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1 제 4 장선로정수와코로나 제 4 장선로정수와코로나.xls 구분 분류 no. 문제 회수 배점 복도체 1 초고압가공송전선 ( 超高壓架空送電線 ) 에있어서합계단면적이같은단도 체방식 ( 單導體方式 ) 과다도체방식 ( 多導體方式 ) 을비교하여서술하시오. 복도체 2 복도체가등가단면적단도체에비해갖는장단점을열거하시오 다음의 3심전력케이블의작용정전용량측정방법을등가회로도로설명하고, 작용정전용량을구하시오 케이블작용정전용량 3 케이블작용정전용량 4 3 심벨트케이블의정전용량은다음그림과같다. 작용용량 C 를구하시오 케이블충전전류 5 %Z 6 %Z 7 변압기임피던스환산 변압기임피던스환산 φ 1회선가공송전선에서수전단을개방한상태에서 3선을일괄 ( 단락 ) 한것과대지와의사이의정전용량을측정하니 C 1[ μf ], 또두선을접지하고나머지 1선과대지와의사이의정전용량을측정하니 C 2[ μf ] 이었다. 이송전선에 E[V], f[ Hz ] 의 3φ 전원을인가할때의충전전류를구하시오. ( 단, 저항및인덕턴스는무시함.) % 임피던스의개념을설명하고, 2권선변압기 1차측과 2차측의 %Z가동일함을기술하시오. % 임피던스법을설명하기위한간단한회로를그리고회로에쓰인기호를정확하게설명하시오아래그림과같은단선도에나타난임피던스를단위법 (perunit) 로환산하고, 이회로의단위법단상등가회로를그려라. ( 단, 20[MVA], 66[KV] 을기준값 (base) 으로할것.) < 그림생략 > 765[kV] 송전선로의임피던스가 1.70+j50.0[Ω] 이다. 이임피던스를단위법 [pu] 으로표시하시오. 또한이선로를 345[kV] 전압으로운전시임피던스를단위법으로표시하시오. 단, 송전선로임피던스변동은없으며기준용량은 100[MVA] 로적용한다. 아래그림에서용량 base는 30kVA이고, 선로측전압 base는 480V이다. P.U도를그리시오 PU 법 8 변압기임피던스환산 변압기임피던스환산 9 10 정격전압 154/66/6.6[kV], 정격용량 100/30/30[MVA] 의 3 권선변압기가있다. 이변압기의리액턴스가아래표와같다. 이경우변압기의 PU 임피던스도 (100MVA 기준 ) 를그리시오. 3 권선변암기의 1 차,2 차,3 차의각각에대한임피던스 XP, XS, XT 의값을구하시오단. XPS : 1~2 차간 (3 차측개방 ) 의임피던스측정값 = 3 XST : 2~3 차간 (1 차측개방 ) 의임피던스측정값 = 4 XTP : 3~1 차간 (2 차측개방 ) 의임피던스측정값 = 페이지중 1 페이지

2 제 4 장선로정수와코로나.xls 구분분류 no. 문제회수배점 변압기임피던스환산 코로나 코로나 코로나 16 코로나 17 코로나 18 그림과같은 3권선변압기의누설리액턴스 [%], Zps, Zst, Ztp가아래와같을때 30MVA를기준으로한 1, 2, 3차임피던스 [%] 로표시된 3권선변압기의등가회로를그리시오. 코로나임계전압에대해설명하고, 임계전압에영향을미치는요소에대해설명하시오. 코로나 (Corona) 발생을방지하기위한방법을들고그이유를간략히설명하시오. 아래그림과같은동축원통배치의 GIS 경우, 중심도체와외측용기의반경을각각 r[m], R[m] 로하였다. 이때, 중심도체에 V[v] 의전압을인가하고외측용기를접지하면중심도체표면에최대전계치가나타나게된다. 여기서인가전압과외측용기반경 R을일정하게하고중심도체반경만을변화시키면중심도체의반경이 R/e이될때중심도체표면에가장낮은최대전계치가나타남을증명하시오. 단, 고체절연체 ( 스페이서 ) 의영향은무시하며여기서 e는자연로그밑수인 을의미한다. 교류가공송전선의코로나방전은어떤현상이며이의방지대책에관하여기술하시오. 바깥지름 R[m] 의금속원통 B와안지름 r[m] 의금속원통 A가동심이다. B 를접지해서 A, B 자유공간사이에 V[V] 의전압을인가할경우전극사이의최대전위경도를구하고코로나방지대책을기술하시오 코로나 19 송전선로의코로나임계전압을설명하고, 산출방법을설명하시오 코로나 20 송전선에코로나가발생할경우나쁜영향 5 가지를들고간단히설명하시오 페이지중 2 페이지

3 [ 선로정수 ] 제 4 장선로정수와코로나.xls 1. 개요송전선로는저항, 인덕턴스, 정전용량누설콘덕턴스가선로에따라균일하게분포되어있는전기회로인데이 4가지정수를선로정수 (line constant) 라하고송전선로의전압전류의관계, 전압강하, 송수전단전력등특성을계산하는요체가된다. 선로정수는전선의종류, 굵기, 배치에따라서정해지는것이고전압, 전류, 역률, 기온등에는영향을받지않는다. 그러나전류밀도가커지면발열때문에온도가상승되고저항이증대되거나 corona가발생되어정전용량이다소증가되는경우가있지만이들은모두특별한경우이다. 2. 저항 1) 식 R[Ω] : 저항 ρ[ω mm2 /m] : 저항율 l[m] : 전선길이 A[ mm2 ] : 단면적 2) 국제표준연동의저항율 3) % 도전율 C 연동선 C = 100 경동선 C 97 알루미늄 C 61 철 C 10 4) % 도전율을고려한전선저항계산식 R[Ω] : 저항 ρ[ω mm2 /m] : 저항율 l[m] : 전선길이 A[ mm2 ] : 단면적 5) 케이블의저항계산식 6) 온도에따른저항값계산식 3. 작용인덕턴스 1) 식 L [mh/ km ] : 전선 1 조당인덕턴스 D[m] : 등가선간거리 r[m] : 전선반지름 2) 복도체작용인덕턴스 3) 케이블의작용인덕턴스 지중케이블은선간거리 D 가매우작으므로가공선의 1/5~1/3 정도이다. 20 페이지중 3 페이지

4 4. 작용정전용량 1) 식 제 4 장선로정수와코로나.xls 2) 복도체작용정전용량 3) 케이블의작용정전용량 ε = ε 0 ε s ε 0 = * [F/m] μ = μ 0 μ s μ 0 = 4 π * 10-7 [H/m] 지중케이블은선간거리 D가매우작고비유전율이추가되어가공선의 20~40배정도이다. 5. 복도체의 S 및 D 산출 C = 1/ (μ 0 ε 0 ) = 3*10 8 [m/sec 3 S0 2 S0 6 도체 : 소도체간격 40 cm S0 3 S0 S 누설콘덕턴스애자의누설저항은매우크므로그역수인누설콘덕턴스는대단히작아서선로정수로서는실용상고려할필요는없다. Y = g + j 2 π f C = g + j ω C [mho/km] g: 누설콘덕턴스 20 페이지중 4 페이지

5 [ 복도체가등가단면적단도체에비해갖는장단점을열거하시오.] 제 4 장선로정수와코로나.xls 1. 장점 1) 코로나임계전압이높아진다. 2) 송전용량의증가 ( 인덕턴스는감소하고정전용량은증가하여선로특성임피던스감소 ) 3) 선로전압강하감소하고안정도증가된다. 4) 실효저항은감소하고송전손실이감소하고허용전류는증가한다. 5) 가청코로나소음의감소 2. 단점 1) 정전용량이커져서페란티현상에의한전압상승우려가있다. 2) 갤러핑, Sub-span Oscillation등의전선진동이생기기쉽고, 단락시소도체끼리충돌하는소위 Sticking이발생하여전선표면이상할우려가크므로그대책으로 Spacer-Damper를사용해야한다. [ 다음의 3 심전력케이블의작용정전용량측정방법을등가회로도로설명하고, 작용정전용량을구하시오.] [ 풀이 ] 먼저 3 심을일괄하고연피간의정전용량 C 1 을측정하면 다음에 1 심과 2 심및연피를연결한것과의사이에정전용량을 C 2 를측정하면 C W 가 C S + 3C m 인사유상호정전용량 Cm은그림과같이 Δ결선이므로 Y결선으로변환하여대지정전용량과더하면 1선의작용정전용량이산출된다. 20페이지중 5페이지

6 제 4 장선로정수와코로나.xls Cs Cs Cm 3Cm [ 임피던스의 Y-Δ 상호변환 ] 1) Δ 를 Y 로변환 2) Y 를 Δ 로변환 [3φ 1회선가공송전선에서수전단을개방한상태에서 3선을일괄 ( 단락 ) 한것과대지와의사이의정전용량을측정하니 C1[ μf ], 또두선을접지하고나머지 1선과대지와의사이의정전용량을측정하니 C2[ μf ] 이었다. 이송전선에 E[V], f[ Hz ] 의 3φ 전원을인가할때의충전전류를구하시오. ( 단, 저항및인덕턴스는무시함.)] 1. 상기문제와동일한것을말로서표현한것이다. 2. 상기문제에서정전용량을구하였으므로충전전류식에대입하면됨문제에서주어진 E를선간전압으로보고계산하면 I C = (E / 3) * 1 / ω C = ω C E / 3 = 2 π f C E / 3 이식의 C에상기문제에서구한작용정전용량을대입하면된다. 20페이지중 6페이지

7 제 4 장선로정수와코로나.xls 1. 문제조건을그림으로표현하면 E=6,000V 2Cm Cs Cm 20 페이지중 7 페이지

8 제 4 장선로정수와코로나.xls [% 임피던스의개념을설명하고, 2 권선변압기 1 차측과 2 차측의 %Z 가동일함을기술하시오 ] 1. 임피던스전압 변압기의임피던스는누설자속에의한리액턴스성분과권선저항분이있으며, 이러한임피 던스는변압기내부전압강하를생기게하는데이것을임피던스전압이라한다. 그림과같이 2차측을단락시켯을때 1차전류가정격전류와같도록입력전압을조정한다. 이때의전압계지시값이임피던스전압이고, 입력젼력이그때의온도에서의임피던스와트 ( 부하손 ) 이다. 임피던스전압은정격전압의수 % 이므로철손은무시될수있다. 2. % 임피던스 그림과같이임피던스 Z[Ω] 이접속되고 E[V] 의정격전압이인가되어있는회로에정격전류 I[A] 가흐르면 ZI[V] 의전압강하가생기게된다. 이전압강하분 ZI[V] 가회로의정격전압 E[V] 에대해서면 [%] 에해당되는가하는관점에서 E[V] 에대한 ZI[V] 의비를 % 로나타낸것이 % 임피던스이며, 이것을 %Z로나타낸다. 20 페이지중 8 페이지

9 제4장선로정수와코로나.xls 3. % 임피던스법의장점 (PU법) 1) 값이단위를가지지않는무명수로표시되므로계산하는도중에서단위를환산할필요가없다. 2) 식중의정수등이생략되어서식이간단해진다. 3) 기기용량의대소에관계없어그값이일정한범위내에들어가기때문에기억하기쉽다. 4. 변압기 1,2차측 %Z 관계 5. ΩZ 와 %Z 의관계 6. %Z 와기준용량, 기준전압과의관계 7. 전력용변압기의 %Z 표준값 8. 전력설비에미치는영향 1) 전압변동률 2) 계통의단락용량 3) 변압기병행운전시부하분담 4) 전력계통의안정도 5) 동손철손의손실비 6) 경제성 20 페이지중 9 페이지

10 제4장선로정수와코로나.xls [765[kV] 송전선로의임피던스가 1.70+j50.0[Ω] 이다. 이임피던스를단위법 [pu] 으로표시하시오. 또한이선로를 345[kV] 전압으로운전시임피던스를단위법으로표시하시오. 단, 송전선로임피던스변동은없으며기준용량은 100[MVA] 로적용한다.] 1. PU 법으로환산 = (1.7+j50) * 100 * 10 3 / (10 * ) = j0.854[%] PU법으로환산하려면 %Z를 100으로나누면된다 j [pu] KV로운전시 = (765/345) 2 * ( j0.854) = j4.199 PU 법으로환산하려면 %Z 를 100 으로나누면된다 j4.199[pu] [ 아래그림에서용량 base 는 30kVA 이고, 선로측전압 base 는 480V 이다. P.U 도를그리시오.] V 30KVA 기준 PU 임피던스산출 T 1 ) Xeg = j 0.1[PU] T 2 ) Xeg = j 0.1 * (30/20) * (460/480) 2 = j 0.14[PU] X line ) = PZ / (10V 2 *100) = 2*30 / (10* *100) = 0.26 Z line ) = PZ / (10V 2 *100) = (0.9+j0.2)*30 / (10* *100) = j 전원 V S = 변압비 * (V self / V base ) = (480/240) * (220/480) = PU도 j 페이지중 10 페이지

11 제 4 장선로정수와코로나.xls [ 정격전압 154/66/6.6[kV], 정격용량 100/30/30[MVA] 의 3 권선변압기가있다. 이변압기의 리액턴스가아래표와같다. 이경우변압기의 PU 임피던스도 (100MVA 기준 ) 를그리시오.] 1. 변압기의 % 임피던스 1) %Z PS = 11%(100MVA 기준 ) 2) %Z ST = 4%(30MVA 기준 ) 3) %Z TP = 10%(30MVA 기준 ) MVA 기준 PU 값으로환산하면 1) Z PS = ) Z ST = 0.04 * (100/30) = ) Z TP = 0.1 * (100/30) = ,2,3 차의단위임피던스 X P, X S, X T 를구하면 Z PS = Z P + Z S Z ST = Z S + Z T Z TP = Z T + Z P 식 + 3 식 - 2 식하면 (Z PS + Z TP - Z ST ) = 2 Z P 그러므로 Z P = (Z PS + Z TP - Z ST ) / 2 = ( ) / 2 = 식 + 2 식 - 3 식하면 (Z PS + Z ST - Z TP ) = 2 Z S 그러므로 Z S = (Z PS + Z ST - Z TP ) / 2 = ( ) / 2 = 식 + 3 식 - 1 식하면 (Z ST + Z TP - Z PS ) = 2 Z T 그러므로 Z T = (Z ST + Z TP - Z PS ) / 2 = ( ) / 2 = PU 도를그리면 ZP=0.155 ZS= ZT= 페이지중 11 페이지

12 [ 코로나현상 ] 제 4 장선로정수와코로나.xls 1. 코로나발생원리 1) 공기는절연내역의한도가있어기온, 기압의표준상태 (20, 760mmHg) 에서직류는 30KV/cm 교류는 DC의 1/ 2인 21.1KV/cm의전위경도를가하면공기의절연이파괴된다. 이것을파열극한전위경도 g 0 라한다. 2) 그림과같이전극의어느부분이한도를넘으면공기의절연이파괴되어전체로서의섬락은없으나, 부분적인공기의절연성이파괴되어낮은소리나엷은빛을띠면서방전하는코로나발생 3) 즉코로나는불꼭방전일보직전의국부적인방전현상이다. 2. 코로나종류 1) 기중코로나 : 전선표면, 초호각, 클램프등에서발새하는코로나 2) 연면코로나 : 애자캡및핀의쇠붙이와자기의접합부사이에서발생 3. 동심원통간의전위경도 1) 개념도그림 A, B 두전극의 +q, -q[c/m] 이있는해석도를가정할수있다.( 즉 0점축에 +q[c/m] 의전극이집중되어해석이가능 ) 2) 동심원통전극 P점의전계 F( 가우스정리로부터 ) 이것은자기학전계공식인 E=Q/2πε O r 에서변형한 식임 (E=Q/4πε O r = 9*10 9 *Q/r 이므로 ) 3) A,B 간의전위차 V 4) 전하량 q : 2 식으로부터 5) P 점의반지름방향의전위경도 : 1 과 3 식에의거 χ 20 페이지중 12 페이지

13 6) 최대전위경도 최대전위는 χ 가최소일때인 χ = r 일때이므로 제 4 장선로정수와코로나.xls 4. g max 의물리적의미 1) g max 를증가시켜 30kv/Cm 초과시안쪽전극의표면이이온화해서전리가시작 2) 공기가전리되면도전성을띠는데마치안쪽전극의반지름이커진것처럼작용해서전리공기층의표면에서의전위의기울기가파열극한값을넘을때까지전리층의두께가증가드디어불꽃방전이발생 3) 불꽃방전발생전까지는아래그림과같은분포가나타남 (1) r이변화시 g max 는증가또는감소된다. (2) g max 의값은그림처럼 U곡선을그린다. (3) 코로나방전과불꽃방전의극한값은 g max 가최소. 즉 1/g max 가최대일때로서, 즉 gmax 와 R/r 의관계 5. 코로나발생임계전압 1) 정의전위경도 (q) = 파열극한전위경도 (q 0 ) 되는점에서의중성점 ( 대지 ) 에대한선로전압 (E 0 ) 의크기 2) 임계전압의크기 (1) 전하 q = C n E[C/m](C n : 중성점에대한작용정전용량 [F/m]) 여기서 Cn 은 을대입하고 (2) 중성점에대한코로나임계전압이 E 0 [KV] 는전위경도 g 를 21.1KV/cm 로정리하면 20 페이지중 13 페이지

14 제4장선로정수와코로나.xls 3) 실제적용되는코로나임계전압 (1) 전선의굵기가커지면코로나임계전압이높아져서코로나발생억제되나, 실제로전선의표면상태, 일기등에관계되는계수를고려시아래식과같다. 6. 코로나장해 1) 코로나손실 (1) F.W Peek 의코로나손실에관한실험식 (2) 코로나발생시상기식과같이손실이발생하여송전효율저하 (3) 전선비를절약하기위해가는전선을사용하면코로나의발생으로손실발생, 굵은전선을사용하면건설비가고가이므로양자를고려해서결제적전선굵기선정 2) 코로나잡음 (1) 코로나방전은전선표면에선전위경도 30kv/cm를넘을때발생하며교류전압의반파마다간헐적으로일어남 (2) 코로나펄스는선로에따라서전파되어송전선부근의라디오, TV 및송전선로의보호, 보수용반송계전반송통신설비에잡음장해를줌 3) 통신선유도장해코로나에의한고조파전류중제3고조파성분은중성점전류로나타나고, 중성점직접접지방식의송전선로에서는부근의통신선에유도장해유발 4) 소호리액터의소호능력저하 1선지락시건전상의대지전압상승에의한코로나발생은고장점의잔류전류의유효분을증가해서, 소호능력을저하시키기때문에소호리액터접지방식에서문제점 5) 전선의부식촉진코로나에의한화학작용으로전선지지점등에서부식이일어나게된다 (NHO 3 : 초산 ) 6) 진행파의파고값감쇠 ( 이점현상 ) 진행파는전압이높기때문에항상코로나를발생, 이때코로나의저항작용으로서지의감쇠효과가있다. 7. 코로나방지대책 1) 굵은전선을사용하며코로나임계전압을높여코로나발생을방지 2) 다도체사용 (1) 단도체보다전위경도를저하시켜코로나개시전압을높인다. 즉코로나발생방지와 20페이지중 14페이지

15 제4장선로정수와코로나.xls 더불어작용정전용량은증대하고작용인덕턴스는감소하여송전용량증가됨 (2) 765KV 송전선설계에는 4도체로는소음기준 50dB를만족시키지못하여 6도체로만족됨 3) 가선금구의개량선로전장에걸치전선코로나는우천시같은특수한경우를제외하고는크지않다. 오히려애자금수, 차폐장치, 등금구류에서국부적으로발생하므로무용부의돌기부를제거하고차폐금구등으로국부코로나방지 4) OPGW 전선사용통신유도장해방지 5) 아킹혼, 아킹링사용 6) 반도체유약사용 7) 매끈한전선표면유지 1. 개요 2. 부하관리 (DSM) 의필요성 3. 수요관리기법 20 페이지중 15 페이지

16 4. 수요관리유형의개념및적용효과 제 4 장선로정수와코로나.xls 5. 수요관리방법 20 페이지중 16 페이지

17 20 페이지중 17 페이지 제 4 장선로정수와코로나.xls

18 제 4 장선로정수와코로나.xls 1. 수요관리기법과유형 상기 DSM 참조 2. 가변부하조성에대한개념및효과 4. 직접부하제어적용대상 20 페이지중 18 페이지

19 20 페이지중 19 페이지 제 4 장선로정수와코로나.xls

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