IEC 60364의 접지방식에 기반한 안전성 평가 시험장치의 모델링 및 구현에 관한 연구

김순식(Soon-Sik Kim),한병길(Byeong-Gill Han),이후동(Hu-Dong Lee),페레이라 마리토(Marito Ferreira),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.6

국내 접지방식은 2021년부터 IEC 60364에서 제시하는 접지방식을 새롭게 채택하고 있다. 이 접지방식은 인체접촉사고 발생 시, 접촉전압과 통과전류에 대한 특성이 다양하게 나타날 수 있어, 인체에 대한 안전성 평가가 구체적으로 요구되고 있다. 또한, 한국전기안전공사나 대한전기협회에서 IEC 60364의 접지방식에 대한 안전기술 교육을 부분적으로 수행하고 있지만, 안전성을 평가할 수 있는 시험장치가 미흡하여, 전기안전관리자에 대한 교육이 어려운 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 IEC 60364의 접지방식별 안전성 평가를 수행할 수 있는 시험장치를 모델링하고, 이를 바탕으로 시험장치를 구현한다. 즉, 전력계통 상용해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여, 계통 전원부, 접지방식별 시험장치부, 보조장치부로 구성된 안전성 평가 시험장치의 모델링을 제시하고, 계통전원부, TT접지방식 시험장치부, TN-S접지방식 시험장치부, 모니터링부로 구성된 안전성 평가 시험장치를 구현한다. 상기의 모델링과 시험장치를 이용하여, TT접지방식과 TN-S접지방식의 인체 안전성 특성을 분석한 결과, TT접지방식의 경우 고장점 임피던스가 0[Ω], 10[Ω], 100[Ω]에서 인체 통과전류는 각각 104[㎃], 87.4[㎃], 35.5[㎃]가 산정되었고, TN-S접지방식의 경우 54.9[㎃], 4.1[㎃], 0.4[㎃]가 산정됨에 따라, TN-S접지방식이 TT접지방식에 비하여 감전에 대한 보호가 우수함을 알 수 있고, 저압수용가에서 사용 중인 TT 접지방식에서 TN-S 접지방식으로 전환하면 감전에 대한 보호성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다. A novel grounding system, which is presented in IEC 60364, has been adopted since 2021. A safety evaluation for the hu㎃n body on the grounding system is required due to the various characteristics of the touch voltage and current passing when the human body experiences an electric shock. The Korea Electrical Safety Corporation (KESCO) and Korea Electric Association (KEA) have been conducting a safety technical education on the grounding system. On the other hand, it is difficult to instruct the electrical safety manager because of a lack of safety evaluations for the test equipment on the grounding system. Therefore, this paper modeled and implemented a test device for a safety evaluation depending on the grounding system of IEC 60364. Namely, this paper presents the modeling of the test device for a safety evaluation using PSCAD/EMTDC S/W, which is composed of an AC grid section, s test device section on the grounding system, and a sub-device section. This paper implemented a test device for safety evaluation, which consisted of an AC grid section, TT grounding system section, TN-S grounding system section, and monitoring section. From the simulation and test results with the safety characteristics of the hu㎃n body in the TT and TN-S grounding system, when the fault impedances are 0[Ω], 10[Ω], and 100[Ω], the currents passing through the hu㎃n body in the TT grounding system are 104[㎃], 87.4[㎃], and 35.5[㎃], respectively. The corresponding currents in the TN-S grounding system are 54.9[㎃], 4.1[㎃], and 0.4[㎃], respectively. Based on the results, the protection performance for an electric shock to the hu㎃n body in the TN-S system is better than the TT system. This can be improved when the existing grounding system is changed from the TT system to the TN-S system.

20kV급 방사형 MVDC 배전계통의 보호협조 운용알고리즘에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),태동현(Dong-Hyun Tae),노대석(Dae-Seok Rho),김주용(Ju-Yong Kim) 대한전기학회 2020 전기학회논문지 Vol.69 No.6

Recently, MVDC(medium voltage direct current) distribution system has been interested worldwide due to introduction of renewable energy sources, an increase of DC load and customer’s demands for high quality and high reliability of the power system. Although these MVDC systems have technologies to improve and modernize the performance of the distribution system with high reliability, high flexibility and high efficiency, they have faced challenges and difficulties in the early stages of research and development. In particular, since power converter devices to supply DC sources have extremely high sensitivity, protection method of the MVDC distribution system is being required in order to protect and operate the MVDC system in a stable manner. Therefore, this paper proposes operation algorithm of protection coordination in MVDC distribution system to rapidly separate fault sections by using slope characteristics of fault currents and presents prevention method for shutdown of the main power source based on the CLR(current limit resistor). And also, this paper performs modeling of 20kV MVDC distribution system which are composed of substation, main and section converter based on the PSCAD/EMTDC S/W. From the simulation results of fault characteristics the at primary and secondary side in MVDC, it is confirmed that the main converter in primary feeder cannot be shutdown due to keeping fault currents within allowable limits of main converter, if the proper capacity of the CLR is installed at secondary side of section converter. In addition, it is found that the proposed method can separate outage sections in primary feeder and minimize them, if slope ranges of fault current are properly determined at each protection section.

태양광전원이 연계된 35kV급 MVDC 배전계통의 모델링 및 사고특성에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),한병길(Byeong-Gill Han),태동현(Dong-Hyun Tae),김지명(Ji-Myung Kim),강성현(Seong-Hyun Kang),노대석(Dae-Seok Rho) 대한전기학회 2021 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.4

소방시스템 적용을 위한 ESS 저장실의 화재메커니즘에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),태동현(Dong-Hyun Tae),강환석(Hwan-Seok Kang),최승규(Seung-Kyou Choi) 대한전기학회 2021 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.4

30kW급 CVCF 인버터 기반 Micro-grid의 구현 및 과도상태 운용특성에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),최성식(Sung-Sik Choi),페레이라 마리토(Marito Ferreira),박지현(Ji-Hyun Park),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.10

최근, 도서지역의 신재생에너지전원 및 ESS의 도입이 확대되면서, 이산화탄소 배출의 저감을 위하여, 디젤발전기 대신 CVCF 인버터가 주 전원인 Micro-grid를 안정적으로 운용하는 방안들이 연구되고 있다. 그러나, CVCF 인버터 기반의 Micro-grid에서는 전체 부하보다 신재생에너지전원의 출력이 큰 경우에 에너지 Sinking(과도상태) 현상이 발생하게 된다. 이 때, CVCF 인버터용 배터리의 SOC 상태에 따라, 배터리 전압이 급격히 상승하여, 인버터의 과전압 보호동작에 의해 CVCF 인버터가 탈락되어 Micro-grid 전체 계통에 정전을 유발할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 CVCF인버터를 기반으로 한 도서지역용 Micro-grid의 안정적인 운용을 위하여, 에너지 Sinking이 발생한 경우의 운용특성을 분석하고, CVCF 인버터가 에너지 Sinking 시에 탈락되는 것을 사전에 방지할 수 있는 Micro-grid의 과도상태 운용전략을 제안한다. 또한, CVCF 인버터, 태양광전원, 수용가부하로 구성된 30kW급 Micro-grid 시험장치를 구현하여, 실계통에서의 에너지 Sinking에 의한 CVCF 인버터 기반 Micro-grid의 과도상태 시 운용특성을 제시한다. 한편, 30kW급 시험장치와 제안한 운용전략을 바탕으로 Micro-grid의 과도상태 운용특성을 분석한 결과, CVCF 인버터용 배터리의 전압과 SOC에 따라 인버터가 탈락하는 과도상태를 사전에 방지할 수 있어, 본 논문의 유용성을 확인하였다. Recently, micro-grids based on a CVCF inverter have been replacing diesel generators to reduce CO2 emissions in island areas with the increase of renewable energy sources. Stable operation methods are also being researched. These micro-grids may cause energy sinking if the total output of renewable energy sources is larger than the total customer loads. In the case of energy sinking, the voltage of a CVCF battery could rapidly increase according to the condition of SOC, and blackout could occur in the micro-grid due to the operation of a protection device in a CVCF inverter. Therefore, this paper analyzes the operation characteristics of a CVCF-inverter-based micro-grid when energy sinking occurs and proposes a transient operation strategy to prevent shut-down of the CVCF inverter. A test device of a 30-kW CVCF-inverter-based micro-grid was implemented, and the transient operation characteristics for the energy sinking phenomenon are presented. The simulation results confirm that blackout can be properly prevented according to the conditions of SOC and voltage in a CVCF battery.

MVDC 실증 배전망의 보호기기 운용방안에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),강성현(Seong-Hyun Kang),오동훈(Dong-Hun Oh),심재용(Jae-Yong Sim),이성두(Seong-Doo Lee),노대석(Dae-Seok Rho) 대한전기학회 2022 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.10

PSCAD/EMTDC를 이용한 ±35kV급 MVDC용 컨버터스테이션의 모델링에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),강성현(Seong-Hyun Kang),노대석(Dae-Seok Rho) 대한전기학회 2021 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.7

PSCAD/EMTDC에 의한 대규모 아파트단지의 접지특성 해석에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),신명기(Myeong-Ki Shin),최성식(Sung-Sik Choi),강민관(Min-Kwan Kang),남양현(Yang-Hyun Nam),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.12

건물의 접지방식은 사고 발생 시 고장전류를 대지로 안전하게 방전시켜 인체와 기기의 안전성을 확립하기 위한 중요한 요소이다. 특히, 우리나라 아파트단지의 접지방식은 일본의 영향을 받아 TT접지방식으로 설계/시공되고 있지만, 전기안전을 확보하기 위하여 각동의 건물에서 기초 콘크리트 접지를 시설하고, 이들을 서로 연결하여 수변전실의 변압기 2차측 접지까지 연결하고 있다. 이러한 공동구로 연결된 TT접지방식은 TN접지방식에 가까우므로 1선 지락사고시 사고전류의 크기와 대지전압의 크기가 크게 증가하므로, 이를 정확하게 해석하여 사고에 대한 보호대책을 세우는 것이 중요한 과제로 대두되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 대규모 아파트단지의 접지특성을 해석하기 위하여, 도면과 현장측정에 의한 사례분석과 PSCAD/EMTDC의 모델링에 의한 접지방식 특성을 분석하여, 대규모 아파트단지의 접지방식(TN접지방식과 TT접지방식)에 대한 정확한 유형을 파악한다. 또한, 공동구 연결유무에 의한 대규모 아파트단지의 접지방식 구조에 따른 사고해석 알고리즘을 제시하고, 사고발생시 접지계통에서의 접촉전압 및 보폭전압을 고려한 접지계통설계 알고리즘을 제안하였다. 본 논문에서 제시한 모델링과 알고리즘을 바탕으로 실 계통의 아파트단지에 적용한 결과, 대규모 아파트단지의 접지특성 해석에 유용함을 확인하였다. A grounding system in a large-scale apartment complex consists of a TT grounding system when viewed in each building unit, but the characteristics of TN grounding system appears when viewed in the total ground system function. Therefore, this study examined the characteristics of a grounding system in a large-scale apartment complex using design draft, field measurements and PSCAD/EMTDC modeling. This paper proposes an algorithm for fault analysis depending on the grounding system structure in large-scale apartment complexes considering the connection of the underground culvert as well as a design algorithm for each grounding system considering the contact voltage and step voltage. The simulation results based on the proposed modeling and algorithm confirmed that it is useful for analyzing the characteristics of a grounding system in a large-scale apartment complex.

내부순환방식을 고려한 ±35kV MVDC 실증 배전망의 사고해석에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),유상민(Sang-Min Ryu),강성현(Seong-Hyun Kang),이성두(Seong-Doo Lee),박병석(Byeong-Seok Park) 대한전기학회 2022 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.7

±35kV급 MVDC 실증 배전망의 보호협조기기 운용알고리즘에 관한 연구

이후동(Hu-Dong Lee),한병길(Byeong-Gill Han),김지명(Ji-Myung Kim),김윤호(Yun-Ho Kim),노대석(Dae-Seok Rho) 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.5

최근, 기존 AC 배전선로의 선로용량을 증대시키기 위하여 MVDC 배전망에 대한 실증 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나, 전력변환 핵심 설비인 MVDC 배전 스테이션에 대한 구체적인 운용 기준이 마련되어 있지 않아, 보호기기 정정 등의 운영방안이 요구되고 있다. 특히, MVDC 배전 스테이션 연계 시 배전계통측 보호기기와의 협조를 고려하지 않고 운용하는 경우, 사고발생 시 고장 구간이 파급되어 동일선로의 타 고객에게 악영향을 줄 가능성이 있다. 따라서, 본 논문에서는 ±35kV MVDC 실증 배전망 대상으로 계통측 보호기기와의 원활한 보호협조 수행을 위하여, MVDC 배전 스테이션용 보호협조기기에 대한 사고유형 및 시나리오별 운용알고리즘을 제안한다. 또한, 배전계통 상용해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여, 배전용변전소, MVDC 스테이션 등으로 구성된 ±35kV MVDC 실증 배전망의 모델링을 수행한다. 제안한 보호협조기기 운용알고리즘과 다양한 상정사고를 바탕으로 MVDC 실증 배전망의 보호협조 운용특성을 평가한 결과, 리클로저 정정 방식을 이용하여 MVDC 배전 스테이션용 보호협조기기를 운용하면, 최소 38.7cycles 이상의 협조시간차가 확보되어 보호협조 기준치인 17 cycles을 만족하므로, 본 논문에서 제안한 보호협조 기기의 운용알고리즘이 MVDC 실증 배전망의 보호협조에 유용함을 확인하였다. Recently, demonstration projects on an MVDC distribution network have been actively carried out to increase the capacity of an existing AC distribution system. However, since there are no specific protection guidelines for an MVDC station, which is a key facility for power conversion, operation methods of protection devices are required. In particular, if an MVDC station is operated without considering the coordination of protection devices in a distribution substation, customers in the same distribution line may be adversely affected by a fault section expanding when a fault occurs. Therefore, this paper proposes an operation algorithm for protection coordination of protection devices in an MVDC station by taking into account fault types and scenarios in order to properly operate protection devices in a ±35-kV MVDC distribution system. We also modeled a ±35-kV MVDC demonstration system by using PSCAD/EMTDC S/W. It was composed of a distribution substation, MVDC station, and protection devices. The evaluation results of operation characteristics for protection devices based on the proposed algorithm and various fault scenarios confirmed that the proposed algorithm is a useful method to operate protection devices in an MVDC station because 38.7 cycles of the coordination time interval is satisfied by securing 17 cycles as technical guide.