변전설비 직류 및 교류전원 사용부하

1. 변전소 용량

(1) 급전구간별의 정상 열차부하조건에서 1시간 최대출력 또는 순시최대출력을 기준으로 한다.
(2) 주변압기의 표준용량과 최대부하(자냉식 기준)는 다음 표에 준한다.

변압기 종별	표준용량 [MVA]	최대출력 (정격치에 대한 백분율)	순시최대전력 (정격치에 대한 백분율)
스코트결선 변압기	30, 45, 60, 90	100[%] : 연속, 150[%] : 2시간	한쪽상에대하여300[%] 2분간
단권 변압기	5, 7.5, 10, 15	100[%] : 연속, 150[%] : 2시간	한쪽 상에 대하여 300[%] 2분간

(3) 연장급전에 의한 부하의 증가에 대처할 수 있도록 변전소 용량을 결정한다.
(4) 변전소용량은 시뮬레이션 결과치를 적용하며, 부득이한 경우에 한하여 유사구간의 실측결과로 산정한다.
(5) 변전소의 급전용변압기는 장래의 수송수요 등을 감안하여 뱅크를 구성하고 예비용변압기를 두어야 한다.
(6) 흡상변압기방식과 단권변압기 급전방식의 연결 장소에는 단권변압기와 흡상변압기를 설치하여 하여 급전운용에 지장이 없도록 시설하여야 한다

 

 

2.  KTX 주요제원(경부고속철도)

구 분		KTX (2PC + 2M + 16T)
차량운전 공급전압	최 대	27.5[㎸]
	표 준	25[㎸]
	동 력 감 소	22[㎸]
	허 용	20[㎸]
	최 저	19[㎸]
출 력	연 속 최 대	15,485[kW]
	최 대 견 인	13,560[kW]
	보 조	1,925[kW]
속 도	최 대	300[km/h]
	표 정	220[km/h]
속도제어방식		Converter(Thyristor위상제어),  nverter(전류형)
차 량 편 성		20량 편성, 400[m]
승 차 인 원		965명/1편성
선로조건	최 대 구 배	30[‰]
	최소곡선반경	600[m]
	궤 간	1,435[㎜]
외 기 온 도		-35∼40℃
팬터그래프	형 태	Z형
	접 은 높 이	4.100[m] R면상

 

3.  변압기의 임피던스

 

1) 용량별 임피던스

변압기의 용량(MVA)	임피던스(%)
20, 30, 45, 60, 90	10.0

 

2) 용량별 최소임피던스

변압기의 용량(MVA)	최소임피던스(%)
0.630까지	4.0
0.631 ∼ 1.25	5.0
1.251 ∼ 3.15	6.25
3.151 ∼ 6.30	7.15
6.301 ∼ 12.50	8.35
12.501 ∼ 25.00	10.0
25.001 ∼ 200.00	12.5

 

3) 한전 임피던스 자료(예)

변전소	모선고장용량 (MVA) 3상단락	모선고장전류 (kA)	정상임피던스(P.U.)
			R1	X1
한전S/S	5,734	21.50	0.0041	0.01734

한전 변전소의 계통 임피던스자료를 근거로 향후 계통확장 시 단락용량의 증대를 고려하여 여유율 1.2배를 주어 적용한다.

 

4) 방전전류 계산

구분	전원 종류	부하형태	부하명칭	Case 1 (0~1분)	Case 2 (113분~115분)	Case 3 (116분~120분)	비 고
변전소	DC	순간부하	트립전류 또는 투입전류	24[A]	4.5[A]	0
			전철제어반 재기동	0	0	10[A]
			비상등	10[A]	10[A]	10[A]
	소계			34[A]	14.5[A]	20[A]
	AC	연속부하	GIS 전철제어반 고장점표정 반	교류부하 8,869.5[W] 직류전류 56.9[A]
	DC		GIS 등	8[A]
	소계			64.9[A]
	합계			98.9[A]	79.4[A]	84.9[A]
급전 구분소	DC	순간부하	트립전류 또는 투입전류	24[A]	4.5[A]	0
			전철제어반 재기동	0	0	5[A]
			비상등	1[A]	1[A]	1[A]
	소계			25[A]	5.5[A]	6[A]
	AC	연속부하	GIS 전철제어반 고장점표정 반	교류부하 2,654[W] 직류전류 8.28[A]
	DC		GIS 등	4[A]
	소계			17[A]
	직류전류 합계			42[A]	22.5[A]	23[A]

 

 

4.  축전지의 부하조사

 

1) 비상전원 사용설비 현황 조사

설비종류		AC 전원(220V 등) (Inverter사용)				DC 전원(110V) (정류기사용)
		SS	SP	SSP	PP	SS	SP	SSP	PP
170KV GIS		-	-	-	-	○	-	-	-
72.5KV GIS		-	-	-	-	○	○	○	○
MTR		-	-	-	-	○	-	-	-
소규모SCADA		○	-	-	-	-	-	-	-
전철제어반 (170KV GIS)		○	-	-	-	○	-	-	-
전철제어반 (72.5KV GIS)		○	○	○	○	○	○	○	○
고장점표정반		○	○	○	○	○	○	○	○
원격진단시스템		○	○	○	○	-	-	-	-
전력품질분석장치		○	-	-	-	-	-	-	-
비상등		-	-	-	-	○	○	○	○

 

2) 변전설비 직류 및 교류전원 사용부하 조사

 

① 변전소 직류부하조사

직류부하를 사용하는 기기의 정격부하를 조사하여 순간부하와 연속부하를 구분하여 정리한 후 부하의 합계를 구한다. 변전소의 순간부하는 차단기 투입 및 트립시, 비상등 점등시, 전철제어반 재기동시 순간적으로 직류부하가 필요하며 다음과 같이 발생할 수 있는 조건을 Case 1, 2, 3로 구분한다.
가. Case 1 : (급전반 차단기 4대가 동시에 트립되는 경우+비상등 점등)
차단기의 투ㆍ개방은 순차적으로 동작되어 동시에 많은 전류가 필요하지 않으나, 급전반의 차단기가 동시에 개방할 경우에는 일시적으로 많은 전류가 소요된다. 따라서 차단기 트립시 1대에 5.3[A]≒6[A] 로 산정하고 4대를 계산하면 24[A]가 소요되며, 비상등 20개가 점등되었을 경우 10[A]로 총 34[A]가 필요하다. (전철제어반 재기동시에는 차단기를 제어할 수 없으
므로 제외)
나. Case 2 : (차단기 1대 동작+비상등 점등)
비상등이 켜져 있는 상태에서 차단기 1대가 동작할 경우를 가정하여 부하를 산정한다.
다. Case 3 : (비상등 점등+전철제어반 재기동)
비상등이 점등된 상태에서 전철제어반 재기동시 부하를 산정한다.

종류	전원	부하종류	기기	개별부하(W)	A	면수	Case1	Case 2	Case 3
170KV  GIS	DC 110V	순간부하	CB	420/EA	3.8	1	24	0	0
			DS+ES	585/EA	5.3	1		0	0
			DS	285/EA	2.6	1		0	0
			HES	250/EA	2.3	1		0	0
72.5KV GIS			CB	495/EA	4.5	1		4.5	0
			DS	138.6/EA	1.26	1		0	0
전철 제어반			전원 재기동시	1100/LOT	10	1	0	0	10
비상등			비상램프	55/EA	0.5	20	10	10	10
소 계							34	14.5	20
170KV  GIS	DC 110V	연속부하	Ann.Lamp	2/Channel	0.018	5	0.09	0.09	0.09
			Pilot Lamp	2/EA	0.018	5	0.09	0.09	0.09
			Buzzer	5/EA	0.045	5	0.225	0.225	0.225
			Timer	2/EA	0.018	5	0.09	0.09	0.09
			Aux relay	7.6/EA	0.069	5	0.345	0.345	0.345
			MCCB	1/EA	0.009	5	0.045	0.045	0.045
72.5KV  GIS			Ann,Lamp	2/Channel	0.018	5	0.18	0.18	0.18
			Pilot  Lamp	2/EA	0.018	10	0.18	0.18	0.18
			Buzzer	5/EA	0.045	10	0.45	0.45	0.45
			Timer	2/EA	0.018	10	0.18	0.18	0.18
			Aux relay	7.6/EA	0.069	10	0.69	0.69	0.69
			MCCB	1/E	0.009	10	0.09	0.09	0.09
전철 제어반			콘트 롤러등	550/LOT	5	1	5	5	5
고장점 표정반			제어  감시등	55/LOT	0.5	1	0.5	0.5	0.5
소 계	소 계						8	8	8
합 계	합 계						42	23	28

 

② 변전소 교류부하조사

종류	전원	부하종류	기기	개별부하(W)	면수	Case1
170KV GIS	AC 220V	연속부하	히터(CB Case)	200/EA	5	1,000
			LCP	100/EA	5	500
			조작기	30/EA	5	150
			FL	20/EA	5	100
			Counter	3.5/EA	5	17.5
			HS	4/EA	5	20
			TH	6/EA	5	30
		순간부하	유압스프링모터	470/EA	5	0
72.5KV GIS		연속부하	히터 CB Case	200/EA	10	2,000
			LCP	100/EA	10	1,000
			조작기	30/EA	10	300
			FL	20/EA	10	200
			Counter	3.5/EA	10	35
			HS	4/EA	10	40
			TH	6/EA	10	60
		순간부하	유압모터	750/EA	10	0
소규모장치		연속부하	서버	762/EA	1	762
			모니터	21/EA	1	21
			프린터서버	30/EA	1	30
			이벤트프린터	46/EA	1	46
			칼라레이져 프린터	458/EA	1	458
			통신제어장치	80/EA	1	80
			모뎀	5/EA	4	20
전철제어반			콘트롤러등	200/LOT	1	200
고장점표정반				200/LOT	1	200
원격진단장치				800/LOT	1	800
전력품질 감시장치				800/LOT	1	800
합 계						8,869.5

 

③ 급전구분소 등 직류부하조사

가. Case 1 : (급전반 차단기 4대가 동시에 트립되는 경우+비상등 점등)
차단기의 투ㆍ개방은 순차적으로 동작되어 동시에 많은 전류가 필요하지 않으나, 급전반의 차단기가 동시에 개방할 경우에는 일시적으로 많은 전류가 소요된다. 따라서 차단기 트립시 1대에 5.3[A]≒6[A] 로 산정하고 4대를 계산하면 24[A]가 소요되며, 비상등 2개가 점등되었을 경우 1[A]로 총 25[A]가 필요하다. (전철제어반 재기동시에는 차단기가 투ㆍ개방할수 없
으므로 제외)
나. Case 2 : (차단기 1대 동작+비상등 점등)
비상등이 켜져 있는 상태에서 차단기 1대가 동작할 경우를 가정하여 부하를 산정한다.
다. Case 3 : (비상등 점등+전철제어반 재기동)
비상등이 점등된 상태에서 전철제어반 재기동시 부하를 산정한다.

 

종류	전원	부하종류	기기	개별부하 (W)	A	면수	Case1	Case 2	Case 3
72.5KV  GIS	DC 110V	순간부하	CB	495	4.5	1	24	4.5	0
			DS	138.6	1.26	1		0	0
전철 제어반			전원  재기동시		5	1	0	0	5
비상등			비상램프		0.5	2	1	1	1
소 계							25	5.5	6
72.5KV  GIS	DC 110V	연속부하	Ann,Lamp	2/Channel	0.018	4	0.072	0.072	0.072
			Pilot  Lamp	2/EA	0.018	4	0.072	0.072	0.072
			Buzzer	5/EA	0.045	4	0.18	0.18	0.18
			Timer	2/EA	0.018	4	0.072	0.072	0.072
			Aux relay	7.6/EA	0.069	4	0.276	0.276	0.276
			MCCB	1/E	0.009	4	0.036	0.036	0.036
전철 제어반			콘트 롤러등		2.5	1	2.5	2.5	2.5
고장점표정반			제어  감시등		0.5	1	4	4	4
소 계							29	9	15
합 계

 

④ 급전구분소 등 교류부하조사

종류	전원	부하종류	기기	개별부하(W)	면수	Case1
72.5KV GIS	AC 220V	연속부하	히터 CB Case	200/EA	4	800
			LCP	100/EA	4	400
			조작기	30/EA	4	120
			FL	20/EA	4	80
			Counter	3.5/EA	4	14
			HS	4/EA	4	16
			TH	6/EA	4	24
		순간부하	유압모터	750	1	0
전철제어반		연속부하	콘트롤러등	200	1	200
고장점표정반				200	1	200
원격진단장치				800	1	800
합 계						2,654

 

⑤ 철도 변전설비의 직류전압 허용범위

기기종류	장치 및 기구별		정격치	변동범위	최저 전압	최고 전압
170, 72.5, 29KV GIS	조작장치	전동 및 전동스프링식	DC 110[V]	투입 : 정격치의 85~110[%]	93.5	121
					77
	제어장치	보조릴레이 등		트립 : 정격치의 70~110[%]	93.5
					66
전철제어반	보호계전기		DC 110[V]	85~110[%]	93.5
	컨트롤러		DC 24[V] or DC 110[V]
	통신제어장치		DC 110[V]
고장점표정 장치	흡상전류 방식	모장치	DC 110[V]	85~110[%]
		자장치
	임피던스 방식	임피던스 방식

 

출처-국가철도공단 KRE-02060