보호계전기


보호계전기

http://ftz.kr/2021/02/12081/

http://ftz.kr/2021/02/3557/

1)목적

  • 전기설비의 보호란 전력설비의 이상상태 발생 및 파급을 방지하기 위함이다
  • 단락 지락사고가 거의 대부분이고 발생한 사고를 신속히 검출 제거함으로써 설비의 파괴와 사고의 파급을 최소한으로 줄이고 복구를 용이하게 하기위하여 각종보호계전 시스템을 적용하는 것이다.

2)기능

  • 계통의 사고에 대해여 보호대상물을 완전히 보호하고 각종 계기에 주는 손상을 최소화시킨다
  • 사고구간을 고속도로 선택 차단하여 파급을 최소화시킨다
  • 불필요한 정정시간을 방지하여 전력계통의 안정도를 향상시킨다

기본기능과 구성

1)기본기능

  • 신뢰성(정확성)
    이상 시 정확히 검출하여 제거하며 오동작을 일으키지 않는다.
  • 선택성
    선택 차단및 복구로 정전구간을 최소화하는 기능을 가져야 한다
  • 신속성
    이상 시 신속히 동작하여 사고구간을 최소화 하는 기능을 말한다

2)기본구성

  • 검출부
    고장구간의 고장전류 및 전압을 검출하는 구성부로 CT, VT(PT), ZCT, GPT(GVT)등의 변성기류 등이 있다.
  • 판정부
    검출된 고장치의 동작 여부를 결정짓는 요소로 반발스프링 억제코일, 전압, 전류법 등이 이에 해당된다.
  • 동작부
    검출과 판정을 거쳐 작동 지시치에 도달할 경우 접점을 여닫는 구동을 하는 구조로서 가동코일, 가동철심, 유도원판 등이 있다.

보호계전기의 전용과 사용기준

1)적용 시 고려사항

  • 대상설비의 위치
  • 대상설비의 종류
  • 대상설비의 계통에서 중요도
  • 대상설비의 계통적 상호 협조

2)적용의 원칙

  • 사고 범위의 국한과 공급의 확보(선택성)
  • 보호의 중첩과 협조(신뢰성)
  • 후비보호기능의 구비(후비성)
  • 재폐로에 의한 계통 및 공급의 안정화(안전성)

보호계전기의 분류

1)동작구조(원리)별 분류

  • 가동 철심형
    플런지형
    힌지형
    발란스 빔형
  • 유도형
    유도원판형, 유도원통형, 유도원환형 등이 있으며, 유도원환형은 Torque발생효율이 높아 방향계전기에 많이 사용한다
  • 가동코일형(특징)
    직류에만 응동하는 계전기이다.
    동작값과 복귀값의 차이가 적다
    동작시간 정정변경이 용이하다
    Torque 발생효율이 낮아 접점 압력변경이 작다
  • 정지형
    트랜지스터형, 전자빔형, 자기증폭형,홀효과형이 있으며 트랜지스터형이 많이 사용되고 있다
    스위칭이 고속이다
    고장전류에 의한 고조파의 영향, 서지에 대한 별도의 대책이 필요하다
    온도의 영향을 받기 쉽다.
    반한시성을 가진 계전기로는 사용 불가능하다.(조합하여 사용)
  • Digital형
    최근에는 고급 수변전설비에 적용되는 계전기로 동작속도가 빠르고 오작동이 없으나 비싼 결점이 있다

2)동작시한별 분류

  • 한시(순시=고속도)
    응동시간에 대하여 특히 고려하지 않는 경우로 정정된 최소 동작치 이상이 되면 즉시 동작한다
    일정입력(200%)에 0.2초 이내에 동작한다

  • 정한시
    입력크기와 관계없이 정해진 한시에 동작한다.

  • 반한시
    입력이 커질수록 짧은 한시에 동작하면, 계전기의 동작입력이 증가함에 따라 동작시간이 단축된다.

  • 반한시정한시
    계전기의 동작 입력이 커질수록 짧은 한시에 동작하나 입력이 어떤 범위를 넘어서면 한시에 동작한다.

  • 계단한시형
    계전기 조합형으로 입력전류가 일정한 범위마다 정한시 특성을 지니게 한다.

3)보호계전기의 종류

  • 과전류계전기(OCR)
    수전단에 가장 많이 채용하는 계전기로 CT에서 검출된 과전류에 의하여 동작하는 계전기
  • 과전압계전기(OVR)
    배전선로에서 이상전압이나 과전압 내습 시 PT에서 검출된 과전압에 의하여 동작하는 계전기
  • 부족전압계전기(UVR)
    배전선로에서 순간정전이나 단락사고 등에 의하여 전압강하 시 PT에서 이상 저전압을 검출하여 동작하는 계전기
  • 전력계전기(PR)
    무효전력, 연전력을 검출하여 동작하는 계전기
  • 접지계전기(GR)
    배전선로에서 접지고장에 대하여 보호동작을 하는 것을, 영상전압과 대지충전전류에 의하여 동작하는 계전기
  • 방향성 선택접지계전기(SGR)
    비접지 선로에서 OCR과 조합하여 지락에 의한 고장전류를 GPT와 ZCT등을 이용, 검출하여 한 방향으로만 (선로->대지)동작하도록 한 접지계전기
  • 비율차동계전기(Differental Relay)
    변압기나 조상기의 내부 고장 시 1차와 2차의 전류비 차이로 동작하는 계전기로 3000[kVA] 이상의 대용량 변압기에 채용

정지형 계전기

1)기본구성 및 원리

정지형 계전기는 반도체 소자, 저항기, 콘덴서 등을 사용한 전자회로로 구성되며

VT, CT의 2차전압, 전류를 입력으로 그것의 크기 위상차를 검출하여 판정, 동작하는 시스템이다.

2)종류

  • 정류형 계전기
    • 정지형 단입력계정기
      전압이나 전류만의 입력으로 판정하며, 과전압, 부족전압계전기가 이에 해당한다
    • 정류형 복입력계전기
      전압이나 전류의 상호 연관으로 판정, 파정회로는 단입력계전기와 동일하다.
  • 위상검출형 계전기
    둘 또는 그 이상 되는 전기량의 위상차를 검출하여 작동 판정하며, 방향계전기 및 거리계전기에 적용

3)특성

  • 소비전력이 매우 작다
  • 스위칭이 고속이다
  • 소형컴팩트화되어 래크에 설치가 가능하다
  • 진동, 충격에 강하여 내진설계에 적당하다
  • 고조파, 서지, 노이즈에 약하다
  • 온도의 영행을 많이 받는다

디지털 계전기

1)기본구성 및 원리

  • 기본구성
    • 입력변환부
      VT, CT로부터의 입력을 +-5~10[V]의 전압값으로 변환하는 설비
    • 필터 : 높은 주파수 대역의 성분을 제거하거나 중첩에러방지 역할을 한다
    • S/H : 신호갑을 일전 시간 간격으로 샘플링하고 A/D변환이 완료될때까지 데이터를 보존함
    • 다중화기 : 신호값을 입력받아 이것을 시분할시켜 다른 장치로 보내주는 설비
    • A/D변환기 : 전압, 전류의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 설비
    • 연산처리부, RAM, ROM 정전기억부
      • 연산처리부 : 마이크로프로세스 유닛으로 롬에 저장되어있는 보호계전기의 프로그램을 수행하는 설비
      • 롬 : 연산처리부에서 수행하여야 하는 보호계전 프로그램을 저장하는 설비
      • 램 : A/D변환기에 의한 전압, 전류의 데이터를 임시로 저장하는설비
      • 정정치 기억부 : 계전기 동작에 필요한 정정치를 기억하는 설비
  • 동작원리
    • 디지털 릴레이의 기본개념은 샘플링이며 CT에서 얻은 아날로그 전류를 일정 간격으로 디지털 신호로 변환함
    • 이들 디지털 변환값은 마이크로프로세스에 입력되어 연산처리를 수행함

2)종류

  • 연산형 계전기
    입력량을 주기적으로 샘플링하여 양자화된 디지털량을로 변환후 프로그램에 의해 연산처리
  • 간이구성연산기
    연산형과 동일한 동작원리이고, 회로를 간소화시킨 계전기
  • 계수화
    입력량을 디지털화하여 계수처리
  • Scanner형

3)특성

  • 소비전력이 작고 CT, PT의 부담도 줄일 수 있다
  • 소프트웨어에 따라 다양한 보호방식을 구성한다
  • 소형 컴팩트화하고, 신뢰성이 높다
  • 자기진단기능, 컴퓨터 연결기능 등이 있어 융통성이 크다
  • 고조파, 노이즈, 서지 등에 대한 대책을 강구해야 한다

보호계전기 서지보호대책

1)개요

  • 전력계통 설비에서는 이상전압에 대하여 피뢰기의 보호 레벨을 기준으로 하는 절연협조방식이 확립되어 있으나
  • 저압제어회로의 보호에는 피뢰기가 설치되어 있지 않아 불량 동작에 의한 신뢰성 저하뿐만아니라 부품 소손에 대한 적절한 대책을 세워야 한다

2)서지발생원인

  • 내부서지
    • 보호계전기의 개폐
      보호계전기의 개폐에 의한 서지로 이상동작발생 및 부품소손가능성이 있다
    • D-D컨버터의 스위칭 잡음 등
  • 외부서지
    • 뇌 서지
      외부 낙뢰에 의한 서지 침입에 의한 이상동작 발생
    • 사고전류 서지
      사고전류(단락, 지락 등)에 의한 이상동작 발생
    • 개폐 서지 등

3)서지의 침입경로

  • 접지망의 전위상승에 의한 서지의 침입
    낙뢰 및 피뢰기의 방전전류가 접지계통에 침입하면 접지망의 국부적인 전위상승으로 서지가 침입한다
  • PT, CT를 통한 2차 회로에 침입
    PT, CT1차 측에 뇌 및 사고전류에 의하여 계통의 서지가 PT, CT등의 전자이행으로 2차 회로에 서지가 침입한다
  • 코일단자회로에서 다른 회로에 침입
    CB, DS의 조작코일, 계전기코일 등 코일단자에 생긴 서지가 계전기에 침입한다
  • 전자유도에 의한 저압케이블에 침입
    DS, 개폐기 등의 재점호에 의한 진동전류가 흘러서 전자유도작용으로 저압케이블에 서지가 침입한다
  • 제어전원에서의 침입
    D-D컨버터의 스위칭 잡음, 전원선의 R-L부하변동에 의한 전압강하등이 제어전원 회로에 서지가 침입한다

4)대책

  • PT, CT의 정전차폐
    다음 그림과 같이 PT, CT 1차와 2차 권선 간에 정전차폐판을 설치하여 대지로 접지하여 이상서지를 방지한다
  • 라인필터
    라인필터는 제어전원회로의 극 간 및 접지 간에 침입하는서지를 제거하기 위하여 제어전원선을 끊고 그 자리에 접속한다
  • 리미터
    CT, PT 입력회로의 극 간에 침입하는 과대한 서지에서 접지회로를 보호하기 위하여 사용한다
  • 스파크 킬러
    보호계전기 코일에 인가한 전압을 개방할 때 계전기코일에 축전된 에너지가 방출하면서 높은 서지가 발생하는 것을 방지하기 위하여 코일과 병렬로 스파크 킬러를 접속하여 보호대책을 달성한다
  • 배선의 분리
    전선 A나 전선 B의 거리는 크게하거나 전선 B를 대지에 가깝게 하여 CA를 적게 하고 CB를 크게하여 노이즈 이행을 저감시킨다
  • 접지회로의 강화
    접지모선의 길이 및 전선을 굵게 하여 임피던스를 낮게 한다

아날로그 및 디지털 계전기 특성 비교

정정

1)정의

  • 보호계전기가 보호할 구간에서 어떠한 이상 상태가 발생하였을 때 이에 적절히 동작하도록 조정장치(Tap, Lewer 등)에 의하여 동작 기준치를 정하는 것을 말한다
  • 조정장치로 정정된 동작기준치를 정정치라고 한다

2)정정의 원칙

  • 보호계전기 Setting은 사고발생시에 사고의 근원을 신속히 제거하여 건전부분의 불피요한 차단을 피하기 위하여 고장 시 동작하는 계전기들 상호 간의 협조를 도모하여야 한다
  • 변성기나 차단기의 특성 또한 본래 동작해야 할 주보호계전기 혹은 차단기가 오동작 할 경우의 후비보호를 포함하여 검토해야 한다
  • 사고지점별 단락 지락전류를 정확히 예측계산하여 Setting하여야 한다

3)보호계전기별 정정치

(22.9[kV-Y]에서 유도형 계전기 동작시한 정정방법)

4)보호설비별 보호계전기 정정

  • 수전회로 변압기 보호
  • 수전변압기 2차 회로 정정
  • 콘덴서 보호계전기 정정

제어및 보호방식결정

단락전류 기본이론
IEC단락전류 계산방법
단락전류를 구하는 FLOW
수변전설비의 단락용량 경감대책
계통연계기
초전도 한류기
A점과 B점의 단락전류 계산
3상단락전류 및 단락용량을 구하시오
단락전류를 계산하시오
고장점의 단락용량을 계산하시오
3상단락전류 및 단락용량
A029
2선 단락고장과 3상 단락사고의 비 계산
1선 지락전류 유도
수변전 회로의 보호방식
변압기의 보호방식
DCR(DIFFERENTCURRENTRELAY)의 오동작 방지대책
비율차동계전기 비율탭 정정
보호계전기
복합계전기
저압회로의 보호방식
저압차단기의 보호협조
저압회로의 단락보호
저압회로의 지락보호방식
GPT 적용 시 CLR의 목적


답글 남기기

이메일 주소는 공개되지 않습니다.