송전선 보호계전방식의 종류 및 특징

송전선 보호계전방식의 종류 및 특징

 

1. 송전선 보호계전방식의 개요

1) 계전방식의 결정시 고려사항

· 계통의 구성

· 중성선 접지방식

· 안정도

· 중요도

· 경제성

 

2. 송전선보호방식의 종류

1) 과전류 계전방식

평상시 부하전류에 비해 고장전류가 큰 전력계통에 주로 사용하며 전류의 크기에 의해 동작하는 방식으로 장치가 간단하고 가격이 싸기 때문에 일반적으로 널리 사용되고 있으나, 단순히 고장전류의 크기와 계전장치의 동작시간 만으로 선택성을 의존하고 있기 때문에 적용상의 제약이 많다. 또, 전원용량이나 전력계통의 구성이 변하는 경우에는 고장전류의 크기가 변하게 되므로 계전기를 재 정정하거나 바꾸지 않으면 않되며 더구나 전원단 근처의 계전기는 인근 고장에도 차단시간이 길어지는 결점이 있다.

1-1) 정한시 과전류계전기

고장의 크기에 관계없이 계전기 동작치 이상의 전류에 대해서는 항상 일정한 시간후에 동작하는 것으로 전원으로부터의 거리에 따라 계전기 동작시간을 정하는데 전원에서 먼곳부터 동작시간을 빠르게 한다.

1-2) 반한시 과전류 계전방식

고장전류의 크기에 반비례하여 동작시간이 변하는 한시 계전기를 사용하는 방법으로 유도 원판형 계전기의 특성을 그대로 이용한 것이다.

계통 구성으로 인한 고장전류 크기의 변화가 계전기 동작시간을 변화시키기 때문에 확실할 시간 협조를 구하기가 어려우나 계전장치의 구성이 간단하고 근단과 말단 고장전류의 차가 많은 장거리 Radial 선로의 경우는 근단 고장시 고장 제거 시간을 어느 정도 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

 

2) 방향 과전류 계전방식

송전 계통이 방사상이 아닌 Loop 계통에서는 계전기의 설치점에서의 고장 전류가 고장 위치에 따라서 양쪽으로 흐르게 되므로 과전류 계전기로서는 확실한 협조를 구할 수가 없으므로 과전류 계전기에 방향성을 갖도록 하여 어느 일정한 방향에 동작을 하도록 하는 방식으로 단락방향 계전방식과 지락방향 과전류 계전방식이 있다.

 

3) 방향거리 계전방식

방향거리 계전방식은 단락보호 및 직접접지계의 지락보호에 적용되며 사고시의 전압, 전류에 따라서 사고점까지 선로 Impedance를 측정하고 그 값이 기 정정한 값 이하로 되었을 때 동작하는 것이므로 보호범위가 계통조건 변화에 영향이 적고 과전류 계전기에 비하여 훨씬 적용하기가 용이하고 또한 확실하기 때문에 고속도 보호가 가능하다.

3-1) 단계한시 거리계전방식

거리계전기는 여러가지 오차원인을 가지고 있으므로 100% 정확한 거리측정은 불가능하여 단독으로는 구간내외의 고장을 완전히 선택할 수 없으나 각 구간의 거리계전기 상호간에 적당한 시간차를 두어서 협조시키면 그림과 같이 상당히 고속도이고 고장구간의 선택성이 좋은 단계한시 거리계전방식을 만들 수 있다.

· 제1단(Zone 1)

구간의 85%까지의 거리를 포함하며 한시계전기 없이 사용하고 동작시간은 1∼3 cycle의 고속도가 된다.

· 제2단(Zone 2)

제1단 거리계전기가 동작하지 않는 범위의 보호구간과 후비보호로 사용하므로 다음 보호구간의 50%까지 포함시키고 제1단 계전기와 협조시키기 위해 보통 20cyc1e정도로 지연동작 시킨다.

· 제3단(Zone 3)

제2단 보호구간 다음 구간외 약 25%까지로 정정하여 80-120 cycle로 지연 동작시킨다(제1단과 제2단 계전기들에 대한 후비보호가 목적임).

3-2) 단락보호와 지락보호

단락보로용 거리계전기는 일반적으로 △전압과 이 전압과 동상의 전류를 도입하여 Impedance를 측정한다.

고장점와 계전기 설치점에 분기단자가 없으면 3상사고, 2선지락'및 2선단락 등의 사고시에 계전기가 보는 △Impedance는 고장점과 계전기 설치점과의 정상 Impedance와 같다.

지락보호용 거리계전기는 Y전압과 이와 동상인 전류가 도입되어 분기단자가 없으면 지락 고장점과 계전기 설치점간의 정상 Impedance 또는 영상 Impedance를 측정 한다.

 

4) 표시선 계전방식(Pilot Wire Relaying)

Pilot 계전방식은 구간내 고장을 고속도로 완전 제거하는 보호계전 방식이다. 보호구간읜 각 단자에서 고장상황(계전기의 동작상태)을 상호 연락하여 차단여부를 순시로연락자는 통신수단을 Pilot라하며,이 방식은 보호구간의 양단을 연결하는 표시선(Pilot Wire)이 펼요하여 정재적인 이유로 10∼15◎의 궁장까작 사용한다.

4-1) 표시선 계전방식의 종류

- 동작 원리별 분류

· 방향비교방식 : 전류순환방식, 전압방향방식

· 전류순환 방식

· 전압방향 방식

· 전송 Trip방식

 

- 통신수단에 의한 분류

· Wire Pilot

· Carrier Pilot (30-300kc)

· Micro Wave Pilot (900-6000Mc)

 

4-2) 전류비교 방식

송전선 보호구간의 입구와 출구의 전류를 비교해서 양자 간에 차가 있으면 구간내 사고라 판단하는 것 → 전류 차동 방식

- 전류 순환식

전류 순환식은 그림에서와 같이 상시 부하전류에 해당하는 CT 2차전류가 표시선을 순환하고 있는 까닭에 전류순환식이라 불린다.

양단의 CT 2차선을 표시선(pilot wire)을 통하여 접속하고 표시선에 직렬로 계전기의 억제 Coil RC를, 병렬로 동작 Coil OC를 접속한다.

평상운전 상태나 외부사고에서는 전류는 단지 보호구간을 통과하는 것 뿐이므로 CT 2차전류는 서로가 순환하고 계전기는 억제 Coil이 여자 되므로 동작이 저지 된다.

내부사고에서는 양단(또는 편단 만)에서 전류가 유입하므로 동작 Coil에 전류가 흘러서 동작력이 억제력을 극복하고 계전기는 동작한다.

 

- 전압 반향식(反向式)

전류순환방식과 동작 및 억제 Coil의 위치가 바뀌어 있고 Pilot Wire가 역방향으로 결선된 점이 다르다.

상시의 부하전류와 외부사고시의 전류는 억체 Coil에만 흐르며 내부고장에는 반대로 표시선에 전류가 환류하여 동작 Coil에 전류가 흩러 동작한다.

이 방식은 부하전류가 통과하므로 상시 표시선에 전압이 인가되어 있어 표시선간의 정전용량이나 절연변압기의 여자 Impedance등을 통해 동작Coil에 전류가 흐르기 쉽다.

 

- 계전기 응동특성

· Pilot Wire 단락시

· 전류 순환식 : 부동작

· 전압 반향식 : 오동작

 

· Pilot Wire 단선시

· 전류 순환식 : 오동작

· 전압 반향식 : 부동작

- CT 2차 회로의 부담은 상시 및 외부사고시에 순환식 쪽이 적고, CT 오차 대책상 유리하므로 전류 순환식이 우수하고 실제로 많이 적용되고 있다.

 

4-3) 방향 비교 방식

보호구간 각 단의 방향 계전기의 응동을 서로 비교하는 계전방식으로 거의 적용하지 않고 있다.

 

4-4) 전송 Trip 방식

보호구간중의 어느 단자의 계전장치 동작에 다른 단자(원방)의 차단기를 Trip하는 방식으로 Trip조건을 단순히 원방에 전송하여 Trip(Transfer Trip)하는 방식이다

CB를 생략할 경우나 양단의 고장전류의 차가 클 경우에 적용한다.

 

4-5) 각종 표시선 계전방식의 비교