비율차동계전기

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.

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.

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.

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.

3️⃣방지대책

1)비율특성(Slope)

• 오차요인에 의한 방지대책으로 비율차동계전기를 예민하게 동작하지 않도록 Tap을 설치하여 방지하는 방법

2)변압기 여자돌임전류에 의한 대책

• 감도저하법
  • 돌입전류가 감쇄하는 수 초간 계전기의 동작 감도를 낮추어 오동작을 방지하는 방식
  • 간단하고 경제적이며 30[MVA]이라의 변압기에 채용하는 방식
• 고조파 억제방식
  • 차동회로에 설치한 고조차 통과필터와 직렬로 접속한 고조파 억제코일에 의한 억제력이 가해지고 동작코일에는 기본파 통과필터를 통해서 차동회로의 기본파 전류가 흘러 동작하는 방식
• 비대칭 저지법
  • 차동계전기 Ry₁은 정부 각 반파의 전류를 비교하여 그 차이가 어느정도 나면 동작하여 차단기 트립회로 개방
  • 사고시에는 과전류계전기 Ry₁, Ry₂, Ry₃가 동시에 동작하여 Ry₁이 동작해도 차단기의 트립회로가 유지

3)CT회로의 올바른 결선법

• 변압기 결선에 의해 발생하는 위상차를 보정하고 결선에 착수하기 전에 Kick법 등으로 극성을 확인하고 NamePlate와 비교한 후 결선

4)DCR 개체시험

• 최소동작 전류시험 : 대개 Tap 정정치의 30[%]이하에서 동작하는 특성시험
• 비율차동 특성시험 : 일정 비율이상 시에 동작하는특성시험
• Harmonic 특성시험 : 여자돌입전류 및 과도현상에 의한 시험
• Target(동작표시기) 및 순시요소 동작시험 : 동작계전기 판별 특성시험

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.

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

1. CT (Current Transformer) 선정 및 설치

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

2. 계전기 설정값

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

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 설정
• 계통 조건: 계통의 변동, 부하 변동 등 외부 요인에 대한 영향을 최소화

5. 기타 고려 사항

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