전원 계통에 발생하는 3상 불평형의 경감 대책

전원 계통에 발생하는 3상 불평형의 경감 대책

 

 

1. 서론

단상 교류 전기 철도의 급전 회로는 1선 접지의 단상 부하로 되며, 3상 전원 계통으로부터 수전하는 경우에는 각 상의 전류치는 불평형을 발생하고 3상 전압도 불평형으로 된다. 전철 변전소 수전 모선에 있어서는 연속 2시간 평균 부하에 대하여 전압 불평형률은 3〔%〕이하로 정하고 있다.

 

2. 3상 불평형의 영향

1) 3상 유도 전동기

3상 유도 전동기는 정상 임피던스에 비해서 역상 임피던스가 대단히 작고, 작은 역상 전압에서 상당히 큰 역상 전류를 생성함으로써 다음과 같은 현상이 발생 한다.

① 역상 전류에 의한 역 토크를 발생하여 유효 토크를 감소 시킨다.

② 동손이 증가하여 온도 상승이 커진다.

③ 효율 감소와 출력 감소를 유발한다.

 

2) 전력 계통의 발전기, 조상기

전력 계통의 발전기, 조상기 등은 역상 전류의 유입에 따라서 다음과 같은 현상이 발생한다.

① 국부적인 열발생에 의한 절연 열화가 발생한다.

② 유기 전압 파형의 변형을 발생한다.

 

3) 적산 전력계

① 오차의 원인이 된다.

② 보호 계전기에 대해서 오동작할 우려가 있다.

3. 불평형의 경감 대책
단상 교류식 전기 철도의 큰 부하를 3상의 일반 전력 계통으로부터 수전하면, 그 전력 계통에 대하여 전압 불평형을 주게 되므로 이것을 경감하기 위하여 급전용 변압기의 접속은 일반적으로 스코트 결선 변압기를 사용한다.

1) 스코트 결선 변압기의 원리
스코트 결선 변압기는 3상 전력 계통에 접속하여 단상 전력 2조를 얻어 전차선에 급전 하는 방식으로, 2조의 단상 전력이 같을 경우에는 3상 전원 측에 대하여 평형 3상 부하가 된다.

2) 스코트 결선의 전압 불평형률
          K=Z(PA-Pb)×10-4〔%〕
여기서, K : 전압 불평형률〔%〕
       Z : 변전소 수전점에서 3상 전원 계통의 10〔KVA〕기준 %임피던스
       PA,Pb : 각각의 급전 구간 내에서 연속 2시간 평균 부하〔KVA〕

4. 결론
단상 교류식 전기 철도의 부하 불평형으로 인하여 3상 전원 계통에 불평형이 발생하면 3상 유도 전동기, 조상기, 발전기, 적산 전력계 등에 영향을 주게 되므로 이것을 경감하기 위하여 스코트 결선 변압기를 사용한다. 스코트 결선의 특징은 3상 전원에서 2조의 단상 부하를 사용하며, 2조의 단상 전력이 같을 경우에는
3상 전원측에 평형 부하가 되므로 전철 변전소의 주 변압기로 널리 사용되고 있다.