@보충설명
앞에서 다뤄본 거리계전기 만으로는 우리나라 송전선로의 주보호로 사용될 수 없는 문제점들이 있었다.
그래서 3단계 한시차 거리계전방식을 송전선로의 후비보호로 채용하고 있으며, 주보호 방식에는 아래 세 가지 방식이 채용되고 있다.
- PCM전류차동방식, 방향비교방식, 전송차단방식
이러한 방식들은 거리계전기의 문제점을 어느정도 해결한 방식에 해당한다. 거리계전기는 계전기 자체에 대한 오차와
CT의 오차 그리고 오버리치와 언더리치 등의 오차를 가지므로 신뢰성이 매우 높은 방식이라고 보기에는 어려운 점이 있다.
그래서 자기 보호구간을 100% 보호할 수 있는 보다 명확한 보호방식이 반드시 요구된다. 이를 위해서는 선로 양단에 통신설비를
구축하여 양측의 정보를 서로 주고 받으면서 계전기 알고리즘을 통해 계전기 동작여부를 결정하며,
이를 파일럿(Pilot) 계전방식이라고 한다.
1. 개요
송전선로 계전기의 주보호는 단순히 *거리계전기만 적용할시 문제가 되는 오차로 인하여, 선로 양단에 통신설비를 설치하고
서로 고장점을 확인하여 동작함으로써, 송전선로를 100% 확실히 보호할 수 있는 **파일럿(Pilot) 계전방식을 적용하고 있으며,
후비보호로 3단계 한시차 거리계전방식을 채용하고 있다.
1) 주보호
- PCM 전류차동방식(비율차동방식)
- 방향비교방식(BLK)***
- 전송차단방식(PUTT)****
2) 후비보호
- 3단계 한시차 거리계전방식
* Zone 1 : 85% (계전기오차, CT/PT오차, 오버리치, 언더리치 등)
** 통신매체로 광선로 또는 전력선(PLC) 사용
*** BLK : Directional Comparison Trip Blocking Scheme(방향비교 트립저지 방식)
****PUTT : Permissive Under reaching Transfer Trip(제어 언더리치 전송차단 방식)
| 계통전압 | 송전방식 | 주보호 | 후비보호 | |
| 154 kV | 지중 | PCM | 3단계 한시차 거리계전 방식 | |
| 가공 5km 이하 | PCM | |||
| 가공 5km 이상 | PCM | |||
| BLK | ||||
| 345 kV | 지중 | 1st (1계열) | PCM | |
| 2nd (2계열) | PCM | |||
| 가공 | 1st (1계열) | BLK | ||
| 2nd | PUTT | |||
| 765 kV | 가공 | 1st (1계열) | PCM | |
| 2nd (2계열) | PCM |
@보충설명(파일럿(Pilot) 계전방식)
송전선로 양측에 차단기가 있고 통신설비를 구축하여 계측한 정보를 주고받기 위해 통신선로가 구축이 된다.
통신선로에는 광선로(PCM)와, 전력선에 특정 주파수를 실어서 보내는 전력선(PLC:Power line Cariier) 두 가지가 있는데,
현재는 주로 광선로(PCM)를 채용하고 있으며, 이렇게 양측에 구축된 통신설비로 측정된 정보를 주고받아서 연산 및 비교를 통해
계전동작을 판정하는 방식을 파일럿 계전방식이라 하며 아래의 세 가지 방식으로 나뉜다.
1) PCM 전류차동방식
2) 방향비교방식
3) 전송차단방식 (우리나라에서는 Zone 1 요소를 이용함으로써 ,PUTT방식이라고도 한다)
2. 송전선로 보호계전방식
1) PCM 전류차동방식 (PCM : Pulse Code Modulation)
기기보호(변압기, 발전기)에 주로 사용하던 비율차동계전기 원리를 광통신(각 단자의 전류를 샘플링하여 부호화 한 후 신호전송)과
디지털 기술의 발달로 송전선로 보호에 확장하여 사용하는 방식이다. 이 방식은 상대단의 전류 정보를 디지털 신호로 수신하여
자기단의 측정치와 비교함으로써 동작여부를 결정하는 방식이다. 이 방식은 자기구간을 확실하게 보호 가능하고, 검출이 빠르고
정확하여 우리나라에서 송전선로 주보호에 가장 많이 적용되고 있는 방식이다.
@보충설명
변압기나 발전기는 양측의 CT를 하드와이어링(Hard Wiring)할 수가 있어 비율차동계전기를 통해 동작을 시킬 수가 있지만,
송전선로는 양단의 거리가 굉장히 멀기 때문에 통신설비와 광 통신선을 통해 서로의 정보를 연산 비교하여 동작을 한다.
@비율차동방식 보충설명
CT의 극성점은 보통 아래와 같이 보호대상 방향으로 찍으며, 계전기 극성코일 극성도 동일하게 찍는다.
(물론 같은 방향으로 극성점을 찍어서 나타내는 경우도 있으며, 극성점을 어떻게 찍느냐에 따라 해석하는 방법은 물론 달라진다.)
@-1) 내부에서 고장이 발생할 경우
내부에서 고장이 발생하는 경우 Ia와 Ib의 전류방향은 아래와 같으며, 전류가 유입하는 쪽에 극성점이 찍혀있으므로 둘 다 + 값이다.
벡터로 계산을 할 것이기 때문에 +냐 -냐를 따지는 것은 굉장히 중요하다.
2차전류(Ia', Ib')는 유출되는 쪽에 극성점이 찍히므로 아래와 같으며 그대로 계전기 동작코일로 흘러 들어가게 되고,
계전기 동작코일 극성점이 찍힌 단자에서 전류가 빠져나가므로 계전기 코일에서의 전류(Ia'', Ib'')의 흐름은 아래와 같다.
결국 계전기 극성코일 측면에서 Ia''와 Ib''는 같은 방향의 전류로 측정이 된다.
그럼 계전기 동작전류 Id는 우리가 보통 차전류 라고 부르지만, 사실 빼기의 개념이 아니라 벡터합의 개념이다.
그리고, 비율차동계전기이기 때문에 억제전류 Ir이 있다. 여기서 억제전류 Ir은 스카라합 이다.
결론적으로, 억제전류와 동작전류의 비가 어느 특정한 셋팅된 비율을 넘어가면 동작하는 계전기가 비율차동계전기다.
@-2) 외부에서 고장이 발생할 경우
외부에서 고장이 발생한 경우, Ia와 Ib 전류의 크기는 같을 수밖에 없으며, Ib의 전류는 극성점에서 빠져나가므로 - 값이다.
결국 계전기 극성코일 측면에서 Ia''와 Ib''는 아래와 같이 서로 다른 방향의 전류로 측정이 된다.
결론적으로, 억제전류와 동작전류의 비가 0이기 때문에 비율차동계전기는 동작하지 않는다.
@보충설명(비율차동계전기를 쓰는 이유)
비율차동이 아닌 단순 전류차동계전기를 사용하게 될 경우,
계전기(5%)와 CT(5%, 5%)의 오차가 포함돼서, 기본적으로 15%의 오차가 계산에 포함되기 때문에,
비율이 아닌 단순히 차전류로 계산할 경우 정확히 0이 나오지 않을 가능성이 있으므로 동작하지 않아야 할 경우에도
오동작 할 가능성이 높기 때문에, 전류차동방식이 아닌 비율차동방식을 사용하고 있는 것이다.
@보충설명(비율차동계전방식의 동작곡선)
계전기 오차, CT 오차를 고려해서 약간 off set을 주고, 어느 각 이상에서부터는 비율로 동작하고, 대전류 영역으로 넘어가면
어느 한쪽의 CT가 포화될 가능성이 있으므로 포화가 되면 기본적으로 오차가 더 심해지므로 비율을 좀 더 높여서
아래와 같이 비율차동계전기 동작곡선 내에 들어오면 동작이 되게끔 세팅한다.
기본적으로 양단 전류만 보고 동작하는 게 아니라, 이 비율차동계전방식 안에서도 CT가 포화될 경우 등으로 인한 오차가
나타날 수 있으므로 아래와 같은 동작곡선(정정곡선) 하에서 계전기가 세팅되어야 한다는 내용이다.
2) 방향비교방식
송전선 양단에 설치된 방향요소를 가진 거리계전기(Mho형, Offset-Mho형)를 사용하여 내부방향과 외부방향
계전기를 사용하여 고장 방향을 판단하고, 그 정보를 통신장치에 의해서 상대단에 트립저지 신호를 전송함으로써
보호구간 내부인지 외부인지 판별하는 방식으로 우리나라에서는 방향비교 트립저지 방식*(BLK)을 적용하고 있다.
2-1) 내부고장 시 방향비교방식
@위 보충설명
각각 양단에 내부방향계전기와 외부방향계전기를 한 개씩 설치한다. (왼쪽 각각 한 개씩, 오른쪽 각각 한 개씩)
그리고 일반적으로 내부고장요소는 Zone 2(150%) 혹은 Zone 3(225%)를 이용하고, 외부고장요소는 Zone 4를 이용한다.
위와 같은 내부 고장 시 왼쪽 차단기 근처에서 고장이 발생했으므로, 왼쪽 측의 내부방향계전기는 동작하고 외부방향계전기는
동작하지 않는다. 그리고 오른쪽 측의 내부방향계전기는 동작하고 외부방향계전기는 동작하지 않는다.
이러한 결과값을 통신설비를 통해 1과 0으로 부호를 변환하고, 광 통신선을 통해 서로 정보를 주고받으며 위와 같은 별도의
알고리즘에 의해 반대편 차단기를 트립할지 말지 결정한다.
즉, 위와 같이 내부 고장 시 왼쪽 차단기는 내부 방향 계전기에 의해 트립되고, 오른쪽 차단기도 알고리즘을 통해 Trip 된다.
2-2) 외부고장 시 방향비교방식
@위 보충설명
각각 양단에 내부방향계전기와 외부방향계전기를 한 개씩 설치한다. (왼쪽 각각 한 개씩, 오른쪽 각각 한 개씩)
그리고 일반적으로 내부고장요소는 Zone 2(150%) 혹은 Zone 3(225%)를 이용하고, 외부고장요소는 Zone 4를 이용한다.
위와 같은 외부 고장 시 왼쪽 차단기 외부에서 고장이 발생했으므로, 왼쪽 측의 내부방향계전기는 동작하지 않고
외부방향계전기는 동작하며 결국 왼쪽 차단기는 Trip 되지 않는다. 그리고 오른쪽 측의 내부방향계전기는 자기 내부영역에 고장이
포함되므로 동작하고 외부방향계전기는 동작하지 않는다.
이러한 결과값을 통신설비를 통해 1과 0으로 부호를 변환하고, 광 통신선을 통해 서로 정보를 주고받으며 위와 같은 별도의
알고리즘에 의해 반대편 차단기를 트립할지 말지 결정한다.
즉, 위와 같이 내부 고장 시 왼쪽 차단기는 트립되지 않으며, 오른쪽 차단기의 내부방향계전기가 동작할지라도,
알고리즘을 통해 Trip이 저지된다.
3) 전송차단방식
전송차단 방식은 송전선로의 양단 중의 어느 한쪽 단에서 고장점을 정확히 판단하였을 때 이 조건을 상대단에 전송하여
양단을 고속으로 차단시키는 방식이다.
우리나라에서 사용하는 PUTT방식은 각 단자에 설치된 내부사고 검출계전기(거리계전기 Zone 1)를 설치하여
동작범위의 일부를 겹치게 하고 내부사고가 발생하면 사고발생지점에 가까운 계전기는 반드시 동작하게 되고,
그 신호를 상대단에 트립신호로 전송해서 양단을 확실하게 차단하게 된다.
(참고로, Zone 1요소를 우리는 일반적으로 언더리치라고 부른다)
@제어 언더리치 전송차단(PUTT : Permissive Under reaching Transfer Trip)의 예시
'전기 > 보호계전기' 카테고리의 다른 글
| 8. 송전선로(765kV)에 적용하는 고속도 접지개폐기(HSGS) (12) | 2022.06.14 |
|---|---|
| 7. 가공 송전선로 고속 재폐로방식(단상, 다상, 3상 재폐로) (2) | 2022.06.12 |
| 5. 거리계전기(Distance protection) 적용시 문제점 (10) | 2022.06.09 |
| 4. 3단계 한시차 거리계전방식(3 step distance protection) (2) | 2022.06.07 |
| 3. 거리계전기(21, Distance protection relay) 원리 및 적용 (9) | 2022.06.06 |