저압회로 지락보호방식

1. 고압 지락사고가 저압설비에 미치는 영향

• 과전압 유도: 지락 전류에 의해 저압측에 과전압이 유도되어 절연 파괴를 일으킬 수 있습니다.
• 주파수 변동: 지락 전류로 인해 시스템 주파수가 변동되어 저압설비의 동작에 영향을 줄 수 있습니다.
• 고조파 발생: 지락 사고 시 고조파가 발생하여 저압 설비의 수명을 단축시키고 오동작을 유발할 수 있습니다.
• 전자기 간섭: 강한 전자기장이 발생하여 통신 시스템 등에 영향을 미칠 수 있습니다.

2. 저압설비 보호 방법

보호접지,과전류차단,누전검출,누전경보,절연변압기

2.1. 변압기 보호

• 차동계전기: 변압기 1차와 2차 사이의 전류 불균형을 감지하여 고장 발생 시 차단기를 트립시킵니다.
• 부저계전기: 지락 전류를 감지하여 경보를 발생시키고, 필요에 따라 차단기를 트립시킵니다.
• 가스 차단: 변압기 내부에서 발생하는 가스를 감지하여 고장을 진단하고 차단기를 트립시킵니다.

2.2. 저압측 보호

• 과전압 보호기: 저압측에 과전압이 발생하면 자동으로 차단하여 설비를 보호합니다.
• 배선용 차단기: 과전류, 지락 등의 고장 발생 시 차단하여 회로를 보호합니다.
• 누전 차단기: 누전이 발생하면 사람의 감전을 방지하고 화재를 예방합니다.

2.3. 접지 시스템

• TN 시스템: 중성점을 직접 접지하여 지락 전류를 제한하고 접촉 전압을 낮춥니다.
• TT 시스템: 중성점을 접지하고, 설비 외함도 별도로 접지하여 안전성을 확보합니다.
• IT 시스템: 중성점을 절연하여 지락 발생 시 전압 상승을 억제합니다.

2.4. 기타 보호 방법

• 변압기 2차측 접지: 변압기 2차측을 접지하여 지락 전류를 제한하고 접촉 전압을 낮춥니다.
• 등전위 접지: 각종 금속제 기기 및 구조물을 서로 연결하여 접지하여 접촉 전압을 균등하게 분산시킵니다.
• 절연 변압기: 저압측과 고압측을 절연하여 전기적 분리를 하고, 접촉 전압을 낮춥니다.

3️⃣저압회로 지락보호방식

1)보호접지방식

• 전로에 지락 발생 시 접촉전압을 허용치 이하로 억제하기 위한 방식
• 방법은 기계기구의 외함에 접지, 배선용 금속관, 금속덕트 등 저저항으로 접지

2)과전류 차단방식

• 접지 전용선을 설치하여 지락 발생 시 MCCB로 전로를 자동 차단
• 전로의 손상 방지가 주목적

3)누전검출방식

• 전로에 지락이 발생했을 때 발생하는 영상전압 또는 전류를 검출하여 차단하는 방식
• 전류 동작형, 전압 동작형, 전압 및 전류 동작형으로 나누어짐

4)누전경보방식

• 화재경보에 많이 사용
• 전류 동작형, 전압 동작형(보호접지가 필요)

5)절연변압기 방식

• 보호대상 전로를 비접지식 또는 단독의 중성점 접지식 전로로 하여 접촉전압을 억세하는 방식
• 수중 조명용, 병원의 수술실 접지 등

1. 저압 비접지계통의 지락보호계통 구성

저압 비접지계통의 지락보호계통은 크게 다음과 같은 요소들로 구성됩니다.

• 영상 변류기 (ZCT, Zero Sequence Current Transformer): 지락 전류를 검출하여 계전기로 보냅니다.
• 영상 변압기 (ZVT, Zero Sequence Voltage Transformer): 지락 전압을 검출하여 계전기로 보냅니다.
• 지락 계전기: 영상 변류기와 영상 변압기에서 받은 신호를 분석하여 지락 유무를 판단하고 차단기를 동작시키는 신호를 보냅니다.
• 차단기: 지락 계전기의 신호에 따라 고장 회로를 차단합니다.
• 보조 계전기: 지락 발생 시 경보, 기록 등의 기능을 수행합니다.

2. 주요 기기 정격

• 영상 변류기 (ZCT):
  • 1차 정격: 보호 대상 회로의 정격 전류
  • 2차 정격: 지락 계전기의 입력 전류에 맞춰 선정
• 영상 변압기 (ZVT):
  • 1차 정격: 시스템의 선간 전압
  • 2차 정격: 지락 계전기의 입력 전압에 맞춰 선정
• 지락 계전기:
  • 동작 전압, 전류: 시스템의 특성 및 보호 요구 조건에 따라 설정
  • 시간 설정: 지락 종류, 고장 크기 등에 따라 설정
• 차단기:
  • 차단 용량: 시스템의 단락 전류를 차단할 수 있는 용량
  • 차단 시간: 지락 계전기의 동작 시간에 맞춰 설정

3. 지락보호 방식

• 지락과전압 계전기 (OVGR): 지락 발생 시 시스템 전압이 상승하는 것을 감지하여 동작합니다.
• 방향성 지락계전기 (SGR): 지락 전류의 방향을 감지하여 지락이 발생한 회선을 선택적으로 차단합니다.
• 지락 임피던스 계전기 (IGR): 지락점까지의 임피던스를 측정하여 지락 지점을 특정하고, 설정된 임피던스 값을 초과하면 동작합니다.
• 차동계전기: 변압기 1차와 2차 사이의 전류 불균형을 감지하여 고장 발생 시 차단기를 트립시킵니다.

비접지 저압회로는 중성점이 접지되지 않은 시스템으로, 지락 사고 시 지락 전류가 작아 일반적인 접지계통과는 다른 보호 방식이 필요합니다. 지락 전류가 작기 때문에 과전류 계전기로는 감지하기 어렵고, 지락 시 시스템 전압이 상승할 수 있다는 점이 특징입니다.

왜 비접지 방식을 사용하는가?

• 지락 시 시스템 운전 지속: 지락 사고 발생 시에도 시스템을 계속 운전할 수 있는 경우가 있습니다.
• 선택적 차단: 고장이 발생한 부분만을 차단하여 정전 범위를 줄일 수 있습니다.

비접지 저압회로의 지락보호 방식

1. 지락과전압 계전기 (OVGR, Over Voltage Ground Relay)

• 원리: 지락 사고 발생 시 시스템 전압이 상승하는 것을 감지하여 동작합니다.
• 장점: 간단하고 저렴합니다.
• 단점: 지락 지점을 특정하기 어렵고, 오동작 가능성이 있습니다.

2. 방향성 지락계전기 (SGR, Directional Ground Relay)

• 원리: 영상 변류기와 영상 변압기를 이용하여 지락 전류의 방향을 감지하고, 지락이 발생한 회선을 선택적으로 차단합니다.
• 장점: 지락 지점을 정확하게 특정할 수 있고, 고감도입니다.
• 단점: 구조가 복잡하고 비용이 높습니다.

3. 지락 임피던스 계전기 (IGR, Impedance Ground Relay)

• 원리: 지락점까지의 임피던스를 측정하여 지락 지점을 특정하고, 설정된 임피던스 값을 초과하면 동작합니다.
• 장점: 고정밀도입니다.
• 단점: 구조가 복잡하고 비용이 높습니다.

4. 차동계전기

• 원리: 변압기 1차와 2차 사이의 전류 불균형을 감지하여 고장 발생 시 차단기를 트립시킵니다.
• 장점: 고선택성입니다.
• 단점: 변압기 내부 고장에 주로 사용됩니다.

비접지 저압회로 지락보호 시스템 구성

• 영상 변류기 (ZCT): 지락 전류를 검출합니다.
• 영상 변압기 (ZVT): 영상 전압을 검출합니다.
• 지락 계전기: 지락을 검출하고 차단 신호를 발생시킵니다.
• 차단기: 지락 계전기의 신호에 따라 고장 회로를 차단합니다.
• 보조 계전기: 지락 발생 시 경보, 기록 등의 기능을 수행합니다.

고려 사항

• 시스템의 크기와 복잡성: 시스템의 규모에 따라 적절한 보호 방식을 선택해야 합니다.
• 고장 종류: 단상 지락, 2상 지락 등 다양한 고장 종류에 대한 대응이 필요합니다.
• 경제성: 초기 투자 비용과 유지보수 비용을 고려해야 합니다.
• 신뢰성: 오동작 없이 정확하게 동작해야 합니다.

3️⃣저압회로 지락보호방식

1)보호접지방식

• 전로에 지락 발생 시 접촉전압을 허용치 이하로 억제하기 위한 방식
• 방법은 기계기구의 외함에 접지, 배선용 금속관, 금속덕트 등 저저항으로 접지

2)과전류 차단방식

• 접지 전용선을 설치하여 지락 발생 시 MCCB로 전로를 자동 차단
• 전로의 손상 방지가 주목적

3)누전검출방식

• 전로에 지락이 발생했을 때 발생하는 영상전압 또는 전류를 검출하여 차단하는 방식
• 전류 동작형, 전압 동작형, 전압 및 전류 동작형으로 나누어짐

4)누전경보방식

• 화재경보에 많이 사용
• 전류 동작형, 전압 동작형(보호접지가 필요)

5)절연변압기 방식

• 보호대상 전로를 비접지식 또는 단독의 중성점 접지식 전로로 하여 접촉전압을 억세하는 방식
• 수중 조명용, 병원의 수술실 접지 등

비접지 3상 전원계통에서의 접지콘덴서 역할

비접지 3상 전원계통에서 지락 사고가 발생하면, 지락 전류가 매우 작아 일반적인 과전류 계전기로 검출하기 어렵습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 접지콘덴서를 사용합니다. 접지콘덴서는 지락 사고 발생 시 충전 전류를 공급하여 영상 전압을 발생시키고, 이를 통해 지락을 감지하는 역할을 합니다.

등가회로도

지락지점의 저항과 충전전류가 영상전압에 미치는 영향

• 지락 저항(Rg)의 영향:
  • 지락 저항이 클수록 지락 전류는 작아지고, 영상 전압은 낮아집니다. 따라서 지락 감도가 떨어지게 됩니다.
  • 반대로 지락 저항이 작을수록 지락 전류는 커지고, 영상 전압은 높아져 지락을 쉽게 감지할 수 있습니다.
• 충전 전류의 영향:
  • 접지콘덴서에 충전된 전류는 지락 발생 시 영상 전압을 발생시키는 주요 요인입니다.
  • 충전 전류가 클수록 영상 전압이 높아져 지락 감도가 향상됩니다.
  • 하지만 과도한 충전 전류는 시스템에 과부담을 줄 수 있으므로 적절한 용량의 접지콘덴서를 선정해야 합니다.

영상 전압의 활용

발생된 영상 전압은 지락 계전기에 입력되어 지락 유무를 판단하고, 지락이 발생한 경우 차단기를 동작시켜 고장 회로를 차단합니다. 일반적으로 사용되는 지락 계전기로는 다음과 같은 종류가 있습니다.

• 지락 과전압 계전기 (OVGR): 영상 전압이 설정값을 초과하면 동작합니다.
• 방향성 지락 계전기 (SGR): 영상 전류와 영상 전압의 위상차를 이용하여 지락 방향을 판단하고 동작합니다.
• 임피던스 지락 계전기 (IGR): 지락점까지의 임피던스를 측정하여 지락 지점을 특정하고 동작합니다.

• GPT와 OVGR이용 지락차단
  • 검출방식 : 차단기 1차 측에 GPT를 설치하고 차단기 2차측에 지락이 발생할 경우 지락전류는 GPT로 유입된다. 이 지락전류는 GPT3차측에 영상전압을 형성하게 되고 이 영상전압이 OVGR동작차단기를 차단하게 된다
  • 적용설비 : 부하가 단독부하에 적용이 용이하다
  • 특기사항 : 부하에 다수부하가 있는 경우 어느 한 곳에서 지락이 발생할 경우 건선상의 부하가 정전이 된다