Microsoft PowerPoint 원전 전력계통의 전력품질 영향과 규제적용 방안_김문영(KINS) [호환 모드]

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1 제 9 회 원전 전력계통 안전성증진 워크샵 원전 전력계통의 전력품질 영향과 규제적용 방안 전기제어실 김 문 영 mykim@kins.re.kr

2 Contents 1 Introduction and Background 2 Power Quality, requirement and standards 3 Voltage Sag 4 System model 5 SLG, LLG, LLL 6 Multi-stage voltage sag 7 Regulatory Position KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY - 1 -

System model 5 SLG, LLG, LLL 6 Multi-stage voltage

3 Introduction 전력계통의 상황은 전원 및 부하의 변동이 항상 존재. 예상하지 못한 지락, 단락의 전기적 사고로 과도상태가 빈번히 발생. 예상하지 못한 전기적 사고 및 전기적 과도상태는 원전 위험도에 중대한 영 향을 끼칠 수 있음. 최근에 전기적 과도상태 파급에 따른 전력품질 문제가 많이 증가하고 있는 추세이며 중요하게 고려해야 할 대상임. KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY - 2 -

4 Background 원전 안전설비는 계측 및 제어 기기에서부터 펌프 및 밸브를 구동하는 전동기 까지 여러 설비로 구성됨. 안전설비의 동작을 위해 안정적인 필수전원을 공급하는 안전관련 모선이 전기 적인 과도현상의 영향으로 순간적인 문제가 발생되면, 원전에 안전기능을 담당하는 기기에 영향을 주게 되어 제시간에 정상적인 운전 이 불가능할 경우, 원전 위험도는 증가될 가능성이 높음. 따라서 다양한 전기적 사고들에 기인한 전기적 과도상태에 따른 안전관련 모선 의 영향과 그에 따른 안전관련 부하를 구동하는 전동기의 운전특성에 미치는 영향을 분석하는 것은 매우 중요함. KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY - 3 -

영향을 주게 되어 제시간에 정상적인 운전 이 불가능할 경우, 원전 위험도는 증가될 가능성이 높음.

5 Power Quality 과거 계속적인 (무정전의) 전기 공급이 최우선 전력 소비 및 부하의 변화 현재와 미래 높은 공급 신뢰도뿐 아니라 양질의 전기에 대한 수요 급증 Good Quality Poor Quality KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY - 4 -

6 Sensitive equipment to PQ 산업별 전력품질에 민감한 기기 분류 % Source: EPRI Power Quality Applications and Advanced Distribution Automation, 2007 Joint Conference and Exhibition KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY - 5 -

7 PQ issues 과거에 비해 부하들의 민감도 증가 전력품질 저하를 야기하는 부하들의 증가 다양한 품질 문제에 대한 국내 발생 현황 파악 미비 전력소비자 보다는 공급자 중심의 계통 운영 및 계획 신재생 에너지원 확대 및 smart grid 등 계통 환경변화 대책 KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY - 6 -

8 PQ requirement SRP(2007) Onsite AC Power Systems Variations in voltage, frequency and waveform (harmonic distortion) in the onsite power system and its components during any mode of plant operation should not degrade the performance of any safety system load below an acceptable level. IEEE Std , Criteria for Class 1E Power Systems for NPP. 5.5 Power Quality The variations of voltage, frequency, and waveform in the Class 1E power systems during any mode of plant operation shall not degrade the performance of any safety system load below an acceptable level. KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY - 7 -

mode of plant operation should not degrade the performance of any safety system load below an acceptable level. IEEE Std.

9 PQ requirement IEEE Std Power quality The variations of voltage, frequency, and waveform (including the effects of harmonic distortion) in the Class 1E power systems during any mode of plant operation shall not degrade the performance of any safety system load below an acceptable level. Particular attention should be paid to the effects of degraded grid conditions. SRP(1996) CH. 8 App. 8-A BTP PSB-1 SRP(2007) BTP 8-6 Adequacy of station electric distribution system voltages KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY - 8 -

power systems during any mode of plant operation shall not degrade the performance of any safety system load below an acceptable

10 PQ standards IEEE Std. 519 : IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonics Control in Electrical Power Systems IEEE Std : IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality IEEE Std : IEEE Guide for Service to Equipment Sensitive to Momentary Voltage Disturbances IEC : Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signaling in public low-voltage power supply systems IEC : Voltage Dips, short Interruptions and voltage variations immunity tests KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY - 9 -

1250 : IEEE Guide for Service to Equipment Sensitive to Momentary Voltage Disturbances IEC 61000-2-2 : Compatibility levels for

11 PQ standards Org. Std. Title / Scope ANSI/ IEEE ANSI/ IEEE 141 Industrial Electric Power Systems 142 Industrial & Commercial Power System Grounding 241 Commercial Electric Power Systems 242 Industrial & Commercial Power System Protection 399 Industrial & Commercial Power System Analysis 446 Industrial & Commercial Power System Emergency Power 493 Industrial & Commercial Power System Reliability 518 Control of Noise in Electronic Controls 519 Harmonics in Power Systems 602 Industrial & Commercial Power Systems in Health Facilities 739 Energy Conservation in Industrial Power Systems 929 Interconnection Practices for Photovoltaic Systems 1001 Interfacing Dispersed Storage and Generation 1035 Test Procedures for Interconnecting Static Power Converters 1050 Grounding of Power Station Instrumentation & Control C62 Guides & Standards on Surge Protection C84.1 Voltage Ratings for Power Systems & Equipment C37 Guides and Standards for Relaying & Overcurrent Protection C Transformer Derating for Supplying Nonlinear Loads P487 Wire Line Communication Protection in Power Stations 1100 Powering and Grounding Sensitive Equipment 1159 Monitoring and Definition of Electric Power Quality 1250 Guide on Equipment Sensitive to Momentary Voltage Disturbance 1346 Guide on Compatibility for ASDs and Process Controllers KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

System Protection 399 Industrial & Commercial Power System Analysis 446 Industrial & Commercial Power System Emergency Power 493 Industrial & Commercial Power System Reliability 518 Control of Noise

12 PQ categories Transients Short-duration variations à Voltage sag, swell Long-duration variations à Under voltage, Over voltage Voltage unbalance Waveform distortion à Harmonics Voltage fluctuations à Flicker KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

voltage Voltage unbalance Waveform distortion à Harmonics

13 Transient 200 Positive Oscillatory Negative Transient, Spike, Surge, Impulse Impulse Transient : lightning Oscillatory Transient : capacitor banks, switching KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

14 Sag, Swell, Interruption Sag Swell Interruption 0 voltage sag : 0.1 ~ 0.9 P.U. 0.5 cycle - 1min. voltage swell : 1.1 ~ 1.8 P.U. 0.5 cycle - 1min. interruption : >0.1 P.U. 0.5 cycle - 1min. under voltage : 0.8 ~ 0.9 P.U. <1min. over voltage : 1.1 ~ 1.2 P.U. <1min. sustained interruption : >0.1 P.U. <1min. KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

8 ~ 0.9 P.U. <1min. over voltage : 1.1 ~ 1.2 P.U. <1min. sustained interruption : >0.

15 Harmonics 고조파(Harmonics) : 기본 주파수(Fundamental frequency) 의 정수 배에 해당하는 주파수를 가지는 파형 일반적으로 고조파 왜곡(harmonic distortion)은 전력계통 부하의 비선형 특성에서 비롯 KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

16 Voltage Sag PQ event monitoring results by Electric Power Research Institute (EPRI) KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

17 System model target : KSNP, safety related bus(4.16kv and 480V) in onsite power system G SWYD fault types : SLG, LLG, LLL 22kV fault location : Train B 1E bus(f B ), 4.16kV UAT 1 UAT 2 Train A N1E bus(f N ) M Tr F N F B fault duration : 6 cycles 480V electrical data : FSAR M analysis tool : EMTP KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

18 SLG Ø 사고와 관련되는 A 상만이 모선 전압에서 파형과 크기가 저하되 는 전압 sag 현상이 발생 Ø B와 C 상은 사고의 영향을 받지 않아 건전하게 정상 전압파형을 유지 Ø 전동기의 경우, 사고 기간 동안 A 상에서 고정자 전류의 현저한 감 소로 공급전류 불평형 유발 KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

19 LLG Ø 사고와 관련되는 B, C상에서 모 선전압의 파형과 크기가 저하되 는 전압 sag 현상이 발생 Ø A 상은 사고의 영향을 받지 않아 건전하게 정상 전압파형 유지 Ø 사고 기간 동안 B, C 상에서 전동 기 고정자 전류의 현저한 감소와 사고의 영향을 받지 않는 A 상에 서 약간의 상승변화 Ø 공급전류 불평형은 전동기 권선 국부가열에 의한 열화소손 유발 KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

고정자 전류의 현저한 감소와 사고의 영향을 받지 않는 A 상에 서 약간의 상승변화 Ø 공급전류 불평형은

20 LLL Ø 모선전압 A, B, C 상 모두 균일하 게 크기가 저하되는 전압 sag 현 상이 발생 Ø 사고 해소 후 정상 전압으로 회복 Ø 사고 기간 동안 전동기 고정자 전 류의 감소와 상승으로 인한 전류 의 변화는 고정자 권선의 열적 변 화를 유발하여 열적 스트레스와 함께 권선의 열화 촉진과 잠재적 인 전동기 수명감소 영향 KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

21 Multi-stage voltage sag Ø multi-stage voltage sag : 최초 사 고 발생부터(SLG) 사고가 해소 되지 못하고 점차 진행되어(LLG) 이어지면서 지속적인 사고의 파 급으로(LLL) 발전되어 나타나는 전압저하 현상 Ø 전동기 고정자 전류변화도 사고 진행에 따라 상별 불평형이 더욱 크게 나타남. KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

22 Regulatory Position 정상, 비정상시 또는 전기적 과도상태시 안전관련 기기, 모선 또는 계통의 Variations in voltage, frequency and waveform (harmonic distortion) 감시할 수 있는 PQ monitoring 설비 설치 필요. Ø 전기적 사고 원인 규명 및 분석에 활용 소내 전력계통 설계시 또는 가동원전의 전력계통 설계변경시 PQ 변화에 대비를 위한 다양하고 포괄적인 분석 또는 시험 필요. Ø 전력계통의 취약부분에 관한 정보 획득 소내 전력계통 분석에 사용되는 해석 프로그램의 신뢰성 확보 필요. Ø Verification (test, historical data 등) Ø external quality insurance KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

23 Thank you for your attention! KOREA INSTITUTE OF NUCLEAR SAFETY

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untitled Contents Reg. Guide 1.32 (rev.3) : Criteria for power systems for nuclear power plants Reg. Guide 1.75 (rev.3) : Criteria for independence of electrical safety systems Reg. Guide 1.204 (rev.0) : Guidelines