전기설비 보호계전 시스템 Chapter.03 - 유도형 비율차동계전기

전기설비 보호계전 시스템 Chapter.03 - 유도형 비율차동계전기

 

 

1. 유도형 비율차동 계전기

1) 원리

① 차동계전기

ㆍ그림과 같은 전류 차동 회로에 전류계전기 OC를 삽입한 방법으로 CT의 2차 전류 i1, i2의 크기를 같게 해두면 차전류 Id는 Id=i1 -i2=0이다.

ㆍ내부사고시는 i1-i2=0이 되지 않고 많은 차전류가 흘러 계전기가 동작한다.

ㆍ그러나 내부고장이 아닌 경우도 CT특성차 및 과도 돌입 전류에 의한 차전류 로 계전기는 오동작하게 된다.

ㆍ또한 변압기의 경우는 고압측과 저압측의 CT 정격이 다르기 때문에 특성을 일치시킬 수 없다.

 

② 비율차동 계전기

ㆍ차동계전기의 오동작을 방지하기 위하여 그림과 같 이 억제 코일(Restraining Coil)을 삽입하여 통과전류로 억 제력을 발생시키고, 차전류로 동작력을 발생시키도록 한 방식이다.

ㆍ외부사고시 등의 과대전류가 통과할 때는 큰전류가 동작코일로 흐르지 않으면 계전기는 동작하지 않고 적은 전류가 통과할 때는 작은 차전류만으로 동작하도록 되어있다. 이런 억제전류와 동작전류의 일정한 비율 관계로 동작 하는 까닭에 비율차동계전기라 한다.

 

2) 구조 및 동작

① 비율탭

계전기 상부에 비율탭이 35, 50, 75, 100, 125개의 5개가 있다.

이는 억제전류에 대한 원판이 동작하게 되는 동작전류값의 비율이다.

 

② 전류차동 요소

동작코일과 억제코일과의 2개의 전자식 요소를 부착시켰으며 동일회전 원판에 대해서 역방향의 회전력을 보완시키고 있다.

2개의 억제코일의 중성점에 동작코일을 접속시키면 억제코일은 접촉을 여는 방향으로 원판을 회전시키고 동작코일은 접촉을 닫는 방향으로 원판을 회전시킨다.

상시에는 변류기의 2차전류는 평형되어 있으므로 동작코일에는 전류가 흐르지 않고 억제코일에 흐르는 회전력에 의하여 접촉이 열리게 된다.

내부고장일 때는 평형이 무너지고 동작코일에 차전류가 흘러 계전기가 동작하게 된다.

 

3) 비율특성

 

비율탬이 35%인 경우 억제코일에 10A의 전류가 흐르면 동작코일에 약 3.7A이상 흐를 경우 계전기가 동작한다.

외부사고에 의하여 CT 2차에 많은 전류가 흐를 경우 동작코일에 비율탭에 상응하는 많은 전류가 흘러야 계전기가 동작한다.

 

4) 고조파 억제 특성

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① 여자돌입 전류

변압기를 무부하 투입하려면 여자돌입전류가 흐른다.

여자돌입 전류의 크기는 변압기의 설계, 전원, 회로 임피던스에 따라서 다르나 일반 적으로 전부하전류(파고치)의 8배 이하 정도이며 경우에 따라서는 10배를 넘을 때도 있다. (Gold 변압기로 15 - 16배 까지임)

여자돌입전류는 변압기 권선 및 계통의저항과 리액터스에 의해서 규정되는 시정수에 따라서 변화한다.

변압기	전부하전류(파고치)에 대한 돌입전류의 배수
	냉간압연강판		열간압연강판
	고압	저압	고압	저압
500 1,000 5,000 10,000 50,000	10.0 5.4 6.0 5.0 4.5	16.0 14.0 10.0 10.0 9.0	6.0 4.6 3.9 3.2 2.5	9.4 7.0 5.7 3.2 2.5

< 여자돌입 전류 크기의 예 >

 

 

변압기 [KVA]	여자돌입전류가 최초 파고치의 50%로 감쇠하는 시간[싸이클]
500～1,000 1,000～10,000 10,000 이상	최대 8～10(변압기설계에 의해 다르다.) 최대 10～60(〃) 최대 60～30,000(〃)

< 여자돌입전류 감쇠시간의 예 >

 

② 변압기 여자돌입 전류에 따른 대비책

이 방식은 그림과 같이 동작코일에 병렬저항을 넣고 변압기가 무전압 상태일 때는 부족전압 계전기의 접점이 닫혀져 있고 변압기가 무부하 투입되어 전압이 인가되더라도 어느 한시까지는 부족전압 계전기의 접점이 열려지지 않고 동작코일에 흐르는 전류가 저항을 통하여 분류되어 일시적으로 감도를 저하시키고 어느 한시 이상 즉 돌입전류의 영향이 없어진 후에 부족전압 계전기의 접점이 열려져 돌입전류에 의한 동작을 방지하도록 한 것으로 부족전압 계전기의 한시는 보통 0.2초로 하고 있다.

 

③ 고조파 억제식

 

그림에서 차동전류는 우선 순시요소를 여자하고 그 후 직렬공진 회로를 통한 기본 주파수 전류로서 계전기의 동작코일을, 병렬공진 회로를 통한 고조파 전류로서 억제 코일을 여자시킨다.

따라서 기본파에 대한 고조파의 함유율이 15-20% 이상 포함되면 억제코일이 동작하여 계전기는 회전하지 않는다.

순시 과전류 요소는 내부사고시 변류기 포화에 의한 오동작에 대한 대책으로 여자돌입 전류로는 부동작하고 변류기가 포화하는 큰 전류는 동작하도록 되어 있으며 동작치 이상의 전류가 흐르면 파형에 관계없이 동작한다. 순시 과전류 요소는 보통 계전기 조정치의 8-10배 전류에 동작한다.

 

5) 위상각 보정

Yー△ 결선의 변압기 1,2차 간에는 30°의 위상차가 나타나게 되며 이것을 그대로 CT를 통하여 연결하면 Vector합 또는 차에 의하여 동작코일에 전류가 흐르게 된다.

 

또한 △-△, Y-Y의 경우 위상차는 발생하지 않으나 외부사고에 오동작 하게 되어 원래의 계전기 목적과 일치하지 않게 된다.

따라서

ㆍ변압기가 Y결선이면 변류기 2차는 △ 접속한다.

ㆍ변압기가 △결선이면 변류기 2차는 Y 접속한다.

 

< △-△의 경우 >

 

< Y-Y의 경우 >

 

 

 

< △-Y의 경우 >

 

 

< Y-△의 경우 >

 

6) 전류탭 및 비율탭 선정

① 전류탭 선정

ㆍ보상 CT사용

(예 1)

 

(√3은 상전류를 선전류로 환산)

CCT의 1차, 2차간 AMPERE TURN은 같으므로 전류가 적은 쪽(계전기쪽)을 100 TURN 으로 하면

7.58 × N1 = 5 × 10

CCT의 탭은 66 TURN에 설정한다.