태양광기사 필기 #9 (차단기, 고효율변압기, 방범시스템)

목차
1.3 교류측 구성기기 선정
(2) 차단기
  1) 차단기(Breaker)와 개폐기(Switch)의 기능
  2) 소호원리에 따른 차단기의 종류
  3) 가스절연개폐장치(GIS : Gas Insulation Switchgear)의 특징
  6) 차단기의 표준동작 책무
  7) 차단기의 트립방식
  8) 퓨즈 선정시 고려사항
(3) 변압기
  1) 정의
  3) 3상 변압기의 병렬운전
  5) 고효율 변압기
(5) 보호계전기
  1) 보호계전기의 적용 목적
  2) 보호계전기의 구비조건
  3) 주보호와 후비보호
  4) 보호계전기의 동작특성에 따른 분류
2. 태양광발전 관제시스템 설계
2.1 방범시스템
(1) CCTV 시스템
  1) CCTV 설계시 고려사항
  2) 시스템 구성요소
(2) 출입통제시설
  1) 출입통제설비 설계시 고려사항
  2) 시스템 구성 방안

1.3 교류측 구성기기 선정

(2) 차단기

  1) 차단기(Breaker)와 개폐기(Switch)의 기능

   ① 차단기(Breaker)

     ⓐ 고장전류(단락, 지락 등)를 신속히 차단하여 기기 보호 및 안전 유지

     ⓑ 부하전류의 안전통전 및 개폐 (On-Off)

   ② 개폐기(Switch)

     ⓐ 평상시 부하전류가 흐르는 상태에서 안전하게 개폐 (On-Off)

     ⓑ 부하전류를 안전하게 통전

 

  2) 소호원리에 따른 차단기의 종류

종  류	약  어	소호 원리
유입차단기	OCB	아크에 의한 절연유 분해가스의 냉각작용을 이용해서 차단
기중차단기	ACB	대기 중에서 접점의 개극거리를 길게하여 차단 (1000 [V]이하 사용)
자기차단기	MBB	대기 중에서 전자력을 이용하여 아크를 소호실내로 유도시켜 차단
공기차단기	ABB	10 ~ 30[kg/cm²]의 압축공기를 이용하여 불어서 차단
진공차단기	VCB	진공 중의 전자발생 억제력과 발생한 전자의 진공 중으로 확산시켜 차단
가스차단기	GCB	아크에 의한 SF6 가스의 열화학 작용과 전기적 부(-)특성을 이용하여 차단

  3) 가스절연개폐장치(GIS : Gas Insulation Switchgear)의 특징

  ① 충전부가 대기에 노출되지 않아 기기의 안정성, 신뢰성이 우수하다.

  ② 감전사고의 위험이 적다.

  ③ 밀폐형이므로 차단기 동작 소음이 작다.

  ④ 소형화가 가능하다.

  ⑤ SF6(육불화황) 가스는 무색, 무취, 무해 가스이고, 유독가스를 발생하지 않는다.

  ⑥ 보수, 점검이 용이하다.

 

  6) 차단기의 표준동작 책무

차단기가 전력계통에서 차단(O : Open)-투입(C : Close)-차단(O : Open)의 동작을 할 때, 어느 시간 간격을 두고 행하여지는 일련의 동작시간을 규정하는 것을 차단기의 동작책무(Duty Cycle)라고 한다.

  ① 일반용 : CO - 15초 - CO

  ② 고속도 재투입용 : O - t(임의) - CO - 1분 - CO

 

  7) 차단기의 트립방식

일반적으로 22.9 [kV-Y]에서는 CTD 방식과 DC전압 방식이 사용되며, 66 [kV]이상에서는 DC전압방식이 주로 이용

  ① CT 2차 전류트립방식

  ② DC 전압방식

  ③ CTD(콘덴서 트립) 방식

 

  8) 퓨즈 선정시 고려사항

  ① 과부하 전류에 동작하지 말 것

  ② 변압기 여자 돌입전류에 동작하지 말 것

  ③ 충전기 및 전동기 기동전류에 동작하지 말 것

  ④ 보호기기와 협조를 가질 것

 

(3) 변압기

  1) 정의

변압기는 전자유도작용을 이용하여 교류 전압과 전류를 변성하는 장치로 2개 이상의 전기회로와 1개 이상의 공통 자기회로로 이루어져 있다.

  ① 변압기의 기능

   ⓐ 교류 전압 및 전류 변성 : 변압기의 고유기능

   ⓑ 전기적 분리(절연) : 직류신호 차단, 안정성 향상

   ⓒ 임피던스 매칭 : 통신회로에서 이용

 

※ Y-Y-△ 결선의 3권선 변압기에서 3권선(△결선)의 용도

  ① 제 3고조파 제거

  ② 조상설비 설치

  ③ 소내 전력공급

 

  3) 3상 변압기의 병렬운전

   ① 병렬운전 조건

    ⓐ 각 변압기의 극성이 같을 것

    ⓑ 각 변압기의 권수비가 같고, 1차와 2차의 정격전압이 같을 것

    ⓒ 각 변압기의 %임피던스가 같을 것

    ⓓ 3상 변압기는 각 변압기의 상회전 방향과 각변위가 같을 것

※ 각변위(위상변위) : 1차 유기전압을 기준으로 하고, 1차 유기전압에 대한 2차 유기전압의 뒤진 각을 말한다.

 

  5) 고효율 변압기

   ① 아몰퍼스 변압기

     ⓐ 아몰퍼스 메탈

       - 철, 붕소, 규소 등이 혼합된 용융금속을 급냉시켜서 만든 자성재료를 사용한다.

       - 금속내부의 원자구조가 액체처럼 불규칙한 원자배열을 갖는 비정질이다.

       - 교번자계에 따른 원자의 회전이 쉽기 때문에 결정구조인 규소강판에 비하여 히스테리시스 손실이 크게 줄어든다.

       - 두께가 얇고 고유저항이 커서 와전류 손실도 감소된다.

     ⓑ 특징

       - 변압기 철손을 기존의 1/4 ~ 1/3 정도로 경감할 수 있다.

       - 효율이 약간 높다.

       - 소음이 심하다.

       - 점적률이 낮다.

       - 설계 자속밀도가 낮다.

       - 중량이 무겁다.

       - 가격이 비싸다.

 

   ② 자구 미세화 변압기(레이저 저소음 고효율 변압기)

     ⓐ 자구 미세화 강판

       - 방향성 규소강판을 레이저빔으로 가공, 분자구조인 자구를 미세하게 분할함으로써 철손을 개선한 철심용 강판을 사용한 변압기를 자구 미세화 변압기라고 한다.

       - 소재의 특성상 소음이 적고 가공이 용이하여 1250 [kVA]이상의 변압기 제작이 가능

     ⓑ 특징

       - 저손실, 고효율 : 부하손은 30 [%] 저감, 무부하손은 60 ~ 70 [%] 저감

       - 저소음(KS 규소강판 및 아몰퍼스 철심을 사용한 변압기에 비하여 소음이 적다.)

       - 가공 용이

       - 대용량 제작 가능

       - 과부하 내량 증가로 UPS, 정류기 등의 변압기로도 적합

       - 고효율 기자재로 인증

       - 아몰퍼스 변압기에 비해 저가

 

(5) 보호계전기

: 전압, 전류, 전력 등의 정정(설정)값에서 동작하여 차단기에 차단 신호를 주거나, 경보장치에 경보 신호를 주는 기기  

 

  1) 보호계전기의 적용 목적

   ① 전력설비 손상 방지 또는 최소화

   ② 전력설비 운전정지 시간 및 범위 최소화

   ③ 전력계통 고장 파급 방지 및 전력 계통의 안정도 유지

 

  2) 보호계전기의 구비조건

   ① 고장상태를 식별하여 정도를 파악할 수 있을 것

   ② 고장 개소를 정확히 선택할 수 있을 것

   ③ 동작이 예민하고 오동작이 없을 것

   ④ 적절한 후비보호 능력이 있을 것

   ⑤ 경제적일 것

 

  3) 주보호와 후비보호

   ① 주보호 : 보호 범위 내의 고장을 가장 먼저 검출하여 선택 차단할 수 있도록 하는 보호

   ② 후비보호 : 해당 기기 및 전선로의 사고 발생 시 주보호에 의한 차단 실패 시 주보호기기의 전단(한전측)에 설치된 보호

 

  4) 보호계전기의 동작특성에 따른 분류

    ① 정한시성 계전기 : 단락전류의 크기가 정해진 값을 초과하면 그 크기와 관계없이 정해진 시간에 동작하여 차단기를 개방하도록 하는 특성을 가진 계전기

    ② 반한시성 계전기 : 단락전류의 크기가 정해진 값을 초과할 경우 그 크기에 반비례해서 동작시간이 짧아지는 특성을 가진 계전기로 기울기에 따라 반한시, 강반한시, 초강반한시로 분류된다.

    ③ 정한시성 반한시 계전기 : 정한시성 계전기와 반한시성 계전기의 특성을 가진 계전기

 

2. 태양광발전 관제시스템 설계

2.1 방범시스템

(1) CCTV 시스템

  1) CCTV 설계시 고려사항

   ① 발전소 내부의 전 공간의 실시간 감시 가능

   ② 얼굴 식별이 가능한 최소한의 해상도

   ③ 최소 30일 이상의 기록이 가능한 저장장치

   ④ 감시제어반에서의 통합 감시 가능(원격 모니터링)

   ⑤ 표준화된 장비(H/W) 및 프로그램(S/W)

   ⑥ 시스템 상호 운영성(통합 관제 기능)

   ⑦ 출입통제, 경보, 방재시스템 가동 등 타시스템과의 연동

 

  2) 시스템 구성요소

   ① 카메라 : 주야간 구분없이 재생시 식별 가능한 수준의 화상을 제공할 수 있어야 하며, 사각지대가 없도록 주요부지 내 전지역의 감시가 가능하여야한다.

   ② 저장장치(DVR) : 별도의 저장장치에 카메라의 해상도에 따른 용량 확보(30일 녹화가능)

   ③ 영상선택기 : 2대 이상 여러 대의 카메라를 1대의 모니터로 선택 또는 전환하여 모니터링할 수 있도록 하는 장치

   ④ 매트릭스 스위치(Matrix Switch) : 영상선택기의 기능 확장을 위해 다수대의 모니터를 표출하도록 하는 장비

   ⑤ 멀티플렉서(Multiplexer) : 카메라 다수의 영상을 다중녹화 및 다양한 디스플레이모드로 설정이 가능하며 화면분할을 4 ~ 16분할 등 다중감시를 가능하게 하는 장비

   ⑥ 영상 분배 증폭기(VDA : Video Distribution Amplifier) : 하나의 영상신호를 입력하여 다수의 동일한 영상신호로 분배해주는 용도로 사용

   ⑦ 폴 : 카메라 설치 높이, 구조, 재질 및 풍압하중 고려

   ⑧ 안내판 설치 : 개인정보보호법에 따른 안내판 설치

 

(2) 출입통제시설

  1) 출입통제설비 설계시 고려사항 

    ① 설비별 중요도를 고려한 시설 계획

    ② 부지의 면적, 사람 및 동물의 접근 가능성 고려

    ③ 감시제어반에서의 식별 및 감시 가능

    ④ 타시스템(차량 통제시스템, CCTV 등)과의 연동

    ⑤ 변전실, 감시제어반 등 주요보안구역은 인가된 사람들만 출입이 가능하도록 철저한 출입통제가 필요

 

  2) 시스템 구성 방안

    ① 동물의 접근통제

      ⓐ 조수의 분비물 등에 의한 태양전지 모듈 오염시 급격한 출력저하 및 국부발열에 의한 셀 손상 발생 가능

      ⓑ 음향 장치, 섬광 장치 등 고려

      ⓒ 산짐승의 접근통제를 위한 울타리 설치

    ② 외부인 출입통제

      ⓐ 변전실, 감시제어반 등 주요 보안구역 출입 통제

      ⓑ 출입통제장치는 자기카드, 카드센서장치, IC카드, 광카드 출입관리 장치, 암호입력장치, 장형/장문 식별장치, 생체인식장치 등이 있으며 시스템 규모나 상황에 맞게 한 가지 이상의 방법을 채택하여 적용

      ⓒ 출입허용 대상자를 식별하고 기록할 수 있는 출입통제장치의 설치

      ⓓ 가급적 출입구의 수를 최소화라고 CCTV와 병행하여 지속적인 확인과 관리가 되도록 출입통제장치를 설치

      ⓔ 화재발생시 출입통제장치가 자동으로 해제될 수 있도록 강구

      ⓕ 주요시설의 열쇠 분실이나 패스워드 노출 등으로부터 보다 안전하게 하기 위하여 잠금장치를 이중화