변압기 보호*

변압기(특성Q)

변압기 냉각방식
변압기 이상현상 및 대책
변압기 여자 돌입전류
변압기 이행전압의 종류와 대책
임피던스 전압이 변압기특성에 영향을 주는요소
주파수 변화가 변압기에 미치는 영향
변압기 보호방식(B)
변압기 고장 진단방법과 절연 진단방법
유입 변압기 온라인 진단
변압기 경제적 운용방식
변압기 손실과 효율
변압기 최대 효율조건

제어및 보호방식결정(수변전회로보호방식)

수전회로 보호방식
저압회로 보호방식
저압회로 단락보호
저압차단기 보호협조
저압회로 지락보호방식

보호계전기
변압기 보호방식
DCR오동작 방지대책
비율차동계전기 비율탭 정정
복합계전기
GPT적용시 CLR의 목적

목차(변압기의 보호방식)

변압기의 보호방식

1️⃣변압기 보호장치

1)고장 정도에 따른 분류

• 변압기 사고 발생시
  • 변압기 자체 사고를 최소한으로 억제
  • 사고가 타 부분으로 파급되는 것을 방지
• 변압기 이상시 이상검출 5000[kVA]이상 :
  • 비율차동 계전기 설치

2)특고변압기 의무보호장치

• 뱅크용량 5,000[kVA]이상 :
  • 변압기를 전로로부터 자동차단하는 장치
• 1,000[kVA] 미만 : 경보장치
• 송유풍랭식, 송유자랭식, 유압펌프 및 송풍기 정지 시 경보장치 설치

1️⃣변압기의 외부 보호방식

1)파워퓨즈(PF)🌐

• 전로나 변압기 등을 단락전류로부터 보호하기 위하여 사용

2)피뢰기(LA)🌐

• 뇌 또는 개폐 등으로 인하여 변압기를 과전압으로부터 보호하기 위하여 사용

3)보호계전기🌐

• 과부하 및 지락의 이상 시 변압기를 보호하기 위하여 사용
• VCB개폐 시 개폐 서지에 대하여 변압기를 보호하기 위하여 사용

4)서지흡수기(SA)🌐

• VCB 개폐 시 개폐 서지에 대하여 변압기를 보호하기 위하여 사용

2️⃣변압기의 전기적보호방식

1)차동계전기

2)비율차동 계전방식🌐

• 차동보호
  • 변압기 1차 측과 2차 측에 변류기를 차동 접속하고 그 차동 회로에 과전류계전기를 삽입
  • 부하전류나 외부 계통사고에 대해 오동작할 수 있다
• 비율차동보호
  • 차동보호방식을 개선한것으로 동작코일에 흐르는 전류에 의해 발생하는 동작력이 억제코일을 통과하는 전류에 의한 억제력의 몇[%] 정도인가에 따라CB가 동작함
  • 동작비율은 변압기 보호용으로 25~50[%]이상으로함
  • 통과하는 전류에 대한 차동전류의 비율

• 변압기의 과전류 보호 중 대용량 변압기 단락보호는 비율차동계전기로 동작하지만 5,000[kVA]이하의 소형변압기 단락보호에는 순시요소부 과전류계전기가 적용
  • 한시요소탭
    • 변압기 정격전류의 150[%]이상을 목표로 하나 인접보호구간과 협조상 최대량의 것으로 한다
  • 순시요소탭
    • 변압기 2차측 단락전류의 1차측에서 값의 1.5배 또는 정격 1차전류의 10배중 큰 값으로 한다

• 비율차동계전방식의 문제점(여자돌입전류와 대책)
  • 원인
    • 정상 시에 여자전류는 모두 작아 계전기의 오동작은 없으나 무부하, 무여자 상태인 변압기에 전압을 인가했을 때는 변압기 철심의 자속이 순간적으로 변화하여 큰 여자 전류가 흘러 그값에 따라 계전기가 오동작할 수 있다.
  • 오동작 방지대책
  • 감도저하방식
    • 돌입전류가 감쇄를 수 초간 계전기의 동작감도를 낮추어 오동작을 방지
    • 간단하고 경제적이며 30[MVA] 이하의 변합기에 채용
  • 고조파억제방식
    • 차동회로에 설치한 고조파 통과필터와 직렬로 접속한 고조파 억제코드에 의한 억제력이 가해지고 동작코일에는 기본파 통과필터를 통해서 차동회로가 기본파전류가 흘러서 동작한다
  • 비대칭저지법
    • 여자돌입전류의 가장 큰 특징은 파형이 반파 정류파형에 가까울 정도로 비대칭이다
    • 차동동작계전기 Ry₁은 정부 각반파의 전류를 비교하여 그 차이가 어느정도 이상 그면 동작하여 차단기 트립회로를 개방시킨다
    • 사고 시에는 과전류계전기 Ry₁, Ry₂ 가 동시에 동작하여 Ry₁이 동작해도 차단기의 트립회로가 유지되도록 한다

3)과전류계전기

2️⃣변압기의 기계적보호방식

1)보호계전기(유속검출)

• OLTC유격실에 결합이 발생하는 동안 그 결과가 결함이 생긴 부분으로부터 전달되어 변압기와 탭 절환기를 보호
• 콘서베이트의 절연유가 절환기 위부분에 있는 절연유의 이동에 의해 동작하는데 정격부하 혹은 허용 과부하 상태에서의 탭 절환기 동작 시에는 동작하지 않는다.

2)부흐홀츠 계전기(가스 및 유속검출)

• 변압기 본체와 콘서베이터를 잇는 연락관에 결합하여 변압기 내부의 국부적인 절연열화에 따라 가스가 발생하면 그 압력으로 동작

3)충격압력 계전기(압력검출)

• 유입 변압기 내부 아크에 의해 가스압력이 갑자기 상승하는 것을 감지하기 위해 설치하는 장치
• 용기 내에 압력감지 벨로스, 마이크로 스위치, 등압기 등으로 구성되며 변압기 상부 가스공간에 취부

4)방출안전장치(내부 이상압력 방출)

• 변압기 커버에 취부되며 변압기 외함 내에 이상압력 발생을 막아 주는 장치, 즉 일정 압력 초과 시 방압막이 동작하여 변압기의 폭발을 막아 준다
• 방출안전장치의 구조는 여러 번 동작에도 손상되지 않고 충분히 견디도록 강하게 만들어져 있고 동작부분은 방압막, 압축스프링, 개스킷 및 보호덮개로 구성되어 있다.

2)권선의 지락 보호

• 영상차동 계전방식 : 영상과전류 계전기 사용
• 방향지락 계전방식 : 변압기 방향의 지락사고 검출
• 영상전압 계전 방식 : GPT+OVGR

4)과열에 의한 보호

• 등가온도계전기 사용
• 저항온도계 사용
• 다이얼온도계 사용
• 냉각수, 변압기유

5)과부하보호

과부하 보호 계전방식 : OCR, 한시 계전기, 반한시 계전기

제어및 보호방식결정(수변전회로보호방식)

수전회로 보호방식
저압회로 보호방식
저압회로 단락보호
저압차단기 보호협조
저압회로 지락보호방식

보호계전기
변압기 보호방식
DCR오동작 방지대책
비율차동계전기 비율탭 정정
복합계전기
GPT적용시 CLR의 목적

목차(변압기의 보호방식)

변압기의 보호방식

💯기출문제

●G42.차동계전방식 적용 시 유의사항에 대하여 설명하시오

1. CT 특성 고려

• CT 포화:
  • 과전류 상태에서 CT가 포화될 경우, 차동계전기의 동작이 지연되거나 오동작할 수 있습니다.
  • CT 용량을 충분히 확보하고, 포화를 방지하기 위한 조치를 취해야 합니다.
• CT 변류비:
  • 각 CT의 변류비가 정확해야 차동계전기가 정상적으로 동작합니다.
  • CT 변류비 불일치는 오동작의 원인이 될 수 있습니다.
• CT 위상:
  • 변압기의 결선 방식에 따라 CT 2차 전류의 위상이 달라질 수 있습니다.
  • 위상차를 보정하지 않으면 차동계전기가 오동작할 수 있습니다.

2. 계전기 설정

• 동작 특성:
  • 차동계전기의 동작 특성을 정확히 설정해야 합니다.
  • 과소 설정은 오동작을 유발하고, 과대 설정은 고장 시 보호가 지연될 수 있습니다.
• 시간 지연:
  • 계전기의 동작 시간을 적절히 설정해야 합니다.
  • 너무 짧은 시간 지연은 무효 전류나 외란에 의한 오동작을 유발할 수 있으며, 너무 긴 시간 지연은 고장 확대를 초래할 수 있습니다.
• 억제 특성:
  • 여자돌입전류나 외부 고장전류에 대한 억제 특성을 고려하여 계전기를 설정해야 합니다.

3. 계측 시스템

• 정확성: 계측 시스템의 정확성이 보호 계전기의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 정기적인 교정과 유지보수를 통해 계측 시스템의 정확성을 유지해야 합니다.
• 노이즈: 계측 시스템에 노이즈가 유입되면 오동작의 원인이 될 수 있습니다. 노이즈 필터 등을 사용하여 노이즈를 제거해야 합니다.

4. 기타

• 보호 대상: 보호 대상의 종류와 크기에 따라 적절한 차동계전 방식을 선택해야 합니다.
• 외부 영향: 외부 자기장, 진동, 온도 변화 등 외부 환경 요인이 계전기의 동작에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 정기적인 점검: 차동계전 시스템을 정기적으로 점검하고 유지보수하여 성능을 유지해야 합니다.

• 비율차동계전기 (RDfR : Ratio Differential Current Relay) – 네이버 블로그: https://m.blog.naver.com/skp1659/222305663661
• 6. 송전선로 보호방식(PCM전류차동방식, 방향비교방식, 전송차단방식) – 서당개웅슬라: https://tesolarna.tistory.com/9

●G44.변압기 보호(전기적,기계적)방식을 나열하고 각각 설명하시오

비율차동계전방식,

보호계전기(유속검출),부흐홀츠계전기, 충격압력계전기, 방출안전계전기

○G46.변압기의 보호계전기 중 비율차동계전기에 대하여 각각 설명하시오
동작원리, 동작특성, 적용시 문제점 및 대책

1. 비율차동계전기란?

비율차동계전기는 변압기 내부 고장을 빠르고 정확하게 감지하여 보호하는 계전기입니다. 변압기의 1차측과 2차측에 설치된 변류기를 통해 흐르는 전류를 비교하여, 내부 고장 시 발생하는 전류 불균형을 감지하고 차단기를 동작시켜 고장 구간을 격리시키는 역할을 합니다.

2. 동작 원리

• 변류기: 변압기의 1차측과 2차측에 설치된 변류기를 통해 각각의 전류를 측정합니다.
• 차동변환기: 두 변류기에서 측정된 전류를 비교하여 차이 값을 계산합니다.
• 비율 요소: 계산된 차이 값에 비율 요소를 곱하여 동작 설정값과 비교합니다.
• 동작: 비율 요소를 곱한 값이 설정값을 초과하면 계전기가 동작하여 차단기에 신호를 보내 변압기를 차단합니다.

[그림] 비율차동계전기 동작 원리

3. 동작 특성

• 고속 동작: 변압기 내부 고장 시 매우 빠르게 동작하여 고장 확대를 방지합니다.
• 고감도: 작은 고장 전류에도 민감하게 반응하여 고장을 조기에 감지합니다.
• 선택성: 변압기 내부 고장만을 감지하고 외부 단락 고장에는 동작하지 않아 오동작을 방지합니다.

4. 적용 시 문제점 및 대책

• CT 포화: 과전류 시 변류기가 포화되어 정확한 전류 값을 측정하지 못하여 오동작 또는 미동작이 발생할 수 있습니다.
• CT 비율 오차: 변류기 비율이 정확하지 않을 경우 오동작이 발생할 수 있습니다.
• 외부 사고 영향: 외부 단락 고장 시 유입되는 전류로 인해 오동작할 수 있습니다.

대책:

• CT 선정: 충분한 용량과 정확도를 가진 변류기를 선정해야 합니다.
• CT 보호: 변류기 보호 장치를 설치하여 포화를 방지해야 합니다.
• 비율 설정: 정확한 CT 비율을 반영하여 계전기 비율을 설정해야 합니다.
• 지향성: 비율차동계전기의 지향성을 설정하여 외부 사고 영향을 최소화해야 합니다.
• 보조 보호 계전기: 비율차동계전기와 함께 과전류 계전기 등 다른 보호 계전기를 병렬로 사용하여 보호 기능을 강화할 수 있습니다.

5. 결론

비율차동계전기는 변압기 보호에 필수적인 계전기입니다. 하지만 CT 포화, CT 비율 오차, 외부 사고 영향 등 다양한 문제점이 발생할 수 있으므로, 적절한 대책을 수립하여 안정적인 시스템 운영을 확보해야 합니다.

[참고]

• 비율차동계전기는 변압기뿐만 아니라 발전기, 모선 등 다양한 전력 설비의 보호에도 사용됩니다.
• 최근에는 디지털 계전기의 발전으로 인해 비율차동계전기의 성능이 더욱 향상되고 있습니다.

●G47.수전용 변압기 보호장치에 대하여 설명하시오

수전용 변압기는 전력계통에서 높은 전압의 전력을 받아 낮은 전압으로 변환하여 사용하는 중요한 설비입니다. 이러한 변압기를 보호하기 위해 다양한 보호 장치가 사용되는데, 이를 종합적으로 수전용 변압기 보호계전기라고 합니다.

왜 수전용 변압기를 보호해야 할까요?

• 사고 확산 방지: 변압기 고장은 전력 공급 중단 및 설비 손상으로 이어져 큰 피해를 야기할 수 있습니다.
• 설비 수명 연장: 적절한 보호를 통해 변압기의 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 안전 확보: 고장으로 인한 화재, 폭발 등의 위험을 방지하여 안전한 운전을 보장합니다.

수전용 변압기 보호계전기의 종류

수전용 변압기를 보호하기 위해 사용되는 계전기는 다양하며, 각각의 계전기는 특정 고장을 감지하고 차단기를 동작시켜 변압기를 보호하는 역할을 합니다. 주요 보호 계전기로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

• 비율차동계전기: 변압기 내부 고장을 감지하여 가장 빠르게 동작하는 계전기입니다.
• 과전류계전기: 과전류 상태를 감지하여 변압기를 보호합니다.
• 지락계전기: 지락 고장을 감지하여 변압기를 보호합니다.
• 부저계전기: 고장 발생 시 경보를 발생시켜 운전원에게 알립니다.
• 온도계전기: 변압기의 온도 상승을 감지하여 과열을 방지합니다.
• 가스계전기: 변압기 내부에서 발생하는 가스를 감지하여 절연 이상을 감지합니다.

각 계전기의 역할

• 비율차동계전기: 변압기 내부 단락 고장 시 1차측과 2차측의 전류 차이를 감지하여 가장 빠르게 동작합니다.
• 과전류계전기: 과부하 또는 단락 고장 시 과전류를 감지하여 변압기를 보호합니다.
• 지락계전기: 변압기의 절연 파괴로 인한 지락 고장을 감지하여 변압기를 보호합니다.
• 부저계전기: 다른 계전기가 동작하면 경보음을 발생시켜 운전원에게 알립니다.
• 온도계전기: 변압기의 온도가 설정값을 초과하면 경보를 발생시키거나 차단기를 동작시킵니다.
• 가스계전기: 변압기 내부에서 발생하는 가스를 감지하여 절연 이상을 감지하고 경보를 발생시킵니다.

수전용 변압기 보호계전기의 중요성

수전용 변압기 보호계전기는 전력 시스템의 안정적인 운전과 신뢰성을 확보하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 적절한 보호 계전기를 선정하고 정확하게 설정하여 사용해야 변압기를 안전하게 보호하고 전력 공급의 안정성을 확보할 수 있습니다.

●G48.변압기 보호용으로 비율차동계전기를 적용할 경우 고려사항

비율차동계전기는 변압기 내부 고장을 빠르고 정확하게 감지하여 보호하는 데 필수적인 계전기입니다. 하지만 효과적인 보호를 위해서는 다음과 같은 다양한 요소들을 고려해야 합니다.

1. CT (Current Transformer) 선정 및 설치

• 정확한 변류비: 변압기의 1차 및 2차측에 설치되는 CT의 변류비는 정확해야 합니다. 변류비 오차는 계전기의 동작 오차를 야기할 수 있습니다.
• 포화 특성: 과전류 시 CT가 포화되지 않도록 충분한 용량을 가진 CT를 선정해야 합니다. 포화는 비율차동계전기의 오동작 또는 미동작을 유발할 수 있습니다.
• 위상: CT의 위상이 정확하게 일치해야 합니다. 위상 차이는 계전기의 오동작을 유발할 수 있습니다.
• 설치 위치: CT는 변압기의 1차 및 2차측에 안전하게 설치되어야 하며, 외부 충격이나 진동에 강해야 합니다.

2. 계전기 설정값

• 동작 비율: 변압기의 종류, 용량, 운전 조건에 따라 적절한 동작 비율을 설정해야 합니다. 너무 낮은 값은 오동작을, 너무 높은 값은 미동작을 유발할 수 있습니다.
• 시간 지연: 고속 동작이 필요한 경우에는 시간 지연을 최소화하고, 오동작 방지를 위해 일정 시간 지연을 설정할 수 있습니다.
• 고조파 억제: 변압기 여자 시 발생하는 고조파 전류에 의한 오동작을 방지하기 위해 고조파 억제 기능을 고려해야 합니다.

3. 보호 범위 설정

• 보호 구역: 보호하고자 하는 변압기의 구체적인 영역을 설정해야 합니다.
• 죽점: 변압기의 단자부 등 보호하지 않아도 되는 부분에 대한 죽점 설정이 필요합니다.

4. 외부 요인 고려

• 외부 단락 고장: 외부 단락 고장 시 유입되는 전류로 인해 오동작할 수 있으므로, 지향성을 고려하여 설정해야 합니다.
• 계통 조건: 계통의 변동, 부하 변동 등 외부 요인에 대한 영향을 최소화해야 합니다.

5. 기타 고려 사항

• 여자 돌입 전류: 변압기 투입 시 발생하는 여자 돌입 전류에 의한 오동작을 방지하기 위한 대책이 필요합니다.
• CT 포화 방지: CT 포화를 방지하기 위해 CT 보호 장치를 설치할 수 있습니다.
• 보조 보호 계전기: 비율차동계전기와 함께 과전류 계전기 등 다른 보호 계전기를 병렬로 사용하여 보호 기능을 강화할 수 있습니다.

●G49.전력용 변압기의 보호장치에 대하여 설명하시오

전력용 변압기는 높은 전압의 전력을 낮은 전압으로 변환하거나 그 반대로 변환하는 중요한 전력 설비입니다. 이러한 변압기를 보호하기 위해 다양한 보호 장치가 사용되는데, 이를 변압기 보호계전기라고 합니다.

왜 변압기를 보호해야 할까요?

• 사고 확산 방지: 변압기 고장은 전력 공급 중단, 설비 손상, 화재 등 큰 피해를 야기할 수 있습니다.
• 설비 수명 연장: 적절한 보호를 통해 변압기의 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 안전 확보: 고장으로 인한 인명 피해 및 재산 손실을 방지하여 안전한 운전을 보장합니다.

변압기 보호계전기의 종류

변압기를 보호하기 위해 사용되는 계전기는 다양하며, 각각의 계전기는 특정 고장을 감지하고 차단기를 동작시켜 변압기를 보호하는 역할을 합니다. 주요 보호 계전기로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

• 비율차동계전기: 변압기 내부 고장을 감지하여 가장 빠르게 동작하는 계전기입니다.
• 과전류계전기: 과전류 상태를 감지하여 변압기를 보호합니다.
• 지락계전기: 지락 고장을 감지하여 변압기를 보호합니다.
• 부저계전기: 고장 발생 시 경보를 발생시켜 운전원에게 알립니다.
• 온도계전기: 변압기의 온도 상승을 감지하여 과열을 방지합니다.
• 가스계전기: 변압기 내부에서 발생하는 가스를 감지하여 절연 이상을 감지합니다.

각 계전기의 역할

• 비율차동계전기: 변압기 내부 단락 고장 시 1차측과 2차측의 전류 차이를 감지하여 가장 빠르게 동작합니다.
• 과전류계전기: 과부하 또는 단락 고장 시 과전류를 감지하여 변압기를 보호합니다.
• 지락계전기: 변압기의 절연 파괴로 인한 지락 고장을 감지하여 변압기를 보호합니다.
• 부저계전기: 다른 계전기가 동작하면 경보음을 발생시켜 운전원에게 알립니다.
• 온도계전기: 변압기의 온도가 설정값을 초과하면 경보를 발생시키거나 차단기를 동작시킵니다.
• 가스계전기: 변압기 내부에서 발생하는 가스를 감지하여 절연 이상을 감지하고 경보를 발생시킵니다.

변압기 보호계전기의 중요성

변압기 보호계전기는 전력 시스템의 안정적인 운전과 신뢰성을 확보하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 적절한 보호 계전기를 선정하고 정확하게 설정하여 사용해야 변압기를 안전하게 보호하고 전력 공급의 안정성을 확보할 수 있습니다.

제어및 보호방식결정(수변전회로보호방식)

수전회로 보호방식
저압회로 보호방식
저압회로 단락보호
저압차단기 보호협조
저압회로 지락보호방식

보호계전기
변압기 보호방식
DCR오동작 방지대책
비율차동계전기 비율탭 정정
복합계전기
GPT적용시 CLR의 목적

목차(변압기의 보호방식)

변압기의 보호방식

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