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보호계전기

거리 계전기

거리 계전기

[발95-4]
거리계전기의 원리와 종류를 설명하시오.

[발80-2]
송전선보호를 위한 거리계전방식의 종류와 장.단점, 그리고 적용상의 문제점과 고려사항 등을 기술하시오.

[발78-4]
다단자 송전선로에 적용되는 거리계전기의 아래 항목에 대하여 기술하라.
가) 개요, 동작원리 및 특성
나) 종류별 주 적용목적
다) 적용시 문제점

[발78-1]
보호계전기의 언더리치(Underreach)와 오버리치(Overreach)에 대하여 설명하시오.

1. 거리계전기

사고시에 계전기에 걸리는 전압과 전류의 비를 측정하여 계전기 설치점에서 고장점까지의 임피던스를 계산하여 전기적인 거리에 따라 동작하는 계전방식이다. 거리계전기는 송전선로의 보호에 주로 사용되고, 발전기, 변압기의 후비보호로 사용된다.

거리계전기

2. 거리계전기의 동작원리

거리계전기의 동작원리

거리계전기는 전압억제형 과전류 계전기의 한 종류로 전압은 억제력, 전류는 동작력으로 작용한다. 정상운전 중에는 정상전압에 의한 큰 억제력과 부하전류에 동작력이 작용하므로 억제력이 커서 부동작하지만, 고장 발생시에는 전압이 저하하면서 억제력이 감소되고 전류는 증가되어 동작력이 증가한다. 이것은 전압과 전류의 비의 변화를 의미하고 이것이 바로 임피던스이다.

\[Z \lt Z_e=\frac{V}{I}\]

1) 거리계전기의 동작은 정정 임피던스(Zs)보다 작은 경우에 동작한다.

2) 거리계전기는 R-X도상에 동작영역과 부동작 영역을 도식하고, 그 정정된 영역에 들어오면 동작하도록 설정한다.

거리계전기의 특성곡선은 위 그림의 왼쪽 특성을 R-X도에 표현한 것이다. 전압과 전류의 비는 원의 반지름을 크기로 갖는 임피던스 벡터가 된다.

거리계전기

① 전압과 전류가 동상이면 임피던스 벡터는 +R축 상에 존재
② 전압과 전류가 180° 위상차면 임피던스 벡터는 -R축 상에 존재
③ 전류가 전압보다 뒤진 위상이면 1사분면에 존재
④ 전류가 전압보다 앞선 위상이면 4사분면에 존재

3. 거리계전기의 종류

거리계전기의 종류

[임피던스형] [Mho형] [Off-set Mho형]

1) 임피던스형 거리계전기

① 임피던스의 크기에 의해서만 동작하고,
② 방향이 없다는 단점이 있으며,
③ 정정원이 가장 커서 전력계통의 동요에 쉽게 응동하는 단점이 있다.

2) Mho형 거리계전기

① 방향성을 가진 거리계전기로,
② 정정원이 가장 작아서 전력계통에 동요에 강하지만,
③ 정정원이 원점을 지나므로 계전기 설치점 3상 단락고장시에 오동작 가능성이 있으며,
④ 아크저항이 큰 경우에도 오동작하는 단점이 있다.

3) Off-set Mho형 거리계전기

Mho형의 계전기 설치 점에서 고장시에 오동작 할 우려가 있어, 원점을 포함한 오프셋을 주어 정정한 거리계전기이다. 여전히 아크저항이 큰 경우에 오동작하는 단점을 가진다.

4) 리액턴스형 거리계전기

리액턴스형 거리계전기

[리액턴스형] [저항형]

① 리액턴스 특성이 고장점 저항의 영향을 받지 않으므로 단거리 송전선로 보호에 적합
② 상시 부하전류에도 동작할 수 있다는 단점을 가지며,
③ 계통 동요가 있을 때 응동하기 쉬우므로 오동작을 막기 위해서 Mho형과 조합해서 사용한다.

5) 저항형 거리계전기

① 송전선로의 저항 성분을 검출하여 동작
② 사변형계전기의 구성요소, 동기 탈조 검출계전기 등의 용도에 사용

6) 사변형 거리계전기

사변형 거리계전기

① 리액터스형과 저항형 거리계전기를 조합한 형태로 Mho형 계전기의 단점을 보완하고 리액터스 계전기의 장점을 사용
② 최신 디지털 계전기의 대부분이 사변형 특성을 구현하고 있음.

4. 거리계전기 적용시 고려사항

1) 아크 저항의 영향

3단계 한시 거리계전방식 적용에서 동작한계 부근에서 아크 저항의 영향으로 Zone-1 고장이 Zone-2 범위로 넘어가기도 한다.

2) 분류효과(언더리치: Under reach)

다단자 전원 계통에서는 분류효과 때문에 임피던스가 증가하여 거리계전기가 정정 범위 내에 도달하지 못하여, 자기보호 구간임에도 불구하고 동작하지 않는 것을 말한다.

3) 오버리치(Over reach)

위와 같은 계통에서 오버리치하게 되면 정전범위가 매우 확대되는 문제가 있다.

① 고장 발생 초기의 직류분에 의해서 오버리치
② 분류효과를 감안하여 고려하여 정정하여 운전 중에 일부 전원의 제거
③ 다중 사고시, 타상 사고시

4) 계전기 설치점 가까운 지점 고장시 부동작

계전기 설치점과 아주 가까운 거리에서 단락고장시에 전압이 0으로 되면, 특히 Mho형 계전기는 부동작 할 가능성이 있다.

5) 전압 상실시 오동작

전압회로의 전압이 상실되면(예: 변성기 회로 등의 단선 등) 오동작 함

※ 거리계전기의 언더리치(Under reach) 및 오버리치(Over reach)

거리계전기의 언더리치(Under reach)는 다단자 전원 계통에서는 분류효과 때문에 겉보기 임피던스가 증가하여 거리계전기가 정정 범위내에 도달하지 못하여, 자기 보호 구간임에도 불구하고 동작하지 않는 것을 말한다.

거리계전기의 언더리치(Under reach) 및 오버리치(Over reach)

위 계통에서 C단자 근처에서 단락고장이 발생한 경우에 A단자에서 보는 겉보기 임피던스(Apparent Impedance)는 IB•X2/IA만큼 커지므로 A단 거리계전기의 정정 임피던스(Zs)를 X1+X2로 하게 되면 IB•X2/IA만큼 증가하여 외부사고로 판단하는 Under reach가 발생한다.

\[Z=\frac{V}{I_A}=\frac{I_A\cdot X_1+(I_A+I_B)\cdot X_2}{I_A}\]\[=(X_1+X_2)+\frac{I_B\cdot X_2}{I_A}\]

여기서, 언더리치를 방지할 목적으로 A단 계전기의 정정 임피던스에 IB•X2/IA를 감안하여 정정하게 되는 경우에 B단자 전원이 분리되는 경우는 A단자에서 보는 임피던스는 커지지 않으므로 Over reach하여 외부 고장시에도 동작하게 된다.

Over reach가 발생되면 아래의 그림과 같이 정전범위가 확대된다.

거리계전기의 언더리치(Under reach) 및 오버리치(Over reach)

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