0.6.0★N!220711
변압기 보호
변압기보호(전기적, 기계적)방식을 나열하고 각각 설명하시오.
비율차동계전기의 오동작을 방지하기 위한 3가지 방법을 그림을 그리고 설명하시오.
상결선이 Dyn1인 변압기 보호를 위해 사용하는 기계식 비율차동계전방식의 변류기 결선도를 그리고, 계전기의 동작원리와 적용시 유의사항에 대하여 설명하시오.
Y-△ 결선 또는 △-Y결선 특별고압 변압기에 대한 보호계전방식으로 비율차동계전기가 사용되는 경우에 이 계전기용 변류기(CT)는 변압기 결선과 반대로 하는데 그 이유를 설명하시오.
개요
전력설비 보호에 적용되는 계전기의 주요 목적은 다음과 같다.
1) 고장기기를 계통에서 분리하여 계통이 고유 기능을 수행할 수 있게 하기 위해
2) 고장기기의 손상을 최소화
3) 화재의 가능성을 최소화
4) 인명의 위험을 최소화
5) 인근 고압기기로 손상이 파급되는 것을 방지
변압기의 수리에 드는 비용은 대단히 커서 고감도의 보호기기 적용이 필수적이며, 이를 통해 손상을 최소화 할 수 있고, 수리비용도 절감할 수 있다.
변압기의 권선과 코어는 운전 중 많은 각기 다른 힘에 영향을 받는다. 주위 온도에 따른 팽창과 수축, 진동, 자속에 의한 과열, 큰 통과전류에 의한 충격, 과부하 또는 부적절한 냉각시스템으로 인한 과도한 과열 등이 발생할 수 있다. 이러한 힘은 절연을 악화시키고 권선고장을 야기할 수 있다.
변압기의 고장
1) 변압기 내부고장의 원인
(1) 과부하
변압기는 정격 전류 이상의 전류로 일정 기간 운전되는 경우가 있다. 이때의 특성은 변압기의 구조적 특성과 과부하 직전의 운전 상태에 의존하고, 허용 가능한 운전 온도와 그 기간은 사용된 절연 물질에 의존한다.
(2) 과전압 운전
큰 자속 밀도를 초래하는 과전압 운전은 철심에서의 와류(eddy-current) 및 히스테리시스 손실을 증가시키고, 결과적으로 온도를 상승시킨다. 또한 권선 전류를 증가시키고, 여자전류를 왜곡시키며 자속이 누설되어 변압기의 볼트 부분으로 확산되어 볼트를 과열시켜 절연을 파괴하며 나아가 권선 사고를 야기 시킨다.
(3) 변압기 외부 계통에서의 사고
외부 계통사고로 인한 큰 전류가 변압기를 관통하면 내부 사고로 이어질 수 있다.
(4) 기계적 결함
냉각유가 순환되지 않을 때 즉시 변압기 성능에 영향을 주지는 못하나, 결국 온도상승을 초래하여 절연을 위협한다.
2) 변압기 내부고장의 종류
발생할 수 있는 사고의 종류는 다음과 같다.
(1) 권선간 단락
(2) 권선과 철심간의 절연파괴에 의한 지락
(3) 고저압 권선의 혼촉
(4) 권선의 단선, 기타 붓싱의 불량
(5) ULTC의 고장
권선 지락고장에서의 고장 전류는 고장 지점의 대지 전위와 고장경로의 임피던스에 영향을 받고, 고장의 위치, 접지방식에 따라 고장전류의 유입이 거의 없을 수 있다.
변압기 보호방식
1) 변압기 보호계전방식
3상 전력용 변압기의 용량이 5[MVA]까지는 과전류계전기로 보호하며, 10[MVA] 이상의 변압기는 아래의 표와 같이 비율차동계전요소와 여러 계전요소의 조합으로 보호한다. 용량이 5[MVA]와 10[MVA]사이에 있는 변압기는 부하의 중요성과 총 부하와 변압기의 상대적인 용량 등을 고려하여 결정한다. 국내 산업용/상업용 계통에서는 통상 5[MVA]이상의 변압기에는 비율차동요소를 적용하고 있다.
※ 345/154kV 변압기의 보호의 예
※ 154/22.9kV 변압기 보호의 예
2) 변압기 내부사고 보호
→ 단락, 지락
(1) 주보호: 비율차동계전기
변압기 내부의 선간단락, 층간단락, 권선의 지락사고 등을 주보호로 비율차동계전기를 적용한다. 소용량 변압기인 경우는 주보호로 과전류계전기를 적용한다. 변압기의 동작비율 정정은 변류기의 오차, 변류기의 부정합, ULTC 등에 의해 30% 내외에서 정정하여 사용한다.
(2) 후비보호: 과전류계전기
과전류계전기는 외부고장 및 변압기 과부하에 대한 보호하는 역할을 하며, 변압기 내부 단락사고에 대해서 후비보호 역할을 한다.
3) 변압기 과부하에 대한 보호
신속히 제거되지 않은 외부고장 또는 정상상태 과부하에 의한 영향은 변압기 권선을 과열시키고 절연을 악화시킨다. 이것은 변압기가 내부에 섬락이 발생하기 쉽게 만들 수 있다. 과전류계전기를 이용하여 과부하의 보호하며 단락사고에 대해 후비보호에 적용한다.
4) 지락사고에 대한 보호
(1) 주보호: 비율차동계전기
변압기 권선의 지락사고에 대한 주보호는 비율차동계전기가 수행한다.
(2) 후비보호
변압기 권선의 지락사고에 대한 후비보호는 계통의 특성에 따라서 다음과 같은 방식을 적용한다.
① 지락과전류계전기: 직접접지 방식에서 적용
② 지락과전압계전기: 고저항 및 비접지 방식 적용
③ 지락방향과전류계전기: 방향성 지락 보호가 개소에 적용
1차측 OCR 및 OCGR의 정정
1) 단락보호 정정
→ 한시 TAP : 수전계약 최대전류의 150~200%에 정정
→ 한시 LEVER : 변압기 2차 3상 단락전류에 0.6sec이내에 동작하도록 선정
→ 순시 TAP : 변압기 2차 3상 단락전류의 150%∼160%에 정정(돌입전류에 동작하지 않을 것, 돌입전류는 정격전류의 대략 10배를 기준함)
2) 지락보호 정정
→ 한시 TAP : 변압기 정격전류의 30% 이하로서 평시 부하 불평형전류의 1.5배 이상에 정정
→ 한시 LEVER : 보호구간 최대 1선지락 고장전류에서 0.2sec 이하로 선정
→ 순시 TAP : 후위계전기와 협조가 가능하고 최소치에 정정
2차측 OCR 및 OCGR의 정정
1) 단락보호 정정
→ 한시 TAP : 변압기 2차 정격전류의 150%에 정정
→ 한시 LEVER : 변압기 2차모선 3상 단락전류의 0.4∼0.6sec에 선정
→ 순시 TAP : 분기 피더의 사고에 불필요한 오동작을 하지 않도록 제거
2) 지락보호 정정
(계통접지방식에 따라 다르며)
○ 직접접지 계통의 경우
→ 한시 TAP : 변압기 2차 정격전류의 30% 이하에 정정
→ 한시 LEVER : 최대 1선지락 고장전류에서 0.2sec 이하에 선정
→ 순시 TAP : 분기 피더의 사고에 불필요한 오동작을 하지 않도록 제거
○ 저항 접지계통의 경우
→ 한시 TAP : 동일계통에서 단계별로 최대지락전류의 30%, 20%, 10%, 5%
5) 기계식 보호장치
변압기내의 절연불량 등의 원인으로 국부 과열이 발생되어 절연유가 분해하여 가스화하는 경우가 있다. 분해를 시작하는 온도는 통상 350℃ 정도이다. 이러한 가스 검출장치로는 브흐홀쯔 계전기 등이 있다. 이들 계전기들은 본질적으로 변압기 탱크내의 사고에만 응동한다.
(1) 브흐홀쯔 계전기
변압기의 주탱크와 콘서베이터와의 연결하는 관중에 설치한다.
Float b1접점(경보용)은 과열로 서서히 발생하는 가스양 검출 일정량 이상 발생되면 동작, 하부 Float b2접점(차단용)은 사고로 인해 갑자기 생긴 과압력에 의한 유속 검출한다.
(2) 충격압력 계전기
변압기의 내부 사고시에는 분해가스가 발생하여 반드시 충격성의 이상압력 상승이 생기므로 이 압력상승을 순시에 검출하여 차단하는 방식이다.
급격한 압력상승에서는 Float가 밀어 올려서 접점을 폐로하나, 완만한 압력 상승이 생길 때에는 Float에 있는 오리피스(좁은 구멍)을 통해 Float 양쪽면에 걸리는 압력이 균형화되어 부동작 상태를 유지한다.
[브흐홀쯔 계전기] [충격압력 계전기]
(3) 방압장치 → 내부 사고시 이상 압력에 의한 이동막이 동작
(4) 권선온도계 → 온도 상승값이 일정치 이상일 때 경보
(5) 유면계 → 유면 저하시 검출
★보호계전기
보호계전기의 개요
유도형 계전기
방향성 계전기
거리 계전기
송전선로 보호(1)
모선 보호방식
이중모선의 구성
중성점 접지방식의 선정
선택지락계전기
비접지 보호방식
Zig-Zag 변압기
영상전류 검출방식
변압기 해석기준
비율차동계전기
변압기 보호
발전기 보호
전동기 보호
보호계전기 정정(1)
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