보호계전기 일반사항

가. 보호계전기의 역할과 사용목적

계통의 사고에 대해 보호대상물을 완전히 보호하고 각종기기에 주는 손상을 최소화.
사고구간을 고속도로 선택차단하여 계통에 사고의 파급을 최소화.
불필요한 정전사고의 방지로 전력계통의 안정도 향상
사고복구의 신속화
보안의 유지

1. 기본기능

기본기능	내 용
확실성	오 동작이 없는 정확한 동작 →질적능력→정기적인 점검 필요
선택성	선택차단 및 복구, 정전시간의 최소화. →양적능력→ 융통성 필요
신속성	주어진 조건에서 신속하게 동작. →한정기능
기 타	취급이 간편하고 보수가 용이할 것. 주위환경에 영향을 적게 받을 것. 정정변경 및 계통의 변경 등에 신속히 대처. 경제적이어야 한다.

2. 구성

기본구성	내 용
검출부	고장검출 : PT, CT, ZCT, GPT등
판정부	동작여부의 결정요소 : 반발스프링, 억제코일, 전류전압탭 등
동작부	접점을 여닫는 구동부: 가동코일, 가동철심, 유도원판 등

다. 보호계전기의 적용의 원칙 및 고려사항

구분

내 용

기본적인

고려사항

대상으로 하는 설비가 어디에 있는가
사고의 종류
계통에서 차지하는 중요도
계통적인 관계고려(보호협조) : 보호협조 시스템이 가장중요.

적용의 원칙

(구비조건)

선택성(Selective) : 사고범위의 국한과 공급의 확보(고장개소의 정확한 선택)
신뢰성(Reliability) : 보호의 중첩과 협조, 무 보호구간이 없고 오동작하지 않을 것.
후비성(Back-Up) : 후비보호 기능의 구비
안정성, 협조성(Coordination) : 재폐로에 의한 계통 및 공급의 안정화.
- 주 계통의 경우 : 고속도 재 폐로
- 일반부하선의 경우 : 저속도 재 폐로
동작감도(Sensitivity) : 동작이 예민하고 오 동작이 없을 것.
동작시간(Speed) : 신속할 것.
경제성(Economic Condition) : 경제적일 것.

1. 동작 구조별 분류

구 분

특 징

분 류

특성별

종 류

동

작

구

조

별

전

자

기

계

형

가동철심형
- 플런저형
- 힌지형
- 발란스빔형
- 유극형

가동철심에 작용하는 자기흡인력 또는 자기반발력에 의한 가동부 개폐
플런저형
- 전력소비 및 오차가 크다.
- 동작속도가 빠르다.
- 구조가 튼튼하고 가격이 저렴.
- 고속도형 과전류계전기에 사용.

유도형
- 유도원판형
- 유도원통형
- 유도원환형

동작원리는 도체에서 발생하는 와류 와의 상호작용으로 도체가 회전하는 방식.(과전류검출→ 원판회전→ 접점동작 →트립코일 여자 →차단기 트립)
교류 전용의 계전기로서 단일계전기, 방향계전기, 거리계전기 등의 보호계전기로서 널리 사용.

가동코일형

직류에서만 구동하는 직류 전류용 계전기로서 일반 수변전 설비에서는 적용하지 못한다.
동작시간 변경이 용이하다.

정지형

트래지스터형
전자관형
자기증폭기형
홀 효과형

트랜지스터의 베이스에서 에미타에 전류를 흘리면 계전기가 동작하여 콜렉타와 에미타간이 ON상태가 된다.
스위칭이 고속이나, 고장전류에 의한 고조파의 영향, 서지에 대한 대책필요
온도의 영향을 받기 쉽다.
반 한시성으로 사용시에는 타 계전기와 조합하여야 한다.

디

지

털

형

현재 실용화되어 사용되고 있는 Digital Relay를 그 하드웨어의 구성면에서 분류해 보면, 크게 연산형과 계수형으로 나눌 수 있는 데. 이 외에도 간소구성 연산형과 Scanner형이 사용되고 있다. 그러나, 현재 사용되고 있는 Digital Relay는, 연산형이 그 대종을 이루고 있으며, 기타 형은 부분적으로 사용되고 있다. 이들의 개요를 요약해 보면, 아래 표와 같다. 그러나, 각 보호계전기 제작회사에서 실용화하여, 제작하고 있는 형태별 구성을 보면, 주파수 계전기와 같이 하나의 기능만으로 구성된 Unit형, 송전선 보호기전계 장치와 같이 여러개의 보호기능이 부합되어 구성된 System형 ,보호·제어·측정 등의 기능이 종합구성된 Combination형 으로 나눌 수 가 있다.

1. Digital Relay의 구성

대표적인 Digital Relay라고 할 수 있는 연산형 Digital Relay의 기본적인 하드웨어 구성을 보면, 대체로 그림과 같다. 즉, 전압, 전류 등 Analog량을 샘플링해서 Digital치로 변환하는 입력부, 보호계전기의 동작을 실행하는 연산처리부, 차단기등 외부에 신호를 전달하는 출력부, 보호계전기의 정정치를 조정하는 정정부 등으로 구성되어 있다.

2. Digital Relay의 종류

현재 실용화되어 사용되고 있는 Digital Relay를 그 하드웨어의 구성면에서 분류해 보면, 크게 연산형과 계수형으로 나눌 수 있는 데. 이 외에도 간소구성 연산형과 Scanner형이 사용되고 있다. 그러나, 현재 사용되고 있는 Digital Relay는, 연산형이 그 대종을 이루고 있으며, 기타 형은 부분적으로 사용되고 있다. 보호계전기 제작회사에서 실용화하여, 제작하고 있는 형태별 구성을 보면, 주파수 계전기와 같이 하나의 기능만으로 구성된 Unit형, 송전선 보호기전계 장치와 같이 여러개의 보호기능이 부합되어 구성된 System형 ,보호·제어·측정 등의 기능이 종합구성된 Combination형 으로 나눌 수 가 있다.

[표] Digital Relay의 종류


종류	개요	회로구성		적용 계전기형
종류	개요	A/D변환기	마이크로프로세서	적용 계전기형
연산형	입력량을 주기적으로 샘플링하여, 양자화된 디지털량으로 변환 후, 프로그램에 의거 연산처리하는 것이다.	통상 12Bit	통상 16Bit	송전선 또는 기기보호용의 주계전기로 사용됨. (차동계전기 또는 거리계전기 등)
간소구성연산형	기본적으로는 연산형과 동일 구성이나, 회로의 간소화 또는 Bit수의 삭감등으로, 비교적 간단한 계전기를 적용대상으로 하는 것이다.	통상 8Bit	통상 8Bit	감시용으로 사용되는 계전기(과전류 또는 부족 전압계전기 등)
계수형	입력량을 디지털량으로 변환하여, 이것을 계수처리하는 것이다.	-	통상 8Bit	주파수계전기
Scanner형	마이크로 프로세서에 의거 계전기 입력과 정정치를 동기시켜 절체하고, 입력치와 정정치를 아나로그량으로 비교, 판정하여 동작하는 것이다.	-	통상 8Bit	감시용으로 사용되는 과전류 계전기 또는 부족 전압계전기 등

3. 특징

Micro Processor을 이용한 계전기로서 고감도, 고속처리가 가능하다.
동작속도가 빠르고 오 동작이 적으나 고가이다.

2. 동작시한별 분류

구 분

내 용

분류

종 류

동

작

시

한

별

순한시

일정한 값 이상일 경우 즉시 동작.(보통 0.3 sec)
고속도계전기 : 0.5~2㎐에서 동작하는 계전기

정한시

입력치에 관계없이 일정시간후 동작하는 것.

반한시

입력치의 증감에 따라 동작속도가 반대적 요소를 갖는 것.
- 입력량이 클 때 : 신속차단
- 입력량이 적을 때 : 정한시 차단
이러한 경향이 강한 것을 강반한시라 한다.

반정한시
반한시 + 정한시

입력치의 어느 범위까지는 반한시 특성을,
그 이상이 되면 정한시 특성을 가지는 것.

단한시

순시동작 : 송전선 주 보호 구간에 고장이 발생시
한시동작 : 인접외부 동작시


순한시	정한시	반한시	반정한시	단한시
특성곡선

3. 용도별 분류

구 분		내 용
분류	종 류	내 용
계 전 기 용 도 별	전류계전기	OCR, UCR 등
	전압계전기	OVR, UVR, 결상계전기, 역상계전기 등
	전력계전기	유효,무효,과전력,부족전력 계전기 등
	방향계전기	단락방향, 지락방향, 전력방향 계전기 등
	차동계전기	차동계전기, 비율차동계전기.
	기타계전기	거리, 주파수, 온도, 속도, 압력계전기, 탈조보호, 온도계전기, 선택계전기 등

마. 계전기의 보호협조

보호계전기의 종류선정,설치,정정 및 운용은 국부적인 원인해결만을 고려하여서는 아니되며, 자기선로의 영향을 최소한으로 줄여 선택 차단하고, 모 선로에 영향을 주지 않도록 협조설치하는 것이 보호계전기의 선정시 가장 중요한 사항이다.
(모선에서 부하측으로 갈수록 차단속도 및 전류치가 반비례하여 협조를 이루어야 한다.)

1. 보호협조가 바뀌거나 같을 경우의 영향

말단의 사고가 모선의 사고와 동일하게 다른 선로의 정전파급초래.
사고점의 단락전류 등의 확대로 사고피해가 대규모로 된다.
선로 복구에 장시간이 소요된다.
전체공급선로의 공급신뢰도가 저하된다.

2. 보호협조의 방식

선택차단방식(한시차 보호방식)

구간 보호방식
케스케이드 보호방식(저압회로에서 10KA이상 과전류 차단기와의 협조)
전 정격 차단방식-저압회로에서 모든 과전류차단기를 선로의 단락용량이상의 것으로 하는 방식으로 경제성이 없다.

바. 보호방식의 선정

전력회사의 배전선로의 사고파급을 방지하기 위한 보호방식을 결정하는 것으로서
- 차단기형(CB형),
- 한류퓨즈·차단기형(PF·CB형)
- 한류퓨즈·교류부하 개폐기형(PF·S형)으로 분류되며,
계통의 단락강도와 전력회사 보호계전기(과전류, 지락 등)와의 협조를 확인한다.

사. 보호계전기의 동작상태에 대한 판정

정 동작 : 동작해야 할 때에 동작하는 것
정 부동작 : 동작하지 않아야 할 때에 동작하는 것.
오 동작 : 동작해서는 아니될 때 동작하는 것.
오 부동작 : 동작해야 할 때 동작하지 않는 것.

1. 송전선의 보호협조

송전선 보호계전방식 참고

3. 수배전설비의 보호계전방식

자가용 수전설비 보호계전방식 참고

3-1. 한시차 계전방식

3-1-1. 수배전설비에서의 적용

수전회로의 보호
변압기 과부하 보호
변압기 2차측 모선보호
배전선 보호

3-2. 구간보호 계전방식

3-2-1. 수배전설비에서의 적용

변압기 내부보호
LOOP 수전방식에서 선로와 모선의 보호

3-3. 변압기회로 보호계전방식

3-4. 배전선의 보호방식

차. 수배전설비 계통별 보호계전기 사용기준

사고별	수전단	주변압기	배전선	전력콘덴서
과전류	OCR	OCR	OCR	OCR
과전압	-	-	OVR	OVR
저전압	-	-	UVR	UVR
접지	-	-	GR, SGR	-
변압기보호	-	Diff.R	-	-

CLR(한류저항기)

SGR(선택지락계전기), DGR(지락장향계전기)을 동작시키는데 필요한 유효전류를 발생시키고 오픈 델타 회로의 각 상전압 중의 제3고조파 발생을 억제하여 중성점 이상전위 진동, 중성점 불안정현상 등의 이상현상을 제거하기 위해 설치.

SGR(선택지락계전기)

고압 배전선로의 지락시 영상전압+영상전류를 검출하여 고장배전선을 선택 차단한다.
영상전류검출 : 영상변류기(200/1.5㎃)로 검출.

DGR(지락 방향 계전기)

선택지락계전기와 같으며 영상전압+영상전압으로 동작.
영상전류검출
- 300/5 이하의 경우 : 잔류회로방식 적용.
- 400/5 이상의 경우 : 3권선CT회로방식 적용.

GR(지락 계전기)

영상전류를 검출하여 지락 차단.

OVGR

접지 변압기 3차측의 이상전압을 검출하여 차단.


과전류 계전방식(한시차)

선택지락계전방식"예"

보호계전 시스템의 오 동작 원인

PT, CT 및 그 접속회로의 불량상태
보호계전기의 불량상태
CB의 Tripping 혹은 기구의 불량상태
제어전원의 불량상태

뉴스

디지털 과전류차단기 상용화

보호계전기 일반사항

가. 보호계전기의 역할과 사용목적

나. 기본기능 및 구성

1. 기본기능

2. 구성

다. 보호계전기의 적용의 원칙 및 고려사항

라. 보호 계전기의 분류

1. 동작 구조별 분류

[표] Digital Relay의 종류

2. 동작시한별 분류

3. 용도별 분류

마. 계전기의 보호협조

1. 보호협조가 바뀌거나 같을 경우의 영향

2. 보호협조의 방식

바. 보호방식의 선정

사. 보호계전기의 동작상태에 대한 판정

1. 송전선의 보호협조

송전선 보호계전방식 참고

1. 송전선의 보호협조

송전선 보호계전방식 참고

3. 수배전설비의 보호계전방식

자가용 수전설비 보호계전방식 참고

3-1. 한시차 계전방식

3-1-1. 수배전설비에서의 적용

3-2. 구간보호 계전방식

3-2-1. 수배전설비에서의 적용

3-3. 변압기회로 보호계전방식

3-4. 배전선의 보호방식

사. 모선의 보호협조

아. 고압배전선의 보호협조

자. 변압기의 보호장치