Sri Lanka 주상 변압기의 번개 보호와 응용 기술

논문을 기반으로 내용을 정리해보겠다

 

중전압(MV) 시스템의 배전용 변압기의 더 나은 번개 보호를 위한 방법을 제시한 논문이다.

Sri Lanka에 존재하는 배전용 변압기의 적절한 설치를 보장하고 높은 낙뢰 고장률을 줄이기 위해 극 장착 변압기의 번개 보호를 위한 일반적인 벤치마크를 제공하기 위한 논문이다. 

HV의 SA 설치 시 피뢰기와 고전압 부싱 사이의 분리길이(the separation length)가 가장 중요하다.

일반적으로 변압기의 고전압측은 서지 피뢰기에 의해 번개로부터 보호된다.

따라서 분리 길이와 고장률의 계산이 먼저 논의되고 현재 설치 방법의 단점이 제시된다. 타워의 구성에 따라 분리를 요구한다.  타워 접지, 시스템 접지(타워 절연), 타워 서지 임피던스, 수집 영역 등 및 피뢰기의 접지선 길이.

 

접지 플래시 밀도는 분리 길이와 고장률을 결정하는 데 중요한 매개 변수이기도 한다.

적절한 잔류 전압을 가진 피뢰기를 선택하면 변압기 보호에 상당한 기여를 할 수 있다. 

이에 대한 대안적 접근법도 제시된다. 접지 저항의 역할과 번개로 인한 고전압 및 고장에 대한 기여가 설명되며, 일반적인 고장모드를 나타낸다.

지구 저항에 대한 안전한 값의 결정도 제시된다. 마지막으로, 이 백서는 스리랑카 맥락에서 구현될 수 있는 단순화된 예방 조치를 제시한다. 

1. INTRODUCTION

배전 시스템의 신뢰성은 변압기 보호의 신뢰성에 크게 의존한다.

배전계통의 중전압(72.5kV이하) 라인에서 번개가 가장 중요한 단일 고장원인 것으로 알려져 있다.

변압기 가동 중단 및 고장의 가장 일반적인 원인은 변압기 및 근처의 배전선에 낙뢰가 떨어지는 것이다. 

(The commonest cause of transformer outages or rather failures is lightning strikes to or nearby distribution lines.)

고압 송전선은 실드 와이어에 의해 보호되지만, MV라인의 경우, 타워 접지와 절연 강도가 백 플래시를 피할 정도로 경제적으로 향상될 수 없기 때문에 실질적인 의미는 없다.[2]  MV 네트워크의 번개 보호는 번개 서지에 의해 개발될 수 있는 전압에 비해 라인의 절연 수준이 상대적으로 낮기 때문에 어렵다.

전서계의 다른 유틸리티들이 수행한 변압기의 고장 분석 결과, 고장률이 연간 4.5-5% 까지 증가할 수 있단는 것이 밝혀졌다.[3, 4, 5]. 피뢰기 접지 저항은 탱크와 저전압(LV) 중성인 두 개의 분리된 접지 전극이 있는 시스템의 변압기 고장에 상당히 중요하다.

그래서 이 백서에선는 변압기와 보호장비의 과도현상 분석을 하여 변압기 고장을 방지하자고 한다.

변압기의 평균 수명은 약 30년이라고 한다. 하지만 여러 요인으로 인하여 그 수명보다 더 짧게 동작하고 고장이 나는 경우가 있다. 그러한 원인 중 하나는 낙뢰인데 세부적인 원인을 이 백서를 통해 말하고자 하는듯 보인다.

 

2.0 OVERVOLTAGES IN PRESENCE OF LIGHTNING SURGES.

 

 

2.1 Protection Against Direct Strokes

번개 보호 선택 시 고려해야 하는 요소 중 하나는 직격뢰가 선에 치는 것이다. 

배전선에 대한 직접 스트로크 횟수는 라인 높이, 가장 바깥쪽 위상 도체 사이에 수평 범위, 차폐 계수 및 접지 플래시 밀도와 같은 몇 가지 요인에 따라 달라진다.

직접 스트로크의 수는 다음 방정식으로 합리적으로 구할 수 있다.

그림2와 같은 배열의 경우 [8]은 0.3에서 0.5까지 변하기 때문에 차폐 계수 Sf를 제공한다.

h=H 및 x=H의 경우 스리랑카 시스템에 적합한 값은 0.5이다.

오늘날 대부분의 변압기는 서지 피뢰기로 보호되고 있지만, 여전히 매우 높은 고장률을 보이고 있다.

대부분의 원인은 변압기와 서지 억제기 사이의 과도한 분리 길이 때문인 것으로 보인다.

 

2.1.1 Protection Method One

낙뢰 방지 시스템의 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 방법은 없다.

그러나 한 가지 방법은 변압기 숨여 동안 특정 값 이하의 고장률을 보장하기 위해 피뢰기 위치를 결정할 것을 제안하는 것이다.

Lifetime 년의 수명을 가진 변압기가 고려되고 수명 동안 허용되는 고장률이(Failure Rate)인 경우, FR% 미만의 고장률을 달성하려면 ts년도에 한 번만 발생하는 번개로부터 변압기를 보호해야 한다. 여기서 ts는 (LF/FR)*100이다.  

 

4. FUTURE WORK

거의 stroke에 의한 유도 전압은 MV라인에서 상당히 과전압을 자주 발생시킨다.

직접 stroke에 대한 간접 분배 시스템의 보호 이론에 많은 작업이 수행되었다.

그러나 induced stroke(유도뢰)의 중요성은 최근에서야 인식되었다.

따라서, 라인 유도 서지가 변압기 성능에 미치는 영향을 연구해야 한다.

저전압측에서 전송된 서지 때문에 고전압 측에서 절연 고장이 발생했을 가능성이 크기 때문이다.

고장률과 피뢰기 접지 저항 사이의 관계를 연구할 수 있다.

 

5. CONCLUSION

1. 서지 피뢰기와 변압기 사이의 분리 길이 결정은 접지 플래시 밀도, 타워 구성, 다른 물체로 인한 차폐, 코로나로 인한 댐핑, 번개 확률, 변압기의 예상 고장률 등에 기초해야 한다. 이 길이는 효과적인 서지 보호를 위해 가능한 한 작아야 합니다.  --> 서지 피뢰기와 변압기 간의 간격이 최대한 짧아야 한다.

 

2. 변압기의 서지 보호는 수용 가능한 변압기 BIL의 절반 미만(10kA)의 잔류 전압과 전송 라인의 접지 크로스 암으로 서지 억제기를 선택하여 매우 효과적으로 수행할 수 있습니다.  --> 변압기 서지 억제기의 올바른 선정을 제시하고 있다.

 

3. 피뢰기 접지봉의 접지 저항 결정에 있어 선단열 수준 또는 서지 억제기를 통한 최대 전류를 고려해야 한다.

MV 시스템의 피뢰기 접지봉에는 임펄스로 인한 접지 저항의 감소가 그다지 중요치 않다.

 

4. 보다 정확한 결과를 위해 실드 계수, 코로나 댐핑 상수, 라인 서지 임피던스, 천둥 레벨, 라인 절연 레벨 및 접지봉의 임펄스 저항은 관련 설비의 실제 수치와 가능한 가깝게 계산되어야 한다.