사고점 |
주보호 |
후비보호 |
F1 |
87 |
OC1 |
|
OC2 |
|
F2 |
OC4 |
OC2 |
|
OC6 |
OC5 |
1.4 구간 보호 방식
ㆍ 보호구간의 끝에 변류기를 설치하여 차전류로 동작
ㆍ CT를 보호구간이 중복되도록 설치
1.5 한시차 계전방식
ㆍ 동작시간의 차로 사고구간 구분
ㆍ 자가용 전기설비의 방사상 계통 단락보호에 적절
ㆍ 보호시간이 길어지는 단점이 있지만 주보호ㆍ후비보호를 동시에 할 수 있어 경제적
2.1 22.9KV 정식설비
ㆍ CT는 차단기 1차 설치가 바람직
ㆍ OC2 보호계전기는 강반한시 사용이 바람직
ㆍ 큰 단락사고에 대하여 PF 동작 가능
ㆍ 과부하 사고에 ASS동작가능
ㆍ CT는 과전류 정수, 과전류 강도 부담등 고려
2.2 22.9KV 간이설비
ㆍ 800A 미만의 사고에 대하여 ASS가
무압상태에서 차단 (한전의 Recloser와 협조)
ㆍ 단락사고에 대하여 PF 차단
※ 완벽한 보호가 어렵기 때문에 임시 동력등 특별한 경우 이외는 사용하지 않는 것이
바람직하다.
2.3 수전회로 지락보호
ㆍ 22.9KV-Y계통은 지락전류가 크기 때문에 그림과 같은 잔류회로를 이용
3. 변압기 보호
3.1 변압기 보호장치 기준(기술기준)
경보 : ◎ Trip : ○규정 △ 권장
요 량 |
보 호 장 치 | |||
과전류 |
내부고장 |
온도상승 |
기 타 | |
5,000KVA 미만 수냉식 |
|
△
|
△ ◎
|
|
상시 감시하지 않는 변전소 3,000KVA 초과는 온도상승시 차단장치
3.2 전기적 보호장치
3.2.1 OCR
ㆍ 변압기 1차에 순시 요소부 과전류 계전기 설치
ㆍ 변압기 정격전류의 150% 정도에 정정
3.2.2 비율차동 계전기
· 변압기의 내부 단락 및 지락고장 검출
ㆍ 외부사고시 등의 과대전류가 통과할 때는 큰 차전류가 동작코일로 흐르지 않으면 계전기가 동작하지 않고 적은 전류가
통과할 때는 적은 차전류만으로 동작, 이런 억제전류와 동작전류의 일정한 비율관계로 동작하기 때문에 비율
차동계전기라 한다.
ㆍ 여자돌입전류에 의한 오동작 방지회로가 구성되어야 한다.
3.3 기계적 보호
3.3.1 보호계전기(Protective Relay)
ㆍ OLTC 유격실에 결함이 발생하면 결함이 생긴 부분으로부터 전달되어 변압기와 탭 절환기를 보호한다.
ㆍ 콘서베이터의 절연유가 절환기 윗부분에 있는 절연유의 이동에 의해 동작되는데 정격부하 혹은 허용과부하 상태에서의
탭 절환기 동작시에는 동작하지 않는다.
3.3.2 충격압력계전기(Sudden Pvessuve Relay)
ㆍ 유입변압기 내부 아크에 의해 가스압력이 갑자기 상승하는 것을 감지하기 위해 설치한다.
ㆍ 용기내에 압력감지 벨로우즈, 마이크로스위치, 등압기 등으로 구성되며 변압기 상부의 가스공간에 설치한다.
3.3.3 방출안전장치(Auto resetting pressuve veliet clevice)
ㆍ 변압기 카바에 취부되며 변압기 외함내에 이상압력 발생을 막아주는 장치, 즉 일정압력 초과시 방압막이 동작하여 변압
기의 폭팔을 막아준다.
ㆍ 방출안전장치의 구조는 여러번 동작에 손상되지 않고 충분히 견디도록 강하게 만들어져 있고 동작부분은 방압막,
압축스프링, 가스켓 및 보호덮게로 구성되어 있다.
4. 배전계통 보호
4.1 방사상 계통의 단락보호
ㆍ 과전류 계전기에 의한 한시차 계전방식 적용
ㆍ 순시요소 제거가 바람직한 경우가 있다.
4.2 스포트 네트워크 방식
ㆍ 1회선의 변압기 및 배전선에 사고가 발생하여도 정전되지 않고 나머지 회선에서 전부하용량을 견디도록 되어 있는 관계
로 역전력 차단, 무전압투입, 차전압투입되도록 한다.
4.3 지락보호
4.3.1 직접접지 계통
ㆍ CT3개의 Y잔류회로를 이용한 OCGR 사용
4.3.2 저항접지계통
ㆍ CT비가 적은 경우는 Y잔류회로를 이용
ㆍ CT비가 큰 경우는 3권선 CT 또는 관통형(RingCT) CT 이용
4.3.3 비접지 계통
ㆍ GPT ZCT 및 SGR 조합
5. 전력용 콘덴서 보호
5.1 과전류 계전기
콘덴서 내부소손 보호 ※ 기술기준 (△권장 ○반드시 설치)
용 량 |
보호장치 |
차단 | |
500KVA이하 |
과전류 |
△ | |
500KVA이상 |
11KV미만 |
과전류 |
○ |
11KV이상 |
과전류 |
○ |
5.2 과전압 계전기
콘덴서에 직렬리액터가 설치되면 콘덴서 단자전압이 상승한다. 또한, 경부하시 변압이 리액턴스 분의 전압상승도 발생
할 수 있으므로 과전압계전기를 설치하여 보호하는 것 이 바람직하다. KS규격에 콘덴서는 110% 전압까지 견딜 수 있
도록 제작되므로 이에 맞게 정정한다.
5.3 부족전압계전기
계통 정전후 전압이 회복되었을 때 무부하인 상태에서 콘덴서만 투입되는 것을 방지하기 위하여 UVR을 설치한다.
5.4 FUSE
100∼200KVA 정도까지 한류 FUSE에 의한 보호가 가능하고 그것을 초과하면 고장 전류가 크게되므로 반드시 한류 FUSE
로서 보호된다고 할 수 없으므로 내압이나 case의 팽창을 검출하든지 Y결선으로서 중성점의 불평형을 검출하는 방법
이 적용된다.
5.5 콘덴서 내부사고 보호
5.5.1 Y-Y 결선, 중성점간 전류검출 방식(Neutral Current Sensing)
이 방식은 Y로 결선된 콘덴서를 2조로하여 콘덴서 고장시 중성점간에 흐르는 전류를 검출하는 방식이다.
특히 고장전류에 의한 전기적 검출속도가 빠르고 신뢰도가 높은 장점을 갖고 있다.
△I = {1.5K / (6-5K)}Ia K = △X/X
Ia : 정격 전류
Xc : 정상 reactance
△Xc : 변화분 reactance
콘덴서의 정상 운전시에는 중선점간의 전류가 흐르지 않고 내부고장 발생하였을 경우 두 중성점간에 불평형 전류가 흐
르게 된다. 한쪽 콘덴서 소자가 완전 단락되면 고장상의 전류는 정격전류의 3배가 되고 정상상에는
배의 전압이 가
해진다.
5.5.2 Y 및 Y-Y 결선의 중성점 전압검출장식(Neutral Voltage Sensing)
이 방식은 5.5.1 에서 설명한 Y-Y결선 중성점간 전류 검출방식과 같은 장점을 갖고 있다.
중성점 전압 Vn은 다음식과 같다.
Vn = 1/{3P(S-1)+1} ×Vp
Vn : 중선점 전압
P : SC의 병렬회로도
S : SC의 직렬회로도
Vp : 상전압
5.5.3 Open delta 방식과 전압차동방식
Open delta 방식은 고압 및 특고압, 전압차동방식은 특고압에 주로 사용한다. 다음에 이들 결선방식을 간략히 도시하였
다. 각 상의 방전 Coil 2차측을 delta 견선한 것으로 평형상태의 Vry 전압은 0Volt이나 고장시 Vry에 전압이 검출된다.
Open delta 방식의 이상전압 검출 예)를 나타낸다.
Vry = -3Vc/{3P(S-1)+1}(V)
Vc: 방전 coil 2차측 정격 전압
P : 단기의 병렬 대수 (각상당)
S : 단기 내의 직렬 회로수
예) 6.6KV, 3000KVAR Bank를 단기 3.8KV, 200KVA로 구성, Y결선 하였을 때 소자1개 파괴시 검출전압을 구하라.(S.R
무시한 경우)
3.8KV, 200KVA(단기 내부 직렬 회로수 2), 각상에 5대 병렬 설치하면
S: 2, P:5, Vc:70(V)로 하면
Vry = -3 ×70/{5(2-1)+1} = 13.125(V)
open delta 방식과 같은 원리이나 절연처리의 잇점 때문에 특고압에 적용된다.
전압차동방식에 대한 이상전압 검출식 및 예는 다음과 같다.
Vry = -3Vc/{3P(S-1)+2}(V)
Vc: 방전 Coil 2차측 정격전압
P : 단기의 병렬 대수(각상당)
S: 단기내의 직렬회로수
예) 22.9KV, 5000KVAR Bank를 콘덴서 단기 1φ 6.6KVA 단기를 1상당 5P로 구성하면 Vry는 얼마인가?
단기내부 직렬회로수는 4,
Vc=110(V), S=4, P=5 Vry = -3 ×110/{3 ×5(4-1)+2}(V)
5.5.4 Arm Switch (기계식)
콘덴서 외함의 팽창 변위를 검출하여 고장을 판별하는 방식이다. 원리는 큰 고장시의 내부압력에 의한 외함의 변형을
micro switch와 결합된 Arm으로 하여 Circuit Breaker에 차단 신호를 보내도록 한 것이다.
6. 전동기 보호
6.1 과전류 보호
ㆍ 단락사고에 대한 보호를 위하여 고압전동기는 OCR,PF를 저압 전동기는 MCCB를 사용
ㆍ 과부하 사고에 대하여 주로 열동계전기로 보호
6.2 결상보호
ㆍ 모타 결상시 단상운전이 과부하 운전이 되어 과전류가 흐르게 된다. 이런 경우
열동계전기(Thermal Relay)로 보호가 가능하나 경부하 운전시에는 열동 계전기로 보호가 불가능한 경우도 있으므로
결상계전기를 사용한다.
ㆍ 주로 3E Relay 사용
6.3 부족전압 계전기
ㆍ 전동기의 발생토크는 전압의 제곱에 비례하므로 전압이 저하되면 전동기는 과부하 운전을 하게된다. 이러한 경우 열동
계전기로 보호가 가능하다. 전원전압저하는 발생 빈도가 많고 전원회복시에 한 번에 많은 전동기가 시동되어 시동전
류로 OCR이 Trip 되는 수도 있어 UVR을 별도 설치한다.
ㆍ UVR은 Recloser의 재투입시간(약2초)에는 동작되지 않도록 lever를 설정하고 동작 Tap을 70%∼80% 전압으로 한다.
7. 과전류 계전기(OCR)
7.1 구조 및 동작
ㆍ OCR은 상시개로형과 상시폐로형이 있으며 그림은 상시개로형의 예이다.
ㆍ CT 2차의 전류가 정정치를 넘으면 전류 Coil의 전류에 의하여 원판이 회전하고 주 접점을 닫는다. 따라서 T.TT의
직류회로에 의하여 차단기는 Trip 된다.
ㆍ 이와 동시에 보조 Coil이 여자되어 Trip 전류는 보조접점을 통하여 흐르므로 주접점을 보호한다.
7.2 OCR 결선
7.2.1 상시개로형 과전류 계전기
ㆍ 그림에 표시된 트립회로는 직류전원을 사용한 것이다.
ㆍ 그림의 TC는 트립코일을, S는 차단기가 투입되면 폐로하는 차단기 자체의 보조접점이다.
ㆍ +, -는 트립용 직류제어 모선인데 그림과 같이 (+)측에 계전기 접점을 부극(-)측에 트립코일을 접속하도록
한다.
ㆍ CT의 2차회로를 과전류 계전기의 C.CC 단자에 접속한다.
ㆍ T.TT단자는 차단기 조작회로와 접속하는 단자이므로 차단기 조작회로에 접속할 수 있도록 하면 된다.
7.2.2 상시폐로형 과전류 계전기
이 계전기는 위에서 설명한 개로형과 같이 트립용전원을 별도로 취하지 않고 변류기 2차전류로서 트립동작을 실시하고
있다. 즉, 평상시에는 Ceks자와 T단자간이 개로되어 있으나 계전기에 흐르는 전류가 정정치를 초과하면 회로가 C단자
T단자간이 폐로하므로 CT 2차전류는 트립코일쪽으로 흘러 차단기를 트립시키게 된다.
결선요령은 상시개로형 과전류 계전기와 같으며 차단기의 트립코일은 CT 2차전류에 의하여 동작된다.
7.3 과전류 계전기의 특징
7.3.1 반한시 특성
계전기 동작코일에 흐르는 전류가 증가함에 따라 동작시간이 반비례적으로 짧아지는 특성을 가진 것으로 정정시에는 계
전기의 동작시간특성 곡선을 파악해 두는 것이 필요하다.
동작시간 특성은 계전기의 전류탭 및 타임레바를 바꿈에 의해서 변화한다. 이를테면 계전기의 입력전류탭을 일정하게
하고 레버의 위치를 변화하면 그 동작시간이 부뀌고, 또 레버를 일정하게 하고 탭의 값을 바꾼 경우에도 정정한 탭에
대한 계전기 입력의 배수가 바뀌기 때문에 동작시간이 달라진다.
아래 <그림 17>은 반한시 특성 곡선인데 탭값을 바꾸면 곡선은 좌우로 움직이고 레버를 바꾸면 곡선은 상하로 움직인다.
7.3.2 정한시 특성
계전기 동작코일에 유입하는 전류가 정정치 이상이면 그 입력전류의 크기가 변화하더라도 대략 일정한 시간으로 동작하는
것으로서 일반적으로는 "고속도형"이라 한다.
7.3.3 순시요소부 반한시 특성
이것은 계전기 입력이 일정치 이하인 범위에서는 반한시특성, 그것을 초과하면 고속도 동작을 하는 것이다.
순시요소에 의하여 단락보호를 반한시·정한시 특성에 의해서 과부하보호 혹은 하위구간의 후비보호에 사용된다.
8.1 영상전류 검출
2) 3권선 CT 이용
8.2 GR
8.2.1 GR의 결선 및 동작설명
8.2.2 결선 및 참고사항
8.3 OCGR(소세력 과전류 계전기)
과전류 계전기와 유사한 특성을 가지고 있으며 주코일의 동작값 소비 VA를 3VA 이하로 작게한 것으로 작은 에너지로 접점 - CT비가 300/5인 경우
100A × 30% × 5/300 = 0.5A가 계전기에 입력되므로 지락시 30% 보호가 가능하다.
- CT비가 400/5인 경우
100A × 30% × 5/400 = 0.38A가 계전기에 입력되므로 지락시 30% 보호가 불가능하여 3권선 CT를 사용하는
등 재검토가 필요하다.
- CT비가 500/5로 3권선 CT를 사용하는 경우
100 × 30% × 5/100 × 1/3 = 0.5A 로 30% 보호가 가능하다.
(3권선 CT의 3차권선은 2차권선 권수비와 관련없이 100/5로 일정하므로 CT비가 큰경우의 지락보호에 사용
된다.)
ㆍOCGR 최소탭이 0.1인 경우
- CT가 500/5인 경우
100 × 30% × 5/500 = 0.3A로 보호가 가능하다.
- CT가 2,000/5인 경우
100 × 30% × 5/2000 = 0.0075A로 30%보호가 불가능하다.
ㆍ비접지에 사용시는 지락전류가 검출되지 않는다.
(예제3) 22.9KV 3상 4선식 회로에 접속된 변압기가 3상 1,000KVA이고 계전기용 변류기 (Ratlo:5/20)를 Y결선하여 그 잔류회로에 소세력식 지락계전기를 접속할 경우 이 지락계전기의 정정탭을 구하여 보자.
(풀이) 정정 Tap
보통 소세력식 지락과전류 계전기의 정정탭은 0.1-0.5A 또는 0.5-2.0A 탭을 가지고 있으므로 이 경우 1.5 또는 2.0탭을 사용함이 좋으나 실제 발생하는 부하불평형이 적은 경우나 단독평형 부하에 공급하는 경우에는 감도를 높이는 것이 바람직하다.
8.3.2 결선 및 시험
ㆍ CT 잔류회로 이용시
ㆍ3권선 CT 이용시
8.4 선택지락계전기
8.4.2 동작시간 전류특성
다음 그림은 동작시간-전류특성 예이다. 8.4.3 위상특성
계전기의 위상특성을 그림에서 보면 전압과 전류가 동상일 때 0°의 선상을 따라가면 정격전압 190V일 때 위상특
성 곡선이 150㎃ 원주상에 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 150㎃ 이상 흐르면 계전기는 동작한다.
그러나 전류가90° 앞선 정격전압 110V일때는 250㎃ 우너주상에 있으므로 250㎃ 이상 흐르면 계전기는 동작한다.
따라서 그림에서 전류가 120°이상 앞서거나 50°이상 뒤질 경우에는 아무리 큰전류가 흘러도 계전기는 동작 하지 안
는다. 또한 계전기의 단자번호중에 전압요소와 전류요소 중에서 한쪽의 배선이 바뀌어지면 극성이 틀리게 되므로 계전
기는 동작 하지 않는다.
다음 그림은 선택지락계전기 외부접속도를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와같이 선택지락계전기는 계기용접지변압기
(GPT)와 영상전류기를 사용하여 계전기 입력으로 사용하고 있다. 한편 차단기의 트립전원은 DC 전원을 사용하고 있으며
그림에 표시된 접점 S 는 차단기 주접점과 연동관계를 가지고 있는 차단기 보조접점이다.
한편 계전기 트립단자 T.TT간 내부에는 보조코일 ICS가 있는데 보조코일의 역할은 영상전압과 영상전류에 의하여 계전기
주접점이 폐로하는 순간 주접점을 보호할 목적으로 주접점과 병렬로 되어 있는 보조접점을 폐로하기 위하여 설치된 것이
다.
참고로 한국전력공사 표준규격 ESB를 살펴보면 보조접점은 DC 250V 10A 이상의 전류를 안전하게 흘려서 차단시킬 수 있도
록 하고 있다. (*ESB 에서는 과전류계전기 등에서도 보조접점의 전류용량을 10A 이상이 안전하게 흐르도록 하고 있음)
실제로 계전기 보조코일의 순저항분은 7-8(Ω) 정도이며 차단기 트립코일의 순저항이 2(Ω)정도이므로 위의 그림과 같이
되었을 경우 차단기 트립전원이 DC 110V라 한다면 직렬저항이 약 10Ω 정도되므로 전류는 11A 정도가 된다. 따라서 지락
사고가 발생하여 보조접점이 폐로하면 차단기가 차단되어 연동되어 있는 보조접점이 개로할 때까지는 순간적이기는 하지
만 10A 정도의 전류가 보조코일과 접점에 흐른다고 할 수 있다.
한편 이 계전기는 최대감도 위상 진상 30°-45° 정격전압 190V 정격영상 1차 전류 150㎃ 이하에서 동작하여야 하며 190V
이하의 전압 E에 대해서는
㎃ 이하에서 동작하여야 한다.
우리나라의 경우를 보면 같은 원리의 계전기를 선택지락 계전기 (SGR), 방향지락 계전기(DGR)로 혼용하여 사용하고 있다.
예를들어 경보전기에서는 SGR 마그나전기에서는 DGR로 불리는 것이 유사한 특성을 갖는 계전기 임을 알 수 있다.
특히 경보나 마그나 제품은 전류탭의 유·무에 따라 사용장소가 다르므로 유의해야 한다.
형 식 |
CT결선 |
탭 |
사 용 장 소 | |
경보 |
마그나 | |||
GPS |
HSP |
ZCT |
무 |
비접지방식(GPT 접지 포함) |
GPD |
HDP |
|
0.05∼0.5 |
|
9. 비율차동계전기
9.1 유도형 비율차동 계전기
9.1.1 원리
1) 차동계전기
ㆍ그림과 같은 전류 차동 회로에 전류계전기 OC를 삽입한 방법으로 CT의 2차 전류 i1, i2의 크기를 같게 해두면
차전류 Id는 Id=i1 -i2=0이다.
ㆍ내부사고시는 i1-i2=0이 되지 않고 많은 차전류가 흘러 계전기가 동작한다.
ㆍ그러나 내부고장이 아닌 경우도 CT특성차 및 과도 돌입 전류에 의한 차전류로 계전기는 오동작하게 된다.
ㆍ또한 변압기의 경우는 고압측과 저압측의 CT 정격이 다르기 때문에 특성을 일치시킬 수 없다.
9.1.2 구조 및 동작
1) 비율탭
계전기 상부에 비율탭이 35, 50, 75, 100, 125개의 5개가 있다.
이는 억제전류에 대한 원판이 동작하게 되는 동작전류값의 비율이다.
2) 전류차동 요소
동작코일과 억제코일과의 2개의 전자식 요소를 부착시켰으며 동일회전 원판에 대해서 역방향의 회전력을 보완시키고 있다.
2개의 억제코일의 중성점에 동작코일을 접속시키면 억제코일은 접촉을 여는 방향으로 원판을 회전시키고 동작코일은
접촉을 닫는 방향으로 원판을 회전시킨다. 상시에는 변류기의 2차전류는 평형되어 있으므로 동작코일에는 전류가 흐르지
않고 억제코일에 흐르는 회전력에 의하여 접촉이 열리게 된다.
내부고장일 때는 평형이 무너지고 동작코일에 차전류가 흘러 계전기가 동작하게 된다.
9.1.3 비율특성
비율탬이 35%인 경우 억제코일에 10A의 전류가 흐르면 동작코일에 약 3.7A이상 흐를 경우 계전기가 동작한다.
외부사고에 의하여 CT 2차에 많은 전류가 흐를 경우 동작코일에 비율탭에 상응하는 많은 전류가 흘러야 계전기가 동작한다.
9.1.4 고조파 억제 특성
1) 여자돌입 전류
변압기를 무부하 투입하려면 여자돌입전류가 흐른다.
여자돌입 전류의 크기는 변압기의 설계, 전원, 회로 임피던스에 따라서 다르나 일반 적으로 전부하전류(파고치)의 8배 이하
정도이며 경우에 따라서는 10배를 넘을 때도 있다. (Gold 변압기로 15 - 16배 까지임)
여자돌입전류는 변압기 권선 및 계통의저항과 리액터스에 의해서 규정되는 시정수에 따라서 변화한다.
<여자돌입 전류 크기의 예>
변압기 |
전부하전류(파고치)에 대한 돌입전류의 배수 | |||
냉간압연강판 |
열간압연강판 | |||
고압 |
저압 |
고압 |
저압 | |
500 |
10.0 |
16.0 |
6.0 |
9.4 |
<여자돌입전류 감쇠시간의 예>
변압기[KVA] |
여자돌입전류가 최초 파고치의 50%로 감쇠하는 시간[싸이클] |
500∼1,000 |
최대 8∼10(변압기설계에 의해 다르다.) |