보호계전기의 일반사항

보호계전기의 일반사항

 

 

1. 수변전설비의 보호

수변전설비의 보호란 전력설비의 이상상태, 즉 사고의 발생 및 확대를 방지하는 것을 말한다. 전력설비의 사고에는 단락, 지락, 단선, 과열, 기계적 파괴 등이 있고 그 발생원인으로서 낙뢰와 같 은 이상전압, 지진과 같은 자연재해, 이물질의 접촉, 절연열화, 환 경에 따른 오손, 과부하, 제작시공의 불완전, 보수불량 등을 들 수가 있다.

따라서, 수변전설비 에서의 절연협조는 그 절연이 내뢰에 대해서 거의 다 견딜 수 있게 계획하지만 외뢰에 대해서는 완전히 견디 기란 기술적, 경제적으로 곤란하므로 피뢰기 같은 보호장치를 사 용해서 외뢰를 일정전압 이하로 저감하는 것을 전제로 계획하고 있으며, 이들 사고중에서 가장 많은 것은 단락, 지락 등의 절연사 고이며, 이외의 사고도 대부분 절연사고로 발전한다. 따라서 사고 를 방지하는 데는 전기설비의 절연을 강화해야 하지만 모든 전기 적 스트레스에 견디는 절연을 시공하는 데는 경제적인 제약이 있 고, 피뢰기와 같은 보호장치를 적용함으로써 절연을 합리적으로 할 수 있는 이른바 절연협조를 할 수 가 있다.

한편 발생한 사고를 조속히 검출, 제거함으로써 설비의 파괴와 사고의 파급을 최소한으로 줄이는 동시에 정상상태의 복구를 용 이하게 하기 위해 각종 보호계전시스템을 적용한다.

전력설비의 사고는 전력공급의 정지 혹은 부하설비의 운전정지를 뜻하고 모든 전기이용설비의 정지 및 서비스 저하를 초래할 뿐만 아니라, 이것이 확대되거나 장시간에 걸치면 설비의 파괴, 공해의 발생, 열차운행 정지등 커다란 사회문제가 될 수 있다. 그러므로, 전력설비의 사고방지를 위한 보호계전System은 전력계통 전체에 중요한 역할을 한다.

 

 

2. 보호계전기의 기능

수변전설비의 보호시스템은 설비의 절연협조등을 충분히 갖춘 다 음에 최종적으로 각 기기에 맞는 보호계전기를 설정하는 것이 가 장 이상적인 보호System이라 할 수 있다.

그러면 보호계전 System이란 전력계통, 전기기기의 이상상태를 조속히 제거함으로서 사람의 안전, 설비의 손상방지, 2차재해 방 지를 꾀하는 동시에 다른 전력계통의 파급을 막고 안전과 신뢰도 의 향상을 도모하기 위해서 설치된 보호계전기를 중심으로 한 System이다.

수전점에서 부터 부하 말단까지의 보호계전 System은 각각 만일 의 사고발생시에 그 확대방지의 중대한 책무를 짊어지고 있으며 이것이 제 기능을 발휘하지 못하면 예상외의 큰 사고가 발생할 염려가 있다. 따라서, 그 선정에 있어서는 보호대상의 크기보다는 그 사고에 따르는 파급의 크기를 중심으로 생각해야 한다. 특히 지하철 전기설비의 중요도에 따른 파급효과는 엄청난 피해를 가 져옴으로 전기설비 설계시 보호협조는 물론 보호계전기 시스템을 보호대상별로 여러 가지 기능을 적용하고 각종 보호계전방식을 채택하고 있다.

 

1) 정확성 : 신뢰도가 높고 정확한 동작상태로 오동작을 야기 시키지 않아야 한다.

2) 신속성 : 주어진 조건에 만족할 경우 신속하게 동작하는 기능을 갖추어야 한다.

3) 선택성 : 선택차단 및 복구로 정전구간을 최소화할 수 있는 기능을 갖추어야 한다.

4) 기 타

① 취급이 간단하고 보수가 용이하여야 한다.

② 주위환경에 동작성능의 영향을 적게 받아야 한다.

③ 정정변경 및 계통의 변경 등에 신속히 대처할 수 있어야 한다.

④ 모든 조건을 만족시키는 범위내에서 가격이 저렴해야 한다.

이들 기능은 상호간에 공통점과 비공통점을 동시에 지니고 있어 실제의 적용에 있어서는 보호목적인 기능의 밸런스가 중요하게 된다. 이들 기능을 수행하기 위하여 보호계전기는 그림1-1과 같 이 검출부, 판정부, 동작부로 구성된다.

보호계전기 구성

(1) 검출부

검출부는 계기용변압기(PT, GPT)나 변류기(CT, ZCT)등으로 대표되며 주회로의 전압, 전류를 검출하여 판정부의 계전기에 알맞 는 값(통상 110V, 5A)으로 변성한다.

보호의 목적에 의해 평상시의 특성보다도 이상시의 특성이 보다 중요하며 계기용변성기의 정확한 검출이 필요하다.

(2) 판정부

판정부는 보호계전기(Ry)로 대표되며 검출부에서의 전압, 전류 등의 신호를 받아 그 크기 시간적 변화, 상호간의 위치관계 등 으로서 사고의 유무와 동작의 필요성 유무를 판정하여 필요시 간에 동작부에 지시를 내린다.

 

(3) 동작부

동작부는 차단기(CB)로 대표되며 판정부의 지시로서 전로를 차 단하고 사고부분을 분리한다. 또한 전력퓨즈(PF)나 기중차단기 (ACB), 배선용차단기(MCCB) 등은 검출부, 판정부, 동작부를 겸한 것이라고 할 수 있다.

3. 보호계전기의 기본구성

보호계전기는 원래의 책무를 수행하는 주요소 와 보조적으로 부가되는 보조요소 및 이들을 수용하는 외함과 외부도체를 연결하는 외부단자로 구성된다.

주요소는 전력선이나 전력기기등에 사고가 발생하면 고장에 의 해 나타나는 전압, 전류가 변성기를 통해 계전기에 가해지면 이 전압과 전류에 의해 미리 규정된 전기량, 물리량의 크기에 따라 응동하는 것으로서 그 동작상태가 나타나는 것은 접점상태 이다. 전자형계전기에서 가동부는 입력이 없는 상태에서 스프링 (Spring)이나 중력으로 일정한 위치를 유지하고 있다.

무입력상태에서 입력에 의해 응동되었을때 닫히는 “a” 접점 방 식과 반대로 무입력상태에서 입력에 의해 열리는 “b”접점 방식 이 있다.

보조요소는 동작표시기, 보조접점 및 한시요소 등이 있으며 동 작표시기(Target)는 계전기가 차단기를 개폐하기 위하여 동작한 것을 표시하는데 주요소에 의하여 기계적으로 동작하거나 트립 (Trip)전류에 의하여 동작하여 그 동작상태를 표시판으로 표시한다.

보조접점은 주접점과 병렬로 연결되어 있으며 이를 동작시키는 홀딩코일(Holding Coil)은 주접점과 직렬로 연결되어 있어 주접 점 동작에 의해 홀딩코일(Holding Coil)에 전류가 흐르면 보조접 점이 폐로되어 트립(Trip)전류가 흐르는 동작 주접점을 단락하 여 폐로를 확실히 하는 동시에 주접점이 개로될 때 접점보호 역 할을 한다.

보호계전기의 기본구성

4.. 보호계전기의 적용

(1) 목적

전력계통내의 어떤 부분에서 사고가 발생하였을 때 이 사고를 방치하면 사고현장이 확대되어 결국에는 안정된 전력공급을 할 수 없게 된다. 따라서 기기와 선로의 손상을 막고, 사고부분을 될 수 있는 한 축소시켜 다른 건전계통에는 사고가 파급되지 않도록 하는 목적으로 보호계전방식이 적용되고 있다.

보호계전방식이라 함은 사고현상을 검출하기 위한 변성기 보호 구간에 사고가 있는지 없는지를 판단하기 위한 보호계전기, 사 고구간을 제거하기 위한 차단기 및 이들 상호간을 연결하고 아 울러 이들의 기능을 발휘할 수 있도록 하는 회로 등으로 구성 된 일련의 조합을 말한다.

본래 보호계전방식을 적용하는 목적은 기기손상 방지, 안전운 전 유지, 공급신뢰도 확보가 있으며 종래의 보호계전방식은 기 기손상 방지를 주목적으로 하였지만 최근에는 전력계통이 확대 복잡화됨에 따라 안전운전 유지 및 공급신뢰도 확보에 그 목적 을 두고 계통분리 및 사고파급 축소를 적용 사고시 계통제어의 성격도 갖게 되었다.

즉, 전력계통이 소규모일 때에는 과전류계전방식과 같은 간단 한 보호계전방식으로 보호하는데 지나지 않았으나 전력계통이 확대 분포됨에 따라 방향, 거리, 전압요소, 선택 등 고성능의 여러 가지 보호계전기가 개발되어 사용되고 있다.

 

(2) 적용시 고려사항

보호계전기의 설치 목적을 달성하기 위하여 보호계전 방식을 적용하는 데는 다음과 같은 사항을 기본적으로 고려해야 한다.

① 대상으로 하는 설비가 어디에 있는가 ?

② 대상으로 하는 시공의 종류가 어떤 것인가 ?

③ 대상설비가 계통에서 차지하는 중요도는 어떠한가 ?

④ 대상설비의 계통적인 관계를 고려하여 상호협조가 되도록

되어 있는가 ?

상기 항목중 가장 중요한 것은 계통과의 협조를 이루는 일이다.

즉, 전체적인 시스템의 보호협조 체제가 조화를 이루어야 한다.

 

(3) 적용의 원칙

① 사고범위의 국한과 공급의 확보(선택성)

사고 발생시 설비의 손상도를 줄이고 계통의 안정도를 저해하 지 않도록 그 영향을 최소한으로 막기 위해 사고구간을 신속 하게 선택, 차단하고 다른 건전한 부분의 운전유지를 확보할 수 있어야 한다.

② 보호의 중첩과 협조(신뢰성)

전기설비의 인접구간의 보호방식과 협조하여 무 보호구간이 없도록 하고 보호구간의 사고에 대해서는 오동작하지 않도록 충분한 신뢰성을 가져야 한다.

③ 후비보호 기능의 구비(후비성)

주보호 기능과 후비보호 기능을 구비하고 사고구간의 계전기, 차단 기 등이 불량하여 만일 부동작 할 경우는 타 보호장치 또는 타 구간 의 계전기로 사고를 제거할 수 있어야 한다.

④ 재폐로에 의한 계통 및 공급의 안정화(안정성)

주계통의 안정도 향상을 도모하기 위하여 고속도, 재폐로를 행하고 일반 부하선정은 정전시간의 감소와 자동복구를 위해 고속도 재폐 로를 필요에 따라 실시할 수 있어야 한다.