분로리액터(Shunt Reactor)의 설치목적 / 소호리액터 / 한류리액터 / 직류리액터의 정의

분로리액터(Shunt Reactor)의 설치목적 / 소호리액터 / 한류리액터 / 직류리액터의 정의

 

1. 분로리액터의 설치목적

장거리 송전선로의 경우 경부하시에 충전전류의 영향(페란티효과)과 대도시 계통에서는 케이블이 많이 설치됨에 따라 심야에 변전소의 모선전압이 상승하는 경향이 있다. 따라서 지상전류를 얻고, 전압상승을 억제할 목적으로 분로리액터를 설치 운전하게 된다.

 

2. 분로리액터의 구조 및 특성

분로리액터의 내부구조는 직렬리액터와 비슷한 형태이며, 내철형 철심에 코일을 감아 절연유를 충진하고, 선로측 리드는 부싱을 통하여 모선에 연결되며, 중성점측 리드는 부싱을 통하여 인출되어 3상이 공통으로 접속된다(2차측 코일은 없다)

1) 철심

분로리액터용 철심은 자기에너지를 축적시키는 공극(air gap)이 철심각에 설치된다.

철심재질은 일반 변압기용 철심과 동일한 냉간 압연에 의한 방향성 규소강판을 사용하지만 철심각을 구성하는 core packet 제작 과정에서 발생하는 규소강판 작업오차 때문에 core packet의 표면가공이 필요하다. 이러한 이유 때문에 규소강판의 두께 결정이 제한된다. 일반적으로 규소강판의 두께는 0.3mm가 가장 적절하며 이보다 두꺼우면 철손이 증가하고 두께가 0.3mm 보다 앏은 경우에는 표면 가공 과정에서 적층된 규소강판이 부분적으로 파손되는 경우가 생긴다.

조립된 core packet을 진공 몰딩함에 설치후 서서히 몰딩함을 진공시켜 거의 절대 진공에 이르렀을 때 resin, 경화제, 가소제 및 촉진제를 배합하여 반죽한 몰딩액을 core packet 위에 부어 충분히 침투하면 core packet을 꺼내어 높은 온도로 장시간 경화시킨다.

소음과 진동을 경감시키기 위하여 변압기보다 자속밀도가 낮은 규소강판을 사용한다.

 

2) 공극(air gap)용 Spacer

분로리액터의 용량에 따라 결정되는 자기에너지의 70~90%가 철심각의 공극에서 결정되기 때문에 분로 리액터의 제작과정에서 철심각에 설치되는 공극의 높이를 정확하게 설계화 일치시키는 것이 중요하다, 또한 분로리액터 운전중에 발생되는 극심한 온도상승과 공극에 가해지는 압력변화에도 공극 높이의 변화를 최소화 시킬 수 있는 재질의 스페이서가 사용된다.

스페이서로 가장 적합한 재질은 세라믹(Ceramic)이지만 경제적인 이유로 에폭시 레진 글래스 파이버가 사용되기도 한다.

 

3) 권선

분로리액터의 권선이 변압기의 권선과 다른 것은 분로리액터의 임피던스는 항상 100% 이므로 누설자속이 훨씬 많다는 것과 송전선로의 부하변동에 따라 자주 개폐된다는 것이 고려된다는 것이다.

도체와 자속의 쇄교로 발생되는 와류손을 줄이기 위해 동심형 권선으로 제작되는 권선의 중앙부는 도체의 두께가 앏을수록, 권선 상부와 하부에서는 도체의 폭이 좁을수록 와류손이 감소하므로 돌입전류에 의해 발생되는 전자기계력을 견딜 수 있는 범위안에서 권선 부위별로 적절한 도체를 선정하게 된다.

와류손을 줄이기 위한 목적으로 전위선(Transposed wire)이 사용되기도 한다.

빈번한 개폐시 발생되는 개폐서지 대책으로 서지전압을 권선 내부의 turn간에 균등하게 분포시키는 high series capacitance disk 권선이 사용되기도 한다. 또한 철심각의 돌출된 edge에 집결되는 전하로 인한 절연파괴를 대비하여 절연 이격판을 권서놔 철심각 사이에 설치한다.

분로리액터를 선로에 투입하면 철심은 순간적으로 여자되며 이때 철심에 유기되는 최대자속은 리액터의 연속 운전시 철심에 유기되는 자속의 약 2배정도까지 증폭된다. 이 증폭된 자속은 리액터 권선에 돌입전류를 흐르게 하며 그 크기는 대략 정격전류의 5배 정도이다. 또한, 빈번한 개폐로 인하여 분로리액터의 돌입전류는 변압기보다는 작지만 발생 빈도는 변압기보다 많기 때문에 빈번한 돌입전류에 대한 고려가 요구된다.

 

4) 기타

전력용변압기와 같은 기계적 보호장치와 전기적 보호방식을 적용하며, 유 보존방식도 질소봉입방식 또는 격막식을 사용하고, 냉각방식도 전력용 변압기와 대부분 동일한 방식(자냉식, 송유수냉식,송유풍냉식)을 적용한다.

 

3. 23KV 분로리액터와 345KV 분로리액터

1) 23KV 분로리액터

· 형식 : 유입자냉식 3상 옥외형(철심구조 : Gapped core type)

· 정격용량 : 30[MVAR]

· 정격전압 : 23[KV](연속정격 105%)

· 결선 : 성형결선, 345KV 주변압기 3차측에 연결

· 절연강도

- 상용주파 내전압 : 주수 10초 : 50[KV], 건조 1분 : 60[KV]

- 충격파 내전압(1.2/50㎲ : 175/150[KV]

· 부싱 : 25.8[KV] 1200[A] 이상(선로 및 중성점 부싱 동일)

· 변류기 : 부싱형 1200/5, C200

 

2) 345KV 분로리액터

· 형식 : 3상 (옥외형,옥내형)

· 정격용량 : 30, 100, 200[MVAR]

· 정격전압 : 345[KV]

· 최대운전전압 : 362[KV](연속정격 105%)

· 철심구조 : Gapped core type

· 결선 : 성형결선(중성점 및 부싱인출)

· 정격주파수 : 정현파 60Hz

· 고압단자는 H1, H2, H3로 하고, 중성점 단자는 H10, H20, H30으로 한다.

· 권선절연강도

- 선로측

뇌임펄스 내전압 : 전파 1050[KV]

개폐임펄스 내전압 : 870[KV]

상용주파 내전압 : 460[KV]

- 중성점측

뇌임펄스 내전압 : 전파 1050[KV]

개폐임펄스 내전압 : 100[KV]

상용주파 내전압 : 50[KV]

· 부싱절연강도

- 선로측

뇌임펄스 내전압 : 전파 1300[KV]

개폐임펄스 내전압 : 1050[KV]

상용주파 내전압 : 주수 10초 : 570[KV], 건조 1분 : 575[KV]

- 중성점측

뇌임펄스 내전압 : 전파 150[KV]

개폐임펄스 내전압 : 100[KV]

상용주파 내전압 : 주수 10초 : 50[KV], 건조 1분 : 60[KV]

· 부싱 : 선로측 부싱은 GIB에 연결하는 유입콘덴서형(정격전류 800A), 유입콘덴서형일 때에는 유압검출계전기가 구비되어야 하며, 중성점 부싱은 단일형(정격전류 800A) 이다.

· 부싱변류기 : 변류기의 권선은 전분포 권선으로 한다.

· 냉각방식

유입풍냉식, 송유풍냉식, 송유수냉식 적용

· 리액터의 소음레벨 기준치

- 50MVA : 80dB이하

- 100MVA : 83dB이하

- 200MVA : 86dB이하

· 자기특성

과전압(380KV)까지 자기포화가 되지 않아야 한다.

 

3) 설치목적과 설치위치

· 345KV 차단기의 케이블 충전전류 차단용량 확보

345KV 차단기 진상 소전류 차단용량 : 355A(한계거리 14Km)

· 적정계통전압유지

· 모선

345KV 차단기의 케이블 충전전류 차단용량에 문제가 있는 경우

· 선로

345KV 차단기의 케이블 충전전류 차단용량 확보가 필요한 경우

 

4) 설치용량

· 모선

- 보상율 : 케이블 충전전류의 100% 보상원칙

- 운전방식 : 계통상황(전압)에 따라 on-off 운전

· 선로

- 보상률 : 케이블 충전전류의 100% 보상원칙. 단, 차단기의 차단용량 확보를 위하여 각 선로당 Sh R 2대 설치

- 운전방식

· 차단용량확보 : 각 선로에 Sh R 1대 이상 투입원칙

적정계통전압유지 : 계통상황(전압)에 따라 on-off 운전

Sh R 고장시 : 선로 차단후 Sh R 차단

 

5) 운전과 인터록

· 분로리액터 고장으로 충전전류 보상 불능시 송전선로 우선차단

· 분로리액터 2대 운전중 동시고장

· 분로리액터 1대 운전중 고장

· 송전선로는 분로리액터 운전상태(분로리액터 1대 이상 투입) 확인 후 가압

· 고장시조작

- 충전전류 보상 최소용량 확보시 : 분로리액터 CB 차단

- 충전전류 보상 최소용량 미확보시 : 선로 개방후 분로리액터 CB 차단

· 운전조작

- 분로리액터 2대 운전중에는 1대 수동 차단 및 투입가능

- 분로리액터 1대만 운전시 수동차단 Block

 

6) 충전용량 및 설치계획

· 단위길이당 충전전류 : 25.355[A/km]

· Sh R 정격전류

- 100[MVAR] : 167[A]

- 200[MVAR] : 334[A]

- 300[MVAR] : 501[A]

· 345KV 차단기 차단성능 : 355[A](한계거리 14km)

 

3. 기타리액터의 종류

1) 한류리액터

선로의 단락고장시 고장전류를 제한하여 차단기의 차단용량을 경감함과 동시에 직렬기기의 손상을 방지하기 위한 것으로서 차단기의 전원측에 직렬 연결한다.

최근, 외국에서는 초전도를 이용한 한류리액터, 즉, 고장전류제한기가 정격전압 36[KV]급까지 개발되어 시험중에 있다.

 

2) 소호리액터

송전선의 중성점을 적당한 인덕턴스를 가진 리액터로 접지시키면 그 선로에 1선 지락고장 발생시 고장점에서 대지로 흐르는 지락전류(대부분 용량성 전류)는 리액터에 의해 거의 상쇄된다. 이로 인하여 고장점에서 아크의 발생은 완전히 억제되어 이상전압의 발생을 방지하고, 다른 방식으로 고장선로를 선택 차단하여 정전으로 되는 고장도 순시에 회복되어 선로의 운전에 지장을 주지 않게 된다.

 

3) 직류리액터

직,교류 변환이나 주파수가 서로 다른 계통에서 계통연계시 변환소의 직류회로에 삽입하는 리액터로서, 맥류가 포함된 직류를 평활하게 함과 동시에 고장시 계통에 흐르는 과대전류를 억제하기 위해 사용된다.