모선가설방식 / 모선 전위경도 / 모선도체의 굵기

모선가설방식 / 모선 전위경도 / 모선도체의 굵기

 

1. 개요

변전실의 주요회로인 모선은 전압도 높고, 전류도 크므로 단락시 전류용량과 기계적 강도가 필요하다.

1) 종 류

1-1) 나연선도체

· 나경동 연선

· 나연동 연선

· 경 AL 연선

· 강심 AL 연선

· 내열 AL 합금연선

1-2) 강성도체

· 평판

· 환봉형 또는 파이프형

· 찬넬형

1-3) 밀폐모선

· 절연미폐모선

· 일괄밀폐모선

· 격벽형 밀폐모선

· 상분리형 밀폐모선

1-4) 전력케이블

1-5) 가스 절연모선

 

2) 모선도체의 선정

모선도체는 단락시 전류용량, 기계적강도에 견디고, 코로나 방전에 대한 충분한 배려를 하여 치수결정에 신중을 기해야만 한다.

 

3) 모선용량의 선정

· 선로 인출버, 변압기등 설비의 모선접촉 위치를 계통운영 및 인입 route 조건 등을 고려하여 결정

· 모선 및 관계설비에 실제 접속위치를 취하여 배열한 단선 결선도를 작성, 설계조건에 따라 설비용량, 전류용량, 전류방향 결정

· 모선통과 최대전류를 그 모선의 설계전류로 하고 운용면을 고려하여 결정

· 설계모선 전류에 대한 모선의 크기 결정

 

4) 모선도체 굵기 선정

· 하계 연속 허용전류 (A) : 70℃ 전류

· 하계 단시간 허용전류(B) : 90℃ 전류

- 뱅크 1차 : 도체의 A가 변압기 최저 탭 전압에서 부하전류보다 크도록 결정

- 뱅크 2차 : 도체의 A가 정격전류보다 크게 결정

- 조상설비 : 도체의 A가 정격전류보다 크게 결정

- 송전선 인출입선 : 도체의 B가 송전선의 하계 단시간 허용전류보다 크도록 결정(단, 연속적 정부하를 공급하는 경우는 도체의 A가 정격부하 전류보다 크도록 결정)

- 모선연락 : 송전선 인출입선에서 결정한 도체중 최대의 것으로 선택

- 주모선 : 변압기 과부하운전, 변압기사고 정지, 편모선 정지, 송전선의 사고정지, 전력조류 등을 감안하여 도체의 B가 그 최대치보다 크도록 결정

 

 

2. 전압별 모선간격 및 모선도체의 굵기

모선의 선간거리 및 대지간 거리는 사용하는 회로전압에 따라 각개의 절연거리나 코로나전압,지지물의 종류에 따라 달라지기 때문에 각각의 조건을 고려해서 정하여야 한다.

★ 충전부 최저높이가 확보되지 않는 경우에는 보호울타리를 설치하여야 한다.

 

3. 모선 가설방식

1) 모선의 절연은 애자를 사용하여 부담시키며, 애자는 가급적 표준형을 사용하고 가능한 한 사용개수를 줄이고, 모선결선용 애자금구는 충분한 내구력,신뢰성이 있는 것을 사용.

 

2) 모선도체는 지상높이가 너무 굴곡되지 않도록 평면적으로 배열하고 될 수 있는대로 상하의 교차를 피하도록 하는 것이 바람직하다, 변전실의 크기, 기기의 배치 등에 따라서는 부득이 교차하는 경우도있지만 3단 배열은 피하고 적어도 3단배열은 가능한 한 피한다.

 

3) 모선의 배열과 색별

3.1) 모선의 색별구분

- 제1상(R) : 적색

- 제2상(S) : 백색

- 제3상(T) : 청색

- 중성상(O) : 흑색

- 접지회로 : 녹색

- 정극(+) : 적색

- 부극(-) : 청색

3.2) 교류3상회로의 경우

왼쪽에서부터, 위쪽에서부터, 가까운 쪽에서부터 제1상→제2상→제3상→중성상

3.3) 교류단상회로의 경우

왼쪽에서부터, 위쪽에서부터, 가까운 쪽에서부터 제1상→중성상→제2상

3.4) 직류 극성에 의한 경우

왼쪽에서부터, 위쪽에서부터, 가까운 쪽에서부터 정극(+) → 부극(-)

 

4. 모선의 기계적 강도

모선에는 대전류가 예상되므로 도체상호간에는 전자력에 의한 기계적인 충격을 고려하여야 하며, 모선에 걸리는 기계력은 횡력만 고려하면된다. 따라서 단락시의 전자력에 대한지지애자의 안전율을 아래의 식에 의해 계산한 값이 5 이상이면 된다.

- I : 전류 A

- k : 도체의 형상에 의한 전자력보정계수(동봉,동관의 경우 1 적용)

- l : 지지물 간격[m]

- S : 모선중심간격[m]

 

5. 모선의 수축 및 팽창 검토

모선의 전류 및 계절의 변화에 의해 수축 및 팽창을 한다. 특히 경간이 긴 단단한 도체일 경우 이로 인하여 기기 및 지지물에 과도한 응력을 전달할 수 있다. 이의 방지로서 모선구간 마다. flexible coupling, sliding bus support 및 flexible tap connection 등을 설치한다.

· △L : 도체길이의 변화(cm)

· C : 선팽창계수(1/℃)

- 동 : 16.8×10^-6

- 알루미늄 : 23.1×10^-6

- 철 : 12.0×10^-6

· t1 : 최종모선온도(℃) 일반적으로 200℃ 기준

· t2 : 초기설치시 모선온도(℃) 일반적으로 -20℃ 기준

 

도체가 온도변화에 의해 팽창, 수축의 상태에 있으나, 외부요건에 의해 억제될 경우 도체는 응력을 받는다.

· S : 온도변화에 따른 단위응력 (kg/㎠)

· E : 탄성계수 (kg/㎠)

 

온도에 의한 응력은 모선의 최소항복강도에 대하여 2.5이상의 안전율을 가져야 한다. 안전율은 만족하지 못할 경우 모선에 Expension coupler를 사용하여야 한다.

 

6. 모선의 코로나 전위경도 검토

1) 코로나 방전은 전선 표면 부근 공기의 국부적인 절연파괴에 의해 발생되는 것으로 전선표면의 전위경도에 관계되며, 이것은 도체의 굵기와 상간 간격에 따라 변한다.

2) 모선 표면의 최대 전위경도가 기후 조건에 따라 코로나 임계전위경도 이하일 경우 정상상태하에 모선에 코로나가 발생하지 않는다.

3) 모선도체의 최대 전위경도

 

(1) 단도체

 

(2) 복도체

· Emax : 모선 표면의 최대 전위경간(KV/cm)

· r : 모선의 반경 (cm)

· D : 상간간격 (cm)

· V : 대지전압 (KV)

· d : 소도체간 거리 (cm)

· n : 소도체의 수

 

(3) 다도체

4) 코로나 임계전위경도

5) 345KV 모선 검토(200mm BUS 기준)

(1) 모선표면 최대전위경도

(2) 코로나 임계 전위경도(우천시 표준온도 25℃의 경우)

따라서 Emax < Xy 이므로 양호하다.

(3) 154KV 모선 검토(200mm BUS 기준)

- 모선표면 최대전위경도

- 코로나 임계 전위경도(345KV 모선과 동일)

Xy ≠ 18.5 (KV/cm)

따라서 Emax < Xy 이므로 양호

(4) 기타 모선검토

현재 모선재료로 사용되고 있는 160mm 및 90mm 모선의 최대전위경도는 코로나 임계전위경도보다 낮으므로 양호