제 1 장 선로 모델링

1.1 선로 파라미터와 회로 모델

아래 그림 1.1 에 보여 준 것과 같이 도체의 배열로써 3 상 AC 선로의 60Hz, 345kV 에 대한

단위 길이당 파라미터를 결정하며, 수전 단 전압 이 이고 역률이 0.9 로

지연되는 부하용량 120MW 를 160km 떨어진 전체 선로의 등가회로 π의 것으로써 직렬

RL 과 공칭 π 을 사용해서 결정함으로서 송전 단의 조건과 비교 해본다. 또한, 선로를 지난

전압의 크기와 전기 각이 변할 때 선로의 동일한 길이를 통해 유효전력과 무효전력변환을

확인 해 본다.

[ 그림 1.1 3 상의 도체 선로 ]

[서로 다른 선로길이에 대한 회로 모델의 반응 정도]

그림 1.1에서 =7.772m, =6.858m 인 도체선로의 공간길이 이고, GMR(Geometric

Mean Radius)이 1.6276cm 이며, 선로 저항이 0.02896 ohms/km 이고 직경이 각각 4.4755

cm 인 2 개의 동일한 도체가 각각의 상(Phase)으로 되어있다. 조합된 상 도체들의 어떤

2 개 사이의 GMD(Geometric Mean Distance)들은 다음과 같다.

그리고, 전체 변환으로 GMD 를 나타내면 다음과 같다.

전체선로의 등가 π 회로 모델과 공칭 π, 직렬 RL 의 ABCD 전송 행렬 및 선로의

RLC 파라미터를 정하기 위해 cem 파일 c3m1 을 실행시킨다. 다음의 표 3.1 은 길이가

160km 이고, 지상 역률이 0.9, 부하가 120MW 인 수전 단에 공급된 전력의 경우에 대한

보기를 나타낸 것이다.

표 1.1 송전 단 조건

회로 모델 전 력 [MW]

역 률 전 압 [kV] 전 류 [A]

직 렬 40 + j19.401 0.8998 199.24 223.13

공 칭 π 40 + j19.372 0.9000 199.24 223.067

등가 π 40 + j19.372 0.9000 199.24 223.067

[유효전력과 무효전력의 전송]

송전단과 수전단 사이의 전압이 변환하는 무효전력 상 각도를 제외한 양단의 전압이

일정하게 유지될 때의 수전단 부하에 미치는 유효전력과 뮤효전력의 영향을 살펴보고자

한다. 송전단과 수전단의 전압의 크기가 이전의 값 즉, 199.24kV 와 kV 로 각각에

일정하게 유지 될 때 수전단에 지연 역률이 0.9 이고 120MW 를 160 km 의 선로 길이를

기준 한다. 은 0 으로 유지하나, 는 1° 증가 할 때 -π로부터 +π까지 변화한다.

수전단에 공급되는 전력은 다음의 식에서 해석된다.

다음의 그림 1.2는 c3m1 파일의 실행결과를 Plo t 한 것으로써 등가회로 π모델을

ABCD 파라미터의 160km 선로에 대한 수전단 전력의 궤적을 나타낸 것으로써, ±π의

범위에서 의 각도 변화에 따라 얻어진 것이다. 가운데의 청색은 199.24kV 의 에

대한 PQ 을 나타내고 있으며, 안쪽의 주황색은 송전단 전압에서 6 % 적은 값에 대한

것이다. 또한, 외부의 보라색은 송전단 전압에 있어서 6% 더해진 것에 대한 모양이다.

[ 그림 1.2 수전단에서의 유효전력과 무효전력에 대한 궤적 ]

1.2 고전압 단상 선로에서의 차단기 절환

▷ 시뮬레이션의 목적

● 500kV 의 단상회로의 스위치 절환 시뮬레이션을 구현하기 위해 3 상 라인을 그림 1.3 에

보여 주고 있으며, Simtool 의 불럭과 시뮬레이션 결과를 보여 주고 있다.

● 차단기를 Open 할 때와 Close 할 때라든지, 열려있는 동안이나 닫혀있는 동안의 선로

절환 전압과 차단기의 저항이 선로회로에 삽입되었을 때의 충격을 시뮬레이션 하는데

사용한다.

● 선로 절환 전압과 차단기에서의 선로 부하 충격 시험.

[ 그림 1.3 단상 선로 회로 ]

시뮬레이션을 위한 초기조건과 파라미터는 Simtool c3s2m2. blk 파일과 CEMTool cem

파일로 설정하고, 시뮬레이션의 결과를 보여 준다.

[ 초기조건 ]

Vrated = 500 kV; 선간 3-phase rms 전압.

Epk = Vrated*sqrt(2/3); 상 전압의 촤대 Peak 값

we = 2*pi*60; 60 Hz

Te = 1/60; 전압원의 주기 [sec].

L_s = 0.1; source inductance, Henry

[ 선로 파라미터 ]

d = 100; 100 miles 길이

R = 0.15Ω/mile; 선로저항 [Ohm per mile]

L = 2.96 mH/mile

C = 0.017μF/mile

Zc = sqrt(L/C); characteristic impedance in ohms

tdelay = d*sqrt(L*C); one-way propagation time delay in seconds

atten = exp(-(R/2)*sqrt(C/L)*d); one-way attenuation

[ 부하 파라미터 ]

SL = 30MVA*(0.8 + j*0.6); 30 MVA, 0.8 pf lagging

ZL = Vrated 2̂/conj(SL); per phase load impedance in Ohms

RL = real(ZL); series RL load model resistance

LL = imag(ZL)/we; series RL load model inductance

[ 차단기 파라미터 ]

tc = 1/60; one cycle closing time

Rc = 1000; closing resistance in Ohms

to = 1/60; one cycle opening time

Ro = 1000; opening resistance in Ohms

[그림 1.4 송전 선로의 Line 차단기 관련 전체 SIMTool Block 결선도]

[ 그림 1.5 차단기 동작을 나타낸 SIMTool 불럭 결선도]

[ 그림 1.6 차단기 내부의 Delay 결선 SIMTool 불럭도 ]

[ 그림 1.7 송전 선로에대한 SIMTool 불럭 결선도 ]

[ 그림 1.8 송전선로의 RL 부하에 대한 SIMTool 불럭도 ]

[ 그림 1.9 전원 전압 e 그래프 ]

[ 그림 1.10 차단기 전압 Vb ]

[ 그림 1.11 송전단 전류 IS ]

[ 그림 1.12 송전단 전압 VS ]

[ 그림 1.13 수전단 전류 IR ]

[ 그림 1.14 부하단의 전압 VR ]