안녕하세요, 이번 포스팅은 전력공학 계전기 변성기 종류 동작 원리 대해서 작성하도록 하겠습니다.
우리는 전력시스템을 보호하고 모니터링을 하기 위해서 보호용으로 사용하는 보호 계전기와 전류와 전압 등을 측정하는 변성기를 사용합니다.
그럼 이 전력공학 계전기 변성기 종류 동작 원리 대해서 좀 더 자세히 다뤄보도록 하겠습니다.
보호계전기
먼저 보호 계전기 대해서 설명드리도록 하겠습니다.
보호 계전기는 말 그대로 보호를 위해 이용하는 계전기입니다.
그럼 어떻게 보호를 하는지에 대해서 궁금해 하실 텐데 보호 계전기는 일단 시스템에 문제가 있는지 없는지를 파악을 하는 역할 및 문제 시 해당 선로를 차단하여 사고가 확산되는 것을 예방하는 역할을 합니다.
보호 계전기 시스템은 이런 문제 파악을 위해 계기용 변압기(PT), 계기용 변류기(CT)에서 전류와 전압의 신호를 받습니다.
즉 보호 계전기 시스템은 전력 계통의 전기적인 운전 상태를 계기용 변압기(PT), 계기용 변류기(CT)를 통해서 보호 계전기에 입력해 보호 대상이 이상이 있음을 검출한 경우 차단기의 트립 코일(TC)을 여자하여 차단기를 개방하게 되는 거죠.
이렇게 차단기를 개방함으로써 고장구간을 차단하는 시스템이라고 이해하시면 됩니다.
아래 파란색으로 표시한 부분이 보호계전기 시스템이라고 이해하시면 됩니다.
보호 계전기 구비조건 및 동작시간에 의한 분류
그럼 다음은 보호 계전기의 구비 조건 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.
보호 계전기는 일단 CT 와 PT에서 전달받은 전류와 전압 등의 수치를 이용하여 전기 시스템을 보호하는 역할을 하기 때문에 정말 중요한 시스템입니다.
그러므로 보호 계전기의 경우에는 아래 구비 조건을 지켜주셔야 합니다.
보호 계전기 구비조건
✔ 고장 상태를 식별하여 정도를 파악할 수 있을 것
✔ 고장 개소를 정확히 선택할 수 있을 것
✔ 동작이 예민하고 오동작이 없을 것
✔ 적절한 후비 보호 능력이 있을 것
✔ 경제적일 것
그리고 보호 계전기의 경우에는 동작 시간에 따라 분류할 수 있습니다.
동작 시간이라는 의미는 고장이 발생 했을 때 동작을 어떻게 할지를 시간으로 기준을 잡았는데 그 기준이 바로 동작 시간이라고 이해하시면 됩니다.
고장에 대해 어떻게 동작하는지에 따라 순한시, 정한 시, 반한시 계전기로 분류하고 있습니다.
보호 계전기 동작 시간에 따른 분류
✔ 순한시 계전기 : 고장 즉시 동작하는 계전기
✔ 정한시 계전기 : 고장 후 일정 시간 경과 후 동작하는 계전기
✔ 반한시 게전기 : 고장 전류의 크기에 반비례하여 동작하는 계전기
✔ 반한시 정한 시 계전기 : 반한시와 정한 시 특성을 동시에 가지는 계전기
보호계전기 종류
그럼 이런 보호 계전기도 검출하는 신호에 따라 분류할 수 있고 어떤 부분에 대해서 동작을 하는지에 따라 종류가 다양합니다.
보호계전기로 종류로는 과전류 계전기(OCR, Over Current Relay), 과전압 계전기(OVR, Over Voltage Relay), 부족 전압 계전기(UVR, Under Voltage Relay) 등이 있습니다.
보호 계전기 종류
✔ 과전류 계전기(OCR, Over Current Relay)
✔ 과전압 계전기(OVR, Over Voltage Relay)
✔ 부족 전압 계전기(UVR, Under Voltage Relay)
✔ 단락 방향 계전기(DOCR, DSR, Directional Short Circuit Relay)
✔ 선택 단락 계전기(SSR, Selective Shor Circuit Relay)
✔ 거리 계전기(ZR, Distance Relay)
✔ 지락 계전기(Ground Relay)
✔ 방향 지락 계전기(DGR, Distantional Ground Relay)
✔ 선택 지락 계전기(SGR, Selective Ground Relay)
그럼 각 계전기 마다 어떤 식으로 동작하는지에 대한 각 보호 계전기 특성에 대해서 설명드리도록 하겠습니다.
| 보호 계전기 종류 | 보호 계전기 특성 |
| 과전류 계전기 (OCR, Over Current Relay) |
✔ 일정 값 이상의 전류가 흘렀을 때 동작하는 계전기 |
| 과전압 계전기 (OVR, Over Voltage Relay) |
✔ 일정 값 이상의 전압이 걸렷을 때 동작하는 계전기 |
| 부족 전압 계전기 (UVR, Under Voltage Relay) |
✔ 전압이 일정 값 이하로 떨어졌을 경우 동작하는 계전기 ✔ 대형 유도 전동기 등에서 갑자기 공급 전압이 내려갔을 때 지나친 과전류가 흐르지 않도록 동작 |
| 단락 방향 계전기 (DOCR, DSR, Directional Short Circuit Relay) |
✔ 어느 일정한 방향으로 일정 값 이상의 단락 전류가 흘렀을 경우 동작하는 계전기 |
| 선택 단락 계전기 (SSR, Selective Shor Circuit Relay) |
✔ 병행 2회선 송전 선로에서 한쪽의 1회선에 단락 사고가 발생하였을 때 2중 방향 동작 계전기를 사용해 고장 회선을 선택 차단할 수 있는 계전기 |
| 거리 계전기 (ZR, Distance Relay) |
✔ 계전기가 설치된 위치로부터 고장점까지의 전기적 거리에 비례하여 한시 동작하는 계전기 ✔ 복잡한 계통의 단락 보호에 과전류 계전기의 대용으로 사용하는 계전기 |
| 지락 계전기 (Ground Relay) |
✔ 영상 변류기(ZCT)에 의해 검출된 영상전류에 의해 동작하는 계전기 ✔ 지락 고장 보호용으로 사용합 |
| 방향 지락 계전기 (DGR, Distantional Ground Relay) |
✔ 과전류 지락 계전기에 방향성을 준 계전기 |
| 선택 지락 계전기 (SGR, Selective Ground Relay) |
✔ 병행 2회선 송전 선로에서 한쪽의 1회선에 지락 사고가 일어났을 경우 이것을 검출하여 고장 회선만을 선택 차단 할 수 있도록 동작하는 계전기 ✔ 선택 단락 계전기의 동작 전류를 특별히 작게한 계전기 |
계기용 변성기
그럼 다음은 계기용 변성기 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.
계기용 변성기는 전압과 전류를 계전기 또는 전압계와 전류계와 같은 계기에 적절한 크기로 공급하기 위해 사용합니다.
보호 계전기는 이 계기용 변성기에서 검출하는 전류와 전압 등의 신호를 이용하여 전기기기 및 전력시스템을 보호하는 역할을 합니다.
즉 보호 계전기와 계기용 변경기 모두 잘 선택하고 잘 설계를 하셔야 합니다.
계기용 변성기에는 크게 계기용 변압기(PT, Potential Transformer), 계기용 변류기(CT, Current Transformer), 계기용 변압 변류기(MOF, Metering Out Fit)가 있습니다.
계기용 변성기 종류
✔ 계기용 변압기(PT, Potential Transformer)
✔ 계기용 변류기(CT, Current Transformer)
✔ 계기용 변압 변류기(MOF, Metering Out Fit)
계기용 변성기 종류 및 동작 방식
각 계기용 변성기는 검출하는 신호가 상이하고 사용 용도가 다릅니다.
각 계기용 변성기에 대한 세부 사항은 아래와 같이 정리하였습니다.
| 계기용 변성기 종류 | 계기용 변성기 특징 및 동작 방식 |
| 계기용 변압기 (PT, Potential Transformer) |
✔ 고전압을 저전압으로 변성하여 계기나 계전기에 공급하기 위해 사용 |
| 계기용 변류기 (CT, Current Transformer) |
✔ 회로의 대전류를 소전류로 변성하여 계기나 계전기에 공급하기 위한 목적으로 사용 2차측 정격전류는 보통 5[A]를 사용 |
| 계기용 변압 변류기 (MOF, Metering Out Fit) |
✔ 계기용 변압기와 변류기를 조합한 것으로 전력 수급용 전력량을 측정하기 위해 사용 ✔ 옥내 수전실이나 큐비클 등 밀폐된 공간에 설치 에폭시몰드나 가스 절연 또는 실리콘 절연 등의 난연성 제품을 사용 |
| 영상 변류기 (ZCT, Zerophase Current Transformer) |
✔ 지락 사고시 지락 전류(영상 전류)를 검출하기 위한 변류기로 지락 계전기와 조합하여 차단기를 차단 |
| 접지형 계기용 변압기 (GPT, Ground Potential Transformer) |
✔ 비접지 계통에서 지락 사고 시 영상 전압을 검출 ✔ 정상 운전시에는 영상전압이 평형상태가 되어 0[V] ✔ 1선 지락고장의 경우 지락상의 전압이 0[V]가 되면 나머지 건전상의 2차 전압 110[V]가 Y결선이기 때문에 차전압이 되어 190[V]의 영상전압이 생기는 구조 |
계기용 변류기(CT, Current Transformer)에 대해서 추가적으로 설명을 드리면 CT를 선정을 할 때는 정격 부담, 변류비 선정, 변류기 결선을 꼭 고려하셔야 합니다.
1) 정격 부담
정격부담은 변류기 2차측에 접속되는 부하의 한도를 말합니다.
단위는 [VA]로 표시하며, 정격 부담이 중요한 이유는 적정한 정격 부담을 계산하지 않으면 CT 쪽에서 포화가 되어 검출되는 신호가 정확하지 않거나 전류를 제대로 측정을 하지 못합니다.
2) 변류비 선정 및 결선
변류비는 꼭 1차측의 전류를 고려하셔서 변류비를 선정을 해주셔야 합니다.
보통 CT 2차측은 1A or 5A로 선정을 합니다.
그리고 변류기 결선에는 가동접속과 차동 접속이 있습니다.
– 가동 접속 (정상 접속)
여기서 I1은 부하 전류, Ia, Ib, Ic는 CT 2차 전류입니다.
그리고 Ia+Ic는 전류계의 지시값으로 CT 2차 측 전류와 같은 크기의 전류값을 지시합니다.
– 차동 접속 (교차 접속)
여기서 Ia-Ic는 전류계의 지시값으로 전류계는 CT 2차 전류의 루트 3배를 지시합니다.
따라서 I1을 구하면 아래와 같이 구할 수 있습니다.
3) CT 교체 시 2차측 단락
그리고 추가적으로 CT 교체 시에는 꼭 2차 측을 개방하지 말고 단락을 시켜 놓고 교체를 하셔야 합니다.
왜냐하면 변류기 2차측을 개방하면 1차 전류가 모두 여자전류가 되어 2차 측에 과전압이 유기되고, 절연이 파괴되어 소손될 우려가 있기 때문입니다.
비율 차동 계전기
다음은 비율 차동 계전기 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.
비율 차동 계전기는 1차측와 2차 측에 대해서 얼마나 큰 차이가 나는지를 확인하는 계전기입니다.
보통 변압기에 적용을 많이 하며, 만약 변압기가 고장이 났을 경우에는 1차 측에서 검출되는 전류와 2차 측에서 검출되는 전류가 상이하게 검출이 됩니다.
즉 변압기 내부 고장 시 1차 전류와 2차 전류의 차이를 이용하여 내부 고장을 전기적으로 검출하는 계전기라고 이해하시면 됩니다.
변압기의 내부고장 뿐만 아니라 비율 차동 계전기는 발전기 내부 고장, 모선보호용으로 사용을 하고 있습니다.
비율 차동 계전기 변압기 내부, 외부 고장 사고 시 동작 방식
1) 변압기 내부 3상 단락 사고 시 동작 방식
: 변압기 내부에서 3상 단락 사고가 발생하게 되면 2차 전류가 0이 되고 비율 차동 계전기의 동작 코일에 1차 전류의 크기만큼의 전류가 흐르게 되어 비율 차동 계전기가 동작하게 됩니다.
2) 변압기 외부 3상 단락 사고 시 동작 방식
: 변압기 외부에서 3상 단락 사고가 발생하게 되면 비율 차동 계전기의 동작 코일에서는 i1-i2만큼의 전류가 흐르게 됩니다.
이때 이 값이 정정값 이하가 되어 비율 차동 계전기는 동작하지 않습니다.
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마무리
이상입니다. 지금까지 전력공학 계전기 변성기 종류 동작 원리 대해서 포스팅을 작성을 하였습니다.
보호 계전기는 정말 중요한 기기이며, 이 보호 계전이를 보조하는 계기용 변성기 또한 꼭 검출하는 전류와 전압에 따라 적정하게 선정을 해주셔야 합니다.
제 포스팅이 전기 공부하시는데 조금이라도 도움이 되셨으면 합니다. 감사합니다.
