보호 계전기의 역할

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전기이야기

보호 계전기의 역할

여행인생 2021. 2. 18. 08:31

전력계통은 항상 고장의 위험에 노출되어 있습니다. 고장의 원인 또한 다양해서 사고 없이 운용하는 것은 현실적으로 불가능합니다. 계통에서 사고가 발생했을 경우 고장점을 빨리 제거하지 않으면 대전류가 흐르거 과전압이 발생해서 전기기기의 절연을 파괴하여 화재를 일으킬 수 있습니다. 따라서 고장 발생을 빨리 차단하지 않으면 계통에 큰 영향을 끼칠 수 있습니다. 오늘은 보호 계전기의 역할 및 기능에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

보호 계전기의 역할

보호 계전기의 주된 역할은 전력계통의 안정을 유지하는 것입니다. 초창기 보호계전기의 역할은 전력계통에 발생하는 사고의 제거에만 국한되어 왔습니다. 하지만 계통이 확대됨에 따라 그 역할도 확장되었습니다.

1. 전력계통에 생기는 사고의 제거

2. 파급 사고의 방지

3. 복구의 신속화

전력계통에 생기는 사고의 제거

뇌, 풍우 등의 자연현상이나 나무 등의 외부 접촉에 의해 돌발사고가 일어날 가능성이 있습니다. 전력계통에 발생한 사고를 신속하게 차단하지 않으면 사고가 파급될 수 있음을 이전 포스팅에서 공유해드렸습니다. 그래서 보호 계전기에서 필요한 기능이 사고의 고속 차단, 최소 범위의 정전입니다.

전력계통에서 주로 생기는 사고

1. 단락사고(Short Circuit Fault)

2. 지락사고(Ground Fault)

3. 단선사고(Open Conductor Fault)

이중 단락사고와 지락사고가 대표적인 사고입니다.

고속 차단의 필요성

단락전류가 계속 흐르면 큰 전류 때문에 사고점 뿐만 아니라 그 부근의 설비에도 과대 전류 때문에 손상될 우려가 있으며 발전기들이 탈조 될 수 있습니다. 그래서 사고의 제고는 가급적 신속히 이루어져야 합니다.

최소 범위 정전

사고의 제거는 최소 범위의 정전으로 끝내야 합니다. 그러므로 사고점에서 가장 가까운 차단기(Circuit breaker)로 사고를 제거해야 합니다. 최소 범위의 정전을 위해서 보호계전기(Protection Relay)는 선택성을 가져야 하며, 보호협조와 계전기 정정(Setting)등이 필요합니다.

파급 사고에 대한 보호

사고를 가급적 신속히 계통에서 제거했지만, 사고중의 직접적인 영향이나 사고 제거에 따라 생긴 계통구성의 급변 등의 영향을 받아서 계통 내에서 동요가 발생할 수 있습니다. 이 동요는 점차 안정되어 계통에 악영향을 주는 경우는 드뭅니다. 하지만 사고가 크다고 가정하면 주파수의 저하, 계통의 탈조, 설비 과부하 등이 일어나서 대사고로 진화할 수 있습니다. 그러므로 파급 사고에 대한 보호대책이 사전에 강구되어야 합니다.

파급 사고에 대한 방지 대책

1. 주파수 저하 방지 : UFR(Under Frequency Relay) 저주파수 계전기로 계획된 부하를 차단해서 주파수를 회복시킴으로써 계통의 붕괴를 방지할 수 있습니다.

2. 탈조(Out of setp, Out of synchornism)에 대한 대책 : 전력계통에서 모든 발전기는 동기(Synchronized)를 유지해서 안정운전을 하고 있습니다. 하지만 사고의 고속 차단을 실패하거나 보호계전기의 오동작으로 인한 사고로 전력조류(Load flow)의 급변동이 일어나면 동기 유지가 어렵습니다. 그래서 탈조 상태로 될 수 있는데요. 탈조 하기 전에 전원을 제한, 부하 제한 등을 해서 미연에 방지해야 합니다.

3. 설비과부하 방지 : 송전선에 과부하가 계속되면 전선이 손상될 수 있습니다. 전선의 손상을 방지하기 위해 송전선을 차단하면 계통의 분리, 정전 범위가 확대될 수 있습니다. 따라서 과부하에 대한 방지책으로 과부하가 된 만큼의 전류에 상당한 발전력이나 부하를 제한합니다.

4. 고속도 재폐로에 의한 사고파급 방지 : 송전선로가 사고로 차단되면 계통에 악영향을 끼칩니다. 특히나 대용량 송전선이 차단되면 그 여파가 더 클 수 있습니다. 그래서 사고가 발생한 상만 차단하고 고속도로 재폐로 시켜서 사고를 제거하고 송전을 계속하는 것이 좋습니다.