보호계전 방식

보호계전 방식

 

1. 개 요

1) 목 표

•기기 및 인명 보호 : 계통사고 발생시 계통 구성요소를 완전하게 보호

•복구시간 단축 : 기기손상을 최소화하여 복구시간의 단축을 도모

•사고예방 : 불필요한 정전사고에 의한 대중교통수단의 운영중단을 예방, 계통운영의 안정도 확보

 

2) 기본 검토사항

항 목	검 토 내 용
신 뢰 성	•보호의 중첩과 협조에 의한 신뢰성 제고 (오동작/무보호구간 배제) •연동에 의한 전력공급의 계속성 유지
선 택 성	•대상 설비의 위치 및 계통에서의 중요도 고려 •사고 구간을 최소화하는 선택성 고려
안 정 성	•보호협조에 의한 계통안정도 확보 •직렬/병렬 후비보호의 검토 적용

 

2. 계통별 운영특성 분석

1) 특고압계통

구 분	내 용
한전공급 변전소 ⇨ 수전변전실 수전단 모선	•한전공급 변전소공급 분기회로 차단기와의 보호협조 •한전공급 변전소 전원공급 고장여부 및 전압상태 상시 감시
수전단 모선 ⇨ 인접 근접 변전실 전원모선	•상호전원 고장여부 상시감시 •연락급전선로 고장 발생여부 상시감시 •연락급전시 전력공급 방향변경에 따른 보호계전 문제점 분석
급전변전실 전원모선 ⇨ 정류기 ⇨ 변압기뱅크 분기회로	•1뱅크 고장시 자동절체
급전변전실 전원모선 ⇨ 일반 전력공급 분기회로	•모선과 분기회로간 상하위 보호협조 •π분기 일반전력 공급 선로 전력공급 방향감시
π분기 모선 ⇨ 변압기 뱅크 분기회로	•모선과 분기회로간 상하위 보호협조

2) 직류 750V 급전계통

구 분	분 석 대 상 항 목
보 호	•정류기용 변압기 과부하 운전보호 •부극선 접지보호 •방면별 급전선 과전류 발생 보호
감 시	•정류기 방열판 온도상승 상시 감시 •정류기회로 내부 접지 고장여부 감시 •방면별 급전선 전류 증가/감소율 감시 •회생 제동에 의한 회생전력 발생여부 상시 감시
보호협조	•표시선 계전에 의한 차단기와의 보호협조 •특고압 분기회로 차단기와의 보호협조

 

3. 계통별 보호방식 선정

1) 특고압계통

① 보호계전방식

•순시과전류 계전기에 의한 시한차 계전 및 과전류 계전방식 적용

•전-후 차단시간 동작 시한차 부여

•중성선에도 순시과전류 계전기 부착 접지사고 검출

•연락선로에 표시선 계전방식 적용하여 구간내 고장보호

•선택된 전원의 공급방향에 따른 전환회로 구성(제어회로 전환접촉기)

 

② 적용 계전기

기 호	계 전 기 명 칭	특 고 압 계 통
		한전수전반	연락송전반	정거장배전	급전변압기
26	변압기 권선 온도계전기				○
27	저전압 계전기	○
50/51	순시/한시 과전류 계전기	○		○	○
50/51N	순시/한시 지락과전류 계전기	○		○	○
67	방향성 과전류 계전기		○
84	무전압 계전기		○
85	표시선(Pilot-Wire) 계전기		○

③ 계 통 도

2) 고압배전계통

① 적용 계전기

기 호	계 전 기 명 칭	고압수전반	연락송전반	고압배전반
50/51	순시/한시 과전류 계전기	○	○	○
64	지락보호 과전압 계전기			○
67	방향성 과전류 계전기		○	○
67G	방향성 지락 계전기			○
84	무전압 계전기	○	○

3) 직류 750V 급전계통

① 적용 계전기

기 호	계 전 기 명 칭	직 류 계 통
		정류기2차주차단기반	직류급전차단기반	직류부모선반
64	지락보호 과전압계전기			○
76	직류 과전류 계전기	○	○
32	역류방지 계전기	○	○
28	ACB 아크사고방지 계전기	○	○
50F	전차선 단락검출 di/dt계전기		○
85F	표시선 계전기		○

② 계 통 도

 

4. 보호협조 체계의 구성

1) 보호협조의 목표

•과전류 및 고장전류의 정확한 검출 판단에 의한 신속한 고장점 구간 제거

•시한차 협조에 의한 제거구간의 최소화

 

2) 보호협조 구현 방안

① 표시선 계전 방식

•변전실간 특고압 연락 선로에 적용

•양단 전원 선택 운영에 따른 방향성 계전 구현

•전류 흐름 방향 변동에 따른 배치 차단기 책무 변경 및 연동구현

•고장구간(연락선로)의 신속한 제거 보장

 

 

3) 회생제동 효과분석

•회생제동 효과를 분석하기 위해서는 전동차의 부하 및 전력사용량 시뮬레이션 기법이 필요

•전동차는 급전계통에서 보면 계속 이동하는 집중부하이므로 그 변화가 매우 심하고 다른 열차와의 간격에 따른 영향도 시시각각 다르게 나타남

•급전계통에 나타나는 현상을 정확하게 파악하기 위해서는 급전계통 자체의 전기적인 특성 이외에도 전동차의 주행특성 및 전력 소비패턴, 전동차 운행 계획에 따른 전동차의 공간적 분포, 궤도의 구배 및 곡선반경 등 종합적인 시스템에 대한 해석이 필요

 

① 전기제동방식의 원리

② 회생전력의 순환

4) 급전 및 회생전력 시뮬레이션을 위한 입력 데이터

구 분	내 용
열차운행방안	•열차운행 회수 및 운행시간
차량데이터	•견인 중량(톤) 및 최고속도(km/h) •차량데이터 : 전동차 편성, 중량, 최대출력, 최고운행속도, 감속도, 주행정항계수 •전동차의 견인력 및 제동력 특성
선로데이터	•선로조건 : 하구배 속도제한, 곡선구간 속도제한, 선로 데이터

5) 전동차 주행 시뮬레이션 결과

•선로에 투입될 열차의 종류 및 그 운행패턴을 설정하여 각각에 대한 열차주행시뮬레이션을 수행하면 구간내에서 시간별 위치, 속도, 전력소비량등이 계산됨. 이렇게 계산된 열차 운전곡선을 열차운행계획에 따라 배열하면 매순간마다 모든 열차의 위치 및 소비전력이 결정되므로 변전소부하의 크기와 회생전력의 활용방안을 도출할수 있음.

 

전동열차 주행 시뮬레이션 그래프(예)	검토결과 및 설계 반영
	국내전기철도에서 회생제동 시스템을 적용한 사례를 검토하여 본 결과 여객용 열차의 경우 대체적으로 회생율이 30%를 상회하는 것으로 나타났음. 따라서 회생전력의 50% 정도는 인근열차에서 사용하고 나머지 50%는 전력회사로 역송전하는 것으로 가정 200kW 인터터를 급전변전소마다 설치하였으며 실시설계시 주행시뮬레이션을 통해 용량의 적정성을 재검토 예정임

5. 변전소 접지

1) 보안용 접지

•인간과 전기설비 및 전기기기의 안전을 확보하기 위함

 

구 분	내 용
계 통 접 지	•22.9kV : 직접접지 •6.6kV : 비접지
기 기 접 지	•Ground Mesh에 개별접지
피뢰용 접지	•접지봉 매설 별도접지

2) 기능용 접지

•전기, 전자 통신설비 및 기기의 안정된 기동을 확보하기 위함

 

구 분	내 용
적용기준 접지방식	•IEEE Std. 142. Chapter 5의 1점 접지( Single Point Grounding ) 방식

 

6. 전자파 장애 경감대책

•뇌격전류, 스위칭써지, 단락사고 등으로 인하여 발생하는 과전압과 기기에서 발생하는 전자파 등은 각종 정보시스템과 전자부품이 장착된 기기의 교란이나 손상, 전자파 장애(EMI)를 일으킬 우려가 있으므로 EMI 영향을 감소하기 위하여 다음과 같은 대책이 필요

 

구 분	기능 및 용도	품 명	적 용
흡수장치 (Arrestor)	•직격뢰, 유도뢰, 스위칭 써지 등으로 인한 과도 과전압이 전선, 변압기 및 전력기기 등의 절연 내전압(BIL)을 초과하지 않도록 함으로써 기기의 손상이나 고장을 예방	피 뢰 기 (Lightning Arrestor)	•특고인입라인 MOF 전단에 설치, 직격뢰 유입방지
		써지흡수기 (SurgeArrestor)	•특고 수전반 차단기 후단에 설치하여 스위칭 써지의 부하측 전파방지
과도전압 억제기 (TVSS)	•컴퓨터, 통신 등 전자장비를 유도 써지, 스위칭 써지 등의 과도 전압으로부터 보호하기 위하여 써지전압(20kV까지)을 정격 전압의 2배 이하로 줄여주는 기능을 하는 장치	전화및데이터통신 신호라인 보호용	•LAN •전화선 •방송신호라인
		컴퓨터, 통신 및 제어기기 보호용	•컴퓨터 •각종 제어반
고조파 필터 (Harmonic Filter)	•인버터 정류기 등과 같이 전력용 반도체를 사용하는 기기에서 전압, 전류파형의 왜곡현상으로 말미암아 활성되는 고조파 제거	중성선영상고조파 전류 저감장치	•3상 4선 회로의 분전반 입력단에 위치하여 역류 고조파 전류 억제
		고조파 필터	•정류기, 인버터 등 비선형 부하의 입출력단 설치
신호접지	•컴퓨터 계통의 신호접지선을 주접지망 (Ground Mesh)에 1점 접지, 순환전류	컴퓨터 계통 1점 접지	•컴퓨터 및 통신계통 신호 라인의 접지선