배전선로의 변압기용량결정 및 보호장치

배전선로 변압기 용량결정 및 보호장치

가. 주상변압기(일반전기사업자 관련)

주상변압기는 상수에 따라 단상과 3상 변압기로 나누어진다. 일반적으로 전등용으로는 단상변압기 한 대를 사용하고 동력용으로는 단상변압기 2대를 V결선 또는 3대를 △ 결선해서 사용하고 있다. 한편 부하가 소용량일 경우에는 설치장소를 줄이기 위해 3상변압기를 사용하는 경우도 있다.

1. 배전용변압기 용량의 결정

일반적으로 배전변압기 용량은 다음과 같은 방법으로 결정된다. 곧, 변압기로부터 공급하고자 하는 수용가군에 대해서 개개의 수용가의 설치용량의 합계에 수용률을 곱해서 일차적으로 각 수용가의 최대수요전력의 합계를 얻은 다음 이것을 수용가 상호간의 부등률로 나누어서 그 변압기로 공급해야 할 배전선로의 합성최대부하, 즉, 최대수요전력을 구하게 된다.
따라서 배전변전소 출력 내지 배전 변압기의 용량은 이 최대수요전력에 대응하는 설비를 하게 되는데, 일반적으로는 현재의 부하로부터 앞으로의 그 지역의 발전추세, 기타 통계자료를 이용해서 장래의 수요증가를 감안한 다음 배전변압기의 표준용량가운데 적당한 것을 선정하게 된다.
일반적으로 수용가의 수가 많을수록 수용률은 작아지고 반대로 부등률이 커지기 때문에 비교적 소용량을 가지고도 많은 부하에 공급할 수 있게 된다.

[표1] 배전용변압기의 용량

설치장소	표준용량(22.9KV 급) [KVA]
주상에 설치하는 것	단상용 5 / 10 / 15 / 20 / 30 / 50 / 75 / 100 / 150 삼상용 단상용과 같다.
지상에 설치하는 것	단상용 30 / 50 / 75 / 100 / 150 / 200 삼상용 30 / 50 / 75 / 100 / 150 / 200 / 500

나. V-V 결선 변압기의 출력

단상변압기 3대를 △-△ 결선해서 운전하고 있을 때 그 중 1대를 제거하면 V-V 결선으로 되어 그대로 3상배전을 계속할 수 있다. 이러한 특징을 살려서 배전계통에서는 당초 부하가 작은 초창기에는 2대의 변압기를 V-V 결선으로 접속해서 부하를 공급하다가 부하가 증가하면 그에 따라 새로이 변압기를 1대 추가해서 △-△결선으로 바꾸어 줌으로써 부하 증가에 쉽게 대응할 수 있는 방안을 많이 사용하고 있다.

1. V 결선의 이용률

V-V 결선에서의 전압관계는 △결선의 경우와 같이 각 변압기의 단자 사이에 선간전압이 걸리지만 변압기 권선을 흐르는 전류는 선전류 그 자체이기 때문에 이 때의 출력은 다음과 같이 된다.

변압기에 정격전류와 같은 크기의 전류를 흘렸을 경우(이 이상의 부하는 걸 수 없다) 이 때의 부하전력은

- P : 1대 변압기의 용량[VA]
- E : 선간전압(변압기의 정격전압 [V]
- I : 변압기의 정격전류[A]

상기식의 부하전력은 변압기설비용량 2P[VA]의 86.6% 부하밖에 걸 수 없게 된다. 즉, V 결선은 이용률이 나빠진다. 또한 △ 결선 변압기의 한 대가 고장 때문에 제거되고 나머지 2대로 V결선해서 부하에 공급할 경우에는

로 된다. 즉 공급할 수 있는 전력은 고장전의 57.7%로 감소한다.

[표2] V 결선 변압기의 출력

비교항목	△ 결선의 경우	V 결선의 경우
변압기 1대의 용량 P[KVA] 선간전압[KV] 역률 % 변압기의 정격전류 A 선전류 A 3상부하 KVA 설비변압기용량 KVA 이용률 %	P E 100 P/E 3P	P E 100 P/E 2P

다. 배전변압기의 탭 선정

배전선로의 전압은 전원에서 멀어질수록 낮아지므로 각 주상 변압기의 탭을 동일하게 선정해서 접속하면 변압기의 2차전압은 전원에서 멀어질수록 낮아진다.
그러나 주상 설치형 배전용 변압기의 1차측에는 보통 5% 간격의 5개의 탭(22.9KV 용의 경우 : 13800 / 13200 / 12600 / 12000 / 11400 )이 있으므로 전원에서 먼 주상 변압기일수록 낮은 탭 전압을 사용하고 이것을 선로 전압에 맞추어 선정하도록 하면 변압기의 위치에 관계없이 2차측 전압을 거의 일정하게 유지할 수 있다.

라. 저압배전선로의 보호

저압배전선로의 보호로서는 저압선의 단락, 과부하 보호용으로서 자동차단기를 설치하거나 퓨즈를 설치하는 외에도 고저압 혼촉시의 저압측 보호를 위해서 변압기에 제2종 접지공사를 실시한다. 그밖에 저압선로가 뱅킹방식일 경우에는 각 구분 장소에 퓨즈 또는 브레이커를, 네트워크 방식일 경우에는 네트워크 프로텍터를 사용한다.

1. 단락, 과부하 보호

퓨즈의 선정은 인입선 전선의 굵기에 따라 아래 표3에 나타낸 바와 같은 용량의 것을 사용한다.

[표3] 퓨즈용량

전선의 굵기	퓨즈의 정격전류 A	캐치용량 A
2.6 3.2 4.0 5.0 22 38 60	30 50 75 100 100 150 200	50 50 100 100 100 200 300

2. 접지보호

배전선로는 다음과 같은 목적으로 접지공사를 한다.

혼촉, 누전, 접촉 등에 의한 위험을 방지한다.
이상전압을 억제하고 대지전압을 저하시켜 보호장치의 동작을 확실하게 한다.
피뢰기 등의 뇌해 방지설비의 보호효과를 향상시킨다.

3. 고저압 혼촉

전선로라든지 기기의 절연이 영화해서 고저압선에 혼촉이 일어나면 저압회로의 옥내 배선에 고전압이 침입해서 인체에 위해를 주거나 옥내 전기 기기를 손상시킨다. 통상 고전압의 침입을 막기 위해서 변압기의 2차측을 제 2종 접지공사로 접지한다.

3-1. 비접지 3상 3선식의 혼축에 의한 저압선의 전압상승

변압기 2차측의 접지저항을 R, 고압선의 1선의 대지 정전용량을 Cs라고 하면 혼촉으로 접지저항을 통해서 대지에 흐르는 전류 i는

보통은 이므로 대지에 흐르는 전류는 위 식처럼 거의 고압선의 대지 충전전류와 같아진다. 따라서 저압선의 전위상승은

로 되는데 이 값은 고압회로의 충전전류가 작기 때문에 비교적 작아서 인체에 위험을 줄 정도는 아니다.

3-1. 중성점 접지 3상3선식의 혼촉에 의한 저압선의 전압상승

중성점의 접지저항을 Rn 이라고 하면 혼축시 R을 흐르는 전류 i는

로서 저압선의 전압상승은

로 되어 전압상승은 E를 Rn 과 R의 분압한 값으로 된다. 따라서 앞 식으로부터 저압선의 전압상승을 방지하려면 중성점의 접지저항을 크게하지 않으면 안된다. 그러나 고압선의 지락고장시의 전압상승을 막기 위해서는 중성점 접지저항을 작게하여야 할 필요가 있어 중성점저항의 선정에 문제가 생긴다.
이처럼 중성점 저항은 중요한 요소이다. 일반적으로 혼촉 사고시 저압선의 전압 상승이 15V 이하가 되도록 1선 지락전류를 사용해서 배전 변압기의 접지저항(Rn포함)을 계산해서 선정하고 있다.