고유과도회복전압/재기전압 (TRV : Transient Recovery Voltage)

서론

전력 시스템에서는 다양한 형태의 과전압이 발생할 수 있으며, 이는 시스템 안정성과 장비 수명에 영향을 미칠 수 있습니다. 본 문서에서는 상용주파 단시간과전압(TOV), 개폐과전압(SOV), 지락과전압, 차단과전압, 철공진, 그리고 고유과도회복전압(TRV)와 같은 주요 과전압 현상과 이를 제어하기 위한 방법을 다룹니다.

 

고유과도회복전압/재기전압 (TRV : Transient Recovery Voltage / Restriking Voltage)

고유과도회복전압 혹은 재기전압이라 함은 차단기의 한 극의 차단 직후에 그 극의 양단자간에 또는 그 극의 각 차단점의 접촉자간에 나타나는 과도전압을 말합니다. 재기전압에는 단일주파과도성분 뿐인 것과 다중주파의 과도성분을 가진 것이 있습니다. 정격재기전압은 차단기가 정격차단전류 또는 그 이하의 전류를 차단할 때 부과될 수 있는 고유 재기전압의 한도로서 2-parameter법과 4-parameter법의 규약치로서 표시됩니다.

 

고유과도회복전압(TRV) 규격 관련사항

현재 통용되는 차단기 관련 규격은 IEC-62271, ANSI C37.06으로 대별되며, 세계 각국은 대체적으로 자국의 차단기 관련 규격을 위의 두 가지 규격에서 원용하여 적용하고 있는 실정입니다. 위의 두 규격은 상호간에 약간의 상이점을 지니고 있는데, 그 이유는 IEC 규격이 주로 적용되는 유럽 여러 나라와 북미 위주의 ANSI 규격이 적용되는 지역의 계통특성이 서로 상이할 뿐만 아니라 IEC는 실측치에 근거를 두고 있지만 ANSI는 모델 계통에 대한 해석치에 근거를 두고 있기 때문입니다.

 

파형표시방법

ANSI에서는 72.5 kV 이하의 계통에 대해서는 단일전원으로부터 고장전류가 공급되는 단순계통으로(1-cosine 파형), 121 kV 이상의 계통에 대해서는 변압기 및 송전선로에 의해 고장전류가 공급되는 복합계통(exponential cosine 파형)으로 가정함으로써 이때의 과도회복전압 파형을 이론적으로 정의하고 있습니다.  IEC는 파형을 실제 계통에서 간단한 수식으로 표현할 수 있는 방법이 어렵다는 사실 때문에  2-parameter 또는 4-parameter 방법에 의해 과도회복전압 파형을 정의하고 있습니다.

 

상승률

IEC에서는 100kV 이상의 차단기에 대해 과도회복전압 상승률(Rate of Rise of Recovery Voltage, RRRV)을 일정한 값으로 규정하고 있지만 ANSI에서는 정격전압 및 정격차단전류에 따라 서로 상이한 값으로 규정하고 있습니다.

 

파고시간

IEC 규격에서는 각 정격전압별로 접지/ 비접지계통에 대한 1개의 파고시간을 정의하는 반면 ANSI 규격에서는 동일 정격전압에 대해서도 정격 차단전류가 다른 경우 서로 상이한 파고시간으로 규정하고 있습니다.

 

파고전압

대체적으로 동일 정격전압에 대해서 ANSI의 파고치가 IEC 규격보다 약간 높습니다. 그 이유는 양 규격 간의 기본 가정이 약간 상이하고 ANSI가 해석치를 근거로 하는데 반해 IEC는 실측치를 염두에 두기 때문입니다. IEC/ ANSI 규격의 기본적인 차이점을 기술하였는데 ANSI보다는 IEC 규격이 전 세계적으로 더 보편화되어 있으며 실계통 운용 관점에서도 적합하다고 생각됩니다. 또한 현재의 한전 차단기 관련 규격인 ESB-150 규격도 IEC를 모델로 제정되어 있습니다.

 

IEC의 과도회복전압 규격치

IEC 규격의 단락시험시 고유 과도회복전압 계산 근거는 다음과 같습니다.

• 고장전류 : 3상 접지고장
• 제1상 차단계수
  • 계통전압 ≤ 72.5 kV : 1.5
  • 100kV ≤ 계통전압 ≤ 170kV : 1.3(접지계통) 혹은 1.5(비접지계통)
  • 계통전압 ≥ 245 kV : 1.3 (duty 1&2에서는 1.5를 적용하기도 함)
• 진폭률 :
  • 100 % 정격 단락전류(duty 4&5) : 1.4
  • 60 %(duty 3) 및 30 %(duty 2) 정격 단락전류 : 1.5
  • 10 %(duty 1) 정격 단락전류 : 1.7
• 고유과도회복전압 파고치 : (차단기 정격전압)×(√2/√3)×(제1상 차단계수)×(진폭률)
• 과도회복전압 상승률(kV/μs) : 정격전압 100kV 이상에서는 일정
  • 100 % 정격단락전류 : 2.0kV/μs
  • 60 % 정격단락전류 : 2.0kV/μs
  • 30 % 정격단락전류 : 5.0kV/μs
  • 0 % 정격단락전류 : 5.5-12.6 kV/μs

 

과도회복전압 파형 표시방법

 

 

결론

과전압 관리와 관련된 국제 규격인 IEC와 ANSI의 차이는 전력 시스템의 특성과 설계 기준에 따라 달라집니다. 이러한 표준들은 전력 시스템의 안정성과 안전성을 보장하기 위한 필수적인 요소로, 각기 다른 계통에서 발생할 수 있는 과전압 현상을 평가하고 관리하는 데 중요한 역할을 합니다. 특히 고유과도회복전압(TRV)와 같은 요소는 차단기 성능 평가와 시스템 보호에 있어서 핵심적인 지표로 작용합니다.