AEB 보호방식

3상 3선식 비접지계통의 특징

• 지락 전류: 지락 사고 발생 시 지락점에서 대지로 흐르는 전류가 매우 작아 지락 사고 검출이 어렵습니다.
• 계통 전압 상승: 지락 사고 발생 시 건전상의 전압이 상승하여 절연 파괴를 유발할 수 있습니다.
• 아크 지속: 지락점에서 아크가 지속되어 화재 위험이 높습니다.

보호계전 방식

1. 지락 과전압 계전기 (OVGR: Over Voltage Ground Relay)

• 원리: 지락 사고 발생 시 건전상의 전압이 상승하는 것을 이용하여 지락을 검출합니다.
• 장점: 간단한 구조로 설치 및 유지보수가 용이합니다.
• 단점: 지락점 위치를 특정하기 어렵고, 외부 낙뢰 등 다른 요인에 의해 오동작할 수 있습니다.

2. 영상 임피던스 계전기 (ZGR: Zero Sequence Impedance Relay)

• 원리: 지락 사고 발생 시 영상 성분의 전류가 흐르는 것을 이용하여 지락을 검출합니다. 영상 임피던스를 계산하여 지락점의 위치를 특정할 수 있습니다.
• 장점: 지락점 위치를 특정할 수 있어 선택적인 보호가 가능합니다.
• 단점: 복잡한 계산이 필요하며, 계통의 조건 변화에 민감합니다.

3. 차동 계전기

• 원리: 변압기의 1차와 2차 사이의 전류를 비교하여 내부 고장을 검출하는 방식입니다. 지락 사고에도 적용할 수 있습니다.
• 장점: 고감도로 고장을 검출할 수 있습니다.
• 단점: 비교적 고가이며, 정확한 설정이 필요합니다.

4. 모선 보호 계전기

• 원리: 모선의 전류와 전압을 감시하여 지락 사고를 검출합니다.
• 장점: 광범위한 영역을 보호할 수 있습니다.
• 단점: 선택성이 떨어질 수 있습니다.

보호계전 방식 선택 시 고려 사항

• 계통의 규모와 구성: 계통의 크기, 구성, 그리고 중요도에 따라 적절한 보호계전 방식을 선택해야 합니다.
• 고장 종류: 지락 사고 외에도 단락 사고 등 다양한 고장에 대한 보호가 필요한 경우 복합적인 보호계전 방식을 적용해야 합니다.
• 경제성: 초기 투자 비용, 유지보수 비용 등을 고려하여 경제적인 측면에서 최적의 방식을 선택해야 합니다.

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

1. 과부하 보호장치 설치 위치

저압계통에서 과부하 보호장치는 일반적으로 분기점에 설치됩니다. 분기점이란 전선의 단면적이 변하거나 특성이 변하는 지점을 의미하며, 이곳에서 과부하가 발생할 가능성이 가장 높기 때문입니다.

• 분기점: 변압기 2차측, 분전반, 개별 부하에 연결되는 지점 등
• 예외:
  • 단락전류 보호: 단락전류에 대한 보호가 이루어진 경우에는 분기점 이외의 위치에 설치할 수 있습니다.
  • 한국전기설비규정(KEC): KEC 212.4.3 조항에 따라 일부 경우 과부하 보호장치를 생략할 수 있습니다.

2. 과부하 보호장치 협조

과부하 보호장치는 시스템 전체의 안전을 위해 서로 협조하여 작동해야 합니다. 협조가 이루어지지 않으면 과도한 보호 동작이나 미보호 상태가 발생할 수 있습니다.

• 선택도: 상위 보호장치가 하위 보호장치보다 먼저 동작하여 하위 계통만을 선택적으로 보호해야 합니다.
• 시간 지연: 상위 보호장치는 하위 보호장치보다 시간 지연을 설정하여 오동작을 방지합니다.
• 정정치: 각 보호장치의 정정치를 적절하게 설정하여 과부하 발생 시 정확하게 동작하도록 합니다.

3. 과부하 보호장치 생략 가능 경우

KEC 212.4.3 조항에 따르면, 다음과 같은 경우 과부하 보호장치를 생략할 수 있습니다.

• 단상 3선식 IT 계통: 각 회로에 누전차단기가 설치된 경우
• 과부하 보호가 불필요한 회로: 예비용 변압기 2차측 등
• 단락전류에 대한 보호가 충분히 이루어진 회로: 단락전류 차단기 등에 의해 과부하도 보호될 수 있는 경우

4. 과부하 보호장치 종류

• 퓨즈: 과전류가 흐르면 용단되어 회로를 차단하는 소모형 보호 장치
• 과전류계전기: 과전류를 감지하여 차단기를 트립시키는 보호 장치
• 누전차단기: 과전류뿐만 아니라 누전도 감지하여 차단하는 복합형 보호 장치

5. 과부하 보호장치 설치 시 고려 사항

• 부하 특성: 부하의 종류와 크기에 따라 적절한 보호 장치를 선정해야 합니다.
• 배선 방식: 배선 방식에 따라 보호 장치의 설치 위치와 종류가 달라질 수 있습니다.
• 환경 조건: 온도, 습도 등 환경 조건을 고려하여 보호 장치를 선정해야 합니다.
• 규정 준수: KEC 등 관련 법규를 준수하여 설치해야 합니다.

원칙
분기회로에는 저압옥내간선과의 분기점에서 전선의 길이가 3m이하의 장소에 개폐기 및 과전류차단기를 시설한다.

예외1
다만 간선과의 분기점에서 개폐기 및 과전류차단기 까지의 전선에 그 전원측 저압옥내간선을 보호하는 과전류 차단기 정격전류의 55%이상의 허용전류를 갖는것을 사용할경우에는 3m를 초과하는 장소에 시설할 수 있다.

예외2
35%이상의 허용전류를 갖는것을 사용할경우는 8m이하로 이격할수있다.

과부하 보호장치를 생략할 수 있는 경우

• (1) 회전기의 여자회로
• (2) 전자석 크레인의 전원회로
• (3) 전류변성기의 2차회로
• (4) 소방설비의 전원회로
• (5) 안전설비(주거침입경보, 가스누출경보 등)의 전원회로

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

• GPT와 ZCT 이용지락차단
  • 검출방식 : 지락 시 영상전압및 영상전류를 검출 영상전압, 전류 특성에 의해 보보되는 방식
  • 적용설비 : 설비 자체가 고신뢰도를 요하는 설비
  • 특기사항 : 비접지회로에서 가장 신뢰성이 있는 방식이다.

GPT란 무엇인가?

GPT(Grounded Potential Transformer)는 접지형 계기용 변압기의 약자로, 주로 비접지계통에서 지락 사고를 검출하기 위해 사용됩니다. GPT는 중성점에 접속되어 계통의 중성점 전위를 안정화시키고, 지락 사고 발생 시 지락 전류를 증가시켜 지락 계전기를 동작시키는 역할을 합니다.

중성점 불안정 현상이란?

GPT를 사용하는 비접지계통에서 발생하는 중성점 불안정 현상은, GPT의 철심 포화로 인해 중성점 전위가 불안정해지고, 이로 인해 계통에 과전압이 발생하는 현상을 의미합니다.

발생 원인:

• GPT 철심 포화: 지락 사고 발생 시 또는 계통의 불평형 상태에서 GPT에 과도한 전류가 흘러 철심이 포화될 수 있습니다.
• 계통의 대지 정전 용량: 계통의 대지 정전 용량과 GPT의 상호 작용으로 공진 현상이 발생할 수 있으며, 이는 중성점 전위의 불안정을 야기합니다.

발생 시 문제점:

• 계통 과전압: 불안정한 중성점 전위로 인해 계통에 과전압이 발생하여 절연 파괴를 유발할 수 있습니다.
• 지락 계전기 오동작: 과전압으로 인해 지락 계전기가 오동작하여 정상적인 계통을 차단할 수 있습니다.
• 계통 불안정: 중성점 전위의 불안정은 계통 전체의 안정도를 저하시킬 수 있습니다.

중성점 불안정 현상 해결 방안

• GPT 용량 적정 선정: 계통의 용량에 맞는 적정 용량의 GPT를 선정하여 철심 포화를 방지합니다.
• 저항 부담: GPT에 저항 부담을 추가하여 철심 포화를 억제하고, 중성점 전위를 안정화시킵니다.
• GPT 설계 개선: GPT의 철심 구조를 개선하여 포화 특성을 향상시킵니다.
• 계통의 대지 정전 용량 감소: 계통의 대지 정전 용량을 감소시켜 공진 현상을 억제합니다.

1. 6.6[kV] 비접지 계통에서 1선 지락 시 영상전압 산출식 유도

1.1. 대칭 성분법 비접지 계통의 1선 지락 사고를 해석하기 위해 대칭 성분법을 사용합니다. 대칭 성분법은 불평형 삼상 전류를 정상 성분, 직상 성분, 영상 성분의 세 가지 대칭 성분으로 분해하여 해석하는 방법입니다.

1.2. 등가 회로 1선 지락 사고 시, 계통은 다음과 같은 등가 회로로 표현될 수 있습니다.

• Z1: 정상 성분 임피던스
• Z2: 직상 성분 임피던스
• Z0: 영상 성분 임피던스
• Rg: 지락 저항
• V0: 영상 전압

1.3. 영상 전압 산출 키르히호프의 전압 법칙을 적용하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있습니다.

여기서,

• I0: 영상 전류
• Z0: 영상 임피던스

1.4. 영상 전류 산출 1선 지락 사고 시, 영상 전류는 다음과 같이 표현됩니다.

여기서, Ia는 지락 상의 상 전류입니다.

1.5. 최종 식 위 식들을 종합하면 영상 전압은 다음과 같이 표현됩니다.

결론적으로, 6.6[kV] 비접지 계통에서 1선 지락 시 영상 전압은 영상 임피던스와 지락 상의 상 전류의 곱에 3을 곱한 값과 같습니다.

2. GPT-ZCT에 의한 선택지락계전기(SGR)의 감도 저하 현상

2.1. GPT-ZCT의 역할 GPT(Grounded Potential Transformer)는 지락 사고 시 영상 전류를 증폭시켜 지락 계전기를 동작시키는 역할을 합니다. ZCT(Zero Sequence Current Transformer)는 영상 전류를 측정하여 SGR(선택 지락 계전기)에 입력합니다.

2.2. 감도 저하 원인

• 영상 임피던스 증가: 계통의 구성이나 지락점 위치에 따라 영상 임피던스가 증가하면 영상 전압이 감소하여 SGR의 입력 신호가 작아지므로 감도가 저하됩니다.
• GPT 포화: 지락 전류가 과도하게 흐르면 GPT가 포화되어 영상 전류를 정확하게 변환하지 못하여 SGR의 감도가 저하됩니다.
• ZCT의 부정확한 변성비: ZCT의 변성비가 정확하지 않으면 SGR에 입력되는 신호가 왜곡되어 감도가 저하됩니다.
• 외부 잡음: 외부 잡음에 의해 SGR이 오동작하거나 감도가 저하될 수 있습니다.

2.3. 감도 저하의 영향

• 지락 미검출: SGR의 감도가 저하되면 지락 사고를 제때 검출하지 못하여 설비 손상이나 화재 등의 위험이 증가합니다.
• 오동작: 외부 잡음 등으로 인해 SGR이 오동작하여 정상적인 계통을 차단할 수 있습니다.

2.4. 대책

• 정확한 계통 모델링: 계통의 영상 임피던스를 정확하게 계산하여 SGR 설정값을 최적화합니다.
• GPT 용량 적정 선정: 지락 전류를 충분히 변환할 수 있는 용량의 GPT를 선정합니다.
• ZCT 교정: ZCT의 변성비를 주기적으로 교정하여 정확도를 유지합니다.
• 노이즈 필터: 외부 잡음을 제거하기 위해 노이즈 필터를 사용합니다.

2. 중성점 직접접지식

2.1. 개요: 중성점을 대지에 직접 연결하여 지락 사고 시 대지로 큰 지락 전류가 흘러 지락점의 전위 상승을 억제하고, 지락 고장을 신속하게 검출할 수 있는 방식입니다.

2.2. 지락차단장치 시설방법:

• 과전류 계전기: 지락 전류가 설정값을 초과하면 동작하여 차단기를 트립시킵니다.
• 지락 계전기: 지락 전류의 특성을 이용하여 더욱 정확하게 고장을 검출합니다.
• 차단기: 계전기의 동작 신호에 따라 고장 회로를 차단합니다.
• 보호용 변류기: 지락 전류를 검출하여 계전기로 전달합니다.

2.3. 장점:

• 지락 고장 검출이 용이합니다.
• 접촉 전압이 낮아 인체 감전 위험이 적습니다.

2.4. 단점:

• 지락 전류가 커서 설비에 부담을 줄 수 있습니다.
• 통신선에 유도 장해를 발생시킬 수 있습니다.

3. 비접지식

3.1. 개요: 중성점을 절연 상태로 유지하여 지락 사고 시 지락 전류가 작아 지락점의 전위가 상승하고, 고장 검출이 어려울 수 있는 방식입니다.

3.2. 지락차단장치 시설방법:

• 지락 과전압 계전기: 지락 사고 시 시스템 전압이 상승하는 것을 감지하여 동작합니다.
• 방향성 지락 계전기: 지락 전류의 방향을 감지하여 고장 지점을 특정합니다.
• 임피던스 지락 계전기: 지락점까지의 임피던스를 측정하여 고장 지점을 특정합니다.
• 영상 변류기: 지락 전류를 검출하여 계전기로 전달합니다.
• 영상 변압기: 영상 전압을 검출하여 계전기로 전달합니다.

3.3. 장점:

• 지락 시 시스템 운전 지속 가능성이 높습니다.
• 선택적 차단이 가능하여 정전 범위를 줄일 수 있습니다.

3.4. 단점:

• 고장 검출이 어렵습니다.
• 지락 시 시스템 전압 상승으로 인해 절연 파괴의 위험이 있습니다.

Y-Δ 변압기 구성의 이해

Y-Δ 변압기는 1차측이 Y결선, 2차측이 Δ결선된 변압기를 의미합니다. Y결선은 중성점이 존재하고, Δ결선은 중성점이 없는 것이 특징입니다.

1차측 1선지락 사고 발생 시

1차측의 한 선이 지락되면, 1차측의 상 전압이 불균형하게 되고, 이는 변압기의 결선 관계에 따라 2차측에 영향을 미칩니다.

2차측에서 발생하는 현상:

• 상 전압 변화:
  • 일반적으로 2차측의 상 전압은 1차측의 지락으로 인해 감소합니다.
  • 지락점에 가까운 상의 전압이 가장 크게 감소하며, 반대쪽 상의 전압은 상대적으로 적게 감소합니다.
  • 지락 저항의 크기, 변압기의 임피던스 등에 따라 감소량이 달라집니다.
• 선간 전압 변화:
  • 2차측의 선간 전압도 1차측의 지락으로 인해 변화합니다.
  • 지락점에 가까운 상과 다른 상 사이의 선간 전압은 감소하고, 나머지 선간 전압은 증가하거나 감소할 수 있습니다.
• 영상 전압 발생:
  • 1차측의 불균형 전압은 변압기를 통해 2차측으로 전달되면서 영상 전압을 발생시킵니다.
  • 이 영상 전압은 지락 계전기 등을 통해 지락 사고를 검출하는 데 사용됩니다.

2차측 최저 전압:

• 최저 전압 발생 위치: 일반적으로 지락점에 가장 가까운 상에서 최저 전압이 발생합니다.
• 최저 전압의 크기: 지락 저항, 변압기의 임피던스, 부하 조건 등에 따라 달라지므로 정확한 값을 예측하기는 어렵습니다.
• 영향 요인:
  • 지락 저항: 지락 저항이 클수록 지락 전류가 작아져 2차측 전압 변화가 작아집니다.
  • 변압기 임피던스: 변압기 임피던스가 클수록 2차측 전압 변화가 커집니다.
  • 부하 조건: 부하가 불균형하거나 무효 부하가 많을 경우 전압 변화가 더욱 복잡하게 나타날 수 있습니다.

1. 영상전류와 영상전압 검출 및 3선 결선도

영상성분이란 3상 불평형 상태에서 발생하는 특수한 성분으로, 지락사고 발생 시 가장 두드러지게 나타납니다. 영상성분을 검출하기 위해 **영상 변성기(Zero Sequence Transformer, ZVT)**를 사용하며, 이를 통해 영상 전류와 영상 전압을 얻을 수 있습니다.

영상 변성기 결선도

• 3개의 단상 변압기 결선: 가장 일반적인 방법으로, 각 상의 전압을 1차측에 인가하고, 2차측을 Y결선하여 중성점을 통해 영상 전압을 얻습니다.

• 특수한 영상 변성기: 3상 코어를 이용하여 한 번에 영상 전압을 얻을 수 있는 구조입니다.

[이미지: 영상 변성기 3선 결선도]

영상 전류 검출:

• 변류기(CT) 결선: 각 상의 CT 2차측을 Y결선하여 중성점에 접속하면 영상 전류를 얻을 수 있습니다.

[이미지: 영상 전류 검출을 위한 CT 결선도]

2. 영상 과전류 계전기 정정치 결정

영상 과전류 계전기의 정정치는 지락 사고 시 안정적으로 동작하면서도 오동작하지 않도록 설정해야 합니다. 정정치 결정 시 고려해야 할 요소는 다음과 같습니다.

• 지락 임피던스: 지락점까지의 임피던스에 따라 지락 전류가 달라지므로, 정정치를 적절히 조정해야 합니다.
• 계통 조건: 계통의 용량, 부하 조건, 접지 저항 등에 따라 지락 전류가 변동될 수 있습니다.
• 선택도: 다른 고장과 구별하여 지락 사고만을 선택적으로 감지해야 합니다.
• 계전기 특성: 사용하는 계전기의 특성을 고려하여 정정치를 설정해야 합니다.

정정치 결정 방법:

• 계산에 의한 방법: 계통 정수를 이용하여 지락 전류를 계산하고, 여유를 고려하여 정정치를 설정합니다.
• 시험에 의한 방법: 실제 계통에서 지락 사고를 발생시켜 지락 전류를 측정하고, 이를 바탕으로 정정치를 결정합니다.
• 보호 협조: 다른 보호 계전기와의 협조를 고려하여 정정치를 설정합니다.

3. 영상 전압을 이용한 지락 사고 선로 구분

영상 전압의 위상각을 분석하여 지락 사고가 발생한 선로를 구분할 수 있습니다.

• 벡터도: 영상 전압 벡터도를 그려 각 상의 위상각을 비교하여 지락점을 추정합니다.
• 방향 비교: 영상 전압의 방향을 비교하여 지락점이 어느 상에 가까운지 판단합니다.
• 지락 방향 계전기: 영상 전압의 위상각을 이용하여 지락 방향을 직접 검출하는 계전기를 사용할 수 있습니다.

주의사항:

• 계통 조건: 계통의 불평형, 고조파 등의 영향으로 영상 전압 분석이 복잡해질 수 있습니다.
• 계전기 정확도: 지락 방향 계전기의 정확도가 중요하며, 계통 조건에 따라 오동작할 가능성이 있습니다.

중성점 직접접지식 전로: 중성점을 대지에 직접 연결한 전로입니다. 지락 사고 시 대지로 큰 지락 전류가 흘러 지락점의 전위 상승을 억제하고, 지락 고장을 신속하게 검출할 수 있습니다.

비접지식 전로: 중성점을 절연 상태로 유지하는 전로입니다. 지락 사고 시 지락 전류가 작아 지락점의 전위가 상승하고, 고장 검출이 어려울 수 있습니다.

지락보호 방식 비교

각 전로의 지락보호 방식 상세

• 중성점 직접접지식 전로:
  • 과전류 계전기: 지락 전류가 크므로 과전류 계전기를 이용하여 고장을 검출합니다.
  • 지락 계전기: 지락 전류의 특성을 이용하여 더욱 정확하게 고장을 검출합니다.
• 비접지식 전로:
  • 지락 과전압 계전기: 지락 시 시스템 전압이 상승하는 것을 이용하여 고장을 검출합니다.
  • 방향성 지락 계전기: 지락 전류의 방향을 감지하여 고장 지점을 특정합니다.
  • 임피던스 지락 계전기: 지락점까지의 임피던스를 측정하여 고장 지점을 특정합니다.

π분기 양단급전계통 개요

π분기 양단급전계통은 장거리 터널이나 도시철도 등에서 주로 사용되는 배전 방식입니다. 두 개의 변전소에서 한 개의 수용가로 전력을 공급하는 방식으로, 안정성과 신뢰성을 높이고 단전 시간을 줄일 수 있는 장점이 있습니다.

보호계전방식 구성

π분기 양단급전계통의 보호계전방식은 다음과 같은 요소들로 구성됩니다.

1. 과전류 계전기 (Overcurrent Relay)

• 목적: 과부하 및 단락사고 보호
• 설치 위치: 각 분기점 및 수용가
• 기능: 설정된 전류값을 초과하면 동작하여 차단기를 트립시켜 고장 구간을 격리합니다.

2. 지락 계전기 (Earth Fault Relay)

• 목적: 지락사고 보호
• 설치 위치: 각 분기점 및 수용가
• 기능: 지락 전류를 감지하여 동작하고, 지락점을 찾아내어 고장 구간을 격리합니다.

3. 방향성 과전류 계전기 (Directional Overcurrent Relay)

• 목적: 사고 방향 판단 및 선택적 동작
• 설치 위치: 각 분기점
• 기능: 사고가 발생한 방향으로만 동작하여 고장 구간을 정확하게 격리합니다.

4. 차동 계전기 (Differential Relay)

• 목적: 변압기 내부 고장 보호
• 설치 위치: 변압기 양단
• 기능: 변압기의 1차측과 2차측 전류를 비교하여 내부 고장 발생 시 동작합니다.

5. 전압 저하 계전기 (Under Voltage Relay)

• 목적: 전압 저하 감시
• 설치 위치: 수용가
• 기능: 전압이 설정값 이하로 떨어지면 동작하여 경보를 발하거나 차단기를 트립시킵니다.

보호계전방식 동작 원리

1.사고 발생: 한쪽 변전소에서 지락 사고가 발생하면, 고장 전류가 두 개의 전원으로부터 흘러 들어옵니다.

2.과전류 계전기 동작: 고장 지점에 설치된 과전류 계전기가 동작하여 해당 분기점의 차단기를 트립시킵니다.

3.방향성 과전류 계전기 동작: 고장이 발생한 변전소 측의 방향성 과전류 계전기가 동작하여 해당 변전소의 차단기를 트립시킵니다.

4.차동 계전기 동작: 변압기 내부 고장이 발생하면, 차동 계전기가 동작하여 변압기를 보호합니다.

5.전압 저하 계전기 동작: 전압이 크게 저하되면, 전압 저하 계전기가 동작하여 경보를 발하거나 차단기를 트립시킵니다.

1. 과전류 보호

• 목적: 과부하 및 단락사고로 인한 설비 손상 방지
• 방법: 과전류 계전기를 사용하여 설정된 전류값을 초과하면 차단기를 트립시켜 고장 구간을 격리합니다.
• 종류:
  • 순시형 과전류 계전기: 고속으로 동작하여 단락사고에 효과적입니다.
  • 시간지연형 과전류 계전기: 과부하에 대해 시간 지연을 두고 동작하여 오동작을 방지합니다.
  • 정현파 과전류 계전기: 정현파 파형의 과전류를 감지하여 동작합니다.

2. 지락 보호

• 목적: 지락사고로 인한 인명 및 설비 손상 방지
• 방법: 지락 계전기를 사용하여 지락 전류를 감지하고 차단기를 트립시켜 고장 구간을 격리합니다.
• 종류:
  • 잔류전류형 지락 계전기: 변류기의 잔류 자속을 이용하여 지락 전류를 감지합니다.
  • 지락 방향 계전기: 지락이 발생한 방향을 판단하여 선택적으로 동작합니다.
  • 접지 계전기: 중성점 접지 방식에 따라 다양한 종류의 접지 계전기가 사용됩니다.

3. 단락 보호

• 목적: 단락사고로 인한 설비 손상 방지
• 방법: 과전류 계전기, 방향성 과전류 계전기 등을 사용하여 단락 사고를 감지하고 차단기를 트립시켜 고장 구간을 격리합니다.
• 특징: 단락사고는 매우 빠르게 발생하므로, 순시형 과전류 계전기 등 고속 동작 계전기를 사용해야 합니다.

4. 차동 보호

• 목적: 변압기, 모터 등 내부 고장 보호
• 방법: 차동 계전기를 사용하여 보호 대상의 입출력 전류를 비교하여 내부 고장 발생 시 동작합니다.
• 종류:
  • 저항 차동 계전기: 전류의 크기와 위상차를 비교합니다.
  • 모듈러 차동 계전기: 디지털 신호 처리 기술을 이용하여 고정밀도 보호를 수행합니다.

5. 기타 보호

• 전압 저하 보호: 전압이 설정값 이하로 떨어질 때 동작하여 설비를 보호합니다.
• 주파수 보호: 주파수가 설정값 범위를 벗어날 때 동작하여 설비를 보호합니다.
• 과열 보호: 과열로 인한 설비 손상을 방지하기 위해 온도를 감지하여 동작합니다.

수전설비 보호계전 시스템 구성

수전설비의 보호계전 시스템은 다음과 같은 구성 요소로 이루어집니다.

• 변류기(CT): 전류를 감소시켜 계전기의 부담을 줄이고, 계측에 사용합니다.
• 전압 변성기(VT): 전압을 감소시켜 계측에 사용합니다.
• 보호 계전기: 과전류, 지락, 차동 등 다양한 종류의 계전기가 사용됩니다.
• 차단기: 고장 발생 시 회로를 차단하여 설비를 보호합니다.
• 보호 릴레이: 계전기의 동작 신호를 받아 차단기를 제어합니다.

수전설비 보호계전 시스템 설계 시 고려 사항

• 선택도: 고장 발생 시 해당 구간만을 선택적으로 격리해야 합니다.
• 신속성: 고장 발생 시 빠르게 동작하여 설비 손상을 최소화해야 합니다.
• 안정성: 오동작 없이 안정적으로 동작해야 합니다.
• 경제성: 설비 투자 비용과 운영 유지비를 고려하여 경제적인 시스템을 구축해야 합니다.

154kV 대용량 수전회로는 전력계통에서 중요한 역할을 담당하며, 안정적인 전력 공급을 위해 신뢰성 있는 모선 구성과 보호 방식이 요구됩니다.

1. 모선 구성

154kV 대용량 수전회로의 모선 구성은 일반적으로 다음과 같은 방식들이 사용됩니다.

• 단일모선 방식:
  • 간단하고 경제적인 구조
  • 고장 발생 시 전체 계통에 영향을 미칠 수 있는 단점
  • 소규모 변전소에 주로 사용
• 이중모선 방식:
  • 신뢰성이 높고 고장 시에도 계통 운전이 가능
  • 1차단, 1.5차단, 2차단 등 다양한 방식이 존재
  • 대규모 변전소에 주로 사용
  • 1.5차단 방식은 154kV 계통에서 가장 많이 사용되는 방식 중 하나입니다.
• 절환모선 방식:
  • 정비 시 모선을 분리하여 작업 가능
  • 신뢰성이 높지만, 구조가 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
• 환상모선 방식:
  • 고신뢰도를 요구하는 시스템에 적용
  • 복잡한 구조와 높은 비용이 단점

2. 보호 방식

154kV 대용량 수전회로의 보호 방식은 모선 구성, 부하 조건, 계통의 특성 등을 고려하여 다양하게 적용될 수 있습니다. 일반적으로 다음과 같은 보호 방식이 사용됩니다.

• 과전류 보호:
  • 과부하 및 단락사고로부터 설비를 보호
  • 순시형, 시간지연형, 정현파 과전류 계전기 등을 사용
• 지락 보호:
  • 지락사고로부터 설비를 보호
  • 잔류전류형, 지락 방향 계전기 등을 사용
• 차동 보호:
  • 변압기, 모터 등 내부 고장 보호
  • 저항 차동, 모듈러 차동 계전기 등을 사용
• 거리 보호:
  • 송전선로의 고장점을 빠르고 정확하게 격리
  • 임피던스 계전기, 반송파 계전기 등을 사용
• 전압/주파수 보호:
  • 전압/주파수 이상으로 인한 설비 손상 방지
  • 저전압 계전기, 고주파 계전기 등을 사용
• 모선 보호:
  • 모선 고장 시 신속하게 고장 구간을 격리
  • 전압 차동, 위상 비교, 전류 차동 방식 등을 사용

3. 고려 사항

• 선택도: 고장 발생 시 해당 구간만을 선택적으로 격리해야 합니다.
• 신속성: 고장 발생 시 빠르게 동작하여 설비 손상을 최소화해야 합니다.
• 안정성: 오동작 없이 안정적으로 동작해야 합니다.
• 경제성: 설비 투자 비용과 운영 유지비를 고려하여 경제적인 시스템을 구축해야 합니다.

4. 추가적인 고려 사항

• 계통 구성: 계통의 복잡성, 부하 변동성 등을 고려하여 보호 방식을 결정해야 합니다.
• 보호 계전기 조정: 계통 조건에 맞게 보호 계전기를 정확하게 조정해야 합니다.
• 보호 협조: 다른 보호 계전기와의 협조를 고려하여 시스템을 구성해야 합니다.
• 보호 계통 시험: 주기적인 시험을 통해 보호 계통의 정상 작동을 확인해야 합니다.

1. 과전류 보호 (Overcurrent Protection)

• 목적: 과부하 및 단락사고로 인한 설비 손상 방지
• 방식: 과전류 계전기를 사용하여 설정된 전류값을 초과하면 차단기를 트립시켜 고장 구간을 격리합니다.
• 종류:
  • 순시형 과전류 계전기: 고속으로 동작하여 단락사고에 효과적입니다.
  • 시간지연형 과전류 계전기: 과부하에 대해 시간 지연을 두고 동작하여 오동작을 방지합니다.
  • 정현파 과전류 계전기: 정현파 파형의 과전류를 감지하여 동작합니다.

2. 지락 보호 (Earth Fault Protection)

• 목적: 지락사고로 인한 인명 및 설비 손상 방지
• 방식: 지락 계전기를 사용하여 지락 전류를 감지하고 차단기를 트립시켜 고장 구간을 격리합니다.
• 종류:
  • 잔류전류형 지락 계전기: 변류기의 잔류 자속을 이용하여 지락 전류를 감지합니다.
  • 지락 방향 계전기: 지락이 발생한 방향을 판단하여 선택적으로 동작합니다.
  • 접지 계전기: 중성점 접지 방식에 따라 다양한 종류의 접지 계전기가 사용됩니다.

3. 차동 보호 (Differential Protection)

• 목적: 변압기, 모터 등 내부 고장 보호
• 방식: 차동 계전기를 사용하여 보호 대상의 입출력 전류를 비교하여 내부 고장 발생 시 동작합니다.
• 종류:
  • 저항 차동 계전기: 전류의 크기와 위상차를 비교합니다.
  • 모듈러 차동 계전기: 디지털 신호 처리 기술을 이용하여 고정밀도 보호를 수행합니다.

4. 거리 보호 (Distance Protection)

• 목적: 송전선로의 고장점을 빠르고 정확하게 격리
• 방식: 고장점까지의 임피던스를 측정하여 설정된 임피던스 값을 초과하면 동작합니다.
• 종류:
  • 임피던스 계전기: 고장점까지의 임피던스를 직접 측정합니다.
  • 반송파 계전기: 고주파 신호를 이용하여 고장점까지의 거리를 측정합니다.

5. 전압/주파수 보호 (Voltage/Frequency Protection)

• 목적: 전압/주파수 이상으로 인한 설비 손상 방지
• 방식: 전압/주파수 계전기를 사용하여 설정된 값을 벗어나면 동작합니다.
• 종류:
  • 저전압 계전기: 전압이 설정값 이하로 떨어질 때 동작합니다.
  • 고주파 계전기: 주파수가 설정값 이상으로 상승할 때 동작합니다.

6. 기타 보호

• 과열 보호: 과열로 인한 설비 손상을 방지하기 위해 온도를 감지하여 동작합니다.
• 부분방전 보호: 절연체의 부분방전을 감지하여 절연 파괴를 방지합니다.
• 지락 방향 보호: 지락이 발생한 방향을 판단하여 선택적으로 동작합니다.

수전설비 보호계전 시스템 구성 요소

• 변류기(CT): 전류를 감소시켜 계전기의 부담을 줄이고, 계측에 사용합니다.
• 전압 변성기(VT): 전압을 감소시켜 계측에 사용합니다.
• 보호 계전기: 과전류, 지락, 차동 등 다양한 종류의 계전기가 사용됩니다.
• 차단기: 고장 발생 시 회로를 차단하여 설비를 보호합니다.
• 보호 릴레이: 계전기의 동작 신호를 받아 차단기를 제어합니다.

수전설비 보호계전 시스템 설계 시 고려 사항

• 선택도: 고장 발생 시 해당 구간만을 선택적으로 격리해야 합니다.
• 신속성: 고장 발생 시 빠르게 동작하여 설비 손상을 최소화해야 합니다.
• 안정성: 오동작 없이 안정적으로 동작해야 합니다.
• 경제성: 설비 투자 비용과 운영 유지비를 고려하여 경제적인 시스템을 구축해야 합니다.

🔟보호계전기 정정

보호계전기가 보호할 구간에서 어떠한 이상상태가 발생하였을 때 이에 적절히 동작하도록 조정장치에의 하여 동작기준치를 정하는 것

조정장치로 정정된 동작기준치를 정정치라고 한다.

정정 범위에 영향을 미치는 요소

정정 범위는 다음과 같은 요소들에 의해 결정됩니다.

• 계전기 종류: 전자식, 유전체, 전자기식 등 계전기 종류에 따라 특성이 다르므로 정정 범위도 달라집니다.
• 보호 대상: 변압기, 모터, 발전기 등 보호 대상에 따라 필요한 보호 기능과 정정 범위가 달라집니다.
• 시스템 구성: 시스템의 크기, 종류, 연결 방식 등에 따라 정정 범위가 달라집니다.
• 고장 종류: 단락, 지락, 과부하 등 고장 종류에 따라 필요한 보호 기능과 정정 범위가 달라집니다.

정정 범위 설정 시 고려 사항

• 선택성: 고장이 발생한 부분만 차단하고 정상 부분은 보호해야 합니다.
• 감도: 고장을 빠르게 감지하여 시스템 손상을 최소화해야 합니다.
• 안정성: 오동작을 방지하여 시스템의 안정적인 운전을 보장해야 합니다.
• 경제성: 불필요한 투자를 방지하고 효율적인 시스템 운영을 위해 경제적인 측면도 고려해야 합니다.

아날로그 계전기

• 정의: 아날로그 신호를 직접 처리하여 동작하는 계전기입니다. 전기적인 양을 직접 측정하여 설정된 값과 비교하여 동작 여부를 판단합니다.
• 특징:
  • 단순한 구조: 회로 구성이 간단하여 구조가 단순하고, 작동 원리가 직관적입니다.
  • 저렴한 비용: 디지털 계전기에 비해 제작 비용이 저렴합니다.
  • 내구성: 외부 환경 변화에 강하고, 오랜 기간 사용이 가능합니다.
• 단점:
  • 정확도: 디지털 계전기에 비해 정확도가 떨어지고, 오차가 발생할 수 있습니다.
  • 제한된 기능: 다양한 기능 구현이 어렵고, 유연성이 떨어집니다.
  • 유지보수: 정기적인 교정이 필요하며, 고장 발생 시 수리가 어려울 수 있습니다.

디지털 계전기

• 정의: 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이크로프로세서를 이용하여 처리하는 계전기입니다.
• 특징:
  • 높은 정확도: 디지털 신호 처리를 통해 높은 정확도를 확보할 수 있습니다.
  • 다양한 기능: 다양한 보호 기능을 구현할 수 있으며, 유연성이 높습니다.
  • 자기진단 기능: 고장 진단 기능을 통해 계전기의 상태를 모니터링할 수 있습니다.
  • 통신 기능: 통신 기능을 통해 원격 감시 및 제어가 가능합니다.
• 단점:
  • 고가: 아날로그 계전기에 비해 제작 비용이 비쌉니다.
  • 복잡한 구조: 마이크로프로세서를 사용하기 때문에 구조가 복잡합니다.
  • 외부 환경에 민감: 전자기파 등 외부 환경에 민감할 수 있습니다.

아날로그 계전기와 디지털 계전기의 비교표

3)보호계전기의 종류

1.과전류계전기(OCR 51)

• 수전단에 가장 많이 채용하는 계전기로 CT에서 검출된 과전류에 의하여 동작하는 계전기

2.과전압계전기(OVR 27)

• 배전선로에서 이상전압이나 과전압 내습 시 PT에서 검출된 과전압에 의하여 동작하는 계전기

3.부족전압계전기(UVR 21)

• 배전선로에서 순간정전이나 단락사고 등에 의하여 전압강하 시 PT에서 이상 저전압을 검출하여 동작하는 계전기

5.전력계전기(PR)

• 무효전력, 연전력을 검출하여 동작하는 계전기

6.접지계전기(GR)

• 배전선로에서 접지고장에 대하여 보호동작을 하는 것을, 영상전압과 대지충전전류에 의하여 동작하는 계전기

7.방향성 선택접지계전기(SGR)

• 비접지 선로에서 OCR과 조합하여 지락에 의한 고장전류를 GPT와 ZCT등을 이용, 검출하여 한 방향으로만 (선로→대지)동작하도록 한 접지계전기

8.비율차동계전기(Differental Relay 87)

• 변압기나 조상기의 내부 고장 시 1차와 2차의 전류비 차이로 동작하는 계전기로 3,000【kVA】이상의 대용량 변압기에 채용

1. 설계 및 제작 단계

• 고품질 부품 사용: 내구성이 높고 안정적인 성능을 가진 부품을 사용하여 계전기의 수명을 연장하고 고장률을 낮춥니다.
• 엄격한 품질 관리: 제작 과정에서 꼼꼼한 품질 검사를 실시하여 불량품 발생을 최소화합니다.
• 여유 설계: 정격 용량보다 높은 여유를 가지고 설계하여 예상치 못한 과부하나 환경 변화에도 안정적으로 작동할 수 있도록 합니다.
• 최신 기술 적용: 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리 기술 등 최신 기술을 적용하여 계전기의 성능을 향상시키고 새로운 기능을 추가합니다.

2. 설치 및 시운전 단계

• 정확한 설치: 제조사의 설치 매뉴얼을 철저히 준수하여 계전기를 정확하게 설치하고, 접지 및 배선을 완벽하게 처리합니다.
• 철저한 시운전: 설치 후 다양한 시험을 통해 계전기가 정상적으로 동작하는지 확인하고, 설정 값을 최적화합니다.
• 환경 고려: 습도, 온도, 진동 등 주변 환경 조건을 고려하여 계전기를 설치하고, 필요한 경우 환경 보호 장치를 설치합니다.

3. 운전 및 유지보수 단계

• 정기적인 점검: 계전기의 상태를 주기적으로 점검하고, 이상 징후를 조기에 발견하여 조치합니다.
• 소프트웨어 업데이트: 제조사에서 제공하는 최신 소프트웨어로 업데이트하여 기능 개선 및 버그 수정을 수행합니다.
• 예방 정비: 계전기의 수명을 연장하기 위해 정기적인 예방 정비를 실시합니다.
• 교육: 운전원에게 계전기의 작동 원리와 유지보수 방법에 대한 교육을 실시하여 운전 숙련도를 높입니다.

4. 시스템적인 접근

• 다중화: 동일한 기능을 하는 계전기를 여러 개 설치하여 하나의 계전기 고장 시에도 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 합니다.
• 자동 감시: 계전기의 상태를 실시간으로 감시하고, 이상 발생 시 즉시 알람을 발송하여 신속한 조치를 취할 수 있도록 합니다.
• 보호 계통의 최적화: 보호 계통 전체를 종합적으로 분석하여 보호 협조를 최적화하고, 오동작 가능성을 줄입니다.

5. 기타

• 표준화: 보호계전기의 설계, 제작, 설치, 운전 등에 대한 표준을 마련하여 일관성을 확보하고 오류를 줄입니다.
• 신뢰성 평가: 계전기의 신뢰성을 정량적으로 평가하기 위한 다양한 방법을 개발하고 활용합니다.

보호계전 시스템이란?

전력 시스템은 우리 생활에 필수적인 에너지를 공급하는 시스템입니다. 하지만 다양한 원인으로 인해 단락, 지락, 과전류, 과전압 등의 고장이 발생할 수 있으며, 이러한 고장은 시스템의 손상을 야기하고 심각한 경우에는 대규모 정전으로 이어질 수 있습니다.

보호계전 시스템은 이러한 고장을 빠르고 정확하게 감지하여 고장 구간을 분리하고, 시스템의 나머지 부분을 보호하는 역할을 수행하는 시스템입니다. 마치 인체의 면역 시스템이 외부 침입자를 감지하고 방어하는 것과 같다고 할 수 있습니다.

보호계전 시스템의 구성 요소

• 계기용 변성기 (CT, PT): 고전압, 대전류를 안전하게 측정할 수 있도록 낮은 값으로 변환하는 장치입니다.
• 보호계전기: CT, PT에서 받은 신호를 분석하여 고장 발생 여부를 판단하고, 설정된 조건에 따라 차단기에 트립 신호를 보내는 장치입니다.
• 차단기: 보호계전기의 신호를 받아 고장 구간을 빠르게 차단하는 장치입니다.

최근 보호계전 시스템의 동향

• 디지털화: 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 전환되어 정확도와 신뢰성이 향상되었으며, 다양한 기능을 구현할 수 있게 되었습니다.
• 지능화: 인공지능, 머신러닝 기술을 활용하여 고장 예측, 자가 진단 기능이 강화되었으며, 시스템의 운영 효율성을 높이고 있습니다.
• 통합화: 다양한 보호 기능을 하나의 장치에 통합하여 시스템 구성을 간소화하고 유지보수를 용이하게 하였습니다.
• 통신 기능 강화: 통신망을 통해 원격 감시, 제어가 가능해지고, 다양한 정보를 수집하여 분석할 수 있게 되었습니다.

보호계전 시스템의 보호 방식

• 과전류 보호: 전류가 설정값을 초과할 때 동작하여 과부하, 단락 사고를 보호합니다.
• 지락 보호: 전류가 대지로 흘러 들어갈 때 동작하여 지락 사고를 보호합니다.
• 과전압 보호: 전압이 설정값을 초과할 때 동작하여 과전압 사고를 보호합니다.
• 부족전압 보호: 전압이 설정값 이하로 떨어질 때 동작하여 부족전압 사고를 보호합니다.
• 거리 보호: 고장점까지의 거리를 측정하여 고장 발생 위치를 파악하고 선택적인 보호를 수행합니다.
• 방향성 보호: 고장 전류의 방향을 감지하여 고장이 발생한 방향으로만 동작합니다.
• 차동 보호: 보호 대상 기기의 입출력 전류를 비교하여 내부 고장을 감지합니다.

디지털 보호계전기의 기본 구성 및 도해

구성 요소:

1. 입력단:
   • 변성기(CT, PT): 외부에서 들어오는 전류와 전압을 안전하고 효율적으로 측정하여 계전기로 보내는 역할을 합니다.
   • A/D 변환기: 아날로그 신호(전류, 전압)를 디지털 신호로 변환하는 역할을 합니다.
   • 필터: 노이즈를 제거하고, 원하는 주파수 대역의 신호만 추출하는 역할을 합니다.
2. 중앙처리장치 (CPU):
   • 마이크로프로세서: 디지털 신호를 처리하고, 보호 알고리즘을 수행하여 고장 유무를 판단합니다.
   • 메모리: 프로그램, 데이터, 설정값 등을 저장하는 공간입니다.
3. 출력단:
   • D/A 변환기: 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 외부 장치에 전달합니다.
   • 릴레이: 차단기 동작 신호, 경보 신호 등을 출력하는 역할을 합니다.
   • 통신 인터페이스: 다른 장치와 통신하기 위한 인터페이스입니다.

각 구성 요소의 역할 설명

• 입력단: 외부에서 들어오는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 CPU에서 처리할 수 있도록 합니다.
• 중앙처리장치 (CPU):
  • 보호 알고리즘 수행: 과전류, 지락, 과전압 등 다양한 고장 종류에 대한 보호 알고리즘을 수행하여 고장 발생 여부를 판단합니다.
  • 자기 진단: 계전기 자체의 상태를 감시하고, 이상 발생 시 경보를 발생시킵니다.
  • 통신: 다른 장치와 통신하여 정보를 교환하고, 원격 감시 및 제어를 수행합니다.
  • 설정값 저장: 사용자가 설정한 보호 설정값을 저장하고, 필요에 따라 변경할 수 있습니다.
• 출력단:
  • 차단기 동작 신호: 고장 발생 시 차단기에 트립 신호를 보내 고장 구간을 분리합니다.
  • 경보 신호: 고장 발생 시 경보 신호를 발생시켜 운전원에게 알립니다.
  • 통신 신호: 다른 장치와 통신하여 정보를 교환합니다.

디지털 보호계전기의 장점

• 높은 정확도: 아날로그 방식에 비해 정확도가 높아 오동작 가능성을 줄일 수 있습니다.
• 다양한 기능: 다양한 보호 기능을 하나의 장치에 구현할 수 있습니다.
• 유연성: 소프트웨어 업데이트를 통해 기능을 추가하거나 변경할 수 있습니다.
• 자기 진단 기능: 계전기 자체의 상태를 감시하여 고장을 예방할 수 있습니다.
• 통신 기능: 다른 장치와 통신하여 시스템 운영 효율성을 높일 수 있습니다.

예시: OCR 정정치 결정

• 변압기 용량: 1000kVA
• 부하 전류: 500A
• 선로 임피던스: 0.1Ω
• 최대 단락 전류: 계산 결과 10,000A

위 조건에서 OCR의 최소 동작 전류는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

• 최대 부하 전류의 1.2배: 500A x 1.2 = 600A
• 최대 단락 전류의 50%: 10,000A x 0.5 = 5,000A

위 계산 결과를 바탕으로 OCR의 최소 동작 전류를 600A ~ 5,000A 사이에서 적절한 값으로 설정합니다.

정한시 특성

• 정의: 과전류가 발생하면 일정한 시간이 지난 후 동작하는 특성입니다. 즉, 과전류의 크기와 관계없이 설정된 시간 후에 동작
• 장점:
  • 과부하 보호에 적합합니다. 과부하가 발생하면 전류가 서서히 증가하므로, 정한시 특성을 통해 차단기를 천천히 동작시켜 시스템에 무리가 가지 않도록 할 수 있음
• 단점:
  • 단락 사고와 같은 급격한 과전류에는 빠르게 대응하지 못함

반한시 특성

• 정의: 과전류의 크기에 따라 동작 시간이 달라지는 특성입니다. 과전류가 클수록 빠르게 동작하고, 과전류가 작을수록 천천히 동작합니다.
• 장점:
  • 단락 사고와 같은 급격한 과전류에 빠르게 대응할 수 있습니다.
  • 과부하와 단락 사고를 모두 보호할 수 있습니다.
• 단점:
  • 설정값 조정이 복잡하고, 오동작 가능성이 있습니다.

정한시와 반한시의 비교

정한시-반한시 특성 곡선


위 그림과 같이 실제 과전류 계전기는 정한시와 반한시 특성을 모두 가지는 경우가 많습니다. 과전류가 작을 때는 반한시 특성을 나타내어 과부하를 보호하고, 과전류가 클 때는 정한시 특성을 나타내어 단락 사고를 보호합니다.

순시 (Instantaneous): 고장 전류가 설정값을 초과하는 순간 즉시 동작합니다. 단락사고와 같이 매우 빠른 시간 내에 차단해야 하는 경우에 주로 사용됩니다.

순시 특성: 수평선에 가까운 직선 형태를 나타냅니다.

• OCR (Over Current Relay): 과전류 계전기로, 과전류가 발생할 때 동작하여 시스템을 보호합니다.
• OCGR (Over Current Ground Relay): 지락 과전류 계전기로, 지락 사고 발생 시 동작하여 시스템을 보호합니다.
• OVGR (Over Voltage Ground Relay): 지락 과전압 계전기로, 지락 사고 발생 시 과전압을 감지하여 동작합니다.
• OVR (Over Voltage Relay): 과전압 계전기로, 상간 또는 상대지간 과전압 발생 시 동작합니다.
• UVR (Under Voltage Relay): 저전압 계전기로, 전압이 설정값 이하로 떨어질 때 동작합니다.

정정 시 고려사항

• 설비의 종류 및 용량: 변압기 용량, 선로 임피던스, 부하 특성 등 설비의 특성을 고려하여 정정해야 합니다.
• 고장 종류 및 크기: 단락, 지락 등 고장 종류와 예상되는 고장 전류 값을 고려하여 정정해야 합니다.
• 보호 협조: 다른 보호 계전기와의 협조를 고려하여 오동작이나 미동작이 발생하지 않도록 해야 합니다.
• 선택성: 고장 발생 시 고장 구간만 선택적으로 차단하여 건전한 부분의 운전을 지속할 수 있도록 해야 합니다.
• 안전율: 불확실성을 고려하여 적절한 안전율을 적용해야 합니다.
• 법규 및 규정: 관련 법규 및 규정을 준수하여야 합니다.

정정치 결정

• OCR, OCGR:
  • 최소 동작 전류: 변압기 용량, 선로 임피던스, 부하 전류 등을 고려하여 결정합니다. 일반적으로 최대 부하 전류의 1.2 ~ 1.5배 정도로 설정합니다.
  • 동작 시간: 고장 종류에 따라 다르게 설정하며, 단락 사고에는 빠르게, 과부하에는 느리게 동작하도록 설정합니다.
• OVR, UVR:
  • 동작 전압: 시스템의 정상 운전 전압을 기준으로 설정하며, 허용되는 전압 변동 범위를 고려하여 설정합니다.
• OVGR:
  • 동작 전압: 지락 사고 시 발생할 수 있는 최대 지락 전압을 고려하여 설정합니다.

예시: OCR 정정치 결정

• 변압기 용량: 1000kVA
• 부하 전류: 500A
• 선로 임피던스: 0.1Ω
• 최대 단락 전류: 계산 결과 10,000A

위 조건에서 OCR의 최소 동작 전류는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

• 최대 부하 전류의 1.2배: 500A x 1.2 = 600A
• 최대 단락 전류의 50%: 10,000A x 0.5 = 5,000A

위 계산 결과를 바탕으로 OCR의 최소 동작 전류를 600A ~ 5,000A 사이에서 적절한 값으로 설정합니다.

주의사항

• 정확한 데이터 확보: 계산에 사용되는 데이터(변압기 용량, 임피던스 등)가 정확해야 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.
• 고장 종류별 고려: 단락, 지락 등 고장 종류에 따라 보호 계전기의 설정값이 달라질 수 있습니다.
• 보호 협조: 다른 보호 계전기와의 협조를 고려하여 설정값을 결정해야 합니다.
• 안전율: 설정값에 적절한 안전율을 적용하여 불확실성을 고려해야 합니다.

디지털 계전기 설치 환경

• 전자파 차폐: 디지털 계전기는 전자파에 민감하므로, 금속 케이스 등을 사용하여 전자파 차폐를 해야 합니다. 특히 고주파 노이즈에 취약하므로, 고주파 노이즈원으로부터 멀리 설치하는 것이 좋습니다.
• 접지: 계전기와 접지 사이의 저항을 최소화하여 노이즈를 효과적으로 접지시켜야 합니다.
• 온도 및 습도: 계전기의 정상 작동을 위해 적절한 온도와 습도를 유지해야 합니다.
• 진동: 진동은 계전기의 내부 회로에 영향을 줄 수 있으므로, 진동이 적은 곳에 설치해야 합니다.
• 먼지: 먼지는 접촉 불량이나 단락을 유발할 수 있으므로, 깨끗한 환경을 유지해야 합니다.

노이즈의 영향

• 측정 오류: 노이즈는 측정 신호에 혼입되어 측정 오류를 발생시킬 수 있습니다.
• 오동작: 노이즈가 특정 임계값을 넘어설 경우, 계전기가 오동작할 수 있습니다.
• 데이터 손상: 통신 과정에서 노이즈에 의해 데이터가 손상될 수 있습니다.

노이즈 대책

• 차폐 케이블 사용: 차폐 케이블을 사용하여 노이즈 유입을 방지합니다.
• 필터링: 노이즈 필터를 사용하여 특정 주파수 대역의 노이즈를 제거합니다.
• 접지: 계전기와 접지 사이의 저항을 최소화하여 노이즈를 효과적으로 접지시킵니다.
• 광통신: 노이즈에 강한 광통신 방식을 사용하여 통신 신뢰성을 높입니다.
• 전원 안정화: 전원 공급 장치를 사용하여 안정적인 전원을 공급합니다.
• 소프트웨어 필터링: 디지털 신호 처리 기술을 이용하여 소프트웨어적으로 노이즈를 제거합니다.
• 노이즈원과의 이격: 노이즈원으로부터 멀리 설치하여 노이즈의 영향을 최소화합니다.
• 정기적인 점검: 계전기의 상태를 정기적으로 점검하여 노이즈에 의한 문제를 조기에 발견하고 해결합니다.

추가적인 고려 사항

• EMC (Electromagnetic Compatibility): 전자파 적합성을 고려하여 설계된 계전기를 선택하는 것이 좋습니다.
• IEC 61850: 국제 표준 IEC 61850을 준수하는 계전기를 사용하면 상호 운용성을 높일 수 있습니다.
• 보호 계층: 물리적 보호, 기능적 보호, 사이버 보안 등 다양한 보호 계층을 고려하여 시스템을 구축해야 합니다.

7️⃣디지털 보호 계전기

아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이크로프로세서를 이용하여 복잡한 보호 기능을 수행하는 계전기를 말합니다. 기존의 전자기형 계전기에 비해 정확도, 신뢰성, 유연성이 뛰어나 현대 전력 시스템에서 널리 사용되고 있습니다.

디지털 보호계전기의 특징

• 고도의 보호 기능: 다양한 고장 종류에 대한 정확하고 빠른 감시 및 보호 기능을 제공합니다.
• 높은 정확도: 아날로그 신호 처리의 오차를 최소화하여 정확한 보호 동작을 보장합니다.
• 유연성: 소프트웨어를 통해 기능을 변경하거나 추가할 수 있어 시스템 변화에 유연하게 대응할 수 있습니다.
• 자기진단 기능: 계전기 자체의 상태를 감시하여 고장을 사전에 예방할 수 있습니다.
• 통신 기능: 다른 시스템과의 통신을 통해 정보를 교환하고 원격 감시 및 제어가 가능합니다.
• 소형화: 하드웨어의 소형화로 설치 공간을 절약하고, 다양한 기능을 통합할 수 있습니다.

디지털 보호계전기의 기본 구성

• 입력부: 센서로부터 전압, 전류 등의 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환합니다.
• 연산 처리부: 디지털 신호를 이용하여 다양한 보호 알고리즘을 수행합니다.
• 출력부: 보호 동작 신호, 통신 신호 등을 출력합니다.
• 인터페이스: 사용자와의 상호 작용을 위한 인터페이스를 제공합니다.

디지털 보호계전기의 주요 기능

• 과전류 보호: 과전류, 지락, 단락 등의 과전류 사고를 감지하여 보호합니다.
• 지락 보호: 지락 사고를 감지하여 보호합니다.
• 전압/주파수 보호: 전압이나 주파수의 이상을 감지하여 보호합니다.
• 동기/비동기 보호: 발전기, 전동기 등의 동기/비동기 상태를 감시하고 보호합니다.
• 변압기 보호: 변압기의 과열, 과부하, 내부 고장 등을 감지하여 보호합니다.
• 계통 보호: 전력 시스템의 안정도를 유지하기 위한 다양한 보호 기능을 제공합니다.
• 자기진단 기능: 계전기 자체의 고장을 감지하고 경보합니다.
• 통신 기능: 다른 시스템과의 통신을 통해 정보를 교환하고 원격 감시 및 제어가 가능합니다.

디지털 보호계전기의 장점

• 높은 신뢰성: 아날로그 계전기에 비해 오동작 가능성이 낮습니다.
• 유연성: 소프트웨어 업데이트를 통해 기능을 추가하거나 변경할 수 있습니다.
• 다양한 기능: 다양한 보호 기능을 하나의 계전기에서 구현할 수 있습니다.
• 자동화: 자동화된 진단 및 보호 기능을 제공합니다.

디지털 보호계전기의 단점

• 복잡성: 아날로그 계전기에 비해 구조가 복잡하여 유지보수가 어려울 수 있습니다.
• 비용: 초기 도입 비용이 높습니다.
• 사이버 공격 위험: 네트워크에 연결되어 사이버 공격에 취약할 수 있습니다.

유도형 지락 방향계전기는 전력 시스템에서 지락 사고가 발생했을 때 고장 발생 방향을 판단하여 차단기를 동작시키는 중요한 보호 장치입니다. 이러한 계전기를 정확하게 시험하는 것은 시스템의 안정적인 운전을 위해 필수적입니다.

유도형 지락 방향계전기 시험의 목적

• 정상 동작 확인: 계전기가 설정된 조건에서 정상적으로 동작하는지 확인합니다.
• 오동작 방지: 불필요한 동작을 방지하여 시스템의 안정성을 확보합니다.
• 보호 협조 확인: 다른 보호 계전기와의 협조 관계를 확인하여 시스템 전체의 보호 기능을 검증합니다.

시험 방법

유도형 지락 방향계전기 시험은 크게 정지 시험과 동작 시험으로 나눌 수 있습니다.

1. 정지 시험

• 목적: 계전기가 비고장 상태에서 동작하지 않는 것을 확인합니다.
• 방법:
  • 정상 운전 조건: 정상적인 전압과 전류를 인가하여 계전기가 동작하지 않는 것을 확인합니다.
  • 외란 조건: 고조파, 노이즈 등 외란을 인가하여 계전기가 오동작하지 않는 것을 확인합니다.

2. 동작 시험

• 목적: 계전기가 고장 조건에서 정상적으로 동작하는 것을 확인합니다.
• 방법:
  • 지락 사고 시뮬레이션: 지락 사고를 시뮬레이션하여 계전기가 정확한 방향으로 동작하는지 확인합니다.
  • 시험 전원: 시험 전원을 이용하여 지락 전류와 전압을 인가합니다.
  • 시험 회로: 시험 회로를 구성하여 계전기의 입력단에 시험 전원을 연결합니다.
  • 동작 시간 측정: 계전기의 동작 시간을 측정하여 설정값과 비교합니다.

시험 시 주의 사항

• 안전: 시험 전에 안전 수칙을 준수하고, 절연 장갑 등 보호구를 착용해야 합니다.
• 정확성: 시험 장비를 정확하게 교정하고, 시험 회로를 정확하게 구성해야 합니다.
• 기록: 시험 결과를 상세하게 기록하여 추후 분석에 활용해야 합니다.
• 표준: 관련 표준(예: IEC 60255-26)을 준수하여 시험을 진행해야 합니다.

시험 장비

• 시험 전원: 지락 전류와 전압을 인가하기 위한 시험 전원
• 전압계, 전류계: 전압과 전류를 측정하기 위한 계측기
• 시간 측정기: 계전기의 동작 시간을 측정하기 위한 계측기
• 시험 회로: 시험 전원과 계전기를 연결하기 위한 회로

보호계전기의 기억작용이란?

보호계전기의 기억작용이란, 계전기의 입력 신호가 급격하게 변화할 때, 변화하기 전의 신호 값을 일정 시간 동안 기억하는 기능

왜 기억작용이 필요할까요?

• 고장 분석: 고장 발생 직전의 시스템 상태를 기억하여 고장 원인을 정확하게 분석하고, 재발 방지 대책을 수립
• 거리 보호 계전기: 특히 거리 보호 계전기에서 중요하게 사용되는데, 고장점까지의 거리를 정확하게 계산하기 위해서는 고장 발생 직전의 전압과 전류 값이 필요
• 시스템 안정도 향상: 고장 발생 시 빠르고 정확한 보호 동작을 통해 시스템의 안정도를 향상

기억작용의 원리

• 샘플링: 일정한 시간 간격으로 입력 신호를 샘플링하여 디지털 값으로 변환
• 저장: 샘플링된 데이터를 메모리에 저장
• 호출: 필요한 경우 저장된 데이터를 호출하여 사용

기억작용의 종류

• 단기 기억: 최근의 데이터만 저장하며, 메모리 용량이 적습니다.
• 장기 기억: 과거의 데이터까지 저장하며, 메모리 용량이 큽니다.

기억작용의 활용 예시

• 고속 사고 기록 장치(FRR): 고장 발생 시 고속으로 데이터를 기록하여 상세한 고장 분석에 활용
• 순시 값 기록: 고장 발생 직전의 순시 값을 기록하여 고장 분석에 활용
• 파형 기록: 고장 발생 시 전압, 전류 파형을 기록하여 고장 분석에 활용

디지털 계전기는 고정밀도의 계산과 빠른 응답 속도를 바탕으로 전력 시스템의 안정적인 운전에 기여합니다. 하지만 민감한 전자 회로로 구성되어 있어 외부 노이즈에 취약하다는 단점이 있습니다. 이러한 노이즈는 계측 오류, 오동작, 심지어 시스템 고장까지 유발할 수 있으므로, 노이즈 침입도를 최소화하고 안정적인 운전을 위한 노이즈 보호 대책이 필수적입니다.

디지털 계전기의 노이즈 침입 경로

• 전원선: 전원 공급 과정에서 발생하는 스파크, 고주파 노이즈 등이 계전기로 유입될 수 있습니다.
• 신호선: 센서, 변압기 등에서 발생하는 노이즈가 신호선을 통해 계전기로 전달될 수 있습니다.
• 통신선: 통신망을 통해 외부에서 노이즈가 유입될 수 있습니다.
• 접지: 불량한 접지로 인해 노이즈가 계전기로 유입될 수 있습니다.

노이즈의 종류 및 영향

• 전도성 노이즈: 전선을 통해 전달되는 노이즈로, 주로 전력선, 신호선을 통해 유입됩니다.
• 방사성 노이즈: 공기를 통해 전파되는 노이즈로, 주변의 전자 기기에서 발생하는 전자파 등이 원인입니다.
• 노이즈의 영향: 측정 오류, 오동작, 데이터 손상, 시스템 불안정 등을 유발할 수 있습니다.

노이즈 보호 대책

• 차폐:
  • 케이블 차폐: 신호선, 전원선에 차폐 케이블을 사용하여 외부 노이즈 유입을 차단합니다.
  • 금속 케이스: 계전기를 금속 케이스로 감싸 전자파 차폐를 강화합니다.
• 필터링:
  • 노이즈 필터: 전원선, 신호선에 노이즈 필터를 설치하여 특정 주파수 대역의 노이즈를 제거합니다.
• 접지:
  • 안정된 접지: 계전기와 시스템 접지를 확실하게 하여 노이즈를 지면으로 방출합니다.
  • 등전위 접지: 시스템 내의 모든 금속 부분을 등전위로 연결하여 접지 임피던스를 낮춥니다.
• 절연:
  • 절연 변압기: 전원선과 신호선 사이에 절연 변압기를 설치하여 노이즈 전파를 차단합니다.
• 통신:
  • 광통신: 노이즈에 강한 광통신 방식을 사용하여 통신 신뢰성을 높입니다.
• 소프트웨어:
  • 노이즈 필터링 알고리즘: 소프트웨어적으로 노이즈를 제거하는 알고리즘을 적용합니다.
• 설치 환경:
  • 노이즈원과의 이격: 노이즈원으로부터 멀리 설치하여 노이즈의 영향을 최소화합니다.
• 정기적인 점검:
  • 계통 점검: 정기적인 계통 점검을 통해 노이즈 발생 원인을 파악하고 해결합니다.

추가적인 고려 사항

• EMC (Electromagnetic Compatibility): 전자파 적합성을 고려하여 설계된 계전기를 선택하는 것이 좋습니다.
• IEC 61850: 국제 표준 IEC 61850을 준수하는 계전기를 사용하면 상호 운용성을 높일 수 있습니다.
• 보호 계층: 물리적 보호, 기능적 보호, 사이버 보안 등 다양한 보호 계층을 고려하여 시스템을 구축해야 합니다.

서론

대형 건물의 6.6[kV] 모선에 연결된 전동기와 변압기의 과전류계전기(50/51) 정정은 안정적인 전력 공급과 설비 보호를 위해 매우 중요한 작업입니다. 과전류 계전기는 과전류가 발생했을 때 차단기를 동작시켜 설비 손상을 방지하는 역할을 합니다. 따라서 정확한 정정을 통해 계전기가 필요한 순간에 신속하게 동작하고, 불필요한 동작은 최소화해야 합니다.

6.6[kV] 전동기 부하용 과전류계전기(50/51) 정정

1. 정정 목표:

• 전동기 과부하 보호: 전동기가 정격 전류를 초과하여 운전될 때 계전기가 동작하여 전동기를 보호합니다.
• 단락사고 보호: 전동기에서 단락사고가 발생했을 때 계전기가 신속하게 동작하여 사고 확산을 방지합니다.

2. 정정 고려 사항:

• 전동기 정격 전류: 전동기의 정격 전류는 계전기의 설정값을 결정하는 가장 중요한 요소입니다.
• 전동기 기동 전류: 전동기 기동 시에는 정격 전류의 수배에 달하는 큰 전류가 흐르므로, 계전기가 오동작하지 않도록 시간 지연 특성을 고려해야 합니다.
• 배선 용량: 전동기에 연결된 배선의 용량도 계전기 설정에 영향을 미칩니다.

3. 정정 방법:

• 계전기 특성 파악: 사용하는 계전기의 특성(동작 시간, 설정 범위 등)을 정확히 파악합니다.
• 전동기 제원 확인: 전동기의 정격 전류, 기동 전류, 보호 등급 등을 확인합니다.
• 배선 용량 확인: 전동기에 연결된 배선의 허용 전류를 확인합니다.
• 계산: 전동기 정격 전류에 대한 계전기 설정값을 계산하고, 필요에 따라 시간 지연 특성을 설정합니다.
• 현장 시험: 계전기 설정값을 적용하고, 현장에서 시험을 통해 계전기가 정상적으로 동작하는지 확인합니다.

6.6[kV]/380[V] 변압기 고압측 과전류계전기(50/51) 정정

1. 정정 목표:

• 변압기 과부하 보호: 변압기가 정격 전류를 초과하여 운전될 때 계전기가 동작하여 변압기를 보호합니다.
• 단락사고 보호: 변압기에서 단락사고가 발생했을 때 계전기가 신속하게 동작하여 사고 확산을 방지합니다.

2. 정정 고려 사항:

• 변압기 정격 전류: 변압기의 정격 전류는 계전기의 설정값을 결정하는 가장 중요한 요소입니다.
• 변압기 임피던스: 변압기의 임피던스는 단락사고 전류에 영향을 미치므로, 계전기 설정에 고려해야 합니다.
• 배선 용량: 변압기에 연결된 배선의 용량도 계전기 설정에 영향을 미칩니다.

3. 정정 방법:

• 계전기 특성 파악: 사용하는 계전기의 특성(동작 시간, 설정 범위 등)을 정확히 파악합니다.
• 변압기 제원 확인: 변압기의 정격 전류, 임피던스, 보호 등급 등을 확인합니다.
• 배선 용량 확인: 변압기에 연결된 배선의 허용 전류를 확인합니다.
• 계산: 변압기 정격 전류에 대한 계전기 설정값을 계산하고, 필요에 따라 시간 지연 특성을 설정합니다.
• 현장 시험: 계전기 설정값을 적용하고, 현장에서 시험을 통해 계전기가 정상적으로 동작하는지 확인합니다.

결론

과전류계전기 정정은 전력 시스템의 안정적인 운전을 위해 매우 중요한 작업입니다. 정확한 계산과 현장 시험을 통해 계전기를 적절하게 설정해야 합니다. 만약 전문 지식이 부족한 경우, 전문가의 도움을 받는 것이 좋습니다.

주의: 위 설명은 일반적인 과전류계전기 정정 방법이며, 실제 현장에서는 다양한 변수를 고려하여 정정해야 합니다.

추가적으로 고려해야 할 사항:

• 조정 전압: 계전기의 조정 전압을 확인하고, 계통 전압과 일치하도록 설정해야 합니다.
• CT 비: 전류 변성기(CT) 비를 확인하고, 계전기 설정에 반영해야 합니다.
• 계전기 배치: 계전기가 설치된 위치와 연결 회로를 확인해야 합니다.
• 보호 계통: 계전기가 다른 보호 계통과 연동되는 경우, 상호 간섭을 최소화해야 합니다.
• 규정: 관련 규정(예: KEC, IEC)을 준수하여 계전기를 설정해야 합니다.

정한시 특성

• 정의: 과전류가 발생하면 일정한 시간이 지난 후 동작하는 특성입니다. 즉, 과전류의 크기와 관계없이 설정된 시간 후에 동작
• 장점:
  • 과부하 보호에 적합합니다. 과부하가 발생하면 전류가 서서히 증가하므로, 정한시 특성을 통해 차단기를 천천히 동작시켜 시스템에 무리가 가지 않도록 할 수 있음
• 단점:
  • 단락 사고와 같은 급격한 과전류에는 빠르게 대응하지 못함

반한시 특성

• 정의: 과전류의 크기에 따라 동작 시간이 달라지는 특성입니다. 과전류가 클수록 빠르게 동작하고, 과전류가 작을수록 천천히 동작합니다.
• 장점:
  • 단락 사고와 같은 급격한 과전류에 빠르게 대응할 수 있습니다.
  • 과부하와 단락 사고를 모두 보호할 수 있습니다.
• 단점:
  • 설정값 조정이 복잡하고, 오동작 가능성이 있습니다.

정한시와 반한시의 비교

정한시-반한시 특성 곡선


위 그림과 같이 실제 과전류 계전기는 정한시와 반한시 특성을 모두 가지는 경우가 많습니다. 과전류가 작을 때는 반한시 특성을 나타내어 과부하를 보호하고, 과전류가 클 때는 정한시 특성을 나타내어 단락 사고를 보호합니다.

순시 (Instantaneous): 고장 전류가 설정값을 초과하는 순간 즉시 동작합니다. 단락사고와 같이 매우 빠른 시간 내에 차단해야 하는 경우에 주로 사용됩니다.

순시 특성: 수평선에 가까운 직선 형태를 나타냅니다.

7️⃣디지털 보호 계전기

아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이크로프로세서를 이용하여 복잡한 보호 기능을 수행하는 계전기를 말합니다. 기존의 전자기형 계전기에 비해 정확도, 신뢰성, 유연성이 뛰어나 현대 전력 시스템에서 널리 사용되고 있습니다.

디지털 보호계전기의 특징

• 고도의 보호 기능: 다양한 고장 종류에 대한 정확하고 빠른 감시 및 보호 기능을 제공합니다.
• 높은 정확도: 아날로그 신호 처리의 오차를 최소화하여 정확한 보호 동작을 보장합니다.
• 유연성: 소프트웨어를 통해 기능을 변경하거나 추가할 수 있어 시스템 변화에 유연하게 대응할 수 있습니다.
• 자기진단 기능: 계전기 자체의 상태를 감시하여 고장을 사전에 예방할 수 있습니다.
• 통신 기능: 다른 시스템과의 통신을 통해 정보를 교환하고 원격 감시 및 제어가 가능합니다.
• 소형화: 하드웨어의 소형화로 설치 공간을 절약하고, 다양한 기능을 통합할 수 있습니다.

디지털 보호계전기의 기본 구성

• 입력부: 센서로부터 전압, 전류 등의 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환합니다.
• 연산 처리부: 디지털 신호를 이용하여 다양한 보호 알고리즘을 수행합니다.
• 출력부: 보호 동작 신호, 통신 신호 등을 출력합니다.
• 인터페이스: 사용자와의 상호 작용을 위한 인터페이스를 제공합니다.

디지털 보호계전기의 주요 기능

• 과전류 보호: 과전류, 지락, 단락 등의 과전류 사고를 감지하여 보호합니다.
• 지락 보호: 지락 사고를 감지하여 보호합니다.
• 전압/주파수 보호: 전압이나 주파수의 이상을 감지하여 보호합니다.
• 동기/비동기 보호: 발전기, 전동기 등의 동기/비동기 상태를 감시하고 보호합니다.
• 변압기 보호: 변압기의 과열, 과부하, 내부 고장 등을 감지하여 보호합니다.
• 계통 보호: 전력 시스템의 안정도를 유지하기 위한 다양한 보호 기능을 제공합니다.
• 자기진단 기능: 계전기 자체의 고장을 감지하고 경보합니다.
• 통신 기능: 다른 시스템과의 통신을 통해 정보를 교환하고 원격 감시 및 제어가 가능합니다.

디지털 보호계전기의 장점

• 높은 신뢰성: 아날로그 계전기에 비해 오동작 가능성이 낮습니다.
• 유연성: 소프트웨어 업데이트를 통해 기능을 추가하거나 변경할 수 있습니다.
• 다양한 기능: 다양한 보호 기능을 하나의 계전기에서 구현할 수 있습니다.
• 자동화: 자동화된 진단 및 보호 기능을 제공합니다.

디지털 보호계전기의 단점

• 복잡성: 아날로그 계전기에 비해 구조가 복잡하여 유지보수가 어려울 수 있습니다.
• 비용: 초기 도입 비용이 높습니다.
• 사이버 공격 위험: 네트워크에 연결되어 사이버 공격에 취약할 수 있습니다.