전력 시설에서 사고 발생 또는 정전발생시에는 계전기의 신호로 전력 설비가 동작을 하게 됩니다. 이러한 계전기를 보호계전기 라고 하는데. 그렇다면 계전기는 어디에 설치되어있으며 어떤 특성을 가지는지, 그리고 종류는 무엇이 있는지 들을 살펴보겠습니다.
목차
보호계전기란, 구성과 동작특성
1.보호계전기란
Protection Relay 라고 불리는 보호계전기는 수배전설비와 각종 전기설비에서 발생한 고장을 신속하게 제거하고 설비의 안전과 고장설비의 손상을 경감하는 목적으로 설치하는 전기기기 입니다.
2.사용 목적
앞서 설명했듯이 전력선, 전력기기에서 단락 및 지락등의 사고 발생시 사고를 최소화하고 그로 인한 파급을 방지하기 위함입니다.
<보호계전기 역할>
- 사고파급 방지
- 신속한 계통복구
- 신속한 고장 제거
<보호계전기 구비조건>
- 신속성 (설비손상 및 고장구간 최소화)
- 검출강도 (고장을 검출할 수 있는 최소 감도)
- 선택성 (고장 구간만을 선택 차단)
- 신뢰성 (오동작 방지)
3.관련 용어 정리
1)순시 (Instantaneous)
일반적으로 일정입력(200%)에서 0.2초 이내로 동작하는 경우
2)한시 (Time Delay)
반응시간이 느려지도록 지연한 동작으로 동작특성에 따라 다음과 같이 구별
- 정한시형 : 입력의 크기에 관계없이 정해진 한시에 동작
- 반한시 : 입력이 커질수록 짧은 한시에 동작
- 반한시성 정한시 : 입력이 커질수록 짧은 한시에 동작하나 입력이 어떤 범위를 넘으면 일정시한에 동작
- 계단한시 : 입력의 일정범위별로 일정한시에 계단식으로 동작
3)동작치(Tab) 정정
전기설비의 용량이나 특성에 맞게 보호계전기의 동작치(전류, 전압 등)가 정정되어 있는지 확인
4)부담
계전기 입력회로의 임피던스를 말하며 소비 VA, 소비전력, 부담 임피던스 중의 하나로 표시
5)공칭치
제작자가 표시한 계전기 특성의 기준치
6)정정 (Setting)
보호계전기가 보호할 구간에서 어떠한 이상상태가 발생했을 때 이에 적절히 동작하도록 조정장치(tap, lever 등)에 의하여 동작기준치를 정하는것을 말함.
조정장치로 정정된 동작기준치를 정정치(Setting Value)라 하고, 계전기의 정정할 수 있는 동작기준치의 범위를 정정범위라 함.
7)시동
계전기를 동작시키는 방향으로 입력이 변했을 때, 원 위치에서 가동부가 움직이기 시작하여 기능에 변화가 생기는 것
8)Release
계전기의 가동부가 동작상태에서 원 위치 방향으로 움직이기 시작하여 동작시의 기능에 변화가 생기는 것
9)Pick – up
계전기의 가동부가 입력 0인 위치에서 압력을 가했을 때의 다른 최종위치 까지 이동하는 것
10)복귀
계전기가 픽업 후의 위치에서 입력 0인 위치까지 이동하는 것
11)부동 (Floating)
계전기의 가동부가 동작 또는 복귀행정의 도중에서 정지하여 계전기의 기능이 불안정하게 되는 현상
12)잠동 (Creeping)
두 개 입력의 곱으로 구동력이 생기는 계전기에서 그 중 한쪽만의 입력으로 가동부가 구동되는 현상
4.구성과 동작 특성
보호계전기에는 크게 유도형 계전기와 디지털 계전기가 있습니다.
1)유도형 계전기
유도형 계전기는 정정치 이상의 전류(전압)가 흐르면 자속에 의해서 토크가 발생합니다.
이 토크가 원판을 회전시키게 되어 회전하는 원판에 있는 접점이 고정 접점에 접촉하는 순간 개방신호가 발생이 되며 이 신호에 의해 차단기가 동작하게 됩니다.
2)디지털 계전기
위는 현장에서 촬영한 디지털 계전기로 된 OCGR과 UVR입니다.
이러한 디지털 계전기는 샘플링된 자료를 이용하여 다양한 기능을 구현합니다. 디지털 계전기의 복귀시간은 아날로그 계전기와 달리 거의 0 이므로 (고장 제거 즉시 복귀) 계전기와의 보호협조 검토 시 진행율과 복귀율을 따질 필요가 없는것이 장점입니다.
또한, Lever 값을 아무리 작게 하여도 진동으로 인해 오동작하는 일이 없는것이 특징입니다.
(다만 아날로그 계전기에 비해 디지털 계전기가 Surge에 취약하다고합니다)
▶동작특성
모든 보호계전기는 입력요소 종류에 관계없이 동작특성이 대체로 반한시(Nomal Inverse or Standard Inverse), 강반한시(Very Inverse), 초반한시(Extrim Inverse)가 있습니다.
5.아날로그와 디지털 계전기 비교
| 구분 | 아날로그 계전기 | 디지털 계전기 |
| 복귀시간 | Lever 값에 비례 | 복귀시간 개념 x (고장제거 즉시 복귀) |
| 관성시간 | 0.03~0.06초 감안 | 관성시간 개념 x |
| 진동에 의한 오동작 | Lever 값이 너무 적을 경우 오동작 가능성 있음 | 오동작 가능성 x |
[출처 : 한국전기기술인협회]
| 구분 | 아날로그형(전자기계형) | 아날로그형(정지형) | 디지털형 |
| 사용소자 | 가동철심, 유도원판, 유도환, 유도원통 | 트랜지스터, op앰프, 다이오드 | 마이크로 프로세서 LSI / IC |
| 동작원리 및 검출기능 | 전자력 기계적응동 기계적, 구조적 특성 제약 | TR증폭, 스위칭 작용 입력 크기 / 위상 판단 다요소 조합 다특성 | 마이크로 프로세서 연산으로 크기 & 위상 판단 |
| 내환경성 | 잡음 영향 작음 진동에 약함 | 소세력 신호회로 사용 디지털과 동일대책 필요 | 디지털 신호 오부호 발생 방지대책 필요 |
| 변성기 부담 | 높음 | 중간 | 낮음 |
| 자동점검 및 상시기능 | 없음 | 없음 | 있음 |
| 성능 | 저속도, 단일기능 | 고감도, 고속도, 다기능 | 고감도, 고속도, 다기능 기록기능 |
| 신뢰성 | 낮음 | 높음 | 높음 |
| 보수성 | 정기점검 필요 | 정기점검 필요 | 자동점검 기능있음 |
| 장치규모 | 대형 | 중형 | 소형 |
[출처 : 한국전기기술인협회]
