전기적 고장

Electrical fault

전력 시스템에서 고장 또는 고장 전류는 비정상적인 전류입니다.예를 들어 단락은 활선이 중성선 또는 접지선에 접촉하는 고장입니다.단선 고장은 전류가 흐르는 와이어(상 또는 중성)의 고장이나 퓨즈 또는 회로 차단기의 끊어짐으로 인해 회로가 중단된 경우 발생합니다.3상 시스템에서 결함은 하나 이상의 상과 접지를 포함하거나 상 간에만 발생할 수 있습니다."접지 단층" 또는 "접지 단층"에서 전류가 접지로 흐릅니다.예측 가능한 고장의 예상 단락 전류는 대부분의 상황에서 계산할 수 있습니다.전원 시스템에서 보호 장치는 고장 상태를 감지하고 회로 차단기 및 기타 장치를 작동하여 고장으로 인한 서비스 손실을 제한할 수 있습니다.

다상 시스템에서는 결함이 모든 위상에 동일하게 영향을 미칠 수 있으며, 이는 "대칭 결함"입니다.일부 단계만 영향을 받는 경우 결과적으로 발생하는 "비대칭 결함"은 분석하기가 더 복잡해집니다.이러한 유형의 결함 분석은 대칭 구성 요소와 같은 방법을 사용하여 단순화할 수 있습니다.

전원 시스템 결함을 감지하고 중단하는 시스템 설계는 전원 시스템 보호의 주요 목표입니다.

과도 고장

과도결함이란 단시간 동안 전원이 차단되었다가 복구된 경우 더 이상 존재하지 않는 결함 또는 단시간 후에 복원된 장치의 유전 특성에 일시적으로만 영향을 미치는 절연결함입니다.가공 전력선의 많은 장애는 본질적으로 일시적인 것입니다.장애가 발생하면 전원 시스템 보호에 사용되는 장비가 작동하여 장애 영역을 격리합니다.그러면 일시적인 고장이 해소되고 전원 라인이 서비스를 재개할 수 있습니다.과도 장애의 일반적인 예는 다음과 같습니다.

변속기 및 배전 시스템은 가선 상에서 일반적으로 사용되는 자동 재폐쇄 기능을 사용하여 일시적인 고장 발생 시 전력 복구를 시도합니다.이 기능은 지하 시스템에서는 일반적으로 영구적인 결함이 있는 것처럼 일반적이지 않습니다.일시적인 장애는 장애 전류가 생성될 때 원래 장애 장소 또는 네트워크의 다른 부분 모두에서 여전히 손상을 일으킬 수 있습니다.

지속적 장애

전원 공급에 관계없이 지속적인 장애가 발생.지하 전원 케이블의 결함은 대부분 케이블의 기계적 손상으로 인해 지속되지만 [1]번개에 의해 일시적으로 발생할 수 있습니다.

장애의 종류

비대칭 장애

비대칭 또는 불균형 장애는 각 단계에 동일하게 영향을 주지 않습니다.일반적인 비대칭 장애 유형 및 그 원인:

  • 라인 투 라인 장애 - 라인 간 단락, 공기의 이온화에 의해 발생하거나 절연체의 파손 등으로 인해 라인이 물리적으로 접촉했을 때 발생합니다.전송 라인 장애에서는 약 5%~10%가 비대칭 라인 투 라인 [2]장애입니다.
  • 회선간 고장 - 1개의 회선과 접지 사이의 단락으로, 낙뢰나 기타 폭풍 피해 등으로 인해 물리적 접촉에 의해 자주 발생합니다.전송선로 장애에서는 약 65%~70%가 비대칭 선로-접지 [2]장애입니다.
  • 이중 선로-지상 결함 - 일반적으로 폭풍 손상으로 인해 두 선이 지면(및 서로)에 접촉합니다.전송 선로 결함의 경우 약 15%~20%가 비대칭 이중 선로 대 [2]접지입니다.

대칭 결함

대칭 또는 균형 결함이 각 위상에 동일하게 영향을 미칩니다.전송 라인 결함의 경우 약 5%가 [3]대칭입니다.이러한 장애는 비대칭 장애에 비해 거의 발생하지 않습니다.대칭 장애에는 라인 투 라인(L-L-L)과 라인 투 라인 투 접지(L-L-G)의 2종류가 있습니다.대칭 장애는 전체 시스템 장애의 2 ~ 5%를 차지합니다.그러나 시스템의 균형이 유지되더라도 기기에 심각한 손상을 줄 수 있습니다.

볼트 고장

한 가지 극한은 고장 임피던스가 0인 경우로, 최대 예상 단락 전류를 제공합니다.개념적으로 모든 도체는 금속 도체에 의해 접지된 것처럼 간주됩니다. 이를 "볼트 단층"이라고 합니다.잘 설계된 전원 시스템에서 금속 접지 측 단락이 발생하는 것은 드문 일이지만, 이러한 결함은 우연히 발생할 수 있습니다.전송로 보호의 한 종류에서는 보호장치의 동작을 고속화하기 위해 의도적으로 "볼트 결함"이 도입된다.

접지 고장(접지 고장)

접지 고장(접지 고장)은 전원 회로 도체를 의도하지 않게 [citation needed]접지에 연결할 수 있는 고장입니다.이러한 결함으로 인해 부적절한 순환 전류가 발생하거나 위험한 전압으로 기기 하우징에 전원이 공급될 수 있습니다.일부 특수 배전 시스템은 단일 접지 고장을 허용하고 계속 작동하도록 설계될 수 있습니다.배선 코드는 이러한 경우에 경보를 울리기 위해 절연 감시 장치가 필요할 수 있으므로 접지 고장의 원인을 식별하고 해결할 수 있습니다.이러한 시스템에서 2차 접지 고장이 발생하면 과전류 또는 구성 요소의 고장이 발생할 수 있습니다.과전압을 제한하기 위해 일반적으로 접지에 연결되어 있는 시스템에서도 일부 애플리케이션에서는 접지 결함을 감지하기 위해 접지 결함 차단기 또는 이와 유사한 장치가 필요합니다.

현실적인 결함

현실적으로 장애의 저항은 부하 저항에 비해 0에 가깝거나 상당히 높을 수 있습니다.전력이 제로인 임피던스 제로 케이스에 비해, 장해로 대량의 전력이 소비되는 경우가 있습니다.또한 호는 매우 비선형적이므로 단순한 저항은 좋은 모델이 아닙니다.좋은 분석을 [4]위해서는 가능한 모든 경우를 고려할 필요가 있다.

아크 장애

시스템 전압이 충분히 높을 경우 전원 시스템 도체와 접지 사이에 전기 아크가 형성될 수 있습니다.이러한 아크는 (시스템 정상 동작 레벨에 비해) 비교적 높은 임피던스를 가질 수 있으며 단순한 과전류 보호로는 검출하기 어려울 수 있습니다.예를 들어 통상적으로 1000암페어를 반송하는 회로에서 수백암페어의 아크가 발생하면 과전류 회로 차단기가 트립되지 않지만 완전한 단락 회로가 되기 전에 버스바 또는 케이블에 막대한 손상을 줄 수 있습니다.유틸리티, 산업용 및 상용 전원 시스템에는 비교적 작지만 바람직하지 않은 전류가 지상으로 유출되는 것을 감지하기 위한 추가적인 보호 장치가 있습니다.주택용 배선의 경우, 전기 규제에 따라 건물 배선 회로에 아크 고장 회로 차단기가 필요하게 되어 작은 아크가 손상 또는 화재를 일으키기 전에 검출됩니다.

분석.

대칭 결함은 전력 시스템의 다른 현상과 동일한 방법을 통해 분석할 수 있으며, 실제로 이러한 유형의 분석을 자동으로 수행하기 위한 많은 소프트웨어 도구가 존재합니다(전력 흐름 연구 참조).그러나 정확하고 일반적으로 더 유익한 다른 방법이 있습니다.

첫째, 몇 가지 단순화된 가정을 한다.시스템의 모든 전기 발전기는 상으로 시스템의 공칭 전압으로 작동한다고 가정합니다.전기 모터도 발전기로 간주할 수 있습니다. 고장이 발생하면 대개 전력을 소비하기보다는 공급하기 때문입니다.그런 다음 이 베이스 케이스에 대해 전압과 전류가 계산됩니다.

다음으로, 결함의 위치는 베이스 케이스의 해당 위치의 전압과 동일한 음의 전압원이 공급되는 것으로 간주되며, 다른 모든 소스는 0으로 설정됩니다.이 방법은 중첩 원리를 이용한다.

보다 정확한 결과를 얻으려면 다음 세 가지 시간 범위에 대해 이러한 계산을 별도로 수행해야 합니다.

  • 서브트랜시스턴트는 최초이며 가장 큰 전류와 관련되어 있다
  • 과도 상태는 아과도 상태와 정상 상태 사이에 있다
  • 모든 과도현상이 정착할 시간이 생긴 후에 정상 상태가 된다

비대칭 장애는 3상 전력에서 사용되는 기본 가정, 즉 부하가 3상 모두에서 균형을 이룬다는 가정을 무너뜨립니다.따라서 단상만을 고려하는 단선도 등의 도구를 직접 사용할 수 없다.단, 전원계통의 직선성으로 인해 발생하는 전압과 전류는 3상분석을 적용할 수 있는 대칭성분의 중첩으로 간주하는 것이 일반적이다.

대칭 컴포넌트의 방법에서 전원 시스템은 다음 세 가지 컴포넌트의 중첩으로 간주됩니다.

  • 위상이 원래 시스템과 동일한 순서인 정의 시퀀스 구성 요소, 즉 a-b-c
  • 위상이 원래 시스템과 반대 순서인 음계열 성분, 즉 a-c-b
  • 진정한 3상 시스템은 아니지만 대신 3상 모두가 서로 위상이 일치합니다.

비대칭 고장으로 인해 발생하는 전류를 판단하려면 먼저 관련된 전송선로, 발전기 및 변압기의 단위 영, 양 및 음의 시퀀스 임피던스를 알아야 합니다.그런 다음 이러한 임피던스를 사용하여 3개의 회로를 구성합니다.그런 다음 개별 회로는 연구 중인 고장 유형에 따라 특정 배열로 서로 연결됩니다(이는 대부분의 전원 시스템 교과서에서 확인할 수 있습니다).시퀀스 회로가 올바르게 연결되면 기존의 회로 분석 기법을 사용하여 네트워크를 분석할 수 있습니다.솔루션은 대칭 구성요소로 존재하는 전압과 전류를 생성합니다. 이러한 전압과 전류는 A 매트릭스를 사용하여 위상 값으로 다시 변환해야 합니다.

퓨즈 및 회로차단기와 같은 보호장치의 선택을 위해 예상되는 단락전류의 분석이 필요하다.회로를 적절하게 보호하려면 가능한 짧은 시간 내에 보호 장치를 작동시킬 수 있을 정도로 고장 전류가 높아야 합니다. 또한 보호 장치가 고장 전류를 견디고 스스로 파괴되거나 상당한 시간 동안 아크를 유지하지 않고 결과적으로 발생하는 모든 호를 끌 수 있어야 합니다.

고장 전류의 크기는 사용되는 접지 시스템의 유형, 설비의 전원 유형과 접지 시스템, 전원과의 근접성에 따라 크게 다릅니다.예를 들어, 가정용 UK 230V, 60A TN-S 또는 USA 120V/240V 전원 장치의 경우 고장 전류는 수천암페어일 수 있습니다.복수의 소스가 있는 대규모 저전압 네트워크의 장애 레벨은 300,000암페어입니다.고저항 접지 시스템은 라인 대 접지 고장 전류를 5암페어로 제한할 수 있습니다.보호 장치를 선택하기 전에 설치 원점과 각 회로의 가장 먼 지점에서 예상 고장 전류를 안정적으로 측정해야 하며, 이 정보가 회로의 용도에 적절하게 적용되어야 합니다.

결함 감지 및 위치 확인

예를 들어 나무가 넘어지거나 전신주가 부러져 도체가 바닥에 쓰러져 있는 등 문제가 명백하기 때문에 가공 송전선은 진단이 가장 쉽다.

케이블 시스템의 장애는 회로에 전원이 공급되지 않은 상태에서 또는 경우에 따라 회로에 전원이 공급되지 않은 상태에서 찾을 수 있습니다.결함 위치 기술은 크게 케이블 끝에서 측정된 전압과 전류를 사용하는 단자 방식과 케이블 길이에 따라 검사가 필요한 트레이서 방식으로 나눌 수 있습니다.단말기 방법을 사용하여 장척 케이블 또는 매립 [5]케이블에서의 트레이스를 용이하게 하기 위해 장애의 일반적인 영역을 특정할 수 있습니다.

매우 단순한 배선 시스템에서는 와이어 검사를 통해 결함 위치가 발견되는 경우가 많습니다.와이어가 숨겨질 수 있는 복잡한 배선 시스템(예: 항공기 배선)에서 배선 결함은 시간 영역 반사계를 [6]사용하여 찾습니다.시간 영역 반사계는 와이어를 통해 펄스를 전송한 다음 돌아오는 반사 펄스를 분석하여 전선 내부의 고장을 식별합니다.

과거의 해저 전신 케이블에서는 감응 검류계가 고장 전류를 측정하기 위해 사용되었습니다. 고장 난 케이블의 양끝에서 테스트함으로써 고장 위치를 수 마일 이내로 분리할 수 있었고, 이로 인해 케이블을 고정하고 수리할 수 있었습니다.Murray 루프와 Varley 루프는 케이블의 결함을 찾기 위한 두 가지 유형의 연결이었습니다.

낮은 전압에서는 전원 케이블의 절연 결함이 나타나지 않을 수 있습니다."thumper" 테스트 세트는 케이블에 고에너지 고전압 펄스를 인가합니다.장애 위치는 장애 발생 시 방전 소리를 들음으로써 이루어집니다.이 테스트는 케이블 부위의 손상에 기여하지만 어떤 경우에도 [7]결함이 있는 부위가 발견되면 다시 절연해야 하기 때문에 실용적입니다.

고저항 접지 분배 시스템에서는 피더에 접지 결함이 발생할 수 있지만 시스템은 계속 작동합니다.고장났지만 통전된 피더는 회로의 모든 위상 와이어를 수집하는 링형 변압기로 찾을 수 있습니다. 접지 고장이 포함된 회로에만 순 불균형 전류가 표시됩니다.접지 고장 전류를 더 쉽게 감지하기 위해 시스템의 접지 저항을 두 값 사이에서 전환하여 고장 전류 펄스를 발생시킬 수 있습니다.

배터리

독립형 전원 시스템에 사용되는 딥 사이클 배터리와 같은 대형 배터리의 예상 고장 전류는 종종 제조업체에 의해 제공됩니다.

AS 4086 파트 2(부록 H)에 따르면 호주에서는 이 정보가 제공되지 않을 경우 암페어 단위의 예상 고장 전류는 "C A/h 속도에서120 공칭 배터리 용량의 6배인 것으로 간주해야 한다"고 한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ http://www.lightning.ece.ufl.edu/PDF/01516222.pdf[베어 URL PDF]
  2. ^ a b c "What are the Different Types of Faults in Electrical Power Systems?". ElProCus - Electronic Projects for Engineering Students. February 5, 2014.
  3. ^ Grainger, John J. (2003). Power System Analysis. Tata McGraw-Hill. p. 380. ISBN 978-0-07-058515-7.
  4. ^ "INVESTIGATING TREE-CAUSED FAULTS Reliability & Safety content from TDWorld". TDWorld.
  5. ^ Murari Mohan Saha, Jan Izykowski, Eugeniusz Rosolowski, Power Networks Springer, 2009 ISBN 1-84882-885-3, 339페이지
  6. ^ 스미스, 폴, 퍼스, 신시아, 건터, 제이콥"와이어 결함 위치를 위한 스펙트럼 확산 시간 영역 반사 측정 분석." IEEE 센서 저널.2005년 12월
  7. ^ 에드워드 J.Tyler, 2005 National Electric Estimator, Craft Book Company, 2004 ISBN 1-57218-143-5 페이지 90

일반

  • Glover, J.D.; Sarma, M.S. (2002). Power System Analysis and Design. Brooks/Cole. ISBN 0-534-95367-0.
  • Burton, G.C. Power Analysis.