 28

그림 2.1.4. 접지선 몰딩의 취부 위치 28

그림 2.1.5. 배전계통 피뢰기 접지 29

그림 2.1.6. 가공지선의 접지 30

그림 2.2.1. 접지시공 33

그림 2.2.2. 가공 공동지선의 설치 33

그림 2.2.3. 전주의 접지 시공 37

그림 2.2.4. 가공접지선의 접지 38

그림 2.2.5. 가공공동 접지선 39

그림 2.2.6. 인체 허용전류의 한계값 42

그림 2.2.7. 33㎸ 배전선로의 접지 개념도 43

그림 2.2.8. 접지극의 병렬 시공 44

그림 3.1.1. 중성선 다중접지 배전계통의 직류 접지저항 회로 52

그림 3.1.2. 다중 접지된 중성선의 등가회로 53

그림 3.1.3. 다중접지 선로중간 고장일 경우 등가회로 54

그림 3.1.4. 선로중간 지락고장 시 테브난 등가회로 54

그림 3.1.5. 다중접지 선로말단 고장일 경우 등가회로 55

그림 3.1.6. 선로말단 지락고장 시 테브난 등가회로 56

그림 3.1.7. 계산식 결과(Zth)와 MATLAB 결과(Zk)(이미지참조) 58

그림 3.1.8. MATLAB 모의에 의한 합성 임피던스 결과 58

그림 3.1.9. 계산결과의 비교 60

그림 4.1.1. 고장전류의 시간에 따른 변화 형태 62

그림 4.2.1. %임피던스의 개념 63

그림 4.2.2. 변압기의 1,2차 회로 64

그림 4.2.3. 수전설비 개요도 65

그림 4.2.4. 등가회로 66

그림 4.2.5. X/R Ratio of Transformer (Based on ANSI/EEEE C37.010-1979) 68

그림 4.2.6. X/R Range for Small Generators and Synchronous Motors(solid Rotor and Salient Pole) 69

그림 4.2.7. X/R Range for Three-Phase Induction Motors (From ANSI/IEEE C37.010-1979) 69

그림 4.3.1. Multiplying Factors for Three Phase Faults Fed Predominantly from Generators 72

그림 4.3.2. 단선결선도 73

그림 4.3.3. 임피던스 맵 74

그림 4.3.4. 임피던스의 직·병렬 합성 75

그림 4.3.5. A, B, C 점 고장시 임피던스 합성 75

그림 4.4.1. 직접접지시 및 저항접지시 1선지락 전류 77

그림 4.4.2. 비접지시 1선지락 전류 80

그림 5.1.1. 사례연구 배전 시스템 81

그림 5.1.2. 말단3호주 외관 사진 82

그림 5.1.3. 사용한 파형기록계 사진 82

그림 5.1.4. 사용한 파형취득장치 사진 83

그림 5.2.1. 인공고장 발생장치의 외관 사진 85

그림 5.2.2. AFG와 전주와 혼촉된 사진 85

그림 5.3.1. AFG 파형(고장전류 : 200A) 87

그림 5.3.2. 말단 1호 파형 CH 1 : 0.23 A(14.5 Ω), CH 2 : 0.17 A(14.7 Ω, 피뢰기) 87

그림 5.3.3. 말단 2호 파형 CH 1 : 0.11 A(30 Ω) 88

그림 5.3.4. 말단 3호 파형 CH 1 : 104.65 A(중성선), CH 2 : 0.32 A(12.0 Ω) 88

그림 5.3.5. AFG 파형(고장전류 : 284A) 90

그림 5.3.6. 말단 1호 파형 CH 1 : 0.07 A(180 Ω), CH 2 : 0.17 A(14.7 Ω, 피뢰기) 90

그림 5.3.7. 말단 2호 파형 CH 1 : 0.1 A(30 Ω) 91

그림 5.3.8. 말단 3호 파형 CH 1 : 91.9 A(중성선), CH 2 : 0.37 A(12.0 Ω) 91

그림 5.4.1. 사례연구 배전시스템의 등가회로 92

그림 5.4.2. 다중 접지된 중성선의 등가회로 93

그림 5.4.3. 계산식 (Zth) 및 MATLAB(Zth(n)) 결과(이미지참조) 94

초록보기

 국내 배전계통은 3상 4선식으로 중성선을 다중 접지하는 방식을 채택하고 있다. 또한 낙뢰 보호대책으로 가공지선을 설치하고, 200[m] 간격으로 중성선에 접속한 후 대지에 접지하고, 접지저항 값은 50[Ω] 이하로 규정하고 있다.

주상변압기를 비롯한 전기기기의 접지는 고저압 혼촉 시의 저압측 전위상승 억제, 지락사고 발생 시 분담 전압의 억제, 이상전압 억제에 의한 절연계급의 저감, 보호계전기 동작 확실화 등의 목적으로 매우 중요한 역할을 하고 있다. 지락사고 시 다중접지 배전시스템의 고장전류 및 대지전위 상승과 같은 응답특성 연구는 오래전부터 계속되어 오고 있다.

본 논문에서는 사례연구 배전시스템을 구성하고, 인공 고장발생장치를 사용하여 배전선로 말단에 1선 지락고장을 발생시켜 1선 지락고장전류, 배전전주의 접지저항에 흐르는 고장전류, 가공지선에 흐르는 고장전류, 중성선에 흐르는 고장전류 등의 지락 고장전류 분류와 대지전위 상승을 측정하고자 한다. 사례연구 배전시스템을 등가회로로 모델링하여 실측한 지락고장 전류분류와 대지전위상승을 시뮬레이션 한 값과 비교 분석하고자 한다.

배전계통에서 1선 지락고장이 가장 많이 일어난다. 1선 지락고장 시 고장 점에 가까운 전주에 고장전류와 중성점 전위 상승이 가장 크게 나타난다. 배전선로는 3상 4선식으로 다중접지가 되어 있다. 배전선로에 지정된 전주에 1선 지락사고를 발생시켜 고장전류, 고장점에서 가까운 3개의 배전전주 접지저항에 흐르는 고장전류, 가공지선 고장전류, 중성선 고장전류 등의 지락고장전류 분류를 측정하였다 사례연구 시스템을 등가회로로 모델링하여 MATLAB으로 계산한 지락고장전류 분류는 설측한 지락고장전류 분류와 매우 근접한 결과를 보였다.

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