고전압 네트워크의 전압 불균형 — 오만 주요 상호 연결 시스템
| 네트워크 | 오만 주요 상호 연결 시스템 (미스) - 132 kV 하위 전송 |
| 측정 포인트 | 오만 MIS의 세 가지 주요 산업 분야에 전력을 공급하는 세 개의 HV 그리드 스테이션 |
| 측정된 매개변수 | 전압 및 전류 불균형 - 국제 및 오만 배전 코드 제한과 비교 |
| 전압 불균형 결과 | 한도 내 — 전송 수준에서 균형이 잘 잡힌 HV 유틸리티 네트워크 |
| 적용되는 표준 | IEEE 519 · 안에 50160 · 오만 유통 코드 |
| 핵심 가치 | 기준선 설정: 유틸리티 HV 공급이 깨끗합니다. 장비 터미널에서 나타나는 불균형은 다운스트림에서 발생합니다., 전송 시스템이 아닌 |
| 네트워크 컨텍스트 | 오만 MIS는 알루미늄 제련을 포함한 산업 부하를 제공합니다., 강철, 시멘트 - PQ 교란의 모든 주요 원인 |
01 맥락과 배경
이 사례 연구는 오만의 주요 상호 연결 시스템의 전송 및 하위 전송 수준에서 수행된 전압 불균형 측정 결과를 제시합니다. (미스) — 술탄국의 주요 산업 및 도시 부하 센터에 서비스를 제공하는 기본 전력 네트워크. Albadi 등의 연구. (2015), IEEE 산업기술 국제회의에서 발표, 체계적인 전압 불균형 평가에 대해 발표된 몇 안 되는 설명 중 하나입니다. 132 빠르게 산업화되는 중동 전력망의 kV HV 수준.[1]
오만 MIS는 중요한 PQ 과제를 제시하는 부하 혼합이 특징입니다.: 알루미늄 제련소를 포함한 대규모 산업 부하, 철강 공장, 시멘트 공장 - 모두 고조파 왜곡의 중요한 원인입니다., 깜박임, 및 전압 불균형 - 주거용 및 상업용 고객에게 서비스를 제공하는 동일한 전송 네트워크에 연결됩니다.. 산업 장비 터미널에서 나타나는 불균형의 원인이 유틸리티 송전 시스템인지 산업 배전 네트워크 자체인지를 이해하려면 HV 수준에서 불균형을 정량화하는 것이 필수적입니다..
대부분의 전압 불균형 연구는 모터 및 장비에 대한 영향이 가장 직접적으로 느껴지는 LV 또는 MV 배전 네트워크에 중점을 둡니다.. 그러나 LV 터미널의 불균형은 전송 수준 불균형, 분배 수준 불균형, 내부 설비 불균형의 합입니다.. HV 그리드 스테이션 수준에서 측정하면 유틸리티 전송 기여도를 배전 및 시설 기여도와 분리합니다.. HV 레벨이 균형을 이루는 경우, 유틸리티 네트워크는 근본 원인이 아닙니다. 조사는 다운스트림을 살펴봐야 합니다..
02 전압 불균형 — 이론 및 지표
정의 - 전압 불균형이란 무엇입니까??
3상 전력 시스템은 크기가 동일하고 위상각이 정확히 120°로 분리된 3개의 전압 페이저로 이상적으로 작동합니다.. 전압 불균형은 위상 간에 크기가 다를 때 발생합니다., 연속 위상 간의 위상각은 120°와 다릅니다., 또는 두 가지 조건이 동시에 존재합니다..[1]
실제로, 불균형은 네트워크 비대칭의 조합으로 인해 발생합니다. (비전위 전송선, 불평등한 변압기 임피던스) 부하 비대칭 (단상 부하, 불균형 3상 부하, 아크로, 견인 시스템). 결과적인 불균형 3상 시스템은 Fortescue의 정리를 사용하여 3개의 대칭 시퀀스 구성 요소로 분해될 수 있습니다.:
- 포지티브 시퀀스 구성 요소 — 균형 잡힌 정방향 회전 구성 요소 (발전기와 동일한 회전)
- 네거티브 시퀀스 구성 요소 — 균형 잡힌 역방향 회전 구성 요소 (발전기의 반대 회전)
- 제로 시퀀스 구성요소 — 3개의 동일한 동위상 페이저 (회전 없음, 중성 도체가 있는 시스템에만 존재)
두 가지 정의 — IEC 대. NO
IEC 대칭 구성 요소 정의 (VUF = V²/V₁ × 100%) 국제적으로 선호되는 방법이며 EN에서 사용됩니다. 50160 및 IEC 61000-2-2. 위상 측정이 필요합니다. (크기와 각도 모두) 역상분 전압은 모터 및 기타 3상 장비에 유해한 영향을 미치는 직접적인 원인이 되기 때문에 물리적으로 가장 의미 있는 정의입니다..[2]
NEMA 정의 (평균에서 모든 위상 전압의 최대 편차, 평균으로 나눈 값) 전압 크기 측정만 필요하며 북미 지역에서 현장 평가에 널리 사용됩니다.. 작은 불균형의 경우 (아래는 대략 3%), 두 방법 모두 수치적으로 유사한 결과를 제공합니다.. 불균형이 크거나 각도 비대칭이 심각한 경우, IEC 방법은 보다 정확한 특성화를 제공합니다..[3]
03 측정 방법론
오만 MIS의 3개 HV 그리드 스테이션에서 전압 및 전류 불균형 측정이 수행되었습니다.. 각 그리드 스테이션은 시스템의 세 가지 주요 산업 영역 중 하나에 전력을 공급합니다., making the measurement points representative of the PQ environment at the interface between the transmission system and the industrial sub-transmission/distribution network.[1]
The measurement methodology followed international standards for PQ assessment at high voltage. The key challenge at 132 kV is that direct measurement is not possible — voltage and current instrument transformers (VTs and CTs) are used to step down the signals to instrument-level voltages and currents, which requires verification of the instrument transformer accuracy class to ensure the measured unbalance values are not artefacts of transformer errors rather than real network asymmetry.
에 132 kV의, a 1% voltage unbalance corresponds to a phase-to-phase voltage difference of approximately 760 에. Instrument transformers with accuracy class 0.2 이 수준의 불균형을 안정적으로 해결하려면 그 이상이 필요합니다.. A클래스 0.5 VT는 ±0.5%의 측정 불확도를 도입합니다. 이는 측정 중인 불균형과 잠재적으로 유사합니다.. 이것이 바로 HV 불균형 측정 시 계측기 변압기 정확도 등급에 대한 명시적인 문서화가 필요한 이유입니다., 0.5~1% 미만의 HV 수준에서 명백한 불균형을 주의 깊게 해석해야 하는 이유.
측정된 불균형 데이터는 오만 전기 배전 규정 및 해당 국제 표준(EN)에 지정된 제한과 비교되었습니다. 50160 (한계: VUF ≤ 2% 에 95% 일주일 중) 및 IEEE 519-2014 (고조파 한계를 다루지만 동일한 내용을 참조합니다. 2% 계획 목적을 위한 불균형 임계값).[2][4]
04 주요 결과
전송 수준 불균형 — 한계 내
오만 MIS의 3개 HV 그리드 스테이션 모두에서 전압 및 전류 불균형 측정값은 오만 배전 규정 및 해당 국제 표준에 지정된 제한 내에 있었습니다. (IN 50160, IEEE 519). 전송 시스템, 크고 잠재적으로 불균형한 산업 부하를 처리함에도 불구하고, 내에서 3상 전압 대칭을 유지했습니다. 2% 그리드 스테이션 측정 지점의 VUF 임계값.[1]
| 측정점 | 전압 불균형 (VUF) | IN 50160 한계 | 오만 코드 제한 | 규정 준수 |
|---|---|---|---|---|
| 그리드 스테이션 A - 산업 지역 1 | 한도 내 - 정확한 값은 공개되지 않음 | ≤ 2% (95번째 백분위수) | ≤ 2% | 준수 |
| 그리드 스테이션 B — 산업 지역 2 | 한도 내 - 정확한 값은 공개되지 않음 | ≤ 2% (95번째 백분위수) | ≤ 2% | 준수 |
| 그리드 스테이션 C — 산업 지역 3 | 한도 내 - 정확한 값은 공개되지 않음 | ≤ 2% (95번째 백분위수) | ≤ 2% | 준수 |
| 출처: 알바디 등. (2015). 측정 장소 132 오만 MIS의 kV 그리드 관측소. 공개적으로 이용 가능한 초록에 공개되지 않은 정확한 수치 값; 준수 상태 확인됨. | ||||
오만 MIS HV 네트워크가 그리드 스테이션 수준의 불균형 한계 내에 있다는 사실은 중요한 기준 발견입니다.. 이는 이러한 영역의 산업 장비 단자에서 전압 불균형 문제가 관찰되면 모터 과열이 발생함을 의미합니다., 보호 계전기 오작동, 커패시터 뱅크 문제 - 소스는 유틸리티 전송 시스템이 아닙니다.. 그리드 스테이션과 장비 간의 산업 유통 네트워크입니다.: 불균등한 단상 부하, 비조옮김 피더, 끊어진 커패시터 퓨즈, 또는 균형이 잘 맞지 않는 3상 모터 부하. 유틸리티는 균형 잡힌 공급을 제공하고 있습니다.. 이를 통해 엔지니어링 조사가 유틸리티에서 시설로 즉시 리디렉션됩니다..
전류 불균형 — 별도의 표시기
전류 불균형도 전압 불균형과 함께 측정되었습니다.. 전류 불균형은 부하측 양입니다. 이는 공급 네트워크의 비대칭성이 아니라 연결된 부하의 비대칭성을 반영합니다.. 불균형 부하 전류와 균형 잡힌 공급 전압은 단상 또는 동일하지 않은 3상 부하가 배전 시스템에서 비대칭 전류 흐름을 생성하고 있음을 나타냅니다., 그러면 네트워크 임피던스를 통해 작은 전압 불균형이 발생합니다..[1]
전류 불균형과 전압 불균형 사이의 관계는 측정 지점의 네트워크 임피던스에 따라 달라집니다.. HV 그리드 스테이션에서 (높은 단락 레벨, 낮은 소스 임피던스), 산업 부하로 인한 전류 불균형이 크더라도 버스에서는 작은 전압 불균형만 발생합니다. 이는 다운스트림 배전 네트워크가 더 낮은 전압 레벨에서 더 심각한 불균형을 보일 수 있음에도 불구하고 HV 측정이 제한 내에 있는 이유입니다..
05 전압 불균형의 영향
이 연구는 전압 불균형의 부정적인 영향에 대한 포괄적인 검토를 제공합니다., 이는 공학적 근거를 형성합니다. 2% 국제 표준의 VUF 제한:[1]
유도 모터 - 가장 민감한 피해자
유도 전동기는 전압 불균형으로 인해 가장 심각한 영향을 받는 장비 유형입니다.. 역상분 전압 성분 (V투) 포지티브 시퀀스 필드와 반대 방향으로 회전 자기장을 구동합니다.. 로터 참조 프레임에서, 역상분 자기장은 동기 속도의 약 2배로 회전합니다. 회전자는 이 구성 요소에 매우 낮은 임피던스를 제공합니다., 작은 역상분 전압으로 인해 큰 역상분 회전자 전류가 발생함.
영향을 받는 기타 장비 및 시스템
- 3상 정류기 및 드라이브 — 불균형 공급 전압은 정류기 다이오드 또는 사이리스터에서 불평등한 도통각을 생성합니다., 비특징적인 고조파 차수 생성 및 출력 리플 증가
- 전력 변압기 — 역상분 전류는 권선 손실과 코어 포화를 증가시킵니다.. 변압기 보호 (차동 릴레이) 심각한 불균형 조건에서 잘못된 트립이 발생할 수 있습니다.
- 역률 보정 커패시터 — 불균형 전압은 커패시터 위상 전반에 걸쳐 불평등한 무효 전류 분포를 생성합니다.. 커패시터 뱅크의 한 위상에 있는 퓨즈가 끊어지면 전압 불균형의 원인이자 증폭기가 됩니다.
- 보호 시스템 — 거리 계전기 및 차동 보호 체계는 균형 잡힌 전압 가정에 의존합니다.. 지속적인 불균형으로 인해 릴레이 오작동 또는 둔감화가 발생할 수 있습니다.
- 에너지 계량 — 불균형 시스템에는 진정한 3상 계량이 필요합니다.. 단상 또는 2요소 계량 구성은 불균형 조건에서 측정 오류를 발생시킵니다.
06 완화 기술
이 연구에서는 전압 불균형에 대한 주요 완화 접근법을 검토합니다., 적용 지점에 따라 세 가지 범주로 분류됩니다.:[1]
| 기술 | 기구 | 적용 대상 | 비용 범위 |
|---|---|---|---|
| 로드 밸런싱 | 위상별 전류 소모량을 균등화하기 위해 여러 위상에 걸쳐 단상 부하를 재분배합니다. | 상업 및 산업시설; 주거용 LV 피더 | 낮음 - 운영 조치 |
| 네트워크 전치 | Systematic rotation of phase conductor positions along a line to equalise mutual impedances over the full length | HV transmission lines with inherent geometric asymmetry | Medium — construction cost |
| Static VAR Compensator (SVC) | Independently controllable reactive power injection on each phase to compensate asymmetrical reactive demand | 큰 단상 부하 (아크로, traction, induction heating) | High — $1–5M USD |
| STATCOM | Voltage-source converter with per-phase control — faster response than SVC, better performance under dynamic unbalance | Industrial loads with rapidly varying unbalance | High — $2–8M USD |
| Motor derating | Operating motors below nameplate rating to maintain thermal margins under persistent unbalance — not mitigation but a protective measure | Existing motor installations where unbalance cannot be eliminated | 제로 자본 - 생산 비용 |
| Scott-T 또는 Le Blanc 변압기 | 단상 부하 변환 (traction) 균형 잡힌 2상 등가로, 철도 공급으로 인한 네트워크 불균형 감소 | 전기 철도 견인 시스템 | 중간 - 변압기 비용 |
전압 불균형에 대한 활성 보상 장비를 지정하기 전에, 첫 번째 단계는 항상 체계적인 부하 감사입니다. 즉, 불균형을 일으키는 단상 부하를 식별하는 것입니다., 여러 단계에 걸쳐 재조정이 가능한지 여부. 많은 산업 시설에서, 불균형은 단순히 설치 당시 예비 용량이 있었던 위상에 과거 단상 부하를 추가한 결과일 뿐입니다.. 체계적인 재조정 활동은 자본 비용이 전혀 들지 않으며 전력 전자 장치를 고려하기 전에 불균형을 50~80%까지 줄일 수 있습니다..
07 전력 품질 관점
이 연구는 PQ 사례 연구 문헌에서 구체적이고 가치 있는 위치를 차지합니다.: 이는 빠르게 산업화되는 그리드에서 HV 전송 수준의 체계적인 전압 불균형 측정에 대해 발표된 몇 안 되는 설명 중 하나입니다.. 오만 MIS HV 네트워크가 대규모 서비스에도 불구하고 국제적인 한계 내에 있다는 사실, 잠재적으로 불균형한 산업 부하 - 중요한 기준을 제공합니다..
유틸리티 엔지니어링 관점에서, 핵심 통찰력은 임피던스 논쟁이다: HV 그리드 버스는 높은 단락 용량을 가지고 있습니다., 이는 전압이 견고하고 불균형 부하 전류로 인한 왜곡에 강하다는 것을 의미합니다.. 생성하는 동일한 부하 전류 2% 약한 LV 피더의 VUF는 0.1~0.2% VUF만 생성할 수 있습니다. 132 kV 버스. 이는 배전 연결 장비가 상당한 불균형을 경험하는 동안 전송 시스템이 균형 잡힌 것처럼 보이는 이유를 설명합니다. 불균형은 배전 수준 임피던스 및 부하에 의해 생성됩니다., HV 시스템에서 전송되지 않음.
전압 불균형을 측정하는 곳에서 찾은 결과가 결정됩니다.. 측정 132 kV 그리드 스테이션 - 균형 잡힌 공급 장치를 찾습니다.. 측정 11 kV 분배 버스 - 피더 비대칭으로 인해 0.5~1.5% VUF를 찾을 수 있습니다.. 산업 플랜트의 모터 단자에서 측정합니다. 내부 부하 불균형으로 인해 2~4% VUF가 발생할 수 있습니다.. 세 가지 측정값은 모두 정확합니다. 서로 다른 것을 측정하고 있습니다.. 결론을 내리는 엔지니어링 평가 “유틸리티 공급이 균형을 이룬다” HV 측정에서, 장비 터미널에서 측정하지 않고, 이야기 전체를 놓치다.
Albadi 등. 연구는 체계적인 유형을 정확하게 보여줍니다., 거의 공개되지 않지만 유틸리티 계획에 매우 중요한 전송 수준의 표준 참조 PQ 측정. 오만 MIS 기준 데이터는 송전망이 해당 산업 분야에서 보고된 전압 불균형 문제의 원인이 아님을 확인합니다. 이는 운영에 직접적인 영향을 미치는 결과입니다.: 엔지니어링 노력은 배전망 및 시설 부하 관리에 중점을 두어야 합니다., 전송 시스템에 있지 않음. 이는 대부분의 시설 측 PQ 연구에서 놓치고 있는 효용 관점입니다..
참조
- 알바디 MH, 알 히나이 AS, 알 바디 AH, 알 리야미 MS, 알 히나이 SM, 알 아브리 RS. “전력 시스템의 불균형 — 검토 및 오만 MIS 사례 연구.” 산업기술에 관한 IEEE 국제회의 진행사항 (ICIT 2015), 세비야, 스페인, PP. 1407-1411, 행진 2015. DOI: 10.1109/ICIT.2015.7125294
- IN 50160:2010+A3:2019. 공공 전력망에서 공급되는 전기의 전압 특성. CENELEC, 브뤼셀.
- MG-1-2021 없음. 모터 및 발전기. 전국전기제조협회, 로슬린, 버지니아.
- IEEE 표준 519-2022. 전력 시스템의 고조파 제어에 대한 IEEE 표준. IEEE, 뉴욕, NY, 2022.
- IEC 61000-2-2:2002+AMD1:2017. 전자기 호환성 (EMC) - 부분 2-2: 공공 저전압 공급 시스템의 저주파 전도 방해에 대한 호환성 수준. IEC, 제네바.
알바디 MH, 알 히나이 AS, 알 바디 AH, 알 리야미 MS, 알 히나이 SM, 알 아브리 RS. “전력 시스템의 불균형 — 검토 및 오만 MIS 사례 연구.” IEEE ICIT 2015, PP. 1407-1411.
DOI: 10.1109/ICIT.2015.7125294 · Semantic Scholar에서 보기 →
본 사례 연구는 교육 목적으로 요약 및 해설 형식으로 제공됩니다.. 원본 출판물은 IEEE 컨퍼런스 논문입니다.; 저작권은 IEEE에 속합니다. PQ 관점 섹션 (섹션 7) SVG 다이어그램은 Denis Ruest의 원본 IPQDF 편집 콘텐츠입니다., 석사. (적용된), 물리 공학과. (퇴사.). IPQDF는 원본 연구의 저자임을 주장하지 않습니다..