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보호계전기

보호계전기의 개요

보호계전기의 개요

[발98-1]
과전류 보호계전기의 종류에 대하여 동작전류와 동작시간과의 관계를 각 각 그림으로 분류하여 설명하시오.

[발89-1]

과전류계전기 한시특성의 종류를 열거하고 각각에 대하여 설명하시오.

[건89-1]
과전류 계전기의 정한시와 반한시 특성에 대해 설명하시오.

보호계전 시스템의 구성

1. 보호계전기의 역할

1) 전력계통에 생기는 사고의 신속한 제거
2) 사고파급의 방지
3) 신속한 복구

2. 보호계전기의 선정원칙 또는 구비조건

1) 보호계전기의 3S

(1) 신속성(Speed)

고장이 발생하면 설비의 손상을 적게하고 계통의 안정을 저해하지 않도록 그 영향을 최소화하기 위해 고장구간을 신속하게 차단해야 한다.

(2) 민감성(Sensitivity) 감도가 좋은 계전기는 신속한 고장검출이 가능하다.

(3) 선택성(Selectivity)

고장 구간만 신속하게 선택 차단하여 다른 건전 구간의 운전을 유지할 수 있도록 한다.

2) 신뢰도(Reliability)

인접구간과 협조시 무 보호구간(보호맹점)이 없도록 하고, 보호구간 내의 사고에 대해서는 오동작하지 않도록 신뢰성을 갖추어야 한다.

(1) 보안성(Security): 직렬 연결(AND 조건)

보호계전기의 오동작을 방지하기 위하여 필요시 순시 과전류, 순시 저전압, 영상전류, 영상전압, 전류 변화율, 전압 변화율 등 요소를 주동작 보호계전요소에 직렬로 연결하여 보안성을 확보한다.

예) UVR 오동작 방지요소로 적용

(2) 중복성(Duplicity, Dependability): 병렬 연결(OR 조건)

보호계전기의 부동작을 방지하기 위하여 필요시 보호계전기를 중복으로 설치하여 한 대의 보호계전기가 동작하지 않더라도 해당 설비 고장 발생시 고장구간을 차단할 수 있도록 중복 설치한다.

예) 345kV T/L의 1st Main, 2nd Main 사용

3) 후비보호(Backup)

주 보호기능과 후비 보호기능을 구비하고 고장구간의 계전기, 차단기 등의 불량으로 부동작 할 때, 타 보호장치 또는 다른 변전소의 계전기로 제거를 할 수 있어야 한다.

→ 주보호 (Primary Protection)

보호범위내의 고장을 가장 먼저 검출하여 선택 차단할 수 있도록 동작하는
보호계전기를 말한다.

→ 후비보호 (Backup Protection)
주보호가 실패할 경우 확대파급 방지를 위해 동작하는 보호계전기이다.

(1) 현장백업(Local Backup) 방식: 부동작한 차단기가 있는 동일 변전소에 설치된 인근 차단기가 Backup하는 방식

예) 모선보호계전기 차단실패 경우

(2) 원단백업(Remote Backup) 방식: 부동작한 차단기와 다른 원단 변전소의 차단기가 Backup하는 방식

예) 송전선로 보호 방식에서 거리계전기의 Zone2, Zone3가 수행

4) 기타 구비 조건

(1) 중첩성

인근 보호장치와 중첩 사용함으로서 무보호 구간이 발생하지 않도록 한다.

보호장치와 중첩 사용

(2) 협조성(전, 후위 계전기)

개개의 보호장치는 시간상으로나 거리상의 서로 협조되어야 하며 협조가 되지 않으면 보호계전기의 오동작이나 부동작의 원인이 된다.

5) 경제성(Economical)

최소비용으로 최대효과를 거둘 수 있도록 선정하여야 한다.

※ 2 out of 3 (2/3) 보호방식

→ 정확성과 안전성을 모두 향상시키는 방안

→ 154kV 고객선로 보호배전반에 적용

154kV 고객선로 보호배전반에 적용

→ 장점: 1대의 계전기 불량시 오동작과 부동작 방지

→ 단점: 계전기 비용증가

3. 보호계전기의 동작특성

1) 정한시

정정된 값 이상의 전류가 흐를 때 크기와 무관하게 일정시간 지연 후 동작

2) 반한시

정정된 값 이상의 전류가 흘러서 그 크기와 와 동작시간 반비례하여 동작하는 특성곡선의 기울기에 따라 Standard Inverse, Very Inverse, Extremely Inverse, Long time Inverse가 있음.

3) 정한시성 반한시

정한시와 반한시 특성의 조합된 특성

4) 순한시(순시)

정정된 최소동작전류 이상의 전류가 흐르면 지연 없이 동작

순시는 일반적으로 30ms 이하로 동작

보호계전기의 동작특성

※ 반한시 특성의 분류(IEC-60255)

Is : 정전전류, m : Time Lever(TL)값

반한시(SI:Standard Inverse)

\[t=\frac{0.14}{(\frac{I}{I_s})^{0.02}-1}m\]

강반한시(VI : Very Inverse)

\[t=\frac{13.5}{(\frac{I}{I_s})-1}m\]

초반한시(EI : Extremelt Inverse)

\[t=\frac{80}{(\frac{I}{I_s})^{2}-1}m\]
보호계전기의 동작특성

4. 변류기의 결선

1) 극성 표시

순시적인 전류의 기준방향을 표시하며, 1차측은 전류가 유입하는 단자에, 2차측은 전류가 유출하는 단자에 표시한다.

변류기의 결선

2) Y결선/ V결선

Y결선/ V결선

(1) Y결선: 실제 계통의 보호에 가장 많이 사용하는 결선이다.

(2) V결선: 중성점 비접지 보호에서 경제성을 고려하여 2개의 CT를 사용하여 단락고장을 검출하는데 쓰인다. 대게 B상에 CT를 설치하지 않는다.

3) △ 결선

1) 변압기보호의 비율차동계전기

△ 결선

△결선은 전류의 위상을 ±30° 변경을 하는 경우에 사용되며, 변압기의 비율차동계전기에서 사용된다.

2) 3차권선부 CT의 영상분로 접속

변류기에 3차 권선을 만들고 이것을 영상분로 접속으로 해서 필요한 영상전류를 얻는 방법으로 계통 지락전류가 수백 A이하인 고저항 접지계통에서 많이 사용된다.

→ 2차권선: Y결선으로 접속하고 각상에 과전류계전기를 설치하고 잔류회로는 구성하지 않는다.

→ 3차권선: △결선으로 접속하고 지락계전기를 접속한다. 변류비는 1차정격전류와 관계없이 100/5A로 하는 것이 일반적이다.

3차권선
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