¨ 방사상 계통(radial system) : 시간지연 과전류 계전기에 의해 보호

¨ 방사상 계통(radial system) : 시간지연 과전류 계전기에 의해 보호

¡

조절 가능한 시간 지연 : 고장지점에 가장 가까운 차단기가 열리도록 선정

¡

시간지연이 더 큰 전원방향의 차단기는 닫힌 상태를 유지함

¡

계전기는 고장 중 최소부하를 차단하도록 차례로 동작시켜 협조

¡

성공적인 계전기 협조 : 고장전류가 정상 부하전류보다 훨씬 클 때

¡

과전류 계전기의 협조에서 방사상 계통의 차단기 최대 개수는 5개 이하

¡

5개가 넘으면 전원에 가장 가까운 계전기는 과도한 시간 지연을 가질 수 있음

그림 10.16 : 345 kV 방사상 계통의 단선도

¨ 그림 10.16 : 방사상 계통의 차단기 B3 오른쪽의 P ₁ 에서의 고장

¡

B3 : 열림(open)

¡

B2, B1: 닫힘(closed) à 단지 부하 L3만 차단

¡

B3가 먼저 동작하도록 하기 위해서는 B2의 계전기에 더 긴 시간지연 설정

그림 10.16 : 345 kV 방사상 계통의 단선도

그림 10.10 : 시간 지연 과전류 계전기 차단 및 트립 영역

¡

B3의 오른쪽 고장에 대해 B3가 주 보호(primary protection) 수행

¡

B3가 개방(open)에 실패하면, 시간지연 이후 B2가 개방 àB3의 후비보호

o B2와 B3사이의 P2에서의 고장

¡

B2 : 열림(open)

¡

B1 : 닫힘(closed) à 부하 L2 및 L3 차단

¡

P1에서의 고장보다 고장전류는 더 커짐

à 고장이 전원에 더 가깝기 때문에, 고장전류는 더 커짐

à B2가 먼저 개방 되도록 하기 위해 B1 계전기의 시간지연을 B2 계전기 의 시간지연보다 크게 설정

¨ B2 계전기는 B2와 B3사이의 고장에 대해 주 보호를 수행하고 B3의 오른쪽에서 발생한 고장에 대해 후비 보호를 수행

¨ B1계전기는 오른쪽에서 발생한 고장에 대한 후비 보호뿐만 아니라 B1과 B2사이의 고장에 대한 주 보호를 제공

¨ 협조 시간 간격(coordination time interval)은 주 보호와 원격 후비

보호 장치 사이의 시간 간격à0.2~0.5초

¡

TSs(Tap settings)와 TDSs(Time dial settings)를 결정하시오.

100.4A 167.3A

351.4A

Tap Settings

TS1=5 TS2=5

TS3=3

예제 10.4 : 시간지연 과전류 계전기 협조

Time dial settings

예제 10.4 : 시간지연 과전류 계전기 협조

¨ 방사상 계통에서 시간지연 과전류 계전기의 협조

¡

TSs(Tap settings)와 TDSs(Time dial settings)를 결정하시오.

Time dial settings

T3=0.1sec 1차 보호시간

T_breaker+T3

=0.1+0.083=0.183sec 원하는 2차 보호시간

T_breaker+T3+Tcoordination

=0.183+0.3=0.483sec

TDS3=0.5

T2=0.4sec TDS2=2

원하는 3차 보호시간 T_breaker+T2+Tcoordination

=0.4+0.3=0.7sec

T2=0.8sec TDS2=3

¨ 자동 재폐로기(Automatic circuit recloser) : 배전계통 보호에 사용

¡

재폐로기 : 교류회로를 자동적으로 차단 및 재폐로 à재폐로기는 내장형 제어기능을 가짐

o 가공 배전선로상의 80%이상은 일시 고장(temporary fault)

o 재폐로기의 트립-재폐로 순서

¡

일시 고장 제거

¡

순간 정전 이후 전력공급 지속

¡

고객 서비스의 질을 향상시킴

¨ 그림 10.18 : 퓨즈, 재폐로기 및 시간 지연 과전류 계전기를 이용하 는 방사상 배전회로에 대한 일반적인 보호 방식을 나타냄

그림 10.18 : 퓨즈/재폐로기/계전기 보호를 갖는 13.8kV 방사상 배전 피더의 단선도

접지 계전기

위상 계전기

부하3 부하2 부하1

3상 고장전류 1500A

¡

퓨즈에 의해 보호되는 3개의 부하 분기점(load tap)

¡

일시적인 고장에 대하여 재폐로기는 고장을 제거하며 서비스 복구를 위 해 하나 또는 그 이상의 순시, 시간지연 트립 및 재폐로를 하도록 설정

¡

고장이 지속되면, 퓨즈는 오른쪽에서 발생한 고장에 대해 동작하며 재폐 로기는 시간지연 후에 영구 개방됨

¨ 그림 10.19 : 퓨즈, 재폐로기, 시간지연 과전류 계전기의 보호협조에

대한 시간-전류 그래프

¨ 자동 재폐로기 (Automatic circuit recloser)

¡

배전선로상 일시고장에 대하여 차단 및 재폐로 동작을 수행

¡

일시고장을 제거함

¡

예 : 분기점 2의 고장

3상 고장전류 1500A

Time

고속560A 재폐로기 개방

0.05sec 3상 고장전류1500A 발생0sec

재폐로 0.55sec

고속560A 재폐로기 개방

1.05sec

재폐로 3.05sec

지연560A 재폐로기 개방

5.05sec 100T 퓨즈

개방

재폐로

10.05~15.05sec 1, 3 부하 동작

그림 10.19 : 그림 10.18의 방사상 배전회로에 대한 시간-전류 곡선

¡

65T 퓨즈는 모선 1의 분기점에 설치 à최대 60A의 부하전류

¡

100T 퓨즈는 모선 2와 모선 3의 분기점에 설치 à최대 95A의 부하전류

¡

퓨즈의 정격전압은 최대 모선전압보다 커야 하며, 차단 정격 전류는 최 대 비대칭 고장전류보다 크도록 선정

¡

T 유형 퓨즈는 15kV의 전압 정격 및 10kA 이상의 차단 전류 정격을 갖는 것이 표준

¡

표준 재폐로기는 38kV까지의 전압 정격과 16kA까지의 최대 차단 전류를 가지며, 50, 70, 100, 140, 200, 280, 400, 560, 800, 1120 및 1600A의 최 소 트립 정격을 가짐

¡

접지 설비(ground unit)의 최소 트립 정격은 전형적으로 최대 부하에서 설정되며, 최대 허용 가능한 부하 불평형보다 높게 설정

¡

재폐로기의 일반적인 운전 순서는 빠른 2번의 동작과 그 이후 2번의 지연 동작

¡

신속한 동작은 일시적인 고장이 자기 제거되도록 하며, 지연 동작은 아래 방향의 퓨즈가 영구고장을 제거하도록 하는 것

¡

고속 재폐로기의 시간-전류 곡선은 그림 10.19의 퓨즈 곡선 아래에 위치하며, 이 는 퓨즈가 용융되기 이전에 재폐로기가 개방하기 위한 것

¡

퓨즈 곡선은 지연된 재폐로기 곡선 아래에 위치하며, 이것은 재폐로기가 개방되 기 이전에 퓨즈가 제거되도록 하기 위한 것

그림

10.20

: 과전류 계전기와 직렬로 연결된

방향 계전기

(A상만 나타냈음)

u 방향 계전기 : 단지 한 방향의 고장전류에 대하여 동작하도록 설계 u그림 10.29 : 방향계전기 D

CT의 오른쪽에서 발생한 고장에 대해서만 동작

¡

선로의 임피던스는 대부분 리액턴스

à 계기용 변류기 오른쪽 P1에서의 고장 전류는 모선전압 V에 대해 약 90˚ 만큼 지상

à 계기용 변류기 왼쪽인 P2에서의 고장 전류는 모선전압 V에 대해 약 90˚ 만큼 진상

그림 10.21 : 복소평면에서 방향계전기 차단 및 트립 영역 트립

(P₂에서 고장) 차단

(P₁에서 고장)

(Block) Otherwise

) Trip (

0 ) (

180 ° < -

₁

< °

- f f

¨ 방향 계전기는 2개의 입력을 가짐

¡

기준 전압

¡

기준 전류

¨ 계전기 트립 및 차단 영역(Relay trip and block regions)

à그림 10.21

(10.6.1)

: 전압에 대한 전류의 각(angle)

: 트립영역과 차단영역 사이의 경계(보통 2˚ to 8˚)

° Ð

= V 0 V

Ð f

= I I

(Block) Otherwise

) Trip (

0 ) (

180 ° < -

₁

< °

- f f

f

f

1

l OCR 의 접점 OC 와 방향 계전기 D 는 직렬로 연결 - 그림 10.20

¨ 차단기 트립 코일이 여기됨

¡ OCR이 동작값(pickup value) 초과할 때

¡ 모선전압 V에 대해 지상인 고장전류를 가질 때(forward direction)

B12보다빠르게 B12와 B23협조

B32보다빠르게 B32는 B21과 협조

u 다른 장소에 2개 이상의 전원이 있을 경우 OCR의 협조는 매우 어려움

¨그림 10.22 : 2개의 전원을 갖는 계통

¨ P1에서의 고장 가정

¡

차단 없이 3개의 부하가 전력공급을 계속

è 차단기 B23 와 B32에서의 고장제거가 요구됨

¡

시간 지연(한시; time-delay) 과전류 계전기 이용 è B21 보다 빠르게 B23 를 정정 가능

그림

10.22 : 2개의 전원을 갖는 시스템

¨ P2에서의 고장 가정

¡

차단기 B23 는 B21 보다 신속하게 개방될 것 è 부하 L2 는 차단

¡

고장이 왼쪽 뿐만 아니라 오른쪽으로부터 주어질 경우 è 과전류 계전기(OCR)는 협조 불가능

¨ 방향계전기 : 이러한 문제를 극복할 수 있음

¨ 기본 개념 : 하나의 계통을 보호영역(protective zone)으로 분할

¨ 만일 고장이 영역내의 어딘가에서 발생: 계통의 나머지 부분으로 부터 격리

¨ 영역(Zone):

¡

발전기

¡

변압기

¡

모선

¡

송전선로 및 배전선로

¡

전동기

¨ 그림 10.23 : 보호 영역 개념을 예시

¨ 각 영역 : 닫힌 점선(closed, dashed)에 의해 정의

¨ 1영역(Zone 1) : 발전기 및 변압기를 연결하는 도선 포함

그림 10.23 : 전력 시스템 보호 영역

¨ 1개 영역은 1개의 성분(구성요소) 이상을 포함 가능

¡

3영역(zone 3) : 발전기-변압기 설비 및 모선을 연결하는 도선

¡

10영역(zone 10) : 변압기와 선로를 포함

¨ 보호 영역의 특성

¡

영역은 겹침

¡

차단기는 중복 영역에 위치

¡

영역내의 임의의 장소에서 발생하는 고장에 대하여, 그 영역의 모든 차단 기는 고장을 격리시키기 위해 개방

¨ 그림 10.23 : 보호영역의 개념을 예시

¨ Protective Zones

¡

계통을 보호영역으로 다시 분할하는 것

¡

고장발생 영역을 차단시킴

발전기

변압기

모선

송전 및 배전선로

전동기

차단기는 중복영역에 위치 영역 내 고장에 대해서는

그 영역 모든 차단기를 개방시킴

¨ P ₁ , P ₂ 에서의 고장

¨ P ₁ , P ₂ 에서의 고장

¡

임의의 영역에서 2개의 이웃 영역 사이의 작은 지역을 중복이 없도록 장 소를 정할 수 없으며 보호되지 않음

¡

고장중의 분리는 차단기에 의해 이루어지기 때문에 차단기는 한 영역에 서 기기와 계통의 각 연결 사이에 삽입

¡

그렇게 함으로서 그들은 보호 영역의 경계를 확인

¡

예를 들어, 그림 10.23의 5영역은 4영역과 7영역에 연결됨

¡

그러므로 차단기는 5영역과 7영역 사이뿐만 아니라 5영역과 4영역 사이 의 중복 영역에 장소를 정함

¡

만일 고장이 영역 내의 어딘가에서 발생한다면, 그 영역의 모든 차단기를 개방하도록 조치가 취해짐

¡

예를 들면, 만일 고장이 5영역 선로상의 P1에서 발생한다면, 그 다음에 5 영역의 2개의 차단기가 열림

¡

만일 고장이 4영역과 5영역의 중복 영역 내의 P2에서 발생한다면, 그 뒤 곧 4영역 및 5영역의 5개 차단기 모두가 열림

¡

분명하게, 만일 고장이 중복 영역 내에서 발생한다면, 2개의 영역은 분리 될 것이며, 전력계통의 더 큰 부분은 전력 공급을 잃게 될 것임

¡

이 가능성을 최소화하기 위하여 중복 영역은 가능한 한 작게 유지

¡

중복은 각 차단기에 대해 계기용 변성기 및 계전기의 2개 쌍(set)을 가지 고 이루어짐

¡

예를 들면, 그림 10.24의 차단기는 1영역에 대해 1개, 2영역에 대해 1개 총 2개의 계기용 변류기를 보여줌

¨ 임피던스 계전기의 필요성

¡

너무 많은 방사성 선로 및 모선 è 전원 근처 차단기 시간지연이 과다

¡

방향 과전류 계전기 è 다중 전원을 갖는 transmission loops 협조에 어려움

¡

전압 대 전류비(임피던스, 거리)를 기초로 동작함

Ÿ

임피던스는 거리에 비례

Ÿ

고장 시 전류는 증가 / 고장지점에 가까운 모선전압은 감소

G

거리 계전기

장거리 송전선

¨

¨ 그림 10.27 : 송전 루프에 대한 계전기의 사용 예

¡

P₁에서의 고장 : B21 계전기가 B32 계전기 보다 신속하게 동작하길 원함

¡

P₂에서의 고장 : B32 계전기가 B13 계전기 보다 신속하게 동작하길 원함

¡

P₃에서의 고장 : B13 계전기가 B21 계전기 보다 신속하게 동작하길 원함

그림 10.27 : 345kV 송전 루프

69/133

70/133

71/133

72/133

73/133

¨ 전압 대 전류 비 : 전류만 이용하는 것보다 고장에 대해 더 민감

¡

전압 대 전류 비에 기반한 계전기 è 임피던스 계전기, 거리 계전기, 비율 계전기라고 부름

¨ 그림 10.28 : 임피던스 계전기의 차단 및 트립 영역

¡ Z

: 계전기 위치에서의 전압대 전류 비로 정의

¡

|

Z

| < |

Z

_r | 이면, 계전기는 트립(trip)

¡ Z

_r : 조정 가능한 계전기 정정값(an adjustable relay setting)

그림 10.28 : 임피던스 계전기 차단 및 트립 영역 트립

P₁에서 고장 P₃에서

고장

차단 정상운전

¡

임피던스 원(impedance circle) :

Z

_r. 을 통과하는 차단영역과 트립영역 사 이의 경계를 정의

¨ 선로 임피던스 궤적(line impedance locus) : 그림 10.28의 직선

¡

계전기 정정값

Z

_r : 임피던스 원을 통과하는 R-X 평면상의 점

¨ 그림 10.27 : 차단기 B12에 대한 임피던스 계전기 Z=V

₁

/I

₁₂

¨ 정상 운전 중 : 부하전류 << 고장전류 è ratio Z : 큰 크기(임의의 위상각)

¡

Z 는 그림10.28의 원의 외부에 위치

¡

계전기는 정상 동작 중 트립 하지 않음

¡

그림 10.28의 |

Z

_r|이 이 임피던스의 크기보다 크게 정정되어 있다면, B12 계전기는 트립

¡

이와 같이 그림 10.28의 임피던스 계전기는 방향성이 아님

¡

임피던스 계전기와 함께 방향성 성능을 포함하기 위한 2가지 방법은 그 림 10.29에 나타남

¡

그림 10.29(a)에는 방향 억제를 갖는 임피던스 계전기가 이전에 과전류 계전기를 가지고 행했던 것처럼 임피던스 계전기와 직렬로 방향 계전기 를 포함함으로써 얻어짐

¨ 그림 10.29(b)에서는 수정 임피던스 계전기가 원점으로부터 임피던 스 원의 중심을 상쇄함으로써 얻어짐

그림 10.29 : 방향성(directional capability)을 갖는 임피던스 계전기

(a) 방향 억제를 갖는 임피던스 계전기 (b) 수정 임피던스 계전기(mho계전기)

트립 트립

P₃에서 고장

P₁에서 고장

차단 차단

P₁에서 고장

P₃에서 고장

P₁에서 고장

P₃에서 고장

¡

이 수정 임피던스 계전기는 종종 mho계전기라고 부름

¡

만일 그림 10.27의 B12에서 이러한 계전기의 어느 것이건 하나의 계전기 가 사용된다면, P1에서의 고장은 트립 판정의 결과임

¡

그러나, P3에서의 고장은 차단 결정의 결과가 됨

¡

수정 임피던스 계전기에 대한 임피던스 원의 반경은 방향 억제를 갖는 임피던스 계전기에 대해 대응하는 반경의 50%임

¡

수정 임피던스 계전기는 높은 역률 부하에 대하여 더 우수한 선택도 (selectivity)의 장점이 있음

¡

예를 들면, 높은 역률의 부하

Z

_L 은 그림 10.29(b)의 트립 영역 바깥에 놓 여 있으며, 그러나 그림 10.29(a)의 트립 영역 내부에 놓여있음

¡

임피던스 계전기의 보호범위는 계전기가 고장을 검출하는 선로 아래로 얼마나 멀리까지 미치는지를 정의함

¡

예를 들면, 80% 보호범위는 계전기가 계전기와 선로길이의 80%사이의 임의의 고장(직접 3상)을 검출 할 수 있음을 의미

¡

이것은 거리 계전기(distance relay)의 의미를 설명해줌

¡

보호범위를 증가하며 더욱 긴 시간 지연을 갖도록 상당 3개의 방향 임피 던스 계전기를 사용하는 것은 흔히 있는 일임

¡

예를 들면, 그림 10.27은 B12에 대해 3개의 보호 영역을 보여줌

¡

1영역 계전기는 선로1-2에 대한 주 보호를 제공하기 위하여 80%보호범 위와 순시 동작을 위해 전형적으로 설정됨

¡

2영역 계전기는 0.2~0.3초의 전형적인 시간지연을 가지며 모선 2를 넘어, 약 120%를 위해 설정

¡

2영역 계전기는 2영역의 선로 2-3 또는 2-4상의 고장에 대한 원격 후비 뿐만 아니라 선로 1-2상의 고장에 대한 후비 보호를 제공

¡

모선2 근처에서의 고장은 시간 지연 이후 2영역의 B12계전기의 트립을 야기함

¡

3영역 B12 계전기에 대한 보호영역은 이웃 선로에 대한 원격 후비보호를 제공하기 위하여, 그림 10.27의 모선 3과 4를 넘어 확장하도록 전형적으 로 설정

¡

그러한 방식으로, 3영역 보호영역은 선로 2-3또는 2-4의 120%에 선로 1- 2의 100%를 더하도록 설정

¨ 전형적인 차단 및 트립 영역은, 3개 영역 방향 임피던스 계전기의 2개 의 형태에 대해 그림 10.30에 나타나 있음

그림 10.30 : 3-영역 방향(성) 임피던스 계전기

(a) 방향 억제를 갖는 임피던스 계전기 (b) 수정 임피던스 계전기(mho 계전기)

¨ 그림 10.31 : 방향 억제를 갖는 3개 영역 임피던스 계전기에 대한 계 전기 결선

그림 10.31 : 3-영역 방향 임피던스 계전기에 대한 결선 (a상만 나타냄)

차단기 트립 코일

3상 차단기 접점

¡

임피던스 계전기의 3영역을 이용한 이웃 선로의 원격 후비 보호는 쓸모가 없 을 수도 있음

¡

실제로 모선은 그들의 원격 단말에서 전원을 가진 여러 가지 길이의 다수 선 로를 가짐

¡

다중 선로로부터 고장전류에 대한 기여는 3영역 계전기가 underreach하도록 할 수 있음

¡

이 ‘infeed effect’는 연습문제 10.21에서 예시됨

¡

고려된 임피던스 계전기는 상 전압 및 선전류를 사용하고 지락 고장 계전기 라 부름

¡

이들은 3상 고장, 1선 지락 고장, 2선 지락 고장에 매우 효율적으로 응동함

¡

불평형 고장 동안 계전기에서 본 임피던스는 일반적으로 3상 고장 동안 에 나타난 임피던스와 동일하지 않으며 고장 점까지의 거리에 정확하게 비례하지 않음

¡

그러나 계전기는 고장전류 및 전압을 사용하여 고장에 대한 임피던스를 계산한 후에 임의의 고장 점에 대하여 정확하게 정정시킬 수 있음

¡

멀리 떨어진 곳의 고장에 대하여, 고장에 대한 임피던스는 증가할 수 있 음

¡

지락 고장 계전기는 선간단락 고장에 대해서는 비교적 덜 민감함

¡

선간 전압

V

_ab,

V

_bc,

V

_ca 및 선 전류의 차(차이)

I

_a-

I

_b,

I

_b-

I

_c,

I

_c-

I

_a 를 사용하는 임피던스 계전기는 위상 계전기(phase relay)라 부름

¡

위상 계전기는 선간 단락 고장 및 2선 지락 고장에 효율적으로 응동하지 만 상대적으로 1선 지락고장에는 민감하지 않음

¡

따라서 위상계전기 및 지락고장 계전기 모두 사용될 필요가 있음

계전기에서 수정할 수 있는

임피던스

일반적인 임피던스 계전기

방향성을 갖는 임피던스 계전기

수정 임피던스 계전기 Mho Relay - 반경은 반으로 줄지만 높은 역률 부하일 때 높은

선택도를 갖음 - 임피던스 계전기는 상전압 및 선전류를 사용하는

지락고장 계전기(Ground Fault Relay)라고 함 3상고장, 1선 지락고장, 2선 지락고장에 효율적

- 선간전압 및 선전류 차이를 사용하는 위상 계전기(Phase Relay)도 있음

¡

표 10.8 gives positive-sequence line impedances as well as CT and VT ratios at B12 for the 345-kV system shown in Figure 10.27.

¡

(a) determine the settings Z_r1, Z_r2, and Z_r3 for the B12 three-zone, directional impedance relays connected as shown in Figure 10.31.

Consider only solid, three-phase faults.

¡

(b) Maximum current for line 1~2 during emergency loading

conditions is 1500 A at a power factor of 0.95 lagging. Verify that B12 does not trip during normal and emergency loadings.

89/133

Sol)

a.

Denoting

V

_LN as the line-to-neutral voltage at bus 1 and

I

_L as the line current through B12, the primary impedance

Z

viewed at B12 is

Using the CT and VT ratios given in Table 10.8, the secondary impedance viewed by the B12 impedance relay is

W

=

L LN

I Z V

10 5

1500 1 3000 '

L LN

Z I

V

Z =

÷ ø ç ö

è æ

÷ ø ç ö

è æ

=

90/133

We set the B12 zone 1 relay for 80% reach, that is 80% of the line 1~2 (secondary) impedance:

Setting the B12 zone 2 relay for 120% reach:

Form Table 10.8, line 2~4 has a larger impedance than line 2~3.

Therefore, we set the B12 zone 3 relay for 100% reach of line 1~2 plus 120% reach of line 2~4.

secondary 9

. 80 05 . 4 4 64

. 0 10 / ) 50 8

( 80 .

r1

= 0 +

j

= +

j

= Ð ° W

Z

secondary 9

. 80 08 . 6 6 96

. 0 10 / ) 50 8

( 2 .

r2

=1 +

j

= +

j

= Ð ° W

Z

secondary 9

. 80 07 . 9 96 . 8 44 . 1 10 / ) 33 3

. 5 ( 2 . 1 10 / ) 50 8

( 0 .

r3

=1 +

j

+ +

j

= +

j

= Ð ° W

Z

91/133

b.

The secondary impedance viewed by B12 during emergency loading, using V_LN=

and is,

Since this impedance exceeds the zone 3 setting of , the impedance during emergency loading lies outside the trip regions of the three-zone, directional impedance relay. Also, lower line loadings during normal operation will result in even larger impedances farther away from the trip regions. B12 will trip during faults but not during normal and emergency loadings.

kV 0 2 . 199 0

3 /

345 Ð ° = Ð °

A 19 . 18 1500

) 95 . 0 ( cos

1500 ¹

L = Ð - ^- = Ð - °

I

W

° Ð

÷ =

÷ ø ö ç

ç è æ

° -

Ð

= ´

= / 10 13 . 28 18 . 19

19 . 18 1500

10 2 . 10 199

/ '

3

Z Z

W

° Ð80.9 07

. 9

93/133

94

Protected Line

21 CT

Bus CB1

VT

21 CB2

VT

CB1 CB2 CB1 CB2

A ^{Zone 1} B C

Zone 2

Zone 3

Zone 1

Zone 2

Center for Power IT

CENTER FOR POWER IT

전력IT인력양성센터

96

Responds to the ratio of voltage and current

21

CT Bus

CB1

VT

V

_L

I

_L

V

_L

I

_L

q

L L

L I

Z = V

A

B

Under normal condition measures load impedance

Center for Power IT

CENTER FOR POWER IT

전력IT인력양성센터

97

21

CT Bus

CB1

VT F

Z

_F

V

_F

I

_F

V

_F

I

_F

q

F F

F I

Z = V

A

B

B’

During fault measures the faulted line section impedance

98

R X

q

V

_AB

I

_A

B

A

B Light load

Heavy load

S

99

R X

A q

B

S

B’

Operates

Restrains

CB3 CB4 CB1 CB2

B C A

Line AB

Line CA

R jX

Restrains

CB3 CB4 CB1 CB2

A B

C

_{Line AB}

Line CA

Operates

Directional Relay

R

jX

Operates

Restrains

CB3 CB4 CB1 CB2

A B

C

_{Line AB}

Line CA

Zr

q Zf

R

jX

103

Operates

Restrains

CB3 CB4 CB1 CB2

A B C

Line AB

Line CA

Zr

q Zf

R jX

Distance Relay Types- Offset Mho

Restrains

CB3 CB4 CB1 CB2

A B

C Line AB

Line CA

Operates

Reactance characteristic

R jX

Operates

Restrains

CB3 CB4 CB1 CB2

A B C

Line AB

Line CA

Operates

R

jX

Restrains

CB3 CB4 CB1 CB2

A B C

Operates

R jX

Restrains

CB3 CB4 CB1 CB2

A B C

Operates

R jX

Lenticular characteristics

108

Z2A Z2C

Z3A Z3C

Time

T3

T2

Z1C Z1A

Z1B C D

A

Z2B T2

Z1A = 80% of Z _AB Z2A = 120% of Z _AB

Z3A(FORWARD) = 120% of {Z _AB + Z _CD }

B

109

R A

D

C

B Z1A Z2A

Z3A

jX

¨ 차동 계전기 : 발전기, 모선 및 변압기 보호에 사용

¨ 그림 10.32 : 발전기 보호를 위한 차동 계전 방식의 기본 방법

그림 10.32 : 발전기 보호를 위한 차동 계전 방식 (1상에 대한 보호만 나타냈음)

발전기 중성점 차단기

발전기 고정자

권선 주 회로 차단기 접점

계전기 동작 코일

계전기 억제 코일

¡

내부 고장이 없는 경우에 대하여

I

₁ =

I

₂

à계기용 변류기 비가 같다면

I

’₁ =

I

’₂ , 계전기 동작 코일에 흐르는 전류 는 0이고, 계전기는 동작하지 않음

¡

내부 고장이 발생할 경우

I

₁ ≠

I

₂

à

I

’₁≠

I

’₂ , 차 전류

I

’₁-

I

’₂ 가 계전기 동작 코일에 흐르고, 이는 계전기를 동작 시킴

o 그림 10.33 : 평형 빔 계전기라고 부르는 전자기계형 차동 계전기

¨ 오른쪽 부분의 전자기적인 힘은 동작 코일 기자력의 제곱, 즉 [N ₀ ( I ’ ₁ - I ’ ₂ )] ² 에 비례

¨ 유사하게 왼쪽에서의 전자기적인 힘은 [N _r ( I ’ ₁ + I ’ ₂ )/2] ² 에 비례

그림 10.33 : 평형 빔 차동 계전기 동작 코일

중심 탭 억제 코일

이동 가능한 빔

계전기 접점

¨ 계전기 동작을 위한 조건은

[N₀(

I

’₁-

I

’₂)]² > [N_r(

I

’₁+

I

’₂)/2]2 (10.10.1)

제곱근을 취하면

|

I

’₁-

I

’₂|>k|

I

’₁+

I

’₂|/2 (10.10.2) 여기에서,

k=N_r/N0 (10.10.3)

¨ I ’ ₁ 및 I ’ ₂ 가 같은 위상이라고 가정하면, (10.10.2)는 다음과 같이 풀

수 있음

¨ 식 (10.10.4)를 k=0.1에 대하여 차동 계전기의 차단 및 트립 영역을 구하기 위하여 그림 10.34에 나타내었음

(10.10.4) 1

2 1

2

1 2

1 2

I' I'

for k I'

2 k I' 2

I' I'

for k I'

2 k I' 2

+ <

< -

- >

> +

그림 10.34 : 차동 계전기의 차단 및 트립

¡

K가 증가함에 따라, 차단 영역은 더 커짐 à계전기는 덜 민감하게 됨

¡

실제로 두 개의 계기용 변류기들이 동일한 경우도 없고, 차동 계전기 전 류

I

’₁-

I

’₂는 외부 고장 동안, 비록

I

₁

= I

₂일지라도 감지할 수 있음

¡

차동 계전은 후비 보호 없이 주 영역 보호를 제공함에 유의

¡

인접영역에서 보호 협조는 제거되고 이것은 고속 트립을 허용함

¡

정밀한 계전기 정정은 불필요하며 도한, 계통의 고장전류 및 전압 계산은 필요하지 않음

¨ Differential Relays

평형 빔 차동계전기

¨ 그림 10.35 : 차동 모선 보호

그림 10.35 : 차동 모선 보호의 단선도 계전기 억제 코일

계전기 동작 코일

¡

실제로, 각 상에 대하여 하나씩 3개의 차동 계전기가 필요함

¡

어느 하나의 계전기의 동작은 모선에 연결된 3상 차단기를 모두 열리게 하며 그로 인해 계통으로 부터 3상 모선이 분리되도록 함

¡

모선 고장이 없는 경우에 대하여

I

₁ +

I

₂ =

I

₃

¡

동일한 계기용 변류기를 가정하면, 차동 계전기 전류

I

’₁ +

I

’₂ –

I

’₃는 0 이고, 계전기는 동작하지 않음

¡

모선 고장이 있다면 차동 전류

I

’₁ +

I

’₂ –

I

’₃는 0이 아니고 계전기가 동 작하도록 동작 코일에 흐름

¨ 전력용 변압기에 사용되는 보호 방법 : 변압기 MVA 정격에 의존

¡

작은 MVA정격 : 퓨즈

¡

10MVA이상의 정격 : 차동 계전기

¨ 그림 10.36 : 단상 2권선 변압기에 대한 차동 보호 방법

그림 10.36 : 단상, 2권선 변압기의 차동 보호

¡

1차와 2차 CT의 권수비를 각각 1/n₁, 1/n₂로 표시하면, CT 2차 전류는

¡

계전기 동작 코일에 흐르는 전류는

¡

계기용 변류기 사이에 고장이 없는 경우에 대하여, 즉 변압기 내부고장이 아닌 경우에 이상변압기의 1차, 2차 측 전류는 다음과 같음

2 2 2

1 1

1

'

' n

I I n

I = I =

(10.12.1)

2 2 1

1 2

1

' n n

'

' I I

I I

I = - = -

_(10.12.2)

(10.12.3)

2 1 1

2

N

I

= N

I

¡

식 (10.12.2)에 식 (10.12.3)을 대입하면

¡

변압기 내부 고장이 없는 경우에 대해 계전기 트립을 방지하기 위하여, 차동 계전기 전류

I

’는 0이 되어야 함

¡

그러므로 식 (10.12.4)로부터 다음을 선택

¡

만약 계기용 변류기 사이에 변압기 내부 고장이 발생한다면, 식 (10.12.3) 은 만족하지 않고 차동 계전기 전류

I’ = I’

₁

- I’

₂ 는 0이 아님

÷ ÷ ø ö ç ç

è æ -

=

1 2

2 1 1

1

/n n

/N 1 N

' n I

I

(10.12.4)

2 1 1

2

N N n

n =

(10.12.5)

¡

식 (10.10.4)에 의하여 주어진 동작이 만족된다면, 계전기는 트립됨

¡

또한 식 (10.10.4)에서 k의 값은 그림 10.34에 나타난 차단 영역의 크기를 제어하기 위하여 선택될 수 있고, 그로 인하여 계전기 민감도를 제어할 수 있음

¨ 그림 10.37 : 3상 Y-Δ 2권선 변압기의 차동 보호를 설명

그림 10.37 : 3상 Y-Δ 2권선 변압기의 차동 보호

¡

Y-Δ변압기는 선전류에서 30˚의 위상변위를 발생시킴

¡

계전기에 의하여 나타나는 계기용 변류기 2차 측 전류는 동상이 되도록, 계기용 변류기는 30˚위상 변위를 보상하도록 연결되어야 함

¡

정확한 위상각 관계는 Δ로 변압기의 Y측에 계기용 변류기를 연결하고 Y 로 변압기의 Δ측에 계기용 변류기를 연결함으로써 얻어짐

¡

차동 보호 방법은 다권선 변압기, 전압 조정 변압기, 위상각 조정 변압기, 전력 정류기 변압기, 특수 결선 변압기, 그 외 다른 특수한 목적의 변압기 를 다루기 위하여 수정되어 왔음

¡

또한 액체 유입 변압기를 위한 가스 압력 검출기와 같은 다른 형태의 계 전기가 사용됨