보호계전기 정정 표준

보호계전기 정정 표준

 

 

 

1.  설비별 기준  

 

 

1)  수전측 정정  

(1) 과전류계전기  

① 한시 동작전류  

계약전력의 150~170%에 해당하는 전류로 정정하는 것을 원칙으로 하되 부하의 종류에 따라 수전설비 용량으로 할 수도 있다. 부하가 변동부하일 경우에는 200~250%로 할 수도 있다.  

② 한시 LEVER  

한시정정은 부하가 허용하는 범위 내에서 최대로 짧게 정정하고 수전용 변압기의 2차 3상 단락고장전류에 대하여 0.6초 이내에 동작하도록 정정한다.  

③ 순시 동작전류  

수전용 변압기 2차측 3상 단락고장전류의 150~250%로 정정한다. 수전용변압기가 2대 이상인 경우 용량이 큰 변압기를 기준으로 한다. (즉, 1차측 환산 고장전류가 큰 변압기를 기준으로 한다.)  

④ 순시 동작시간  

순시로 하되 디지털계전기의 경우 정한시의 최소값(0.1sec 이하)으로 한다.  

 

(2) 지락과전류계전기  

① 한시 동작전류  

최대계약전력 수전 시 부하전류의 30% 이하로서 3상 수전 불평형 전류의 1.5배 이상으로 정정한다. 동작치는 부하 불평형에 동작하지 않는 범위에서 가능한 낮은 Tap으로 한다.

② 한시 LEVER  

수전보호구간 최대 1선 지락고장전류에서 0.2초 이하에 동작할 수 있도록 정정한다.  

③ 순시 동작전류  

불평형 전류에 의한 순시요소의 오동작을 방지하기 위하여 일반적으로 순시 Tap치는 최대부하전류의 300% 이상으로 정정 한다.  

④ 순시 동작시간  

순시로 하되 디지털계전기의 경우 정한시의 최소값(0.1sec 이하)으로 한다.  

 

(3) 저전압계전기(UVR)  

① 동작전압  

0.5*Vn(55.0V) ⟶ 77kV [PT 154,000/110 V]  

② 동작시간  

2.0 sec  

 

(4) 지락과전압계전기(OVGR)  

① 동작전압  

수전모선 1선 지락고장 시 계전기에 인가되는 최대영상전압의 30% 이하에 정정한다.  

(다만, 평상시 최대전류전압의 150% 이상)  

② 동작시간  

수전모선 1선 지락고장 시 2~3초에 정정한다(경보운전 할 수도 있다).

 

 

2)  주변압기 정정

 

(1) 과전류계전기  

① ANSI POINT 고려  

변압기에 대한 Thermal Limit(과전류 내력)는 일반적으로 ANSI POINT로 표현되며 정격전류대 시간의 배수로 나타낸다. 일반적으로 변압기 Self Cooled Rating(OA Rating)에서 단위 전류 제곱 초당 1,250배 까지 변압기가 견딜 수 있다. 즉 I²t=1,250 이며, 보통 변압기의 Impedance 당 다음과 같이 적용할 수 있다.  

%Z가 4% 이하인 경우 : t=2초에서 전부하전류의 25배(25²×2=1250)  

%Z가 4~7% 인 경우 : I = (Tr의 Full Load Current)×(100/%Z) t = %Z-2(초)  

%Z가 7% 이상인 경우 : t = 5초에서 전부하전류의 14.3배

 

(예) %Z가 5.756% 일 경우 ANSI POINT  

I(ANSI) = FLA ÷ (100/5.756)[A] at 3.756초  

t = %Z - 2(sec) = 5.756 - 2.0 = 3.756[초]

 

▣ 고빈도고장의 열적한계곡선

 

IEEE 표준에 의하면 변압기 손상은 누적적이며, 변압기에 고장이 일어나는 횟수는 변압기를 사용하는 장소에 따라 다르다는 것을 고려하여야 한다. 예를 들어 변압기 2차측 도체는 전선관 또는 금속함에 넣어져 있고 산업용이나 상업용 계통에서 사용하는 변압기는 고장전류에 노출될 확률이 적다고 간주한다. 반면 전력회사 배전변전소에 있는 변압기와 같이 2차측이 가공선로인 경우 고장전류의 통과가 빈번하다고 할 수 있다. 따라서 이 두 가지 경우에 따라 서로 다른 열적한계보호곡선을 적용한다. 고장이 자주 발생하지 않는 변압기의 경우는 열적손상만을 고려하고 누적적인 기계적 손상을 고려하지 않으나 고장이 자주 발생하는 변압기는 열적이고 기계적인 손상에 노출되어 있다는 것을 고려한다.

 

      변압기의 고장빈도별 열적한계

변압기 임피던스	고빈도고장 t=2.0초		저빈도고장 t=2.0초		비고
	I	K	I	K
4%	25.0 pu	1250	25.0 pu	1250	1.0pu는 변압기 정격전류
5 %	20.0 pu	800
6 %	16.7 pu	558
7%	14.3 pu	409
8 %	12.5 pu	328
10 %	10.0 pu	200
12 %	8.33 pu	139

② 변압기 여자돌입전류의 고려  

변압기 여자돌입전류의 크기는 일반적으로 전부하전류의 8배 이하이나 경우에 따라서는 10배를 초과하는 경우도 있고, 30배까지 올라가는 수도 있다.  

IEEE242-1975에서는 보호계전기 설계 시 여자돌입전류의 크기는 변압기 1차측 전부하전류의 8～12배로 적용하고 있다. 그 지속시간은 0.1～60초 정도이다.  

Iinrush  FLA × 배at sec

 

③ 한시요소  

한전 보호계전기 정정표준을 적용하여 OA기준 150%에 정정한다.  

이 경우 변압기 Thermal Limits Point인 ANSI Point(변압기의 단락강도)를 고려한다.

가. 한시Tap

변압기 정격1차전류의 150%에 동작되도록 정정한다.

일반수용가의 경우 변압기 OA기준 150%에 정정한다.

수용가 부하가 변동부하일 경우 150~250%로 할 수 있다.

나. 한시동작시간

전위보호계전기와 협조하여 상대단 모선 최대선간단락고장 시 70cycle 이하에 동작 되도록 정정한다.

- 일반수용가의 경우 수전변압기 2차 3상 단락고장 시 0.6초 이하에 동작되도록 정정하는 것이 바람직하다.

④ 순시요소

한국전력공사의 보호계전기 정정기준에 의하여 상대단 모선고장 시(상대단 주변압기 2차 3상 단락고장) 계전기 설치점 전류의 250%에 정정한다. 일반수용가의 순시요소의 정정은 변압기의 2차 단락사고 및 변압기의 여자돌입전류에 의하여 결정되며, 2차측 3상 단락 전류에 동작되지 않도록 2차측 3상 단락전류의 125~200%(일반적으로 150% ⇐ 철도는 2상 단락이므로)또는 여자돌입전류가 명기된 경우 여자돌입전류의 120% 이상에 정정 한다.(1차측 모선 2선 단락고장전류의 50%에 정정하는 경우도 있다.) 154/22.9kV 변압기 2차모선 3상 단락사고의 계전기 순시요소 정정은 변압기2차 3상 단락사고전류의 200~250%가 되도록 정정한다. 이유는 계전기 순시요소가 대체로 2Hz 이내의 빠른 시간에 응동되므으로 고장 시 직류분을 포함하는 비대칭전류를 고려하지 않을 수 없다. X/R비가 15이상일 경우 고장전류는 1.55~2.0배이며 이에 여유를 두어 250%까지 고려하는 것이다.

(2) 지락보호

① 한시요소

변압기 정격전류의 30% 이하에 동작되도록 정정한다(2차 측이 비접지방식인 경우에는 10%로 정정한다).

② 한시동작시간

전위보호계전기와 협조하여 1차모선 최대 1선 지락 고장전류에서 0.2초 이하에 동작되도록 한다.

③ 순시요소

변압기 T상 1차 최대부하전류의 200%로 정정한다.

④ 순시동작시간

0.1초 이하에 동작하도록 한다.

(3) 비율차동계전기에 의한 보호

① Slope 1(비율특성)의 정정

Slop1의 정정은 다음의 오차를 고려하여 불필요한 오동작을 하지 않도록 정정한다.

   가. CT 전류 부정합률 : 5 %

   나. 변압기 Tap 조정에 의한 오차 : 8~10 %

   다. CT 및 계전기오차 : 10 %

   라. 여유율                  : 10 %

 비율특성(Slope)의 정정

 

 

 

 

② 최소 동작전류  

최소동작전류는 다음 식으로 계산하여 정정한다.

 

    Ipickup  ×Slope  P  ×In  

 

여기에서

In  변류기차정격전류A

 

P  변압기의무부하손In의

 

 

 

 

 

 

 최소동작전류 정정

③ Knee Point Setting(항복점 정정)

가. 높은 전류영역과 낮은 전류영역의 경계점에 해당한다.

나. Knee Point 값이 적을수록 부동작 영역이 커지고, 반대로 Knee Point 값이 클수록 부동작 영역이 적어져 보호측면에서 안정적인 것을 의미한다.

다. CT의 특성이 양호한 경우에는 높은 Knee Point 값을 선정해도 되지만 CT특성이 좋지 않을 경우에는 CT오차를 고려하여 낮은 Knee Point 값을 선정하여야 한다.

라. 높은 전류영역에서 CT의 오차가 증가하므로 CT 과전류정수 값의 60~80%에 정정하는 것이 바람직하다

  항복점 정정

 

 

 

④ Slope 2의 Setting  

가. 대전류 영역에서는 유입전류가 차전류가 되며, 그 크기는 100%~200%가 된다.  

나. Slope 2의 Setting은 TR 내부에서 발생 가능한 최대고장전류를 상정하여 다음 식으로 계산한다.

 

                                       Idi f f              I  I

            Slope         ×     ×

                            Ir        I  I

 

⑤ 제2고조파 Blocking  

가. 변압기 무부하투입시 제2고조파성분이 함유된 여자돌입전류가 흐르며, 정격여자전류의 수배 또는 수십 배가 되고 이것은 변압기의 1차 측에만 흐르므로 오동작할 수 있는 원인이 된다.  

나. 일반적으로 여자돌입전류의 제2고조파 함유율이 15%이상이 되지 않도록 15%에 Blocking 되도록 정정한다.  

 

⑥ 제5고조파 Blocking

가. 계통전압이 급격하게 증가하면 여자전류가 증가하고, 여자전류에 비례하여 제5고조파전류가 증가한다.

나. 제5고조파의 의한 오동작을 방지하기 위하여 일반적으로 35%에 정정하지만 변압기 제조자가 이 값을 제시하여야 한다.

다. 전압이 상승될 때의 고조파성분의 변화는 변압기의 제조자가 제공하는 자화특성을 알아야 하며, 포화정도에 따른 고조파성분 전류는 변압기 설계에 달려있다. 만약 자화특성을 알고 있거나 또는 전압이 증가되는 동안 전류파형이 기록되어 고조파성분이 분석되었다면 설정값을 정정할 수 있다.

라. 일반적으로 변압기의 자화특성은 알지 못하므로 제5고조파 Blocking은 사용하지 않는 것으로 설정한다.

 계통전압 증가에 따른 변압기의 5고조파 발