전국적인 분포를 갖고 있는 배전망에 유일한 과전압 보호 및 절연보호장치인 피뢰기는 배전계통에서의 사고율을 감소시키는 중요한 역할을 수행한다. 이러한 피뢰기의 수명은 동작횟수의 증가에 의해서 서서히 열화되게 된다. 이러한 열화의 과정은 피뢰기의 저항성 전류가 증가하는 현상과 일치한다. 그러나 배전계통에서 저항성 전류를 검출하기 위한 전압요소에 대한 정보를 얻기가 쉽지않다. 본 논문에서는 이러한 피뢰기의 열화현상을 파악하기 위하여 이론적으로 피뢰기의 열화정도가 고조파의 분석만으로 가능하다는 점을 증명하고 특히 3고조파의 증가와 저항성 전류의 증가가 비례함을 현장에서 수집한 피뢰기의 실증을 통해 입증하였다. 이러한 연구결과를 현장에 적용하여 현장의 가혹한 조건의 전자계영향에도 불구하고 정밀한 피뢰기 진단이 가능하다는 결론에 도달하였다. 결론적으로 본 연구의 결과로 현장의 피뢰기 진단이 간편해지고 효율적으로 이루어 질 수 있음을 실증하였고, 앞으로 배전계통에서의 안정적인 전력공급에 기여할 것으로 기대하고 있다.
배전선로는 전력공급설비의 말단에 있으며 전압의 변동 및 주파수의 변동등이 적은 전기를 공급하는 동시에 정전이 적은 전기를 공급해야 된다. 뇌해에 의한 사고도 내뢰시설의 증강으로 감소경향에 있으며 피뢰기 부착의 증가, 가공지선의 적당한 부탁으로 신뢰도가 높은 배전설비가 되고 있다. 여기서는 배전선로에서 활약하고 있는 피뢰기의 구조를 중심으로 그 메카니즘에 초점을 맞추어 설명하기로 한다.
기기의 절연파괴를 방지하기 위해 배전선로에 설치된 피뢰기가 열화되어 선로 사고를 유발하여 이를 예방하고자 운전 중인 배전선로에서 측정 가능한 피뢰기 열화진단장치의 개발이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 피뢰기 열화와 누설전류 측정 및 피뢰기 열화진단장치의 원리를 확인하고 이 측정한 값에 대한 판정기준을 소개하기로 한다.
오늘날 대부분의 에너지를 전기에 의존함에 따라 전력사용이 급증하고 부하가 대용량화되어 및 정적 전력공급이 중요한 문제로 대두되었다. 이러한 추세에 따라 송ㆍ배전 설비도 점차 대용량화 및 고전압화 되고 신뢰성을 요구하게 되며, 각종 배전 설비의 제조기술이 더욱 복합 다양하게 발전하고 있다. 그 중 전력계통에서 뇌 혹은 개폐서지 등의 과전압을 흡수ㆍ억제하여, 전력설비와 계통보호를 위해 설치하는 것이 피뢰기이다. 따라서 어떻게 과전압을 낮게 억제할 수 있을까 하는 것이 피뢰기의 가장 중요한 성능이라고 말할 수 있다. (중략)
본 논문에서는 가공 배전선로에 사용되고 있는 피뢰기의 상태 진단을 위한 누설전류 분석기법에 대해 기술하였다. 현장에서 다양한 환경 스트레스를 받고 있는 피뢰기는 점차 열화가 진행되어 선로 고장의 원인이 되므로 이를 사전에 검출하여 고장을 예방하는 것이 중요하다. 피뢰기 이상을 효과적으로 검출하는 방법의 하나로 사용되고 있는 누설전류 측정방법에 대해 평가하였다. 피뢰기 누설전류는 측정 환경에 영향을 받을 수 있기 때문에 현장 측정한 결과와 실험실에서 측정한 결과를 비교하여 분석하여 환경영향을 보정하여 판단하는 방법을 고려하였다. 또한 온도에 따른 누설전류 값의 변화를 분석하여 누설전류에 의한 피뢰기 상태 판단 근거를 마련하였다. 이를 위해 현장에서 설치 운용되고 있는 피뢰기를 지역별로 고르게 발취하여 측정 분석하였다.
본 논문은 2007년에 게재된 "지중배전케이블의 서어지 전파특성 실증연구"를 통해 검증된 서어지 전파특성을 고려하여 피뢰기를 이용한 보호효과를 ATP-EMTP(Electro-Magnetic Transient Program)로 해석하고 국내 상황에 적합한 보호방법을 제시하고자 한다. 국내 지중배전시스템은 입상주에 설치된 피뢰기에 의해 보호되고 있지만 서어지가 케이블의 말단 개방점에서 두배 정도로 상승하여 배전설비의 절연을 위협할 수 있으므로 추가적인 보호 방법이 필요하다. 본 논문에서 추가적인 보호 방법으로 제안하는 스카우트 방법은 입상주 피뢰기 전 후단 전주에 피뢰기를 추가 설치하는 방법으로 지중배전선로에 피뢰기를 설치하기 곤란한 경우나 지중배전선로용 엘보우 피뢰기를 개발하여 적용하는 것보다 경제성에서 유리하고 설치 및 유지보수 측면에서도 효과적일 것으로 기대된다.
대한전기학회 2008년도 Techno-Fair 및 합동춘계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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pp.141-142
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2008
국내 배전선로에서는 1999년부터 폴리머피뢰기를 설치하여 운영하고 있으나, 이들의 열화특성에 관한 데이터와 적합한 평가방법이 부족하여 장기적인 운영계획 수립이 어려운 상태이다. 이에 따라 본 논문에서는 폴리머피뢰기의 현장 열화인자를 인가할 수 있는 복합가속열화 시험장치를 제작하고 국내 환경조건을 모의할 수 있는 시험주기를 개발하여 폴리머피뢰기 완제품에 대한 장기신뢰성 평가법을 제안하였다. 그리고 가속열화시험 및 현장설치에 의한 전기적, 화학적 특성변화를 분석하여 폴리머피뢰기의 열화정도를 평가함으로써 본 연구에서 제안한 평가기법의 실효성을 검증하고 국산 폴리머피뢰기의 유지보수에 필요한 특성 데이터를 제시하였다.
최근까지 낙뢰에 의한 과전압으로 인해 배전설비뿐만 아니라 수용가 설비의 피해가 적지 않게 발생하고 있다. 특히 낙뢰는 호우를 동반하는 경우가 대부분이기 때문에 수용가에 미치는 피해의 파급효과는 아주 크게 나타나고 있다. 따라서 배전급 내뢰설비의 시설효과를 실제 배전계통상에서 실증적 방법으로 분석하여 최적의 운영방안을 도출함으로써 효과적인 내뢰대책을 제시할 필요성이 크다. 본 논문에서는 수용가와 직결된 주상변압기 2차측 저압선로의 내뢰설비인 저압피뢰기(Secondary Arresters, SA)의 설치효과를 특고압측 및 저압측에서의 임펄스 전압 발생을 모두 고려하여 실증시험을 수행하고, 그 시험결과를 통해 배전급 저압피뢰기의 설치효과를 분석하였다.
국내 배전계통에 90년대 말부터 설치된 폴리머피뢰기를 발취하여 신품과 비교 시험을 하였다. 시험결과 현장 경년품에서 부분방전, 내열화성 시험, 절연행거의 특성 시험 둥에서 다수의 시료가 불량한 결과를 나타냈다. 이러한 평가결과 국산 폴리머피뢰기의 품질이 안정화되지 않고 있어 배전계통의 신뢰성을 저하시킬 우려가 있다. 이러한 결과를 바탕으로 한전에서는 폴리머 피뢰기의 품질인증 기준을 강화하여 이를 구매규격서에 반영하였다.
본 논문은 배전선에 설치하는 내뢰설비인 가공지선과 피뢰기의 특성과 생략 방안에 대하여 언급하였다. 특히, 피뢰기의 중간 상을 생략하는 방안에 대하여 EMTP 시뮬레이션을 실시하여 생략시 나타날 수 있는 문제점과 생략 방안에 대해 기술하였으며, 가공지선은 지정된 경우에는 생략이 가능하고 피뢰기는 중간 상을 생략시 건전상의 피뢰기 용량을 재검토해야 할 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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