도면과 같이 345[kV] 변전소의 단선도와 주요 재원을 이용해 답하시… | 전기기사 실기 2023년 3회 기출유형문제 기출문제 상세 페이지

도면과 같이 345[kV] 변전소의 단선도와 주요 재원을 이용해 답하시오.
【조건】
1. 주변압기 : 단권변압기 345[kV]/154[kV]/23[kV] (Y-Y-Δ), 166.7[MVA]×3대 ≒ 500[MVA], %임피던스(500[MVA] 기준) OLTC 1차~2차:10[%], 1차~3차:78[%], 2차~3차:67[%]
2. 차단기 : 362[kV] GCB 25[GVA] 4,000[A]~2,000[A] / 170[kV] GCB 15[GVA] 4,000[A]~2,000[A] / 25.8[kV] VCB ( )[MVA] 2,500[A]~1,200[A]
3. 단로기 : 362[kV] D.S, 170[kV] D.S, 25.8[kV] D.S
4. 피뢰기 : 288[kV] LA 10[kA], 144[kV] LA 10[kA], 21[kV] LA 10[kA]
5. 분로리액터 : 23[kV] sh.R 30[MVAR]
(1) 도면의 345[kV]측 모선방식은?
(2) 도면 ①번 기기의 설치목적은?
(3) 주어진 재원으로 주변압기 ①번 등가 %임피던스(Z_P, Z_S, Z_T)를 구하고, ②번 23[kV]VCB의 차단용량을 계산하시오. (단, 100[MVA] 기준)
(4) 345[kV] GCB에 내장된 계전기용 BCT의 오차계급은 C800이다. 부담은 몇 [VA]인가?
(5) 도면 ③번 차단기의 설치목적을 설명하시오.
(6) 주변압기 1Bank(단상×3)를 증설해 병렬운전시키려 한다. 병렬운전 조건 4가지를 쓰시오.

해설

(1) 2중 모선방식의 1.5차단방식(one and a half breaker, 1.5 CB 방식).

(2) ①번 기기는 분로리액터(Sh.R)로, 장거리 송전선로의 충전전류에 의한 페란티 현상(경부하·무부하 시 수전단 전압 상승)을 막기 위해 설치한다.

(3) ① 100[MVA] 기준 환산(×100/500=×0.2):

Z_{12}=10\times 0.2=2[\%]

Z_{13}=78\times 0.2=15.6[\%]

Z_{23}=67\times 0.2=13.4[\%]

각 권선 등가 %임피던스

Z_P = \dfrac{1}{2}(Z_{12}+Z_{13}-Z_{23}) = \dfrac{1}{2}(2+15.6-13.4) = 2.1

[%]

Z_S = \dfrac{1}{2}(Z_{12}+Z_{23}-Z_{13}) = \dfrac{1}{2}(2+13.4-15.6) = -0.1

[%]

Z_T = \dfrac{1}{2}(Z_{13}+Z_{23}-Z_{12}) = \dfrac{1}{2}(15.6+13.4-2) = 13.5

[%]
② 23[kV] VCB 설치점까지의 합성 %임피던스(전원 측 선로 %임피던스 0.4, 0.67 포함)

\%Z = Z_T + \dfrac{(Z_P+0.4)(Z_S+0.67)}{(Z_P+0.4)+(Z_S+0.67)} = 13.5 + \dfrac{(2.1+0.4)(-0.1+0.67)}{(2.1+0.4)+(-0.1+0.67)} = 13.96

[%]
23[kV] 기준전류

I_n = \dfrac{100\times 10^3}{\sqrt{3}\times 23} = 2510.22

[A] 이므로 단락전류는

I_s = \dfrac{100}{\%Z}\times I_n = \dfrac{100}{13.96}\times 2510.22 \times 10^{-3} = 17.98

[kA]
차단기 정격전압은 제원에 명시된 25.8[kV]이므로
차단용량

P_s = \sqrt{3}\times V_n \times I_s = \sqrt{3}\times 25.8 \times 17.98 = 803.47

[MVA]

(4) C800 계급이므로 정격 부담전압은 800[V](2차 정격전류 5[A]의 20배, 즉 100[A] 기준). 부담 임피던스

Z = \dfrac{800}{5\times 20} = 8

[Ω], 부담

VA = I^2 Z = 5^2 \times 8 = 200

[VA]

(5) ③번 차단기(모선연락 차단기, Bus-tie CB)는 모선을 절체하거나 한쪽 모선을 무정전으로 점검·보수하기 위해 설치한다.

(6) ① 극성이 같을 것
② 정격전압(권수비)이 같을 것
③ %임피던스(임피던스 강하)가 같을 것
④ 내부저항과 누설리액턴스의 비가 같을 것

[해설]

도면의 345[kV]측은 두 모선 사이에 차단기 3대로 2회선을 연결하는 1.5차단방식(2중 모선)이다. 회선당 차단기가 1.5대꼴이라, 모선이나 차단기 하나가 고장 나도 무정전으로 운전할 수 있다.

23[kV]측 분로리액터(Sh.R)는 장거리 송전선의 충전전류 때문에 경부하 시 수전단 전압이 오르는 페란티 현상을 억제한다. 154[kV] #1·#2 BUS 사이의 모선연락 차단기는 모선을 절체하거나 한쪽 모선을 무정전으로 점검·보수하려고 설치한다.

3권선 변압기는 먼저 500[MVA] 기준값을 100[MVA] 기준(×0.2)으로 환산한 Z₁₂=2, Z₁₃=15.6, Z₂₃=13.4[%]를 권선별 값으로 나눈다.
$Z_P = \dfrac{1}{2}(2+15.6-13.4) = 2.1$ [%]
$Z_S = \dfrac{1}{2}(2+13.4-15.6) = -0.1$ [%]
$Z_T = \dfrac{1}{2}(15.6+13.4-2) = 13.5$ [%]

Z_S의 음수는 등가회로를 계산하면 나오는 값이므로 그대로 쓴다.

23[kV] 모선의 합성 %임피던스는 Z_T에 345[kV]측(Z_P+0.4)과 154[kV]측(Z_S+0.67)의 병렬값을 더하고, 차단용량은 차단기 정격전압 25.8[kV]로 계산한다.
$\%Z = 13.5+\dfrac{(2.1+0.4)(-0.1+0.67)}{(2.1+0.4)+(-0.1+0.67)} = 13.96$ [%]
$I_n = \dfrac{100\times 10^3}{\sqrt{3}\times 23} = 2510.22$ [A]
$I_s = \dfrac{100}{13.96}\times 2510.22\times 10^{-3} = 17.98$ [kA]
$P_s = \sqrt{3}\times 25.8\times 17.98 = 803.47$ [MVA]

BCT 오차계급 C800은 정격 2차전류 5[A]의 20배(100[A])가 흐를 때 2차 단자전압 800[V]까지 오차를 보증한다는 뜻이다.
$Z = \dfrac{800}{5\times 20} = 8$ [Ω]
$VA = I^2 Z = 5^2\times 8 = 200$ [VA]

병렬운전 조건은 두 뱅크 사이에 순환전류가 흐르지 않고 부하를 용량비대로 나누도록 하기 위한 것이다.

극성이 같을 것 — 다르면 큰 순환전류가 흘러 변압기가 소손된다.
정격전압(권수비)이 같을 것 — 다르면 2차 전압차로 순환전류가 흐른다.
%임피던스가 같을 것 — 다르면 부하가 용량비대로 나뉘지 않는다.
내부저항과 누설리액턴스의 비가 같을 것 — 다르면 두 전류에 위상차가 생겨 동손이 늘고 이용률이 떨어진다.

외우는 요령: 극성·권수비·%임피던스·저항과 리액턴스의 비, 네 가지를 묶어 외운다.

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