26. 비접지계통에서 선택지락계전기의 감도가 저하되는 경우와 원인

선택지락계전기(SGR)는 비접지계통에서 지락이 발생했을때 전용으로 보호해 주는 계전기다.

지락계전기(GR)가 있지만, 선택지락계전기는 선택적으로 고장이 발생한 FEEDER만 차단할 수 있는

대표적인 방향성 계전기다.

그렇다 하더라도, 선택지락계전기는 아래의 세 가지 경우에 의해 감도가 떨어져서 부동작하기도 한다.

그래서 비접지계통에서의 지락고장에 대한 보호는 상당히 어려운 보호에 해당한다.

선택지락계전기를 설치했다 하더라도 완벽하게 지락을 보호하지는 못한다는 것이다.

 

■ 6.6kV or 3.3kV 비접지계통의 선로에서 1선 지락시 선택지락계전기의 감도가 떨어지는 경우

1. 6.6kV or 3.3kV 지중선로가 길어지는 경우

2. 지락점저항이 큰 경우

3. 동일회로에 GPT가 여러 대 설치되는 경우

 

1. 1선 지락시 대칭분 등가회로

· 위 그림과 같이, 비접지계통에서는 영상임피던스가 정상/역상분임피던스보다 훨씬 커서,

   정상분(Z1)과 역상분임피던스(Z2)는 무시해도 좋다. 

   대칭분 등가회로를 그리고 이해할 줄 알아야 하며, 오른쪽은 더욱 간략화시킨 등가회로이다.

   오른쪽의 등가회로를 통해, 비접지계통의 1선지락과 관련한 대부분의 이해가 가능해진다.

   * Rn : 1차측 중성점접지로의 환산저항값 (6.6kV, CLR 25Ω인 경우 약 10,000Ω)

   * C : 상당 대지정전용량

   * Rg : 지락점저항

 

※ 참고설명 (SGR계전기의 감도가 떨어지는 원인)

· 영상분임피던스(Z0)에 걸리는 영상전압(V0)의 저하가, SGR계전기 감도저하의 직접적인 원인이 된다.

· 아래 그림과 같이, 방향성계전기는 두 가지 자속이 개입되고, 자속간 위상차에 의해 동작토크(T)가 결정된다.

   토크의 크기가 클수록 방향성계전기는 민감하게 동작하게 되고, 토크의 크기가 작을수록 방향성계전기의 

   감도는 떨어져서, 계전기가 부동작하게 되는 원리이다.

   SGR계전기의 경우, 영상전압(V0)은 GPT로부터 입력받고, 영상전류(I0)는 ZCT로부터 입력받는다.

· 만약 GPT로부터 받는 영상전압(V0)이 낮아지게 되면, 당연히 3차권선에 흐르는 전류(Iv)도 작아지고,

   작아진 전류로 인한 자속 파이1도 비례해서 작아진다. 그러면 결국 동작토크의 크기도 작아진다.

   즉, 영상전압이 작아지게 되면 감도가 떨어져서 계전기가 동작을 안할수도 있고 느리게 동작할 수도 있다.

 

 

2. 선택지락계전기의 감도가 저하되는 경우와 원인

2.1) 지중선로가 길어지는 경우

· 대용량 공장 혹은 부하가 증대하는 경우, 지중케이블은 많이 포설되고 길이도 길게 설치된다.

   즉, 대지정전용량이 커지면 커질수록 영상전압이 작아져 선택지락계전기의 감도가 떨어지게 된다.

· 이러한 경우로 인해 계전기의 감도가 떨어지는 것은 인위적으로 제어할 수 없는 변수에 해당된다.

· 대지정전용량(C)가 커지게 되면 용량성리액턴스(Xc)는 매우 감소하게 된다.   

   3Rn과 Xc의 병렬회로에서, Xc가 작아지면, 병렬합성임피던스는 둘 중 작은것보다 작아지게 되므로

   결국 합성 영상임피던스(Z0)는 작아지게 된다.

· 결국, 영상전압이 작아지게 되면 계전기의 동작토크(T)가 작아지게 되고, 계전기의 감도는 저하된다.

 

 

2.2) 지락점저항이 큰 경우 

· 완전지락조건인 지락점저항(Rg)이 0Ω 일때, 계전기는 감도저하없이 가장 민감하게 동작하지만,

   지락점저항이 커지면 커질수록 영상전압이 작아져, 선택지락계전기의 감도가 떨어지게 된다.

· 이러한 경우로 인해 계전기의 감도가 떨어지는 것은 인위적으로 제어할 수 없는 변수에 해당된다.

· 전원전압(E)는 영상분임피던스(Z0)와 지락점저항(3Rg)에 분압되어 전압이 걸리게 된다.

   그런데, 지락점저항이 커지면 대부분의 대지전압이 지락점저항인 3Rg에 걸리게 되고, 상대적으로 

   영상분임피던스(Z0)에 걸리는 전압(영상전압)은 작아지게 된다.

   결국, 영상전압(V0)이 작아지면 계전기의 동작토크(T)가 작아지게 되고, 계전기의 감도는 저하된다.

 

2.3) 동일Bank 동일회로에 GPT가 여러 대 설치되는 경우

· 동일Bank에 GPT를 여러 대 설치할수록 영상전압이 작아져서 선택지락계전기의 감도가 저하된다.

· GPT 3차 오픈델타결선에 연결되는 CLR은 보통 6.6kV에서는 25Ω이 설치되는데, 

   이 저항값을 1차측으로 환산하게 되면 약 10,000Ω의 저항이 1차측 Y결선 중성점접지에 걸리는것과 

   마찬가지가 된다. 그런데 만약 같은 Bank에 GPT가 두 대 이상 설치된다면 10,000Ω과 10,000Ω이 

   병렬합성돼서, 1차측으로 환산된 환산저항값 3Rn이 5,000Ω으로 낮아지게 된다.

   즉, 3Rn이 5,000Ω으로 낮아지게 되면, 3Rn과 C의 병렬합성 영상임피던스(Z0)은 5,000Ω보다 더 작아진다.

   결국, 영상임피던스(Z0)에 걸리는 전압(영상전압)이 작아지게 되고, 이는 계전기의 동작토크 감소로 이어져

   계전기의 감도는 저하된다.

 

 

3. 선택지락계전기의 감도가 저하되는 각 경우에 대한 추가 설명

3.1) 6.6kV or 3.3kV 지중선로가 길어지는 경우

지중선로가 길어지면 대지정전용량(C)이 증가하여 충전전류(Ic)가 증가한다.

대지정전용량이 증가하면 용량성리액턴스(Xc)는 작아지고, 3Rn와의 병렬합성저항값은 더 작아진다.

그러므로, 등가회로를 보더라도, 산정식을 보더라도 영상전압은 감소함을 알 수 있다.

 

3.2) 지락점 저항이 큰 경우

지락점 저항(3Rg)이 증가하면 등가회로를 보더라도, 산정식을 보더라도 영상전압이 감소함을 알 수 있다.

영상전압이 작아지면 SGR의 감도가 떨어져서 동작하지 않을 수 있다.

 

3.3) 동일회로에 GPT가 여러 대 설치되는 경우

GPT 설치대수가 증가하면 영상임피던스가 병렬로 연결되어 병렬합성 영상임피던스가 감소하고

이로 인한 영상전압의 저감으로 결국 SGR의 감도저하에 영향을 준다.