일반적인 380V AC 배전 시스템에서 제어 전원 공급 장치는 보통 DC 전원 시스템에서 파생됩니다. 발전소의 필수 예비 전원 및 제어 전원으로서 DC 시스템에서 가장 일반적이고 위험한 결함은 DC 접지 결함입니다. 빈번하게 발생하는 절연 결함을 바탕으로 이 문서는 DC 제어 전원 공급 장치의 절연 저하를 초래하는 일련의 원인을 분석합니다.
이 문서에서 언급할 2차 회로는 주로 380V AC 시스템을 따릅니다. 개폐기 2차 회로에서 제어 전원은 누전 보호 장치의 누전 보호 보조 전원 단자와 변류기 부분을 통해 AC 제어 전원에서 파생됩니다. 본문에서 언급할 단자 5와 7은 각각 누전 DC 전원 공급 장치 입력 단자의 양극과 음극을 나타내며, 단자 8과 9는 변류기의 K와 L에 해당합니다.
AC-DC 저압 운전이 약 1년 진행된 후 DC 접지 경보가 빈번히 발생했으며, 절연 모니터링 장치가 하류 제어 해당 분기 회로의 전력을 검사했습니다. 절연 저항이 경보 값 7kΩ으로 감소했고, 정상적인 110V DC 모선 전압은 각각 +55V와 -55V였습니다. 그러나 경보 발생 시 실제 DC 음성 모선 또는 양성 모선 전압은 거의 0V에 가까웠습니다. 이 상태에서 다른 극에서 또 다른 DC 접지가 발생하면 DC 양극과 음극 사이에 루프가 형성됩니다.
결론적으로 AC 시스템에서 주 회로와 제어 회로 사이의 절연은 양호하며 DC가 AC로 침투하거나 접지되지 않으므로, 결함은 AC 루프의 DC 제어 부분에서만 발생합니다. 제어 루프의 각 부분을 검사해야 하며, 결함은 누전 보호 장치와 CT에 있습니다.
이 결함과 관련하여 누전 보호 장치의 모델은 *** M40 (110VDC)이고 CT는 동일 브랜드의 누전 변류기입니다. 누전 보호 장치를 분해해 보니 이 장치는 세 개의 회로 기판으로 구성되어 있으며 그 중 하나가 누전 보호 제어 보드입니다. 점대점 측정을 통해 다음과 같이 확인되었습니다:
비교를 통해 부하 미적용 시 서랍형 개폐기에서 누전 보호 장치의 단자 7과 9 사이 절연 값은 약 150kΩ이었으나, 빈번한 부하 적용 시 5kΩ으로 감소함을 확인했습니다.
누전 보호 장치와 CT의 설계 및 조립 과정에서 CT에 보호 접지점이 배치되어 001TI 코일의 L 단자가 누전 조립에 접지됩니다. 이 설계는 변류기 코일의 루프로 인한 1차 고전압의 2차 루프 침투를 방지하여 누전 보호 장치 등 직접 연결된 부품의 손상을 막기 위함입니다. 더 심각하게는 단자 7과 9 사이의 절연 문제가 DC 제어 루프로 고전압 침투를 초래할 수 있습니다.
그러나 PCB 누전 보호 장치의 접지점과 절연 저하로 인해 전원의 음극이 DC에 의해 제어됩니다.
일반적으로 이 문제는 동일 AC 시스템의 일부 부하에서 발생하며, 이는 DC 음성 모선이 약 5kΩ의 일부 저항과 병렬로 연결되어 최종적으로 DC 음성 모선 전압이 거의 0에 가까워짐을 의미합니다.
음성 모선 접지 과정에서 다른 극에서 또 다른 모선 접지가 발생하면 양극과 음극 사이에 단락이 발생합니다. 퓨즈나 차단기가 과부하 및 고장 보호로 루프를 차단하게 되고, DC 전원이 정전되어 하류 모든 부하가 정전되고 주요 부하가 DC 전원을 상실하여 모든 장비의 원활한 운전을 위협합니다. 또한 DC 시스템의 다점 접지는 부품 오작동, 오동작, DC 전원 상실 등 수많은 결과를 초래합니다.
CT 루프 설계에 따라 2차 측에 접지점이 있습니다. 이론적으로 변류기 2차 측 루프에서 고전압이 발생하여 2차 루프의 다른 부품을 손상시킬 수 있습니다. 초고전압은 부품을 파괴할 수도 있습니다. 여기에 접지하는 목적은 고전압 발생을 방지하여 2차 루프를 보호하기 위함입니다.
그러나 위 분석에 따르면 접지점을 제거하면 DC 제어 루프의 절연 저항이 저하되지 않아 DC 시스템의 접지 결함을 제거할 수 있습니다. 따라서 접지점을 제거할 경우 저압 변류기 2차 측 루프 전압 값이 허용 범위 내인지 검증해야 합니다. 즉, DC 시스템 접지로 인한 위험보다 낮아야 합니다.
0.5kV급 저압 변류기의 경우 2차 측 루프에서 고전압이 반드시 발생하는 것은 아닙니다. 2차 측 루프가 존재하는 상태에서 한 측이 정격 전류를 통과하면 철심은 포화 상태에서 멀리 떨어져 있거나 과포화 상태에서 멀리 떨어져 있어 철심 자속과 유기 기전력은 기본파만 가지며 2차 측에서 고전압이 발생하지 않습니다. 이는 변류기 철심이 비교적 큰 설계 여유, 즉 상대적으로 높은 테츠시게 비율을 가짐을 나타냅니다. 결과적으로 하류 부하가 정격 전류 미만으로 운전되므로 CT를 약간 개방하는 것은 허용 가능합니다.
그러나 이 유형의 2차 측 루프 CT에서 하류 부하에 큰 전류가 흐르거나 단상/상간 단락이 발생하면 철심이 반드시 포화되어 2차 측에서 고전압이 발생합니다. 따라서 CT 2차 측 루프에서 고전압 발생 여부는 철심 포화도에 전적으로 달려 있습니다. 전압 상승 곡선은 CT의 포화 곡선에 의존합니다. 이러한 조건에서 약간의 CT 개방은 약간의 위험이 있습니다. 다만 보호 루프 덕분에 부품 파괴 위험은 상대적으로 감소합니다.
CT의 물리적 구조를 충분히 고려할 때, 배전 장치는 비교적 양호한 환경에서 운전되며 1차 코일의 정전 가능성은 상대적으로 낮습니다. 하류 전류가 발생하여 코일이 차단되고 루프 보호 동작의 지연이 비교적 길더라도 2차 고전압이 부품을 파괴할 가능성은 극히 낮습니다. 따라서 이 결함에 대한 처리 방안은 접지점을 개방하는 것입니다.
이 CT 보호 접지점을 제거하여 DC 결함을 해소했지만, 접지의 근본 원인은 누전 보호 장치의 PCB에 있습니다. 습기나 부식이 없는 조건에서도 1~2년 운전 후 절연 값이 감소합니다.
측정 결과 현재 단일 극과 접지 사이의 절연 값만 낮고 극간 낮은 절연 값은 발견되지 않아 극간 단락은 발생하지 않습니다. 향후 이 데이터를 정기 점검에 기록할 수 있습니다. 이 값이 감소 추세를 보이거나 CT에서 일회성 루프가 발생하면 누전 보호 장치 교체를 고려해야 합니다.
산업기술
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