서당개웅슬라

1. 개요

   1) 모선의 역할과 정의

       모선은 주변압기, 송전선, 배전선, 조상설비와 부속설비가 접속되는 공통의 도체이다.

       변전소에서 모선의 역할은 전력조류의 집중과 배분을 담당한다.

   2) 변전소 모선의 구성방식 선정

       변전소의 모선구성 방식은 모선의 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 전력공급의 신뢰성, 유지보수, 경제성,

       계통운용의 융통성을 종합하여 선정하여야 한다. 

   3) 우리나라 변전소 모선전압 별 모선구성방식 

        - 765kV 변전소 : 모선전압 765kV(2B-1.5CB)

        - 345kV 변전소 : 모선전압 345kV(2B-1.5CB), 모선전압 154kV(2B-1CB)

        - 154kV 변전소 : 모선전압 154kV(2B-1CB, *2B-1.5CB), 모선전압 22.9kV(2B-1CB)

           * 2017년 이후 적용

2. 변전소 모선 구성의 방식

    1) 단모선 방식

        모선이 하나만 있는 방식으로 구성이 매우 간단하고 경제적이지만 

        신뢰성과 운영상 융통성이 낮아 소규모에서만 제한적으로 사용을 하며, 대부분 2중 모선을 적용한다.

        과거  단모선으로 구성되어 있던 기존 민간기업용 변전소도 2중모선으로 개조공사를 많이 진행하기도 했다.

    2) 2중모선 1차단 방식(2B-1CB)

        · 차단기를 가장 적게 소요하므로 경제적인 방식이다.

        · 1개의 모선에서 고장이 발생하더라도 선로를 정전시킬 필요가 없다. (장점)

        · 예를들어 선로차단기'A' 점검시 해당선로는 정전시켜야 한다. (단점)

        · 선로차단기 차단 실패시 한쪽 모선 전체 정전된다.

          (아래 그림2.와 같이, 'A'선로에서 고장이 발생한 경우 'A'차단기의 차단실패시, 사고는 어떻게든 제거되어야 하므로,

          해당 한쪽 모선에 걸려있는 'B'차단기와 BUS TIE인 'C'차단기가 차단되어야 한다.)

        · BUS TIE의 차단 실패시 변전소 전체가 정전된다.

          (위 그림2.와 같이 'A'에서 고장이 발생하면 'A'차단기가 차단돼서 사고가 끊어지면 다행인데,

           만약 'A'차단기의 차단 실패 시 위 처럼 'B'와 'C'차단기가 동작하면 그나마 다행인데,

           만약 BUS TIE인 'C'차단기도 차단이 실패하게 될 경우 반대편 모선에 걸린 차단기도 모두 OPEN되어야 하므로

           결국 변전소 전체가 정전이 되는 상황이 초래한다. (굉장히 심각한 단점)

        · 아래 그림3.은 BUS1의 차동보호Zone과 BUS2의 차동보호Zone을 표시해 놓은 것이다.

          (보통 BUS TIE의 CB와 DS는 전부 CLOSE(투입) 상태로 운전한다.)

    3) 2중모선 1.5차단 방식(2B-1.5CB)

        · 2개의 선로당 총 3대의 차단기가 설치되므로, 1차단 방식보다는 신뢰성이 높고, 2차단 방식보다는 건설비가 저렴하다.

        · 1개의 모선 고장시에도 선로의 정전이 없음 (2중모선의 공통적인 장점)        

        · 한쪽선로의 고장시 해당선로차단기와 중앙차단기 두대가 차단된다.

          반대편선로의 고장시에도 반대편선로차단기와 중앙차단기 두대가 차단된다. 그래서 중앙차단기가 0.5차단 역할을 한다고 본다.

        · 선로차단기 점검시 해당선로의 정전 없이도 가능하다.

        · 선로차단기 차단실패시 해당선로와 해당모선 전체가 정전된다.

          (위 그림4.와 같이 선로에 고장 발생 시 'A'선로차단기와 'B'중앙차단기가 동시에 OPEN 되어야 하는데,

          만약 'B'중앙차단기만 차단이 되고 'A'선로차단기가 차단실패할 경우, 사고는 반드시 제거되어야 하므로 BUS1에 걸린

          'C'선로차단기와 'D'선로차단기까지 모두 차단되어야 한다.)

        · 중앙차단기 차단실패시 2개 선로 모두 정전된다.

          (위 그림4.와 같이 선로에 고장 발생 시 'A'선로차단기와 'B'중앙차단기가 동시에 OPEN 되어야 하는데,

          만약 'A'선로차단기만 차단이 되고 'B'중앙차단기가 차단실패할 경우, 사고는 반드시 제거되어야 하므로

          'E'선로차단기가 차단되어야 한다.

          ※ 그렇다 하더라도 2중모선 1차단방식에서처럼 BUS TIE CB가 차단실패할 경우 변전소 전체가 정전되지만

             위와 같은 2중모선 1.5차단방식에서는 중앙차단기 CB가 차단실패하더라도 변전소 전체가 정전되지 않고

             2개 선로만 정전이 되는 장점이 있다.

        · 두 모선 정전시에도 중앙차단기를 통해 계통연결이 가능하다.

        · 154kV(2017년 이후), 345kV, 765kV 모선 구성방식으로 채용하고 있다.

    ▩ 2중모선 1.5차단방식 참고자료(1)

        송전선로에서 사고가 발생할 경우 고장이 없어지기 위해 트립되어야 하는 차단기가 무엇인지,

        만약 차단기가 트립에 실패할 경우 BF(Breaker Failure)요소에 의해 트립되어야 하는 차단기는 무엇인지,

        결국 어느 부분까지 정전되는지 알 수 있다.

    ▩ 2중모선 1.5차단방식 참고자료(2)

        1번 선로에서 고장이 발생하면 선로보호용 CT인 2번과 3번 CT를 이용하여 차동보호하고, 

       4번과 같이 모선에서 고장이 발생하면 모선보호용 CT인 5번과 6번 CT를 이용하여 차동보호 한다.

       그리고, 154kV 계통에서는 모선에만 PT가 설치되는데 반해, 

       345kV 계통에서는 아래와 같이 모선과 선로에 PT가 설치된다.

    ▩ 모선보호 차단실패 보호 참고자료

        · 154kV 경우, 차단기 트립신호는 나가는데(1) 차단실패로 차단기가 트립되지 않으면(0)

          아래 조건에 의해 (1)이 나가서 7.5사이클 정도 기다렸다가 86락아웃 계전기에 의해 인근 차단기들이 차단된다.

        · 345kV 경우, 고장이 발생하면 큰 전류가 흐르고 있어서 과전류계전기가 동작해서  50BF 신호(1)가 나가고 있는데,

          차단기 차단실패로 인해 BFI신호(1)를 받으면 아래 조건으로 (1)이 나가서 12사이클 정도 기다렸다가

          86락아웃 계전기에 의해 인근 차단기들이 차단된다. 

          - 154kV 모선보호 차단실패 보호방식보다 신뢰성이 있는 방식이다.

*아래 방식 부터는 그냥 참고만 해라. 실제로 적용되고 있는 방식은 아니다.

    4) 2중모선 1.5차단 방식(2B-1.5CB)     

        · 1개의 선로에 2대의 차단기가 설치되는 방식으로, 이중 모선방식 중에서 차단기를 가장 많이 소요하여

          경제적으로 불리한 방식이다.

        · 1개의 모선에서 고장이 발생해도 선로의 정전이 없다.

        · 선로차단기 점김시 해당선로의 정전 없이 점검이 가능하다.

        · 차단기 차단실패시 해당선로만 정전되고 한쪽모선 전체가 정전된다.

        · 차단기 및 단로기 설치대수가 1차단 방식에 비해 2배정도, 모선운용과 모선보호용 제어회로 측면에서 복잡해진다.

        · 특별히 매우 높은 신뢰성이 요구되는 대용량 변전소에 적용한다.

    5) 절환모선(Transfer Bus) 방식     

        2중모선 1.5차단방식을 사용하기에는 변전소 부지가 부족한 경우,

        2중모선 1차단방식의 기설 변전소에 주로 개조해서 적용하는 방식이다.    

        · 2중모선 1차단 방식에서 절환모선을 추가한 방식        

        · 선로차단기 점검시에 해당선로의 정전없이 점검이 가능하다.

            * 단모선 방식에서 동일한 이유로 절환모선을 추가하여 사용하기도 한다.

    6) 환상모선(Ring Bus) 방식   

        · 2중모선 방식에 비해서는 변전소를 차지하는 소요면적이 작다.

        · 모선의 부분정지 혹은 차단기 점검시에 편리하다

        · 제어회로 및 보호회로가 매우 복잡해서 오동작 할 가능성애 매우 높아 적용하는 경우가 별로 없다.

        · 1개 선로에서 고장발생시 양쪽 2개의 차단기가 오픈되어야 하는데, 만약 한개의 차단기라도 차단실패시

          추가로 한개의 후방 차단기를 차단해야 하므로, 즉 2개의 선로가 정전되게 된다.

@기본 보충설명

송전선로에 순시고장이 발생하면 우선 고장을 끊고, 고장점에서 소이온이 될 때까지 일정시간 기다린다.

그 시간동안 아크가 완전히 없어져야 다시 투입해도 정상적인 전력공급이 가능하다. 

단상재폐로나 단상재폐로방식은 고장난 상만 끊고 건전한 상으로 정상적인 전력을 공급하는 방식인데, 

이 때, 건전한 상이 고장난 상으로부터 전압에 의한 정전유도 혹은 전류로 인한 전자유도가 발생해서 

아크가 소이온이 되지 않고 정전유도/전자유도의 에너지에 의해 일부 전압이 걸리게 되면서 계속 전류가

흐르는 상태 즉 소이온 되지 않고 고장전류(아크)를 계속 유지시키려는 힘이 발생하게 된다.

이렇게 되면 다시 투입을 해도 고장이 남아있는 것으로 판단하기 때문에 단 1회의 재폐로는 실패해서

결국 건전한 상까지 모두 함께 차단시켜야 하는 상황이 오게 된다.

이러한 현상을 막기 위해 고속도 접지개폐기(HSGS : High Speed Ground Switch)가 필요하다.

고장이 발생한 상을 끊고 일정시간(765kV 경우 60Hz(1초))을 기다리는 동안 아크가 완벽히 소이온 될 수 있도록,

고장상이 건전상에 의해 정전유도, 전자유도 되어도 빠른 시간 내 끊어진 선로를 고속도로 접지시킴으로써

고장(아크전류)을 유지 및 잔류하려는 에너지를 없애주기 때문에 다시 재폐로 하는데 있어 문제가 없게 된다.

송전선로는 단 1회만 재폐로 하기 때문에 일정시간 내 반드시 아크는 소이온 되어야 한다.

즉, 소이온되는 시간을 더 짧게 만들어 주는 기기가 바로 고속도 접지개폐기다.

GIS를 예를 들어 설명하면, 우리가 단로기를 열어서 도체에 직접 손을 댈 수 없는 이유는 잔류전하가 남아있기 때문이다.

그래서 접지를 함으로써 도체의 잔류전하를 없애고 유지보수를 한다던지 도체를 만질 수 있는 것이다.

이와 유사한 개념이다. 고장이 발생해서 고장난 상을 끊어낸다 하더라도 여전히 잔류전하가 남아있다던지

정전유도 혹은 전자유도로 인해 고장점으로부터 아크가 끊어지지 않고 지속이 될 수 있기 때문에 접지를 함으로써

이를 해결하는 것이다. 단 1회의 재폐로만 허용되므로 일정시간 후 재 투입되기 전까지, 반드시 고장이 발생한 상은

다시 투입이 되어도 문제가 없는 상태가 되어야만 하는 것이다.

1. HSGS가 필요한 이유

  · 765kV 2회선 송전선로에 고장이 발생할 경우, 2상(2M방식) 또는 3상(3M방식)이 건전하다면 회선 전체를 차단하지 않고,

    고장난 상만 차단하는 다상 재폐로 방식을 적용하여 전력공급을 안정화시킨다.

  · 고장발생 후 차단이 되고 재폐로 될 때까지 계통은 불평형 상태가 돼서 영상, 역상전류가 흐르게 되고

    이로 인해, 후비보호 계전기의 오동작 또는 발전설비 고장발생의 원인이 되므로 가능한 신속한 재폐로 성공이 필요하다.

    (1상이라도 끊어지게 되면 즉, 결상이 발생하면 영상분 전류도 많이 발생하지만 역상분 전류가 굉장히 많이 발생해서

     불평형률이 100%까지 달하게 되고, 뿐만 아니라 역상분은 회전기에 영향을 크게 주기 때문에..)

  · 재폐로 시간은 고장점의 아크 소멸시간(소이온시간)에 따라 정해지게 되는데, 

    765kV 급에서는 3상 재폐로 시 0.5초, 단상 재폐로시 1초 이상이 소요되기 때문에 신속히 소이온 시킬 수단이 요구된다.

    (345kV 경우에서도 마찬가지로, 단상 재폐로 방식일 경우 고장상으로부터 정전/전자유도 때문에 건전상이 

    아크 소이온 되기까지 3상재폐로방식보다 재폐로되는 시간이 더 긴 이유이다. (재폐로시간_단상:48Hz, 3상:24Hz)

  · 765kV가 차단되게 되면 우리나라 전체 광역정전이 되기 때문에, 3상 재폐로가 아닌 다상재폐로 방식을 적용하며,

    전력공급의 중요성이 매우 크기 때문에 고속도 접지개폐기를 설치하는 등 특별히 더 신경을 많이 쓰는 이유이다.

  · 고장점 아크가 완전히 소이온 되지 않는 이유는, 건전상에 의한 정전유도와 전자유도에 의해 아크가 오랫동안 지속되는 것이다.  

   (건전상에 걸리는 전압에 의한 정전유도와,

    건전상에 흐르는 전류에 의한 시간에 따라 변화하는 자기장은 페러데이법칙에 의해 전자유도돼서 고장상에 유도전압이 발생함.)

2. HSGS 동작 순서

    ① 위 그림2. 와 같이 2회선 송전선로에서 2상(A, C'상) 지락고장 발생되면

    ② 양단 차단기가 트립돼서 차단기 내부 1차 아크가 차단되고, 

        고장점 아크(2차아크)는 건전상에 의한 정전유도와 전자유도로 인해 아크가 자동 소이온 되지 않고 고장이 지속된다.

    ③ 2차아크가 지속되려는 에너지를 끊어내기 위해, 선행 HSGS를 투입하고 후행 HSGS를 투입해서 2차아크를 소호한다.

    ④ 선행 HSGS를 개방하고, 후행 HSGS를 개방한다.

    ⑤ 재폐로시간 1초(60Hz) 이내 차단기를 자동 투입하여 전력공급을 안정적으로 지속한다.

  · 정전유도 및 전자유도의 크기는 송전선로의 크기에 비례하므로,

    - 80km 초과 송전선로의 경우, 양쪽 단에 HSGS 설치함

    - 80km 이하 송전선로의 경우, 한쪽 단에만 HSGS 설치함

  · 고속도 접지개폐기는 정전유도 및 전자유도 전압, 전류를 투입하기도 하고 차단하기도 하는 일종의 차단기로 볼 수 있으며,

    정격 단시간전류 통전능력 및 정격 단락전류 투입 능력을 보유한다. 

  · HSGS의 동작책무 : C - 0.4s - O

   (일단 고속으로 닫고, 정전유도 및 전자유도에 영향받는 아크가 소이온 될 때까지 0.4초 동안 기다렸다가, 다시 재빠르게 오픈한다.)

3. HSGS 동작시퀀스 및 시간

    송전선로에 고장이 발생하게 되면,

    일단 릴레이에서 고장을 검출하고 차단기가 트립되는데까지 5Hz가 소요된다. (송전선로 차단기는 3cycle 내 차단한다.)

    HSGS가 투입되는데 12Hz가 소요되고,

    0.4초 기다리는 시간과 HSGS를 개방하는 시간까지 31Hz(0.51초)가 소요된다.

    다시 재투입하라는 79 릴레이 신호가 발생하고 (6Hz 소요)

    차단기가 재투입 되기까지 6Hz가 소요된다.

4. 관련사진

출처 : IPST 05-096 Montreal 2005

출처 : CIGRE 2004, A3-308

@기본 보충설명

   우리나라 가공 송전선로, 가공 배전선로에서는 재폐로방식을 사용하고 있다.

   가공선로에 고장이 발생하면 순시적으로 우선 차단을 하고, 일정시간을 기다린 후 자동으로 다시 재 투입하는 방식이다.

   가공 배전선로에서는 리클로저(Recloser)가 가장 대표적인 차단기며, 

   가공선로에서는 송전에서든 배전에서든 낙뢰 등 으로 인해 큰 전류가 일어나더라도 스스로 소멸이 되는

   순간고장이 대부분이기 때문에, 차단을 하고 전력공급을 끊어버리게 되면 전력공급에 막대한 피해가 발생한다.

   배전의 경우는 일부분만 차단되므로 그나마 괜찮지만, 송전의 경우는 광역정전 등 정전범위와 피해규모가 막대하다.

   이러한 피해를 막기 위해, 송전에서도 재폐로 방식을 적용하는 것이며, 송전선로 고장의 대부분이 순간고장이기 때문에

   재 투입 후에는 정상적인 전력공급이 보통 가능하다.

   배전의 경우에는 2F(Fasf) 2D(Delay)로 여러번 재폐로 하며, 3상 재폐로 방식을 적용하지만

   송전의 경우는 여러번 재폐로 하지 않고 단 1회만 재폐로 하며, 단상과 다상 그리고 3상 재폐로 등 다양한 방법이 있다. 

   재폐로를 하는 이유는 배전에서 리클로저의 목적과 유사하다.

   순간고장이 발생하면 차단을 하고 일정 지연시간을 두면, 지연시간 내에 고장지점에서의 아크가 대부분 소이온이 된다.

   배전같은 경우 순시동작 후 약 2초 정도의 지연시간을 갖지만, 변전소의 경우에는 0.3초 정도의 지연시간을 갖는다.

   이렇게, 재폐로방식이 어디에 적용되느냐에 따라 재폐로 방식과 시간이 다르게 적용되고 있다.

1. 개요

    가공 송전선로 고장의 대부분은 낙뢰, 이물접촉과 같은 이유로 순간고장(순간지락 고장이 전체고장의 약 70% 수준)이

    발생하므로, 계통안정도를 높이고 효과적인 전력공급의 신뢰성을 높이고, 유지보수 기회를 줄이기 위해 순시트립이

    발생된 이후에 일정 지연시간 후 자동으로 재 투입하는 방식을 적용한다.

2. 재폐로 방식

    @보충설명(재폐로 시간)

       재폐로 시간은 고장이 발생한 순간부터 고장을 감지하는 보호계전기(릴레이) 감지시간과 차단기 차단동작시간 그리고

       일정 지연시간 후 투입하는 순간까지의 시간을 말한다.

    1) 단상 재폐로 (345kV 가공 송전선로)

        · 1상 지락고장 발생시 고장이 발생한 한 상만 Trip 후 재폐로 시행

          - 재폐로 시간은 48Hz로, 건전상으로부터의 정전/전자 유도전압에 의한 영향으로 소호시간 및 지연시간이 다소 길어짐

        · 2상 이상의 단락이나 지락고장시 3상 동시 차단하고 재폐로 하지 않음

        · 건전상 2상으로 전력공급을 지속할 수 있기 때문에 3상 재폐로보다 안정도가 높고, 한 상만 재폐로 하기 때문에 재폐로시

          양단 전압의 위상/크기 등 동기를 확인하지 않아도 된다.

          (3상 재폐로는 3상이 다 끊어지기 때문에 전력공급이 끊어지고, 재폐로 시 양단의 동기를 확인해야 한다.)

    2) 3상 재폐로 (154kV, 345kV 가공 송전선로)

        · 고장의 종류에 관계없이 회선단위로 3상을 모두 차단 후 3상을 동시에 재폐로 시행

        · 양단계통의 동기 확인이 필요함(모선전압과 LINE PT 전압 비교)

          - 동기확인 투입조건 :

             - 154kV : 위상차 ±25º 이내, 전압차 10% 이내

             - 345kV : 위상차 ±30º 이내, 전압차 10% 이내

                 * 정격전압 : 80% 이상 

                 * 동기시간 : 0.2초(변전소), 2초(발전소)

    3) 다상 재폐로 (765kV 가공 송전선로)

        · 765kV는 우리나라 주간선으로 2회선 송전선로에서 낙뢰에 의해 동시에 2회선 고장이 발생된 경우에도

          전력공급의 지장을 초래하지 않기 위해 2상 또는 3상 이상만 건전하면 회선 전체를 차단하지 않고,

          고장 상만을 차단 후 재폐로 하는 방식

        · 2M 방식과 3M 방식의 선택 적용

          - 2M 방식 : 2회선 중 2상 이상이 건전상일 경우 재폐로 시행

          - 3M 방식 : 2회선 중 3상 이상이 건전상일 경우 재폐로 시행

        · 재폐로는 1회만 실시하며, 재폐로 시간은 고속도 접지스위치(HSGS)의 동작시간을 고려하여 60Hz로 한다.

        [참조] 2019년 신태백 765kV T/L 직격뢰에 의해서 1회선 중 2상 차단, 2회선 중 1상 차단 (건전한 3개 상은 전력공급 지속함)

                  → 재폐로 성공 (2회선 총 6상에서 2상 이상이 건전상이었으므로 재폐로 조건이 성립되었음)

        위 신문 검색 "765kV 전력망 초유의 2회선 동시고장"

@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)

@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

거리계전기(Distance protecion)를 사용할 때 주의사항에 대해 알아 두어야 한다.

@기본설명

거리계전기는 임피던스를 계산해서 동작하는 계전기이기 때문에, 계전기 입장에서 예상치 못한 임피던스가 계산에 포함되게 되면

오동작할 가능성도 있고, 부동작 할 가능성도 있다. 그 예상치 못한 임피던스에는 아크 저항과 고장점 저항이 포함된다.

이러한 저항까지 감안하여 계전기를 정정하기에는 매우 어려운 문제점이 있다.

실제 고장이 발생한 지점보다 아크 저항이나 고장점 저항이 더 추가되기 때문에, 계전기 입장에서는 실제 고장점 보다

더 먼 곳에서 고장이 발생한 것으로 판단해서 언더리치(under reach) 즉 부동작의 원인으로 작용한다.

1. 아크저항의 영향

   동작한계영역 근처에서 고장이 발생되면 아크 저항의 영향으로 언더리치하여 Zone 1의 사고가 Zone 2로 넘어가는 경우가 있음.

@보충설명

예를 들어 Zone 1의 한가운데의 송전선로 임피던스 라인으로 고장 임피던스가 놓이게 되면 괜찮은데,

위 그림과 같이 한계영역 근처의 송전선로 임피던스 라인으로 떨어지게 될 경우, 여기에 아크 저항이나 고장점 저항이 계산에 포함되면

순수 저항성분이 더해지므로 Z=R+jX 의해 오른쪽으로 밀려나게 돼서 정정원을 벗어난다.

이렇게 되면 Zone 1 에서 동작해야 될 사고가 Zone 2로 넘어가서 한시동작, 지연동작(154kV경우 0.33초)하게 되는 문제점이 있다.

2. 분류효과

    다단자 전원 계통에서는 분류효과 때문에 겉보기 임피던스가 증가하여 거리계전기가 정정 범위 내에 도달하지 못하여,

    자기 보호 구간임에도 불구하고 부동작 하는 것을 말한다.

@보충설명

분류효과도 계전기가 언더리치(부동작)할 수 있는 원인에 포함된다. 분류효과를 설명하는 대표적인 위 모델에서,

만약 T분기된 다단자 전원(Gb)가 없었다면 21 거리계전기가 측정하는 임피던스는

X1과 X2이며 전류는 Ia만 해당되었을 것이다.

그러나, 중간에 T분기된 다단자 전원이 있으면 21 거리계전기가 측정하는 임피던스는

똑같이 X1과 X2이지만, 전류는 Ia 뿐만 아니라 Ib도 임피던스 계산에 포함되게 된다. (아래 계산 참고)

즉, 계전기가 계산한 겉보기 임피던스는 실제 고장점의 임피던스보다 더 크게 나오므로,

계전기는 자기구간을 벗어난 고장이라고 판단해서 순시동작을 안한다거나 Zone 2로 지연동작하게 한다.

3. 고장초기 직류분 전류에 의한 오버리치(Over reach)

    임피던스를 계산 초기의 전류에 포함된 직류분에 의한 계산의 영향을 받아, 실제 임피던스보다 작계 계산되어

    자기 보호구간 고장으로 잘못 판단하여 오동작하는 것을 말한다.

@보충설명

자기 보호구간이 아닌 곳에서 고장이 발생하였음에도 불구하고 자기보호구간 내의 1번 거리계전기도 함께 트립이 되는 문제점이 있다.

원래대로라면 실제 고장이 발생한 부분은 당연히 2번 거리계전기의 보호구간이기 때문에 Zone 1 요소에 의해 동작을 하므로,

1번 거리계전기의 Zone 2 요소는 동작할 일이 없는데, 1번 거리계전기가 자기 보호구간 내 고장이 발생한 것으로 오해(잘못 판단)해서

1번 거리계전기도 오동작(Over reach)시켜 버리는 문제점이 생긴다.

이렇게 계전기가 잘못 판단하는 이유는 바로 고장전류는 초기에 직류분을 포함한다는 것에서부터 기인한다.

초기 고장전류는 비대칭요소에 의해 계전기가 다소 큰 전류값으로 인지하기 때문에 Z=V/I 에서 임피던스가 실제 고장점 임피던스보다

다소 줄어든 값으로 계산될 수가 있다. 고장전류는 초기 직류분을 포함하는 비대칭전류이기 때문에 이러한 오버리치 문제점이 있다.

4. 발전기 동기탈조시 오동작(Over reach) 가능

     일시적으로 발전기의 동기탈조가 발생하는 경우, 선로 양측 전원사이의 전압 위상차가 0˚와 180˚ 사이를 진동하게 되는데,

     이때 108˚ 차이가 발생하는 순간 3상 단락사고와 유사한 현상이 나타나는데, 이때 임피던스가 송전선로 보호를 위한 

     거리계전기의 동작범위 내에 있으면 오동작 하게 된다. 송전선로 보호 거리계전기의 Zone 1, 2 요소는 동작을 억제하고,

     Zone 3 요소에서 트립을 마침내 허용한다.(동기탈조로 인한 오동작 트립을 저지하기 위한 방식이다.)

     송전선로 단락사고시 임피던스 궤적은 매우 빠르게 이동하지만, 동기탈조시 진동하며 매우 느리게 이동하는 특성이 있다.

     2Ω 이동에 4~5Hz(64ms~80ms) 이상 걸리면 동기탈조로 인한 임피던스의 이동궤적으로 판단해서 Zone 2, 1 영역에서도

     계전기는 동작하지 않을 것이나, 만약 그보다 빠르게 임피던스가 이동궤적을 보였다면 매우 빠르게 계전기 정정원 Zone 1 영역으로

     들어올 것이고 동시에 실제 3상 단락사고와 같은 고장으로 계전기가 판단해서 동작을 하게 될 것이다.

@보충설명

즉, 거리계전기는 송전선로의 후비보호로 쓰이는 계전기이기 때문에, 발전기에서 동기탈조 현상이 발생할 경우에는 발전기에 설치된

동기탈조 보호용 계전기 등에 의해서 보호되어야 하는 것이지, 송전선로 보호에 쓰이는 거리계전기가 동작하면 안된다는 것이다.

동기탈조로 인한 오동작 트립을 저지하기 위해서는 궤적이 움직이는 특징들을 살펴보면 된다.

3상단락과 같은 고장은 굉장히 빠르게 이동하지만, 동기탈조로 인한 임피던스 이동궤적은 굉장히 느릴 뿐만 아니라 진동하며 이동한다.

이러한 궤적의 특징을 이용해 거리계전기 문제점에 대한 대책을 마련하여 계전기를 셋팅하여야 한다.

아래 그림은 발전기 동기탈조 시 위상이 0˚ 와 180˚ 사이를 빠른속도로 진동하는 해석결과를 보여준다. (이이스피(주) 자료 참조)

5. 전압상실 시 오동작(Over reach)

    PT의 회로가 단선된 경우, 전압이 상실되어 계전기가 보호범위로 인식하여 오동작하게 된다.

    - 과전류 감시 및 PT Fuse failure 감시를 통해 거리계전기 오동작을 억제함.

@보충설명

거리계전기는 기본적으로 CT, PT의 소스를 받아 임피던스를 계산한다.

그런데 PT회로가 단선되거나 PT전단의 PT Fuse가 끊어지는 경우 전압이 측정되지 않기 때문에,

즉 허전압이 측정되기 때문에 계전기는 Z=V/I 에서 굉장히 낮은 임피던스로 인식하여 오동작하게 된다. 이를 보안하기 위해

PT Fuse 상태체크와 과전류계전요소를 AND조건으로 묶어서, 거리계전기가 허전압으로 인해 오동작하려고 해도 이를 억제시킨다.

6. 계전기 설치점 근처에서 3상 단락사고 발생 시 부동작

    계전기 설치점과 아주 가까운 거리에서 단락 고장시 전압이 0으로 되면, 특히 Mho형 계전기는 부동작 할 가능성이 있다.

    이러한 부동작을 방지하기 위해 off set Mho형으로 이를 보완한다.

7. 다중 사고시 언더리치 가능성

    계전기 설치점의 전방과 후방 사고시 동작전류가 감소하여 언더리치 할 가능성이 있다.

@보충설명

자기 보호범위구간(전방, Front)에서 고장이 발생하면 당연히 동작을 하는데, 후방(Rear)에도 같이 사고가 나면

사고로 인해 흡수된 전류가 있으므로 자기구간 내 CT의 전류는 상당히 줄어들게 된다. 그럼 Z=V/I 에서 임피던스가 상승한 것처럼

계산이 되므로, 정정원 안으로 들어와야 할 고장점 임피던스가 정정원 밖에 떨어질 가능성이 있어 계전기가 부동작(Under reach)할 

가능성이 있는 것이다.

송전선로 각 구간의 거리계전기 상호간에 적당한 시간차를 두어 협조시킴으로써, 고속차단 및 선택성을 가진

계전방식으로 우리나라에서는 송전선로(154, 345, 765kV) 보호의 후비보호로 적용하는 방식이다.

@보충설명

각 계전기 설치점에서 자기보호범위를 100% 완벽히 보호하지 못한다. 왜냐하면 CT, PT, 계전기 등에서 

오차가 있기 때문이다. 보수적으로 각각 5%의 오차가 있다 하면 전체 15%의 계산상의 오차가 있기 때문에

자기보호범위의 85%만큼은 확실하게 순시(임의의 지연이 아닌 3Hz(50ms))로 동작한다.

3단계 한시차 거리계전방식

1) Zone1

    - 목적 : 자기구간(A S/S)의 고장에만 동작

    - 보호범위 :  자기구간의 85%(단락), 75%(지락)까지 보호함.

    - 동작시간 : 3Hz(50ms) 순시동작

2) Zone2

    - 목적 : 자기구간(A S/S)은 반드시 동작하고, 다음구간(B S/S)의 50%까지도 동작한다.

    - 보호구간 : 자기구간(A S/S)의 100%와 다음구간(B S/S)의 50%를 합한 150%까지 보호함.

    - 동작시간 : 154kV는 20Hz(0.33초), 345/765kV는 24Hz(0.4초) 지연동작

3) Zone3

    - 목적 : 다음구간(B S/S)에도 반드시 동작하고, 그 다음구간(C S/S)의 25%까지도 동작한다.

    - 보호구간 : 자기구간(A S/S)의 100%와 다음구간(B S/S)의 100%와 그 다음구간(C S/S)의 25%를 합한 225%까지 보호함.

    - 동작시간 :  100Hz(1.67초)

※적용 예시

· F1 지점 고장 시 : A S/S의 Zone-1 요소로 순시동작

· F2 지점 고장 시 : A S/S의 Zone-2 요소로 지연동작

· F3 지점 고장 시 : B S/S의 Zone-1 요소로 순시동작하고 만약 동작실패 시 A S/S의 Zone-2요소로 지연동작

· F4 지점 고장 시 : C S/S의 Zone-1 요소로 순시동작하고 만약 동작실패 시 B S/S의 Zone-2요소로 지연동작하고,

                             그래도 동작실패 시 A S/S의 Zone-3 요소로 지연동작한다.

※참고자료

@보충설명
거리계전기는 임피던스계전기로, 임피던스를 측정하려면 기본적으로 전압과 전류를 측정해야 임피던스를 계산할 수 있다.
그래서 21(거리계전기)는 CT와 PT의 입력을 받아야 한다.
이렇게 계산된 임피던스와 계전기에 셋팅된 임피던스 값과 비교해서 계전기동작을 할것인지 말것인지 결정한다.
거리임피던스의 단위는 [옴/km]로써 송전선로 거리에 따라 임피던스값이 달라지며 거리에 따라 임피던스값은 선형적으로 비례한다.
그래서 측정된 임피던스를 보면 어느지점에서 고장이 발생한 것인지 알 수 있다.
자기 구간 내에서 고장이 발생하면 계전기동작을 하는 것이고, 자기구간 외의 고장이면 타 변전소에 설치된 계전기가 동작하는 것이다.

즉, 계전기 설치점에서 고장점까지 전기적거리(임피던스)를 측정하여 자기보호범위 내 계전기의 동작여부를 결정하는 방식으로
- 전력계통이 정상일 경우 거리계전기의 측정임피던스값은 부하까지의 거리(임피던스)이다.
고장이 없으니 중간에 단락이나 지락이 없으니 부하임피던스까지 포함한 거리(임피던스)가 측정된다.
- 전력계통에 고장이 발생한 경우 거리계전기의 측정임피던스값은 고장점까지의 거리(임피던스)이다.

거리계전기에 셋팅된 임피던스(Zs)보다 고장점까지의 임피던스(Zf)가 작으면(거리가 짧으면) 자기 보호구간 내 고장이므로 동작하며,
반대로, Zs보다 Zf가 크면(거리가 멀면) 동작하지 않는 것이다.

보다 명확한 이해를 위해 아래 참고자료를 통해 따져보도록 한다.

위와 같이 계전기의 셋팅임피던스는 4옴으로,
측정된 임피던스가 4옴보다 작으면(거리가 짧으면) 보호범위 내 고장이 발생한 것이므로 계전기동작을 통해 차단기를 오픈시킨다.

1. 개요
사고시에 계전기에 걸리는 전압과 전류의 비를 측정하여 계전기 설치점에서 고장점까지의 임피던스(Zf)를 계산하여
전기적인 거리에 따라 동작하는 계전방식이다.
거리계전기는 송전선로의 보호(후비보호)에 주로 사용되고, 발전기, 변압기의 후비보호로 사용된다.

2. 동작원리
1) 정상시
계전기 설치점에서 측정한 전압, 전류값은 정상범위내의 값으로 측정될 것이며, 계산된 임피던스는 부하까지 포함이 된다.
2) 고장시
계전기 설치점에서 측정한 전압은 감소하고 전류값은 증가한 값으로 측정될 것이며, 계산된 임피던스는 낮아지고
고장점까지의 임피던스만 계산되며, 이는 고장점까지의 거리를 의미한다.
이 값이 자기보호구간 내이면 동작한다.
· 동작조건 : 측정 임피던스(Zf) < 정정 임피던스(Zs)

3) 정정곡선
정정곡선은 그림과 같이 R-X평면상에 나타낸다. 정정 임피던스(Zs)

@보충설명
1)
· 정정곡선은 R-X 평면도에서 나타낸다. (X축: 저항, Y축:리액턴스 허수부)
· 왼쪽 그림과 같이 크기는 같고 위상은 다른 임피던스 평면도가 나타나게 된다.

2)
· 임피던스 페이저는 전압페이저의 전류페이저다.
· 항상 전압을 기준으로 하며, 전류가 전압보다 늦은 경우 -세타로 나타낸다.
크기는 임피던스Z가 되며, 위상 임피던스각은 세타가 된다.

3)
· 전압을 기준으로 전류가 어떤 위상이냐에 따라 크기는 같고 위상이 다른
아래 그림과 같이 다양한 임피던스가 나타날 수 있다.

4)
· 정상적인 부하이면 부하선이 아래와 같이 나타나며, 이 각을 역률각이라고 한다.
· 대부분 부하같은 경우 역률이 좋기 때문에 X보다는 R쪽에 가깝게 기울어져 있다.

5)
· 송전선로의 경우 아래와 같이 X축, 90도에 가깝게 기울어져 있다.
154kV경우 보통 가공송전선로 ACSR 410sqmm-2번들 복도체를 사용하며, RX비는 8정도 되며
345kV경우 480sqmm-4번들 복도체를 사용하며 , RX비는 17정도 된다.
세타를 계산해보면 154kV는 83도, 345kV는 87도가 된다.
즉, 거의 송전선로 임피던스 특성은 X축으로 치우쳐져 있다.
· 여기서 알아두어야 할 점은, 거리계전기는 방향성요소를 가질 수 있는 계전기라는 것이다.
전압과 전류를 동시에 측정하기 때문에, 항상 전압을 기준으로 전류의 위상을 비교한다.
임피던스 크기는 비록 같을 지라도 위상의 위치는 다르기 때문에, 위상에 따라서 동작시킬수도 있고 아닐수도 있다는 의미다.

6)
· 그래서, 부하운전을 하는 정상적인 경우에는 임피던스가 굉장히 크고 역률각은 굉장히 작은데 반해,
계통에 3상단락과 같은 사고가 발생할 경우, 부하선의 운전점이, X축에 가까운 송전선로 83도 혹은 87도의 송전선로 라인위
고장점으로 이동되며 동시에 위상이 커지는 것이다.
· 즉, 사고 시 선로의 임피던스만 남기 때문에 송전선로 임피던스 라인으로 그대로 들어오게 된다.
고장발생 거리가 멀수록 1위치에서 3위치 방향으로 고장점이 들어오게 된다. (3위치는 셋팅임피던스를 벗어나므로 계전기동작 안함)

· 여기서 최대감도각에 가장 가까워졌을 때는 3상단락일 가능성이 매우 높다는 의미로, 계전기는 가장 민감하게 동작한다.

3. 거리계전기의 종류

1) 임피던스형 거리계전기	1. 무방향성 거리계전기(전방, 후방 구분없이 동작함) 2. 아크 및 고정점 저항에 영향이 낮음 3. 정정원이 가장 커서 전력계통의 동요에 쉽게 응동하는 단점 @보충설명 · 아래와 같이 임피던스 크기만 보고 동작하는 임피던스형 거리계전기이므로, 방향(전압기준 전류의 위상)을 보지 않고 동작범위(정정원) 내에만 고장점이 들어오면 어느곳에서든 동작하기 때문에, 양방향전원인 전력계통에서 고장전류의 방향을 판별하기 불가능한 원초적 거리계전기다. · 아래와 같이 자기보호범위를 보통 전방이라고 하며, 자기 외 보호범위를 후방이라고 한다. 고장전류의 방향이 양쪽에서 올 수 있기 때문에 방향을 보고 계전기동작 결정을 내려야 하는데 아래처럼 계전기 설치점 기준, 후방에서 고장이 발생해도 고장점까지의 임피던스 크기가 정정원 임피던스값 내에만 있으면 동작해 버리게 되는 문제점이 있다. · 그래서 아래와 같이, 전방(자기보호범위)에서 고장이 발생해도 계전기가 동작하고, 후방(자기보호범위 외)에서 고장이 발생해도 계전기가 동작하는 문제점이 있다. · 이러한 원초적 거리계전기의 단점이 있어 송전선로 보호에 사용되지 않으며, 위 단점을 보완하기 위해 만들어진 것들이 다음의 계전기 종류들이다.
2) Mho형 거리계전기	1. 방향성이 있어서 자기방향만 선택적으로 보호할 수 있음 2. 정정원이 가장 작아서 전력계통의 동요에 강함 3. 계전기 설치점 근처 3상단락 고장시에 부동작 가능성 있음 4. 아크저항, 지락저항 성분에 의해 임피던스 reach에 영향을 줌 5. 아크저항이 큰 경우에도 Underreach 할 수 있음 @위 3항 보충설명 · 계전기설치점에 가까운 곳으로 고장이 발생할 수록 전류는 커지고 전압은 작아지므로, 3상단락이 계전기설치점에 아주 가까운 곳에 발생할 경우 전압이 0이 될 수 있다. · 즉, 임피던스값이 0이 되므로, 정정원 경계선과 0점이 겹치므로 계전기 부동작 가능성 있다. (정정원 안에 들어와야 계전기가 동작함) @위 4,5항 보충설명 · 아크저항이나 지락저항과 같은 고장성분의 저항도 임피던스 측정에 포함되므로, 계산의 오류를 불러올 수가 있다. 때문에 계산된 고장점이 정정원 내 위치하지 않고 X축 즉, 저항성분의 영향으로 예를들면 1에서 1'처럼 정정원 밖으로 밀려날 수가 있고 심하면 2위치에 놓여질수도 있어, 계전기가 reach(동작여부 결정)할 수 없게 된다. · 이러한 이유로 거리계전기는 보통 주보호로 쓰이지 않고 후비보호로 쓰인다.
3) Off-set Mho형 거리계전기	1. 원점을 포함하여 정정하므로, 계전기 설치점 근처 3상단락 고장시에 부동작 하지 않음 2. 후방의 고장도 일부 포함하게 됨 3. 기타 Mho형 특성과 동일 @보충설명 · 고장이 아닌 부하운전 중에도, 부하증가 시 부하전류의 증가로 인해 임피던스가 작아져서 정정원 내부로 들어올 수 있다. 즉, 전력계통의 응동에 쉽게 동작하는 단점이 있다.
4) 렌쯔형 거리계전기	1. off-set Mho 형의 개선형 2. 장거리 송전에서 부하전류가 큰 경우 오동작 우려 감소 3. 정정원이 보다 작아 계통동요에 강함
5) 리액턴스형 거리계전기	1. 리액턴스 특성이 고장점 아크저항의 영향을 받지 않으므로 단거리 송전선로 보호에 적합 2. 상시 부하전류에도 동작할 수 있고 3. 계통 동요가 있을 때 응동하기 쉬우므로 오동작을 막기 위해서 Mho형과 조합해서 사용함 @보충설명 · 옛날 기계식계전기(EM:Electro Magnetic)는 지금의 디지털계전기와 달리 자유자재로 사변형을 조정할 수 없기 때문에, 단독이 아닌 Mho형 계전기와 조합하여 사용하였다.
6) 저항형 거리계전기	1. 송전선로의 저항 성분을 검출하여 동작 2. 사변형계전기의 구성요소로 사용함 @보충설명 · 위와 유사함.
7) 사변형 거리계전기	1. 리액턴스형과 저항형 거리계전기를 조합한 형태로 Mho형 계전기의 단점을 보완하고 리액턴스 계전기의 장점을 사용 2. 최신 디지털 계전기의 대부분이 사변형 특성을 구현하고 있음. @보충설명· 지금의 디지털계전기는 정정 사변형을 자유자재로 셋팅할 수 있다.

동작특성에 따른 분류

1) 정한시(Definite)

    정정된 값 이상의 전류가 흐를 때 크기와 무관하게 일정시간 지연 후 동작

2) 순시(Instantaneous)

    정정된 최소동작전류 이상의 전류가 흐르면 의도적 지연 없이 동작

    50ms 이내로 동작

3) 반한시(Inverse)

    - 정정된 값 이상의 전류가 흘러서 그 크기와 동작시간이 반비례하여 동작

    - 특성곡선의 기울기에 따라 표준반한시, 강반한시, 초반한시, 장반한시로 나뉜다.

@보충설명

· 위 T-C곡선에서 정정전류는 어느 전류 값 이상을 넘어서면 계전기가 동작 한다는 최소동작전류의 의미이다.

  이 값 이상부터 계전기를 동작하는 형태를 어떻게 가져갈 것인지에 따라 정한시, 순시, 반한시로 나뉘게 된다.

· 단락전류 보호는 순시와 반한시를 조합하여 셋팅한다.

  순시 정정전류(셋팅전류)를 넘어서면 순시로 동작하고 그 이하의 값은 반한시로 동작하는 동작특성을 이룬다.

· 순시 50ms는 의도적으로 시간을 지연시키는 것이 아니지만, 정한시는 의도적으로 지연을 시키는 것이다.

· 단락전류는 열적데미지(I제곱*R*T)가 크므로 이를 최소화하기 위해 계전기 동작시간을 최소로 한다.

· 단락전류가 아닌 과전류를 보호하기 위해 일반적으로 반한시 특성곡선을 적용한다.

· 정정전류는 일반전류의 약 1.5배이다.

반한시 특성곡선을 이용하여 전위계전기와 후위계전기 간 보호협조를 만든다.

계전기 제조회사에서 반한시 특성곡선을 계전기에 입력할 때 아래와같이 IEC에서 제시하는 식과 유사하게 셋팅한다.

반한시 특성에 따른 구분(IEC 60255)

@보충설명

· 보통 강반한시(VI)를 보호협조에 가장 많이 사용한다.

· 모터의 경우 모터 기동특성과 협조를 해야 하기 때문에 장반한시(LI)를 사용한다.

1. 보호계전기 역할

1) 신속한 고장 제거

2) 사고파급 방지

3) 신속한 계통복구

2. 보호계전기의 구비조건

1) 신속성(Speed)

    고장이 발생 시 계통의 안정과 설비손상 및 고장구간을 최소화하기 위해 신속히 차단한다.

2) 검출강도(Sensitivity)

    고장을 검출할 수 있는 최소한의 감도 이상이어야 한다.

3) 선택성(Selectivity)

    고장 구간만 선택 차단하여 다른 건전 구간의 운전을 유지한다.

@보충설명

· 계전기는 일반적으로 PT, CT로부터 신호를 받아 동작한다.

· OCR은 전류만 필요하고 OVR은 전압만 필요로 하지만 방향성계전기는  전류,전압 모두 필요로 한다.

  예를들어 OCR은 일정전류 크기를 넘어가게되면 동작하고, OVR은 일정전압 크기를 넘어가면  동작한다.

· 반면 방향성계전기는 크기뿐만 아니라 위상까지 함께 본다.

· 통상 전력계통은 양단전원이기 때문에 크기만 보고 동작하면 정전범위가 너무 넓어지니

  꼭 필요한 부분만 차단시키기 위해서는 크기와 위상특성을 함께보는 방향성계전기를 적용한다.

4) 신뢰성(Reliability)

     보호구간 내 고장에 대해 오동작 하지 않고 정동작하여야 한다.

     - 정동작: 계전기가 동작해야 할 경우에 동작하는 것

     - 정부동작: 계전기가 동작하지 말아야 할 경우에 동작하지 않는 것

     - 오동작: 계전기가 동작하지 말아야 할 경우에 동작한 것

        → 산업용계통(two out of two, two out of three)

     - 오부동작: 계전기가 동작하여야 할 경우에 동작하지 않는 것

        → 유틸리티(one out of two)

@보충설명

· 보통 산업용계통(공장)에서 오동작이 발생하지 않기 위해 계통 신뢰성을 확보하기 위해

  아래와 같이 계전기 3개를 이용하여 two out of three를 적용하며 AND조건으로 구성한다.

· 오부동작이 절대 발생하지 않아야 하는 유틸리티(한전계통)에서는.

  차단되어야 하는 상황에서 차단되지 않으면 사고의 파급이 발생하기 때문에

  계전기 둘 중 하나만 동작해도 동작하는 one out of two를 적용하며, OR조건으로 구성한다.

5) 후비보호(Backup)

     고장구간의 계전기, 차단기 등의 불량으로 부동작 할 때, 타 보호장치 또는 다른 변전소의

     계전기로 제거할 수 있어야 한다.

     (현장백업, 원단백업)

6) 중첩성(Overlapping zone)

    · 보호되지 않는 구간(Blind zone)이 존재하지 않도록 보호구간(Zone)을 중첩한다.

    · CT의 설치위치는 차단기와 보호구간을 포함한다.

@보충설명

만약 보호구간을 아래와 같이 잡았을 경우 차단기 근처에서 고장이 발생해도 어느 변류기도 감지하지

못하는 보호맹점이 존재하게 된다.