1. 피뢰기
[ 피뢰기의 기능 ]
피뢰기는 선로를 타고 들어오는 이상전압을 신속히 대지로 방류하여 전력기기를 보호하는 기기이다.
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[ 피뢰기의 동작 책무 ]
∵ 이상전압 침입시 신속하게 방전할 것
∵ 이상전류 통전시 단자전압을 일정전압 이하로 억제할 것
∵ 이상전압 해소 후 속류를 차단하여 자동 회복할 것
∵ 반복 동작에 대해 특성이 변하지 않을 것
[ 피뢰기를 신설하여야 하는 장소 ] - 전기설비기술기준 제46조
∵ 발전소,변전소 또는 이에 준하는 장소의 가공전선 인입구 및 인출구
∵ 가공전선로에 접속하는 기준 제32조의 배전용변압기의 고압측 및 특별고압측
∵ 고압 및 특별고압 가공전선로로 부터 공급을 받는 수용장소의 인입구
∵ 가공전선로와 지중전선로가 접속되는 곳
[ 피뢰기의 적용 ]
※ 피뢰기의 정격 전압
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전 력 계 통 |
피뢰기 정격 전압 (KV) | ||
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전압(KV) |
중성점 접지 |
변전소 |
배전선로 |
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345 |
유효접지 |
288 |
- |
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154 |
유효접지 |
138 |
- |
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66 |
PC접지 또는 비접지 |
75 |
- |
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22 |
PC접지 또는 비접지 |
24 |
- |
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22.9 |
3상 4선식 다중접지 |
21 |
18 |
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11.4 |
3상 4선식 다중접지 |
12 |
9 |
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5.7 |
3상 4선식 다중접지 |
7.5 |
7.5 |
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6.6 |
비접지 |
7.5 |
7.5 |
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3.3 |
비접지 |
7.5 |
7.5(4.2) |
※ 설치 장소별 피뢰기 공칭 방전 전류
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공칭방전전류 |
설치장소 |
적 용 조 건 |
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10,000A |
발전소 |
전발전소 |
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변전소 |
1. 154KV이상 계통 2. 66KV 및 그 이하의 계통에서 bank 용량이 3,000 KVA를 초과하거나 3. 장거리 송전선 케이블(배전“휘다”인출용 단거리 케이블 제외) 및 정전 축전기 bank를 개폐하는 곳 | |
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5,000A |
변전소 |
66KV 및 그 이하 계통에서 bank 용량이 3,000KVA 이하 |
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2,500A |
선로변전소 |
배전선로 배전선 “휘다” 인출측 |
(주) 전압 22.9KV 이하(22KV 비접지 제외)의 배전선로에서 수전하는 설비의 피뢰기 공칭 방전 전류는 일반적으로 2,500A의 것이 적용된다.
[피뢰기 구조의 종류]
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① 방전갭 |
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[ 피뢰기 구조의 장단점] 종별 / 장단점 장 점 단 점 1. 방전갭 서지 전류 흡수능력이 크다
약 100(kA) 응답 속도가 늦다
속류 발생의 우려가 있다 2. 바리스터 응답 속도가 빠르다
제한 전압을 낮게 할 수 있다
속류도 일단은 차단한다 서지 흡수 능력이 적다
누설 전류가 있다
쇼트 모드 고장이 있다 3. 밸브형피뢰기 서지 전류 흡수 능력이 크다
속류를 확실하게 차단한다 응답 속도가 비교적 느리다 4. 병렬형피뢰기 응답 속도가 빠르다
서지 전류 흡수 능력이 크다
속류를 확실히 차단한다 제한 전압의 협조가 어렵다
(소자와 캡)
[ 서지흡수기의 기능 ]
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서지 흡수기는 피뢰기가 뇌격 보호인데 비해 개폐서지 보호용으로 주로 몰드변압기 채택시 VCB 후단 변압기 전단에 설치하여 VCB 개폐서지로부터 BIL 이 낮은 몰드변압기를 보호하기 위해 설치한다.
[ 서지흡수기의 적용 ]※ 서지 흡수기의 정격
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공칭전압 |
3.3(kV) |
6.6(kV) |
22.9(kV-Y) |
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정격전압 |
4.5(kV) |
7.5(kV) |
18(kV) |
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공칭방전전류 |
5(kA) |
5(kA) |
5(kA) |
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차단기 종류 |
VS |
VCB | ||||||
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전압등급 2차 보호기기 |
3(kV) |
6(kV) |
3(kV) |
6(kV) |
10(kV) |
20(kV) |
30(kV) | |
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발전기 |
불필요 |
부분적으로 검토 적용 |
- |
- |
- | |||
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발전기 |
유입식 |
불필요 |
불필요 |
불필요 |
불필요 |
불필요 |
불필요 | |
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몰드식 |
불필요 |
반드시적용 |
반드식적용 |
반드식적용 |
반드식적용 |
반드시적용 | ||
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건 식 |
불필요 |
반드시적용 |
반드시적용 |
반드식적용 |
반드시적용 |
반드시적용 | ||
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콘덴서 |
불필요 |
불필요 |
불필요 |
불필요 |
불필요 |
불필요 | ||
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변압기와유도기기와의 혼용 사용식 |
불필요 |
반드시적용 |
반드시적용 |
- |
- |
- | ||
[ LA와 SA의 차이점 ]
∵ 서지파형의 비교
∵ 직격뢰, 유도뢰등에 의한 뇌서지는 파고치가 크고 급준파로서 서지의 파두장 이
수 ㎲ 파미장이 수십 ㎲ 이다.
∵ 개폐서지의 파고치는 뇌과전압 보다 작지만 지속 시간이 파두장 50-500㎲
파미장 2-10(mS)로 길다.
대표적인 개폐서지로는 진공차단기 등과 같은 차단 성능이 좋은 차단기로 지연
소전류를 차단하면 전류 “0”점이 되기전에
차단하여 전류 재단 현상이 생기고 이때 발생되는 서지는 BIL이 낮은 건식류의
기기를 소손할 우려가 있다.
* 피뢰기(방전갭에서 시작)
방전갭에서 시작하여 직렬갭과 특성 요소를 결합한 구조의 것이 사용되었으나 뛰어난 비직선저항 특성을 가진 ZnO 소자가 개발되어 최근 피뢰기에 사용되고 있다.
* 서지흡수기(C-R형 필터에서 시작)
C-R형 서지흡수기가 대표적으로 콘덴서의 고주파에서 임피던스가 낮아지는 성질을 이용한 서지필터가 사용되었으나 고압 이상에서 부터 ZnO 소자를 적용한 서지 흡수기가 사용되고 있다.
∵ 따라서 피뢰기와 서지흡수기의 구조가 거의 같고 구분이 모호해지고 있으나 구태 나눈다면 피뢰기가 뇌격 보호용으로
일정전압 이상의 급준파에 대응한다면 서지흡수기는 설계 전압 범위가 있고 뇌격에
비해 완만하고 지속시간이 긴 개폐서지 등의 이상전압에 대응하는 옥내 피뢰기이다.
∵ Lighting Arrester : 뇌보호용 피뢰기
∵ Surge Absorbor : 서지흡수기 C-R형
∵ Surge Arrester : 서지흡수용 피뢰기 ZnO형
계기용변성기
1. 계기용 변성기의 기능
계기용 변성기는 주회로의 고전압. 대전류를 사용 목적에 적당한 저전압. 소전류로 변성하여 계기나 계전기를 소형화하고 취급을 용이하게 하기 위함이다. 계기용 변성기를 잘못 선정하거나 결선이 바르지 않으면 보호장치나 계측 장치가 무용지물이 될 우려가 있으니 선정에 주의해야 한다
2. 계기용 변성기의 종류
계기용 변성기를 용도에 따라 분류하면 변류기, 변압기로 나눌 수 있고, 절연 형태로는 건식, 유입식, 몰드식으로 구분되며 최근 22.9KV급에 방재화에 유리한 몰드식이 많이 적용되고 있다.
[계기용 변성기 :MOF]
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 [건식 MOF] | |
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[유입식 MOF] |
① MOF의 기능
MOF는 전력수급용 삼상 계기용 변류기를 말하며, 고전압 대전류를 저전압 저전류(110V,5A)로 변성하여 전력량계에 공급하여 한전과 수용가와의 전력요금 계산에 필요한 기기이다.
* 고전압 대전류를 그대로 계측하는 것은 곤란하고 설혹, 22.9KV에 100A 를 견딜 수 있는 전력량계가 있다면 절연 때문에
부피와 중량이 크고 가격도 무척 비쌀것이다. 또 그러한 위험한 계량기의 검침은 누가 할것인가.
② MOF의 과전류 강도
MOF의 과전류 강도에는 열적과전류 강도와 기계적과 전류 강도가 있고 과전류 강도가 부족한 MOF는 단락사고시 파손 또는 폭발할 우려가 있다.
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전류비 |
과 전 류 강 도 ( 배 수 ) | |||||
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5/5A |
75배수 150배수 300배수 | |||||
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10/5A |
75배수 150배수 | |||||
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15/5A |
75배수 150배수 | |||||
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20/5A |
75배수 | |||||
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30/5A | ||||||
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40/5A | ||||||
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50/5A | ||||||
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60/5A | ||||||
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75/5A |
40배수 | |||||
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100/5A | ||||||
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150/5A | ||||||
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200/5A | ||||||
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250/5A | ||||||
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300/5A | ||||||
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400/5A | ||||||
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500/5A | ||||||
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600/5A | ||||||
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750/5A | ||||||
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* 지정전류 영역(5/5A, 10/5A, 15/5A)에 있어서 과전류 강도 (22.9kV 계통 가공전선로 기준) | ||||||
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구분 |
~1Km |
~3Km |
~5Km |
~7Km |
~10Km |
~20Km |
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5/5A |
300배수 |
150배수 |
75배수 | |||
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10/5A |
150배수 |
75배수 | ||||
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15/5A |
150배수 |
75배수 | ||||
③ 과전류 강조의 중요성
MOF는 작은 용기내에 계기용 변류기와 계기용 변압기가 수납된 구조로 고압기기 중 가장 취약한 기기이다.
과전류 강도가 부족한 MOF를 계속 사용하면 평상시에는 지장이 없다가, 수용가 구내 단락시 단락과전류를 견디지 못하고 MOF가 소손되거나 폭발하여 화재로 발전하는 경우도 있다. 따라서 과전류 강도가 부족하면 즉시 교체해야 하고 한국전기안전공사에서는 기존 설비라 하더라도 2006. 12. 19일 이후 불합격 처리하도록 되어있다.
예전에는 우리나라 발전 송전 설비용량이 작고 고압수용가 또한 적어서 MOF 과전류 강도를 중요하게 취급하지 않았으나, 발전 및 송전용량이 증가하고 한전
변전소의 신설로 수용가에서 한전 변전소간 거리가 가까워져 수용가까지의 % 임피던스가 감소하여 각 수용가의 단락용량이 커지게 되면서 MOF의 과전류 강도가 중요하게 인식되고 있다.
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계기용 변성기는 고전압, 대전류가 직접 배전반에 있는 계기나 계전기에 연결되면 계기용 변성기에는 계기용 변압기(PT, VT), 계기용 변류기CT),
계기용 변압기는 고압 회로의 전압을 이에 비례하는 낮은 전압으로 변성해 주는 계기용 변압기의 정격부담이란 변성기의 2차측 단자간에 접속되는 부하의 한도를
계기용 변류기는 회로에 흐르고 있는 전류가 크면 접속하는 전선이나 케이블이
  3) 계기용 변압 변류기 (MOF 또는 PCT: metering of fit) 계기용 변압 변류기는 계기용 변압기와 변류기를 조합한 것으로 전력 수급용
영상 변류기는 회로에 지락사고가 발생했을 때 흐르는 영상전류(지락전류)를 검출하여 접지 계전기에 의해 차단기가 동작하도록 하는 기기이다.
그 밖에 | ||||||||||||||||
[ 계기용변류기 (CT) ]
계기용 변류기는 대전류를 소전류로 변성하는 것으로 보통 정격 2차 전류는 5A 이다.
이것은 계기, 계전기의 입력이 5A로 설계되기 때문이다. 또한 계기용 변류기 선정시 계급, 정격전압, 정격1차전류, 정격2차전류, 과전류강도, 과전류정수 등을 잘 이해하고 사용해야 한다.
[ 계기용변압기 (PT) ]
계기용 변압기는 어떤 전압(주로 고압)을 저압(110V)으로 변성하여 계기, 계전기에 공급하는 것으로 CT와 마찬가지로 적용에 주의해야 한다.
[ GPT, ZCT ]
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[영상변류기] |
[접지형 계기용 변압기] | |
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ZCT는 1개의 부하회로 각상을 모두 내부에 관통시켜 지락 전류를 검출하는 것으로
고저항 접지의 고압 계통에서 주로 사용하고 저압의 것은 주로 배전반에서 각 간선 회로에 설치하여 누전경보기와 조합하여 지락 경보 목적으로 사용된다.
보호계전기
1. 보호계전기
보호계전 시스템은 전력 설비의 사고를 재빨리 검출, 제거하여 사고의 확대나 파급을 방지하기 위한 보호 계전기를 주축으로 한 시스템으로, 보호 계전기는 CT, PT 등에서 검출된 전압, 전류를 설정값과 비교하여 고장이라고 판단되면 차단기 등에 트립지령을 주는 것으로서 보호계전기 선정이나 정정이 잘못되면 보호 계전 시스템이 무용지물이 된다.
2. 보호계전기의 종류
[ 동작구조별 ]
∵ 전자기계형 : 유도 원판형으로 대표되고 구동력은 전자 기계력에 의해 직접 얻는다.
∵ 정지형 : 트랜지스터등의 소자를 이용한 것으로 동작 속도가 빠르고 가동 부분이
없어서 오동작이 적고 진동에 강하다.
∵ 디지털형 : 반도체 소자를 사용하여 정밀도가 높고 감시 제어 장치와 연결이 쉽다.
[ 동작종류별 ]
∵ 과전류 계전기 (OCR)
전류가 어느 설정값 이상일 때 응동하여 동작하며 과부하 보호 목적으로 사용한다.
∵ 과전압 계전기 (OVR)
전압이 어느 설정값 이상일 때 응동하여 동작하며 과전압에 의한 기기 소손 방지를 위해 사용한다.
∵ 지락과 전류 계전기 (OCGR, GOCR)
지락 전류가 어느 설정값 이상일 때 동작하는 것으로 22.9KV 계통에서는 잔류회로 전류를 검출한다.
∵ 부족전압 계전기 (UVR)
전압이 어느 설정값 이하 또는 정전일 때 동작하여 기기를 보호하거나 비상용 발전기를 기동시키기 위해서 사용한다.
∵ 비율차동 계전기
변압기 1차, 2차 전류를 비교하여 변압기 내부 고장을 검출하는 계전기로 대용량 변압기나 중요 변압기에 설치한다.
∵ 역전력 계전기
열병합 설비를 갖춘 곳에서 수용가의 발전 전력이 한전측으로 역 송전되지 못하게 할 때 사용한다.
∵ 지락방향 계전기 (DGR, SGR)
3.3KV, 6.6KV, 22KV 등 비접지 계통에서의 지락 보호에 사고 선로만 선택 차단하기 위해 적용된다.
∵ 기타 계전기
거리계전기, 주파수계전기 등 여러 계전기가 사용 목적에 따라 각각 단독으로 또는 조합되어 사용되고 있다.[ 동작시한별 ]
순시, 정한시, 반한시, 단한시 등이 사용 목적에 따라 여러 가지가 있다.
3. 보호계전기의 구비 조건
∵ 정확성
신뢰도가 높고 정확한 동작으로 오동작이 없어야 한다.
∵ 신속성
주어지 조건에 도달할 경우 신속하게 동작해야 한다.
∵ 선택성
선택차단 및 복구로 정전 구간을 최소화 할 수 있어야 한다.
∵ 기타
취급이 간단하고 보수가 용이 할 것.
주위 환경에 동작 성능의 영향을 적게 받을 것.
정정, 변경이 용이 할 것.
전력용콘덴서
1. 전력용콘덴서
일반적으로 전력부하는 저항과 유도성 리엑턴스로 이루어져 있으므로 회로에 흐르는 전류는 지연 무효 전류를 여분으로 흐르게 하여 여러 가지 장해를 가져오므로 회로에 앞선 무효 전력을 공급할 필요가 있고 이것을 역률 개선이라고 하고 앞선 무효 전력을 공급하는 기기가 콘덴서이다. 콘덴서는 역률 개선 효과 이외에도 고주파에서의 낮은 임피던스로 인한 필터효과, 직류에서의 전력 저장 효과도 있으나 전력용 콘덴서라 함은 역률 개선용 콘덴서를 말한다.
2. 역률개선 효과
[ 변압기 손실 경감 ]
변압기 손실은 철손과 동손으로 구분되고 동손은 전류의 제곱에 비례하므로 변압기 권선에 흐르는 무효 전력을 작게 하면
변압기 손실이 경감된다.
[ 배전선 손실 경감 ]
배전선에서 손실되는 전력도 전류의 제곱에 비례하므로 배전선에 흐르는 무효 전력을 작게하면 배전선 손실이 경감된다.
[ 설비용량의 여유 발생 ]
역률을 개선하면 무효 전력의 감소분 만큼 설비용량에 여유가 생긴다. 예로 1000KVA의 변압기에 역률 80%인 부하인 경우
800KW가 한도이지만 역률이 100%인 부하는 1000KW까지 사용할 수 있고 200KVA의 여유가 발생한다.
[ 전압 강하의 개선 ]
배전선 및 변압기에 무효 전류가 흐르면 전압 강하가 증가되는데 역률을 개선하게 되면 무효 전류가 감소하므로 전압
강하가 개선된다.
[ 전력 요금 경감 ]
한전에서는 한전 설비의 효과적인 활용을 위해 전기 요금에 역률 요금 제도를 두고 있으며 역률이 낮으면 가산금을 내고
역률이 높으면 전기요금을 할인하여 주고 있다.
∵ 젼력요금 = 기본요금 + 사용량요금 + 역률요금
∵ 역률요금 = 기본요금 X (1+ (90-역률)/100)
[ 방전코일 ]
콘덴서를 회로에서 개방하였을때 잔류 전하에 의한 위험방지와 재 투입할 때 콘덴서에 과전압이 걸리는 것을 방지하기
위해 설치하고 방전코일의 성능은 아래와 같아야 한다.
- 고압의 경우 개방 후 5초 이내에 50V 이하
- 저압의 경우 개방 후 3분 이내에 75V 이하
[ 직렬리엑터 ]
역률 개선용으로 콘덴서를 사용하면 콘덴서에 고조파 유입시 콘덴서의 용량성 때문에 전류 파형의 왜곡을 확대하는 수가
있고 일반 3상 회로에서 제5고조파에 대응하여 직력리엑터의 용량을 6%를 적용하고 있다.
발전기
전력용케이블
1. 전력용케이블
주로 전기전도가 좋은 구리 도체 연선을 절연물로 피복한 것을 절연전선이라고 하고, 절연피복 위에 보호 쉬스를 한겹 더한 것을 케이블이라고 부르며 케이블은 구조상 절연 전선에 비해 기계적.전기적으로 안전하므로 직접 노출 시공도 가능하고 활용 범위가 크므로 간선 계통은 거의 케이블로 시공한다.
2. 전력케이블의 종류
22.9KV 급까지는 XLPE 절연 케이블이 주종을 이류고 154KV 이상에서는 OF 케이블이 사용되었으나 절연 기술의 발달로 345KV 급까지 XLPE 절연케이블이 사용되고 있다. 여기에서는 600V 이하의 저압 케이블의 용도 정도만 설명하겠다.
CV케이블 (XLPE 절연 PVC 쉬스 케이블)
과거에 VV케이블 EV케이블등이 사용되었으나 전기적.물리적 특성이 우수한 CV케이블이 주종을 이루에 되었다. CV케이블은 구리도체 연선을 XLPE로 절연하고 비닐 쉬스를 씌운 구조로 가장 많이 사용하고 있다.
TFR-CV케이블 (트레이용 난연 전력케이블)
트레이용 난연성 CV케이블을 말하는 것으로 LG 전선의 경우 F-CV로 표기하나 내용는 같은 것이다. 케이블 트레이는 전선관에 비해 화염에 노출되기 쉽고 연소의 확대가 용이하므로 케이블 트레이에는 난연성이 검증된 트레이용 난연성 케이블이 사용되어야 한다.
HFCO케이블 (저독성케이블)
화재시 인명피해 양상을 보면 직접 불꽃에 노출되어 사망한 경우보다 유독 가스에 질식되어 사망한 경우가 많다. HFCO케이블은 화재시 연기가 작고 연기 중 유독가스 발생이 작은 피복 재료를 사용한 케이블을 말하며 공동구, 지하가 등에는 HFCO 케이블을 적용해야 한다.
FR-8, FR-3 (소방용 내화 케이블)
방재용 전력 간선에 사용되는 케이블로 화재시 케이블 피복이 소실되더라도 전력 공급이 가능하도록 도체위에 운모 등의 무기질 절연체로 감싼 구조의 케이블로 강전용은 FR-8로 약전용은 FR-3로 불린다.
TFR-8
FR-8 케이블을 트레이를 사용할 수 있도록 난연성 시험을 받은 것으로 케이블 트레이에는 TR-8을 사용해야 한다
3. 특고케이블의 종류
절연방식에 따라 OF케이블과 CV케이블로 대별할 수 있고, 20KV급 인입선으로는 CV케이블이 사용되고 있다.
[ CV와 CNCV의 차이점 ]
① CV케이블
도체를 XLPE로 절연하고 차폐테이프를 감고 비닐로 피복한 구조로 3.3KV, 6.6KV, 22KV에 사용한다.
② CNCV케이블
구조는 CV케이블과 비슷하나, 차폐층을 강화하여 다중접지 선로의 중성선과 공용하도록 한 구조의 케이블로 22.9KV-Y선로에 사용한다.
[ CV케이블의 22.9KV-Y 적용시 문제점 ]
∵ 지락시 지락전류를 흘릴 수 없으므로 별도의 중성선이 필요하다.
∵ 지락시 동축상에 중성선이 있는 CNCV보다 유도장애가 크다.
∵ 수트리에 약해 케이블 사고가 종종 일어난다.
∵ 따라서 인입선이 CV케이블로 시공된 곳은 CNCV수밀형으로 교체할
필요가 있다.
전력안정화장치
1. UPS
UPS는 상용전원의 전압강하, 노이즈, 정전 등 전원교란에도 불구하고 중요 설비에 정상적인 안정된 전력을 공급할 목적으로 사용된다.
[ UPS의 중요성 ] 구분 정지형 다이나믹형 크기중량 소형에서 유리 대형에서 유리 정전보상시간 축전지 용량 때문에 정전보상 M-G세트에 디젤 엔진이 결합된 구조로 전기적 특징 고조파 발생, 과부하 내량 작음 고조파 발생이 없고 과부하 내량이 크다 유지보수 전력전자 소자의 발달로 유지보수 구동부가 있어 정기적인 분해정비가 필요함
상용전원의 전력 계통은 끊임없이 발전되고 정비되어 현재 정전회수와 계속 시간은 현저히 감소되었으나 낙뢰나 태풍 등의 자연 현상에 기인하는 고장을 완전히 없앨 수는 없다.
반면 부하설비는 전력전자 기기의 보급이 확대됨에 따라 양질의 전력을 요구하고 있으며 특히 컴퓨터 설비 등의 전원 이상은 큰 사회적 혼란은 초래하기도 한다. 이러한 이유로 은행, 증권, 공항, 경찰, 방송사 등을 비롯한 전산기기, 통신기기 등에 UPS는 꼭 필요한 설비가 되었다
2. UPS의 구성
[ UPS 원리 ]
UPS는 상용전원의 교류 전원을 정류하여 직류로 변환 시킨 후 다시 깨끗한 교류로 변환시켜 부하기기에 공급하는 것으로 직류부분에 축전지가 있으면 UPS 이고 축전지가 없으면 CVCF이다. 정전 보상 시간은 축전지의 용량에 의해 결정된다.
[ UPS의 종류 ]
① 회전형 : 전력전자 소자가 발전되기 전에는 M-G세트에 의한 회전형 UPS가 사용되었다
② 정지형 UPS : 전력전자 소자의 발달로 1960년대부터 정지형 UPS가 사용되었으며 지금은 거의 정지형 UPS가 사용된다.
③ 다이나믹 UPS
회전 UPS에 디젤 엔진을 붙인 구조로서 순시전압 강하는 회전형 UPS 회전자의 플라이휠 효과로 보상하고 정전이 길어지면 디젤 엔진이 기동하여 전력 공급을 계속하는 것으로 대용량에서 정지형보다 유리하다
[ UPS의 비교 ]
시간이 짧아 백업용 발전기 필요
별도 백업 발전기 필요 없음
거의 불필요
