강의노트 보호 계전기

보호 계전기(Protective Relay)의 개요

기기나 전로에 사고가 발생할 때 이를 적절히 분리하지 않을 경우 사고가 다른 기기나 전로로 확대되어 전체 시스템이 문제가 됩니다. 이를 방지하기 위한 보호시스템은 계기용 변성기, 보호 계전기 및 차단기로 구성됩니다.

다음 그림은 보호 계전 시스템의 구성을 보여줍니다.

보호 계전기(Protective Relay)의 종류

계전기는 각 변성기의 입력으로부터 사고의 발생 여부를 판단하고 사고의 종류를 결정하여 차단기를 동작시킵니다. 사고의 종류에 따라 사용되는 계전기의 동작 방식이 다르므로 검출하려고 하는 사고의 종류에 따라 다양한 계전기가 사용됩니다.

보호하고자 하는 대상과 보호 방식에 따라 다양한 보호 계전기가 존재합니다. 많이 사용되는 보호 계전기는 다음과 같습니다.

• 과전류 계전기
• 과전압 계전기
• 부족 전압 계전기
• 단락 방향 계전기
• 선택 단락 계전기
• 거리 계전기
• 지락 계전기
• 방향 지락 계전기
• 선택 지락 계전기

과전류 계전기

과전류 계전기(OCR, Over Current Relay)는 부하측에 발생한 단락 사고 혹은 과부하가 발생할 경우 과전류를 검출하여 차단기를 동작시킴으로써 기기와 회로를 보호하는 계전기입니다.

과전류 계전기는 다음과 같은 특성을 가집니다.

• 유도형과 정지형으로 구분되며, 종래에는 유도형을 많이 사용하였으나, 최근에는 정지형이 많이 사용되고 있다.
• 동작 특성은 보통 반한시 특성을 적용한다.
• 과부하 계전기라고도 한다.

과전압 계전기

과전압 계전기(OVR, Over Voltage Relay)는 모선 전압의 과전압으로부터 기기를 보호하기 위하여 계기용 변압기의 2차측 전압이 일정한 값 이상이 되었을 때 차단기를 동작시켜 기기와 회로를 보호하는 계전기입니다.

• 동작 특성은 반한시 특성을 가지며, 설정치는 정격 전압의 130[%]로 정정한다.

부족 전압 계전기

부족전압 계전기(UVR, Under Voltage Relay)는 모선의 전압이 선로의 과도한 전압 강하 혹은 정전 사고 등에 따라 설정한 값 보다 낮아질 때 이를 검출하여 차단기를 동작시켜 기기와 회로를 보호하는 계전기입니다.

• 설정치는 정격 전압의 80[%]로 정정한다.

단락 방향 계전기

• 단락 방향 계전기 (DOCR, DSR, Directional Short Circuit Relay)
• 과전류 계전기에 방향성을 부여한 것으로 볼 수 있다.
• 어느 일정한 방향으로 일정한 값 이상의 단락 전류가 흐를 경우 동작한다.

선택 단락 계전기

• 선택 단락 계전기 (SSR, Selective Short Circuit Relay)
• 병행 2회선 송전 선로에서 한쪽의 1회선에 단락 사고가 발생하였을 때 2중 방향 동작 계전기를 사용해서 고장 회선을 선택 차단할 수 있다.

거리 계전기

• 거리 계전기 (ZR, DR, Distance Relay)
• 계전기가 설치된 위치로부터 고장점까지의 거리를 판별할 수 있다.
• 복잡한 계통의 단락 보호에 과전류 계전기 대신 사용한다.

지락 계전기

지락 계전기는 기기의 내부 혹은 회로에 지락 사고가 발생하는 경우 영상 변류기에서 검출한 영상 전류로부터 차단기를 동작시켜 기기와 회로를 보호하는 계전기입니다.

• 지락 계전기는 영상 변류기와 조합하여 사용한다.

방향 지락 계전기

• 지락 계전기에 방향성을 추가한 것이다.

선택 지락 계전기

• 병행 2회선 송전 선로에서 한쪽의 1회선에 지락 사고가 발생한 경우 이를 검출하여 고장 회선만 선택 차단할 수 있도록 한 것이다.

전류 차동 계전기

• 전류 차동 계전기 (DCR, Differential Current Relay)
• 전류 차동 계전기는 보호 대상 기기의 1차측과 2차측에서 변류기를 통하여 입력되는 전류의 차이를 입력으로 하여 일정 값 이상일 경우 기기 내부의 사고를 검출하는 계전기이다.

비율 차동 계전기

전류 차동 계전기는 보호 대상 기기의 1차측과 2차측에서 변류기를 통하여 입력되는 전류의 차이를 입력으로 하여 일정 값 이상일 경우 기기 내부의 사고를 검출하는 계전기입니다.

전류 차동 계전기에 억제 요소를 추가하여 변류기나 계전기 오차등에 의해 외부 방향 고장이나 조류에 오동작 하지 않도록 한것을 비율 차동 계전기라고 합니다.

• 비율 차동 계전기는 동작 코일과 억제코일로 구성되어 있다.
• 동작코일에는 억제 코일의 전류의 차가 흐른다. (아래의 비율 차동 계전기의 단선 결선도 참조)

$$I_d = I_1 - I_2$$

• 변압기의 결선이 $\Delta - \mathrm{Y}$ 결선인 경우, $\Delta$측에는 CT의 결선을 $\mathrm{Y}$로 하고 $\mathrm{Y}$ 결선측에는 CT의 결선을 $\Delta$로 한다.