절연협조 정의 동향 절연계급 기준충격절연강도

전력 계통의 안정성과 신뢰성을 유지하는 것은 현대 사회에서 매우 중요한 과제입니다. 이러한 목표를 달성하기 위해 필수적인 요소 중 하나가 절연협조입니다. 절연협조는 전력기기의 절연 강도를 설정하여 전압 스트레스로 인한 피해를 최소화하고, 경제적이고 안정적인 전력 공급을 보장하는 과정입니다. 특히, 초고압 및 초초고압 전력 계통의 도입과 함께 절연협조의 중요성은 더욱 커지고 있습니다. 본 글에서는 절연협조의 정의와 중요성, 절연계급 및 기준충격절연강도(BIL)의 역할에 대해 간략히 살펴보겠습니다. 이를 통해 절연협조가 전력 시스템의 안정성과 효율성을 어떻게 보장하는지 이해할 수 있을 것입니다.

 

정의

절연협조는 전기 기기의 절연 강도를 설정하는 중요한 과정입니다. 국제 전기 기술 위원회(IEC) 60071-1에 따르면, 절연협조는 기기의 절연이나 연속적인 사용에 피해를 줄 수 있는 전압 스트레스를 허용 가능한 수준으로 유지하는 것을 목표로 합니다. 이는 기기의 특성과 적절한 보호 장치를 고려하여, 계통에서 발생할 수 있는 전압에 대한 전기적 절연 강도를 선정하고 적용하는 것입니다.

 

최근 동향

전력 계통의 전압이 초고압(345kV)에서 초초고압(765kV)으로 점차 상승함에 따라, 계통 절연 레벨도 변화하고 있습니다. 유효 접지 방식을 채용함으로써 계통 절연 레벨이 감소되고 있으며, 피뢰기 기술의 혁신으로 인해 신뢰성이 높아졌습니다. 이로 인해 절연 설계의 중심은 점차 개폐 과전압으로 이동하고 있습니다.

 

절연계급 (Insulation Level)

절연계급은 전력용 기기 및 공작물의 절연 강도의 계급을 나타내며, 각 절연계급에 대응하는 기준충격절연강도(BIL: Basic Lightning Impulse Insulation Level)가 정해져 있습니다. BIL은 계통에서 발생하는 뇌전압 진행파의 파고치, 각종 보호 장치의 보호 능력, 경험적 데이터를 바탕으로 결정됩니다. 이를 통해 기기나 공작물의 절연 설계를 표준화하고, 계통 절연의 구성에 통일성을 부여합니다.

 

전력 계통의 각 부위는 회로 전압의 계급에 따라 절연 강도를 선택합니다. 이는 보호 장치의 유무, 보호 능력, 계통의 중요성, 적정 사고율, 지역의 뇌 빈도를 고려하여 결정됩니다. 일반적으로 회로 공칭 전압에 맞는 절연계급을 선택합니다.

절연강도 비교

 

기준충격절연강도 (BIL: Basic Lightning Impulse Insulation Level)

전력 계통에는 변압기, 차단기, 기기의 부싱(bushing), 애자(insulator), 결합 콘덴서, 계기용 변성기 등 다양한 기기가 있습니다. 이들 사이에는 균형 있는 절연 강도를 유지해야 합니다. 계통 전체의 절연 설계를 보호 장치와의 관계에서 합리화하고 절연 비용을 최소화하여 최대 효과를 거두기 위해 절연협조가 필요합니다. BIL은 낙뢰에 의한 충격 전압을 기준으로 정해집니다.

낙뢰로 인한 이상 전압의 파고치는 회로 전압과 무관하게 10MV 이상이 될 수 있습니다. 따라서, 피뢰기와 같은 보호 장치 없이 기기 자체의 절연 강도로 이를 견디는 것은 불가능합니다. 각 사용 전압 등급별로 피뢰기의 제한 전압보다 높은 충격파 전압을 BIL로 정하여 변압기와 기기의 절연 강도 결정에 활용합니다.

 

통계적 BIL은 표준 뇌임펄스(impulse)에 대해 90%는 견디고, 10%는 실패할 확률을 의미합니다. 내뢰임펄스절연전압(LIWV: Lightning Impulse Withstand Voltage)라는 용어도 사용됩니다.

 

표준 충격파

충격파의 표준형은 나라마다 다르지만, 우리나라는 1.2×50㎲를 표준 충격파로 사용하고 있습니다. 이는 기기의 설계 및 시험 과정에서 중요한 기준이 됩니다.

결론

절연협조는 전력 계통의 안정성과 효율성을 보장하기 위해 필수적인 과정입니다. 이를 통해 기기와 시스템의 절연 강도를 적절히 선정하고 보호 장치를 활용하여 전압 스트레스에 대한 내성을 높일 수 있습니다. 이는 전력 계통의 장기적인 운용 안정성과 경제성을 보장하는 중요한 요소입니다.