전력 시스템의 아크 억제 코일 및 견고한 접지: 기술 심층 분석

소개

 

현대 전력 시스템에서는 적절한 선택중성 접지 방법안전성, 신뢰성, 비용 효율성의 균형을 맞추는 데 필수적입니다.- 접지되지 않은 중립 시스템은 서비스 연속성을 제공하지만 접지-접지 용량 전류가 허용 임계값을 초과하는 경우 엄격한 제한에 직면합니다.

때용량성 접지-오류 전류접지되지 않은 시스템의 한계(3~10kV 네트워크의 경우 30A, 20~60kV 네트워크의 경우 10A)를 초과하는 경우 엔지니어는 더욱 발전된 접지 솔루션을 채택해야 합니다. 가장 중요한 두 가지 방법은 다음과 같습니다.

아크 억제 코일 접지(Petersen 코일 접지라고도 함)

단단히 접지된 중립(직접 접지)

이 기사에서는 다음을 제공합니다.상세한 기술 분석두 가지 방법, 작동 원리, 보호 체계, 배전 및 전송 네트워크의{0}}최적 사용 시나리오에 대해 설명합니다.

2. 아크 억제 코일 접지 시스템(Petersen Coil Grounding)

아크 억제 코일이란 무엇입니까?

안아크 억제 코일, 라고도 함피터슨 코일는 변압기 중성점과 접지 사이에 연결된 조정 가능한 유도 리액터입니다. 그 핵심 기능은용량성 접지-결함 전류를 보상합니다.오류 위치에서 시스템의 용량성 전류를 상쇄하는 유도 전류를 주입하여 잔류 전류를 아크가 스스로 소멸될 수 있는 수준으로 줄입니다.-

 

구조 및 부품

아크 억제 코일은 다음과 같은 주요 구성 요소로 구성됩니다.

요소	설명	기능
에어 갭이 있는 철심	고의적인 비자성-간극이 있는 적층 강철 코어	자기포화 방지 및 선형 인덕턴스 특성 보장
권선(코일)	철심에 구리 권선 장착	탭 변경 메커니즘을 통해 조정 가능한 인덕턴스 제공-
오일탱크	밀봉된 변압기-기름-으로 채워진 인클로저	코어와 권선에 절연 및 냉각 기능을 제공합니다.
탭 체인저	무부하-또는 부하시-탭 체인저	인덕턴스를 조정하기 위해 활성 권선 회전 수를 조정합니다.

권선에는매우 낮은 저항그리고매우 높은 리액턴스이는 코일이 기본적으로 저항 손실을 최소화하면서 유도성 리액턴스를 제공한다는 의미입니다.

 

작동 원리: 유도 보상

정상 작동

일반적인 시스템 조건에서 3-상 전압은 본질적으로 균형을 이루고 있으며중성점 변위 전압매우 작습니다. 결과적으로 아크 억제 코일을 통해 흐르는 전류는 무시할 수 있으며 코일은 정상적인 시스템 작동에 큰 영향을 미치지 않습니다.

단상-접지 오류

언제단상-상-대-지락발생하면 중성점 변위 전압이 상승하여 아크 억제 코일을 통해 전류가 흐르게 됩니다. 이 유도 전류는 결함 지점을 통해 흐릅니다.반대 방향시스템의 용량성 오류 전류.

그만큼결함 지점의 잔류 전류다음 사이의 벡터 차이는 다음과 같습니다.

용량성 전류(Ic):오류가 없는 두 단계의 분산 정전 용량에 의해 생성-

유도 전류(IL):아크 억제 코일에 의해 생성됨

적절하게 조정되면 IL ≒ Ic가 되고 잔류 전류는 매우 작은 값으로 감소합니다. -아크 에너지를 획기적으로 감소시킵니다.결함 위치에서 아크가 스스로 소멸되도록 합니다-.

튜닝 및 보상 모드

아크 억제 코일의 인덕턴스는 다음과 같습니다.조절할 수 있는탭 체인저를 통해 활성 권선 회전 수를 변경하여. 이를 통해 코일을 시스템의 용량성 전류와 일치하도록 조정할 수 있습니다.

초과-보상 모드(권장)

~ 안에초과-보상, 유도 전류가 약간 설정됩니다.더 큰용량성 전류(IL > Ic)보다 이는 다음과 같은 이유로 선호되는 작동 모드입니다.

시스템의 용량성 전류가갑자기 감소하다(예: 피더가 꺼진 경우) 시스템이 이동합니다.공명에서 더 멀리 떨어져, 거기에 더 가깝지 않아

이렇게 하면 위험을 예방할 수 있습니다직렬 공명과도한 과전압을 일으킬 수 있는 조건

시스템 구성 변경에 대한 안전 여유를 제공합니다.

전액 보상 및 과소-보상

전액보상(IL=Ic): 이론적으로는 이상적이지만 위험함 -은 정상적인 조건에서 공진 과전압을 일으킬 수 있음

보상 미만-(IL < Ic): 권장되지 않음 - 시스템 변경으로 인해 공진이 발생할 수 있음

 

아크 억제 코일 접지 시스템에서 단상-지락 오류가 발생하는 동안:

매개변수	행동
고장상 전압	0으로 떨어짐
비-고장 위상 전압	√3 × 상 전압까지 상승(라인-대-라인 전압)
3-상 선간 전압	대칭으로 유지되며 변경되지 않습니다.
오류 지점의 오류 전류	크게 감소(잔류전류만)
아크 거동	낮은 잔류 전류로 인해{0}}자기 소화될 수 있음

왜냐하면3상-선간 전압은 대칭을 유지합니다., 시스템은 일시적으로 계속 작동할 수 있습니다. -하지만 2시간이 넘지 않도록. 이 시간 제한을 통해 운영자는 서비스 연속성을 유지하면서 오류를 찾아 격리할 수 있습니다.

아크 억제 코일 접지의 장점

자기소화성-호:보상된 잔류 전류는 특히 아크가 자연적으로 소멸될 만큼 작습니다.일시적인 접지 결함

아크 손상 감소:낮은 오류 전류로 오류 위치의 화상 피해 최소화

최소한의 간섭:지락 전류 감소-로 인근 통신 회선과의 전자기 간섭 최소화

서비스 연속성:임시 작동(최대 2시간)을 통해 계획된 오류 격리가 가능합니다.

일시적인 오류에 효과적입니다.가공선에서 발생하는 대부분의 단상 접지 결함은 본질적으로 일시적입니다.

단열재 설계 고려 사항

비접지 시스템과 유사하게,비-고장 위상 전압이 라인-대-라인 전압으로 상승합니다.접지 오류 중. 그러므로 모든상-대-접지 절연은 전체 라인-대-라인 전압에 맞게 설계되어야 합니다.이는 견고하게 접지된 시스템에 비해 장비 비용을 증가시킵니다.

응용 시나리오

아크 억제 코일 접지는 일반적으로 다음 용도로 사용됩니다.

중-전압 케이블 네트워크용량성 전류가 비접지 시스템 한계를 초과하는 경우

20~60kV 가공선 네트워크상당한 용량 전류가 있는 경우

도시 유통 네트워크광범위한 케이블 인프라를 갖춘

서비스 연속성이 보장되는 시스템우선순위가 높지만 비접지 작동에는 용량성 전류가 너무 높습니다.

3. 단단히 접지된 중립 시스템(직접 접지)

작동 원리

에서단단히 접지된 중립 시스템, 변압기 중성점은 다음과 같습니다.지구에 직접 연결의도적인 임피던스가 삽입되지 않은 상태입니다. 중성점 전위는 그대로 유지됩니다.0볼트모든 작동 조건에서 - 정상 또는 오류가 발생했습니다.

언제단상-상-대-지락오류가 발생하면 오류가 발생한 위상은 - 오류 지점과 접지된 중성점을 통해 직접 단락됩니다. 이는가능한 최대 단상-접지-결함 전류이는 일반적으로 3상 오류 전류와 비슷하거나 그보다 큽니다.-

 

오류 동작 및 보호

즉각적인 오류 제거

인해큰 지락-결함 전류, 결함이 있는 라인은 다음과 같아야 합니다.즉시 연결이 끊어졌습니다보호 계전기로. 이는 일시적으로 계속 작동할 수 있는 비접지 및 아크 억제 코일 시스템과 근본적으로 다릅니다.

릴레이 보호 장점

높은 고장 전류는 다음에 상당한 이점을 제공합니다.보호 중계:

간단하고 안정적인 보호 체계- 과전류 계전기는 큰 오류 전류를 쉽게 감지할 수 있습니다.

선택적 결함 격리- 높은 전류 규모로 인해 결함이 있는 피더와 정상 피더를 쉽게 구별할 수 있습니다.

빠른 결함 제거- 보호는 빠르고 정확하게 작동하여 오류 기간과 손상을 최소화합니다.

 

일시적인 오류에 대한 자동{0}}재폐쇄

지락의 일시적인 특성

운영 경험에 따르면110kV 이상 네트워크, 대부분의 단상-지락 - 특히가공 송전선로-은(는)일시적인 성격. 원인은 다음과 같습니다:

일시적인 단열재 섬락을 일으키는 낙뢰

바람{0}}에 날린 파편이 도체에 순간적으로 접촉함

새나 동물과의 접촉

오염-으로 인한 플래시오버(자기 제거-)

자동-재폐쇄 방식

결함이 있는 라인이 트립된 후,결함 위치의 절연은 종종 빠르게 회복됩니다.. 현대의 견고한 접지 시스템은 다음을 사용합니다.자동 재폐쇄(ARC) 장치저것:

결함이 있는 라인을 트립접지 결함을 감지하면

잠깐 데드타임을 기다려라(일반적으로 0.3~1초) 아크 탈이온화

자동으로 차단기를 다시 닫습니다-결함이 해결되었는지 테스트하기 위해

전원 복원결함이 일시적인 경우(대부분의 경우) -

이 접근 방식은 극적으로 향상됩니다.공급 신뢰성견고하게 접지된 시스템에서는 즉각적인 오류 제거의 주요 단점을 완화합니다.

 

단열재 설계의 장점

주요 경제적 이점

견고하게 접지된 중립 시스템의 가장 중요한 장점은 다음과 같습니다.비-고장 위상 전압은 증가하지 않습니다.단상-지락 중에 발생합니다. 중성선은 단단히 접지되어 있으므로 건강한 위상의 위상-대-접지 전압은 정상 위상 전압 수준으로 유지됩니다.

이는 다음을 의미합니다.

위상-대-지반 절연위해 설계되어야만 합니다.상 전압(라인-대-라인 전압 아님)

이것단열 비용 절감변압기, 케이블, 스위치기어, 서지 어레스터용

그만큼시스템 전압에 따라 경제적 이익이 증가합니다.- 전압이 높을수록 절감 효과도 커집니다.

 

비교: 견고한 접지 대 다른 방법

특징	근거 없는	아크 억제 코일	단단히 접지됨
오류 전류 크기	소형(정전용량)	매우 작음(잔여)	대형(단락-회로)
오류 발생 시 비- 오류 위상 전압	√3 × 상 전압	√3 × 상 전압	상전압(불변)
필요한 절연 수준	라인-대-라인 전압	라인-대-라인 전압	상전압
결함 제거	수동 또는 지연	지연됨(2시간 이하)	즉시(자동)
보호 복잡성	복잡한	복잡한	간단하고 신뢰할 수 있음
장애 발생 시 서비스 연속성	예(임시)	예(2시간 이하)	아니요(즉시 트립됨)
아크-자기 소화	어려움(높은 Ic)	예(보상됨)	해당 없음
자동-재폐쇄 적용 가능성	제한된	제한된	매우 효과적
최고의 전압 범위	3~10kV	10~60kV	110kV 이상
경제적 이점	낮음(단열비용이 높음)	중간	높음 (낮은 단열 비용)

 

견고한 접지 시스템의 일반적인 응용 분야

견고하게 접지된 중성 시스템은 주로 다음과 같은 용도로 사용됩니다.

고{0}}전압 전송 네트워크(110kV, 220kV, 500kV 이상)

도시 중압-배전(10kV, 35kV) 신뢰성과 단순한 보호가 우선되는 곳

대규모 산업용 전력 시스템광범위한 케이블 네트워크를 갖춘

저-전압 시스템안전 및 장비 보호를 위한 (380V/400V/480V)

선택 지침: 올바른 접지 방법 선택

전압 레벨 기준

전압 범위	권장 접지 방법	주요 근거
저전압 (1 kV 이하)	단단히 접지됨	안전, 간단한 보호
중전압(3~10kV)	비접지 또는 아크 억제 코일	서비스 연속성; 용량성 전류에 따라 다름
중-고압(20~60kV)	아크 억제 코일	접지되지 않은 경우 용량 전류가 너무 높습니다. 단열 비용 관리 가능
고전압(110kV 이상)	단단히 접지됨	경제적 단열 비용 절감; 간단하고 안정적인 보호

시스템 요구사항 기준

서비스 연속성이 가장 중요한 경우→ 아크 억제 코일 또는 비접지 시스템

간단하고 안정적인 보호가 필요한 경우→ 견고한 접지 시스템

높은 용량 전류를 갖는 케이블 네트워크인 경우→ 아크 억제 코일

일시적인 장애가 있는 가공선 네트워크인 경우→ 자동-재폐로로 단단히 접지됨

 

결론

그만큼아크 억제 코일 접지 시스템그리고단단히 접지된 중립 시스템전력 시스템 중성 접지에 대한 근본적으로 다른 두 가지 접근 방식을 나타내며 각각 뚜렷한 장점이 있습니다.

아크 억제 코일 접지중전압-네트워크에서 탁월합니다.서비스 연속성그리고아크-자소화중요합니다. 용량성 결함 전류를 보상함으로써 임시 작동 및 자연적인 아크 소멸이 가능하므로 용량성 전류가 큰 케이블 네트워크 및 가공 배전 시스템에 이상적입니다.

단단히 접지된 중립 시스템경제적 이점이 있는{0}}고전압 전송 네트워크를 지배합니다.절연 요구 사항 감소그리고 신뢰성간단하고 빠른 보호 체계즉각적인 결함 제거의 단점보다 더 중요합니다. 자동-재폐쇄 기술과 결합된 이 시스템은 안전성과 신뢰성을 모두 달성합니다.

이러한 접지 방법을 이해하는 것은 전력 시스템 엔지니어, 전기 장비 제조업체 및 시설 운영자에게 필수적입니다. ~에절강 라세이플 전기 주식회사, 당사의 전문가 팀은 귀하의 특정 애플리케이션에 가장 적합한 접지 솔루션을 선택하고 구현하여 전력 시스템에 대한 최적의 안전성, 신뢰성 및 비용 효율성을{0}}보장하도록 도와드릴 수 있습니다.