전송차단 계전방식

 

거리계전방식 (距離繼電方式, Distance Relaying)

방향거리계전방식은 방향성거리계전기를 이용하여 계전기 설치점에서 본 Impedance로서 고장여부를 판별, 보호하는 계전방식이며 배후전원의 크기 등 계통조건에 따른 계전기 동작범위의 변동이 적은것이 특징이다. 그러나 방향거리계전기에도 오차가 있으므로 보호구간을 완전히 보호하기 위해서 단계한시 거리계전방식이 많이 쓰인다. 방향거리계전방식은 Loop계통의 송전선 단락보호와 직접접지 Loop계통에서의 송전선 지락보호에 널리 적용되며 단락보호용은 일반적으로 △전압과 이전압과 동상인 전류를 도입하여 선간의 Impedance를 측정하고, 지락보호용은 Y전압과 이와 동상인 전류를 도입하여 1상의 Impedance를 측정한다.

거리계전방식은 계전기 설치점에서 본 Impedance로서 고장 여부를 판별하는 거리계전기를 사용하는 계전방식이다. 거리계전방식은 주로 송전선의 고장을 검출하는데 사용하지만 대규모 발전기나 전력용 변압기의 후비보호로 사용되기도 한다.

거리계전방식은 Loop계통의 송전선 단락보호와 직접접지 Loop계통에서의 송전선 지락보호에 널리 적용되며 단락보호용은 일반적으로 선간전압과 선간전류를 도입하여 선간의 Impedance를 측정하고, 지락보호용은 상전압과 상전류를 도입하여 각상의 Impedance를 측정한다.

거리계전방식 적용에도 여러가지 오차의 원인이 있으므로 1개의 거리계전기 보호구간내외의 고장을 완전히 구분, 보호할 수는 없다. 따라서 아래와 같이 몇 단계의 거리계전기 요소와 동작시간 지연요소를 이용하여 고장시 비교적 신속하고 선택성이 좋은 단계한시 거리계전방식이 적용된다.

① zone-1: 보호구간 Impedance의 85%이내의 고장에 동작하도록 정정하며 한시계전기는 사용치 않으므로 동작 시간은 1～3Cycle 정도로 고속도 동작 된다

② zone-2 : 보호구간 Impedance와 다음 구간 Impedance의 약 50%까지를 동작범위로 정정하고 전위 계전기zone-1 요소와 협조를 위해서 20Cycle 정도의 지연동작 시킨다.

③ zone-3 : 피보호선로 Impedance의 250%정도 또는 피보호선로 다음, 다음구간의 25%정도의 고장까지 동작토록 정정하고 동작시간은 100Cycle 정도 지연시켜 zone-1, 2계전기에 대한 후비보호로 사용한다.

 

거리계전기 동작범위

• Zone 1

거리계전방식 중 단계한시 거리계전방식에서 동작시간적으로 한시계전기 없이 계전기 동작에 의하여만 순시보호되는 구간을 말한다. 일반적으로 Zone-1은 보호구간의 80～90%까지를 선정한다. 이에 사용되는 계전기를 Zone-1계전기라 한다.

 

• Zone 2

단계한시 거리계전방식에서 Zone-1(제1단)거리계전기가 동작하지 않는 범위의 보호구간과 Zone-1 계전기의 오부동작시 후비보호 되는 구간으로서, 일반적으로 다음 보호구간(나S/S～다S/S)의 50%까지 즉 가S/S로부터 150%까지 보호범위로 하고, Zone-1계전기와 시간 협조를 시키기 위하여 보통 20Cycles 정도로 지연 동작시키며 이에 사용되는 계전기를 Zone 2계전기라 한다.

 

• Zone 3

거리계전기가 동작하지 않는 범위의 보호구간과 이들 계전기가 오부동작 했을시 후비 보호되는 구간으로 다음다음 구간의 25%정도까지, 즉 가S/S 부터 225%정도까지 보호토록 하며, 동작시간은 보통 100Cycles 정도로 정정하여, Zone -2계전기와 충분한 협조가 이루어지도록 한 보호구간이며, 이에 사용되는 계전기를 Zone-3 계전기라 한다.

 

• 언더리치(Underreach)

거리계전기의 동작범위가 정정범위에 미치지 못하는 현상이다. 예로서 다단자 전원의 송전선에서 분류효과에 의해 거리계전기가 보는 겉보기 임피던스가 실제 고장 지점까지의 임피던스보다 크게 나타나서 고장점이 거리적으로 는 동작 범위인데도 부동작되는 수가 있다.

 

• 오버리치(Overreach)

거리계전기의 동작범위가 정상범위의 바깥까지 미치는 현상이다. 거리계전기의 정정시 분류효과를 감안하여 정정운전하는 중에 B단자 전원이 없어지면 계전기는 Overreach하여 외부 고장시에 오동작하게 된다.

 

차동계전방식 (差動繼電方式, Differential Relaying)

전기회로의 고장시 나타나는 2개이상의 전류 또는 전압의 차에 의해 고장을 검출 보호하는 계전방식으로서 보호구간내의 고장을 확실하게 선택 보호할 수 있는 것이 최대의 장점이다. 발전기, 변압기 등의 기기보호에는 외부고장시 오동작 방지를 위하여 일반적으로 전류비율 차동계전방식이 적용되며 모선보호에는 전압차동방식, Linear coupler방식 및 전류비율 차동방식이 적용된다.

 

회선선택계전방식 (回線選擇繼電方式, Current or Power Balance Relaying)

병행 2회선중 1회선 고장시 차전류의 방향에 따라 고장회선을 선택차단하는 방법으로서 고속도 거리계전방식과 Pilot Relaying이 적용되기 이전에는 송전선고장에 대한 순시 보호방법으로 널리 사용되어 왔으나 현재는 거의 쓰이지 않는다.

 

파이롯트 계전방식 (Pilot Relaying)

피보호 송전선로내의 모든 지점에서의 고장에 대하여 고속도 차단을 하기 위하여 보호구간의 각 단자 간에 통신 수단을 두고 고장상황을 서로 연락하여 보호하는 방식을 Pilot 계전방식이라 한다. 우선 통신수단의 종류에 따라 분류하면 송전선 양단간에 포설된 Pilot wire를 이용하는 표시선 계전방식(Pilot wire relaying), 전력선을 이용하여 신호를 전송하는 전력선 반송계전방식(Power line carrier relaying) 및 광선로 또는 Microwave channel을 이용하는 방식이 있다. 이들 계전방식을 동작원리에 따라 구분하면 표시선계전방식(Pilot wire relaying)에는 전류순환방식(Circulating current type)과 전압반향방식(Opposed voltage type)이 있으며, 전력선반송계전방식 또는 Microwave 를 이용하는 방식에는 방향비교방식(Directional comparison scheme), 전송차단방식(Transfer tripping scheme) 및 위상비교방식(Phase comparison scheme)이 있고 광선로나 M/W를 이용하는 방식에는 전류차동 계전방식이 있다.

 

전류순환방식 (電流循環方式, Circulating Current Type)

표시선계전방식의 일종으로서 상시의 부하전류나 외부고장시의 전류가 Pilot wire(표시선)을 통하여 순환토록 되어있는 방식

 

전압반향방식 (電壓反向方式, Opposed Voltage Type)

표시선계전방식의 일종으로서 전류순환식과 비교하면 동작코일과 제어코일이 서로 바뀐 위치에 있으며 Pilot wire의 극성이 반대로 접속되어 있다.

상시 표시선에 전압이 인가되어 있어 Pilot wire간의 정전용량이나 절연변압기의 여자 Impedance 등을 통해 전류가 흐르기 쉽다. 더우기 고조파분 돌입전류에 대해서는 Pilot wire간의 정전용량이 저Impedance가 되므로 오동작 하지 않도록 주의가 필요하다.

 

위상비교계전방식 (位相比較繼電方式, Phase Comparison Relaying)

위상비교방식은 송전선보호를 위한 pilot 계전방식의 하나로서 보호구간 양단의 고장전류 위상이 내부고장시는 동상이고, 외부고장시는 역위상이 되는 것을 이용한 것이다.

 

 방향비교계전방식 (方向比較繼電方式)

방향비교방식은 피보호송전선로 각단에 설치된 방향성 계전기, 즉 방향성과전류계전기 또는 방향거리계전기에 의해 얻어진 정보를 통신장치에 의해 상대단으로 전송하고이 전송된 신호를 서로 비교하여 보호구간 내부의 고장인가 아닌가를 판별, 보호하는 방식이다. 방향비교방식에 는 반송신호 전송방법에 따라 상시송출 Trip저지방식과 고장시송출 Trip저지방식이 있다. 상시송출방식에서는 상시 또는 외부고장시 반송신호를 송출하여 상대단의 Trip을 저지하고 내부고장시는 반송신호를 송출하지 않으므로 상대단에서 내부방향계전기 동작으로 Trip이 가능토록 하며 고장시 송출방식에서는 외부고장시 반송신호를 송출하여 상대단의 Trip을 저지하고 상시 또는 내부 고장시는 반송신호를 송출하지 않으므로 상대단에서 내부방향계전기의 동작으로 인한 Trip을 허용한다. 그러나 고장시 송출방식에서 외부방향계전기는 상대단의 내부방향 계전기보다 더 먼곳의 고장에도 동작토록 정정되므로 보호구간외의 고장으로 일단에서 내부방향 계전기가 동작하면 상대단에 서는 반드시 외부방향계전기가 동작하며 결국 Trip은 보호구간내의 고장시에만 이루어지게 된다. 상시송출방식은 외부방향계전기가 불필요하므로 회로구성이 간단하고 반송장치에 대한 연속적인 감시가 가능하다는 장점이 있으나 상시 반송파를 송출하고 있으므로 전파장해가 생기기 쉽고 반송장치를 반송전화 등 타용도에 이용할 수 없는 단점도 함께 갖고 있다.

 

전류방향비교 계전방식 (電流方向比較繼電方式)

방향비교 계전방식중 내부방향 계전기 또는 외부방향 계전기로서 방향성과전류계전기를 이용하는 방식을 전류방향비교계전방식이라 한다.

 

전송차단 계전방식 (轉送遮斷繼電方式, Transfer Trip Relaying)

송전선 보호에서 외부고장에는 절대로 동작치 않고 보호 구간의 일부를 제외한 내부고장에만 동작하는 계전기를 피보호선로 각 단자에 설치하여 이 계전기가 동작하면 자단의 차단기를 Trip시키고 동시에 상대단에도 차단명령을 보내어 각 단자를 동시에 차단하는 방식이다. 예를 들어 송전선보호용 방향거리계전기의 Reach를 피보호구간 Impedance의 85% (zone-1)로 정정하면 구간내의 어느지점 고장에도 적어도 한쪽단은 반드시 동작하므로 자단을 차단하고 동시에 상대단에도 차단명령을 보내 차단시킨다. 전송차단방식에서는 일반적으로 주파수 변이방식(Frequency shift method)의 반송장치가 사용된다. 전송차단 계전방식의 종류에는 직접underreach형(Direct underreach type), 제어 Underreach형(Permissive Underreach type), 제어 Overreach형(Permissive over reach type)이 있으며 동작원리는 다음과 같다.

 

• 제어 언더리치 전송차단방식

(Permissive Underreach Transfer Ttip)

우리계통의 345kV 송전선 제2 주보호반에 적용되고 있는 방식으로 피보호 송전선 내부고장시 거리계전기의 Underreach요소 즉 Zone-1의 동작에 의해 자기단 Trip과 동시에 상대단에 전송차단 신호를 송출하며, 상대단에서는 신호가 수신되고 Overreach요소가 동작하는 조건으로 Trip하게 된다.

 

• 제어 오버리치 전송차단방식(Permissive overreach transfer trip)

전송차단신호를 Overreach 요소(Zone-2 or Zone- 3)에 의해 상대단으로 전송하는 방식으로 자기단의 Overreach 요소가 동작하고 상대단에서도 Over-reach 요소의 동작으로 인해 차단신호가 전송되어 온다면 고장점이 피보호 송전선로 자기구간이므로 순시차단하게 된다.

 

• 직접차단방식(Direct Underreach transfer trip)

Uuderreach 요소의 동작으로 자단을 Trip시키고 동시에 상대단으로 전송차단 신호를 송출하며 상대단에서는 전송차단신호만 수신하면 다른 요소의 동작여부에 관계없이 직접차단하게 된다.