1. 변압기 보호 계전방식
* 지락 과전류계전기(51G)는 비접지계통에서 생략한다.
한전 154kV 계통은 접지계통이므로, 고객전용선로 수용가 변전소가 △-Y변압기라 하더라도
1차측은 비접지계통이 아닌 한전 접지계통이므로, 지락 과전류계전기를 이용해 지락보호를 한다.
1.1) 154/22.9kV 변압기 보호단선도의 예
· 주보호
- 단락, 지락보호 : 비율차동계전기
· 후비보호
- 단락보호: 과전류계전기
- 지락보호: 지락 과전류계전기
@위 보충설명
· 변압기 1차측은 순시형 과전류계전기(50)와 한시형 과전류계전기(51)를 같이 쓴다.
변압기 2차측은 한시형 과전류계전기(51)만 쓴다.
변압기 내부 사고에 대한 주보호는 비율차동계전기를 적용하고, 후비보호는 과전류계전기가 담당한다.
그리고, 변압기 내부가 아닌 1차측 혹은 2차측에서 사고가 발생하면 해당측 과전류계전기가 주보호로 동작하되,
변압기 내부 사고에 대해서는 비율차동계전기(87)가 back-up을 한다.
즉, 변압기 내부사고 시 주보호는 87이 담당하고 후비보호는 51이 담당하는 것이고,
변압기 1차측 혹은 2차측 사고시 주보호는 해당측 51이 담당하고, 후비보호는 87이 담당하는 개념이다.
· 22.9kV Incoming Feeder 고압배전반에는 한시형 과전류계전기(51)만 설치되고,
Feeder 배전반에는 50, 51 과전류계전기가 취부되어, Feeder측 부후단에서 사고 발생 시 순시형 과전류계전기(50)로
즉시 해당 피더만 차단되며, 차단에 실패할 경우 0.3초로 보호협조가 이뤄진 Incoming Feeder의 한시형 과전류계전기가
동작해서 전체 Feeder는 정전되게 된다. 이러한 이유 때문에 Incoming Feeder에는 순시형 과전류계전요소(50)를
적용하지 않는 것이다. 만약 Incoming Feeder에도 50 요소가 반영되어 있다면 부하측에서 사고발생시 Main VCB가
동작해서 전체 Feeder가 정전되기 때문이다.
1.2) 345/154kV 변압기 보호단선도의 예
· 주보호
- 단락, 지락보호 : 비율차동계전기
· 후비보호(1차측, 2차측)
- 단락보호: 방향성 거리계전기(21)
- 지락보호: 방향성 지락 과전류계전기(67G)
· 후비보호(3차측)
- 단락보호: 과전류계전기(51)
- 지락보호: 지락 과전압계전기(OVGR, 64)
@보충설명
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@주보호(비율차동계전기) 한전에서 쓰는 345/154kV 변압기는 모두 Y-Y-△ 변압기를 쓴다. 변압기 주보호에는 비율차동계전기가 쓰이며, 내부 보호범위는 네 곳 CT로부터 설정된다. 빨간색 보호범위 및 보라색 보호범위에서 사고가 발생하면 비율차동계전기가 고장 검출을 하게 된다. 빨간색 부분과 보라색 부분은 보호범위가 겹쳐지는 부분이 있는데 만약 이곳에서 사고가 발생하면 네 개의 변류기 중 먼저 찾아낸 변류기가 계전기로 신호를 보내 계전기동작을 시키게 된다. |
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@후비보호(1, 2차측) 21번 거리계전기를 사용해서 1, 2차측 후비보호를 한다. 방향성을 갖는 Off-Mho형 거리계전기를 사용해서 전방에서 발생한 사고를 보호하게 된다. 거리계전기는 임피던스를 계산하기 위해서 전류와 전압소스가 필요하며 345kV측 거리계전기의 전압요소는 345kV GIS의 선로PT로부터 입력받으며, 154kV측 거리계전기의 전압요소는 154kV GIS의 모선PT로부터 입력받는다. 즉, 위와 같이 단락에 대한 보호는 거리계전기(21)을 이용하며, 지락에 대한 보호는 방향성 지락 과전류계전기(67G)를 이용한다. 방향성 지락 과전류계전기도 마찬가지로 내부보호범위에 발생한 지락만을 검출하기 위해 방향성을 갖는 지락 과전류계전기를 사용하는 것이며, 방향성 검출을 위해 거리계전기와 마찬가지로 전류, 전압소스를 받는다. @후비보호(3차측) 단락 후비보호는 과전류계전기로 심플하게 보호한다. 방향성을 보지 않고 크기만으로 심플하게 단락을 보호한다. 지락에 대한 보호는 OVGR 지락 과전압계전기(64)를 이용한다. 비접지구간에서 지락을 검출하기 위한 방법 중 하나는 SGR이란 선택지락계전기를 사용해 여러개의 Feeder중 해당 Feeder만 지락에 대한 보호가 가능하게끔 하는 방법이 있으며, 가장 심플한 보호방법은 GPT와 OVGR(64)을 이용한 지락보호 방식이다. |
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@비접지구간의 지락검출을 위한 GPT설치 비접지구간에 설치하는 GPT의 3차측을 오픈델타로 결선해준다. 평상시 지락이 발생하지 않으면 빨간색 3개의 벡터합이 제로 0이 돼서 64계전기가 측정하는 전압이 0이 되는데, 만약 최대 완전지락이 발생하면 64계전기가 검출하는 최대 전압은 190V까지 뜨게 된다. 물론 이 방법은 방향성을 볼 수 없지만 지락 발생 여부를 확인할 수 있는 심플한 방법이다. |
2. 변압기 보호 목적
1) 신속한 고장 제거 (전력계통 고유의 기능 유지 및 변압기 손상 최소화)
2) 고장의 인근계통 파급 방지
3)화재 또는 인명피해 최소화
3. 변압기 고장 원인
1) 과부하
변압기는 정격전류 이상의 전류로 일정기간 운전이 되는 경우가 있다.
이 때 변압기는 내부 온도가 상승해서 절연물의 열화를 촉진하게 된다.
2) 과전압 및 이상전압 유입
과전압은 자속밀도 및 여자전류를 증가시키고 손실을 증가시켜 철심 및 권선의 온도가 상승되고,
이로 인한 권선의 절연열화로, 외부 뇌서지 또는 개폐서지 유입에 의해 절연이 손상될 수 있다.
3) 변압기 외부 계통에서의 사고
외부에서 발생한 계통사고로 인해 큰 전류가 변압기를 관통하면 열적, 기계적 충격에 의해 내부사고로 이어진다.
4) 냉각장치 결함
변압기 냉각유가 순환되지 않을 경우 변압기 온도상승을 초래해서 절연성능이 저하된다.
4. 변압기 내부고장
1) 권선간, 층간 단락
단락된 권선에는 큰 전류가 흘러서 보통 비율차동계전기로 보호가 가능하지만,
단락된 권선수가 적을 경우에는 1, 2차간의 차전류가 작아서 비율차동계전기로 검출이 어려울수도 있다.
만약 고장이 더 진전돼서 단락되는 권선수가 많아지게 되면 차전류가 커져 비로소 계전기로 검출이 가능해진다.
2) 권선과 철심간 절연파괴에 따른 지락
변압기 내부에서 지락이 발생하는 경우, 계통의 중성점 접지방식과 고장이 발생한 변압기의 중성점 접지여부에 따라
영상전류분포가 달라지게 된다.
만약, 고장이 발생한 변압기가 접지되어 있는 경우에는 지락전류가 매우 커서 지락 과전류계전기로 보호가 가능하다.
그리고, 중성점 비접지방식인 경우에는 지락고장 검출이 매우 어렵고 단락고장으로 고장이 진전되어야만 고장검출이 가능해진다.
소호리액터 접지방식인 경우에는 지락전류가 거의 제로이므로 비율차동계전기로 보호하기는 어렵다.
3) 고압권선과 저압권선의 혼촉
변압기 내부에서 고압측코일과 저압측코일이 혼촉된다면 고압측 대지전위가 저압측으로 인가돼서
저압측 기기의 절연을 위협하고 인체가 감전될 위험성이 있다.
이를 방지하기 위해서는 변압기 저압측을 2종접지 하거나 혼촉방지판이 있는 변압기를 사용해야 한다.
4) 권선의 단선
5) 부싱 불량에 의한 절연파괴
6) OLTC 고장
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