1. 개요
- 정의: 차단기 지점에서 약 수 [km] 이내의 가까운 거리에서 지락 또는 단락 사고가 발생하는 현상을 말함.
- 특징: 고장점까지의 선로 임피던스가 작아 고장 전류는 크지만, 선로의 진행파에 의해 매우 가파른 **상승률을 가진 재기전압(TRV)**이 발생하여 차단기에 가혹한 조건이 됨.
2. 고장 발생 후의 전위 분포 (그림 2 분석)
고장 발생 단계별로 전위 분포가 다음과 같이 변화함.
- 고장 전 (①): 선로 전체에 평형 전위 유지.
- 고장 후 (②): 고장점 F의 전위는 0이 되고, 전원측 S에서 고장점 F까지 직선적인 전압 강하 발생.
- 차단 직후 (③): 차단기 접점이 열리는 순간(A-B 사이), 전원측 전압과 선로측 전압의 차이에 의해 재기전압이 형성됨.
3. 과도 재기전압(TRV)의 특성 (그림 3 분석)
차단기 양단에 나타나는 재기전압($V_r$)은 전원측 전압($V_s$)과 선로측 진행파($V_f$)의 차로 나타남.
- 재기전압 공식:$$V_r = V_s – V_f$$
- 선로측 진행파($V_f$): 차단 직후 선로에 갇힌 에너지가 고장점과 차단기 사이를 왕복하며 삼각형 모양의 고주파 진동파를 형성함.
- 진동 주파수($\omega$):$$\omega = \frac{1}{\sqrt{L_e C_e}}$$
- 근거리 고장이므로 선로의 인덕턴스($L_e$)가 매우 작음.
- 따라서 주파수($\omega$)가 매우 높아져 전압 상승률($dv/dt$)이 극도로 가파르게 나타남.
4. 차단기에 미치는 영향 및 대책
- 영향:
- RRRV(재기전압 상승률) 증가: 전압이 너무 빠르게 상승하여 소호실 내 절연 회복 속도보다 빨라질 경우 재점화(Re-striking) 발생 및 차단 실패.
- 열적 재발호: 전류 영점 부근에서 가해지는 가파른 전압 상승으로 인해 소호 가스가 열적으로 파괴될 수 있음.
- 대책:
- SF6 가스 차단기(GCB) 사용: 소호 능력이 뛰어난 가스 차단기 채택.
- 콘덴서 설치: 차단기 단자에 병렬 콘덴서를 설치하여 재기전압의 상승률($dv/dt$)을 완화.
5. 결론
근거리 선로 고장은 고장 전류의 크기보다 가파른 재기전압 상승률($\omega$) 차단 성공 여부를 결정짓는 핵심 요소임. 따라서 전력계통 영향평가 시 차단기 용량뿐만 아니라 RRRV에 대한 기술적 검토가 반드시 병행되어야 함.