버스바 차동 보호

버스바 차동 보호 정의

버스바 차동 보호는 키르히호프 전류 법칙을 사용하여 버스바에 들어오고 나오는 전류를 비교하여 고장을 신속하게 격리하는 방식입니다.

전류 차동 보호

버스바 보호 방식은 키르히호프 전류 법칙을 포함합니다. 이 법칙은 전기 노드에 들어오는 총 전류가 노드에서 나가는 총 전류와 정확히 같다고 명시합니다. 따라서 버스 구간에 들어오는 총 전류는 버스 구간에서 나가는 총 전류와 같습니다.

차동 버스바 보호의 원리는 매우 간단합니다. 여기서 CT의 2차측이 병렬로 연결됩니다. 즉, 모든 CT의 S1 단자가 함께 연결되어 버스 와이어를 형성하고, 마찬가지로 모든 CT의 S2 단자가 함께 연결되어 다른 버스 와이어를 형성합니다. 트립 릴레이는 이 두 버스 와이어 사이에 연결됩니다.

 위 그림에서 정상 상태에서 피드 A, B, C, D, E, F가 각각 IA, IB, IC, ID, IE, IF의 전류를 운반한다고 가정합니다. 이제 키르히호프 전류 법칙에 따르면,

 차동 버스바 보호에 사용되는 모든 CT는 동일한 전류 비율을 가지고 있습니다. 따라서 모든 2차 전류의 합도 반드시 0이어야 합니다.

 이제 모든 CT 2차측과 병렬로 연결된 릴레이를 통해 흐르는 전류를 iR라고 하고, iA, iB, iC, iD, iE, iF는 2차 전류입니다. 이제 X 노드에서 KCL을 적용해보겠습니다. X 노드에서 KCL에 따르면,

 따라서 정상 상태에서는 버스바 보호 트립 릴레이를 통과하는 전류가 없습니다. 이 릴레이는 일반적으로 Relay 87이라고 부릅니다. 이제 보호 구역 외부의 피더 중 하나에서 고장이 발생했다고 가정해봅시다.

그 경우, 고장 전류는 해당 피더의 CT의 일차측을 통과합니다. 이 고장 전류는 버스에 연결된 모든 다른 피더에서 기여합니다. 따라서 해당 피더의 대응 CT를 통해 기여된 고장 전류 부분이 흐릅니다. 고장 상태에서 K 노드에서 KCL을 적용하면 여전히 i R = 0을 얻게 됩니다.

즉, 외부 고장 상태에서도 Relay 87을 통과하는 전류가 없습니다. 이제 버스 자체에서 고장이 발생한 상황을 고려해봅시다. 이 조건에서도 고장 전류는 버스에 연결된 모든 피더에서 기여합니다. 따라서 이 조건에서는 모든 기여된 고장 전류의 합이 총 고장 전류와 같습니다.

고장 경로에는 CT가 없습니다. (외부 고장에서는 고장 전류와 다른 피더에서 고장에 기여하는 전류 모두 CT를 통과합니다). 모든 2차 전류의 합은 더 이상 0이 아닙니다. 그것은 고장 전류의 2차 등가치와 같습니다. 이제 노드에서 KCL을 적용하면 i R의 0이 아닌 값을 얻게 됩니다.

 따라서 이 조건에서는 87 릴레이를 통과하는 전류가 시작되며, 이는 해당 버스 구간에 연결된 모든 피더의 회로 차단기를 트립시키게 됩니다.

이 버스 구간에 연결된 모든 입출력 피더가 트립되므로 버스는 소멸됩니다. 이 차동 버스바 보호 방식은 또한 버스바의 전류 차동 보호라고 불립니다.

구획화된 버스바 보호

전류 차동 보호의 작동 원리를 설명하면서 우리는 단순한 비구획화된 버스바를 보여주었습니다. 그러나 중간 고압 시스템에서는 시스템의 안정성을 높이기 위해 전기 버스를 여러 구역으로 구획화합니다.

이는 한 구역의 버스에서 발생하는 고장이 시스템의 다른 구역을 방해하지 않도록 하기 위함입니다. 따라서 버스 고장 시 전체 버스가 중단됩니다. 이제 두 개의 구역으로 구성된 버스바의 보호에 대해 그려보고 논의해보겠습니다.

여기서 버스 구역 A 또는 구역 A는 CT 1, CT2, CT3로 구분되며, CT1과 CT2는 피더 CT이고 CT3는 버스 CT입니다.

전압 차동 보호

전류 차동 방식은 CT가 포화되지 않고 최대 고장 상태에서도 동일한 전류 비율과 위상 각 오차를 유지할 때만 민감합니다. 이것은 일반적으로 80이 아니며, 특히 피더 중 하나에서 외부 고장이 발생했을 때 그렇습니다. 고장이 발생한 피더의 CT는 총 전류에 의해 포화될 수 있으며, 결과적으로 매우 큰 오차가 발생합니다. 이러한 큰 오차로 인해 특정 구역의 모든 CT의 2차 전류 합이 0이 아닐 수 있습니다.

 따라서 외부의 큰 고장에서도 이 보호 구역과 관련된 모든 회로 차단기가 트립될 가능성이 높습니다. 이러한 전류 차동 버스바 보호의 오작동을 방지하기 위해 87 릴레이에는 높은 픽업 전류와 충분한 시간 지연이 제공됩니다. 전류 변압기 포화의 가장 큰 문제는 단락 전류의 일시적인 DC 성분입니다.

이러한 어려움은 공기 코어 CT를 사용하여 극복할 수 있습니다. 이 전류 변압기는 선형 커플러라고도 합니다. CT의 코어가 철을 사용하지 않으므로 이 CT의 2차 특성은 직선입니다. 전압 차동 버스바 보호에서는 모든 입출력 피더의 CT가 병렬로 연결되는 대신 직렬로 연결됩니다.

모든 CT의 2차측과 차동 릴레이가 폐회로를 형성합니다. 모든 CT의 극성이 적절히 일치하면 모든 CT 2차측의 전압 합은 0입니다. 따라서 차동 릴레이에 걸리는 결과 전압은 없습니다. 버스 고장이 발생하면 모든 CT 2차 전압의 합은 더 이상 0이 아닙니다. 따라서 결과 전압으로 인해 회로에 전류가 순환합니다. 

이 순환 전류는 차동 릴레이를 통해 흐르므로, 릴레이는 보호 버스 구역에 연결된 모든 회로 차단기를 트립시키도록 작동합니다. 접지 고장 전류가 중성 임피던스에 의해 심각하게 제한되지 않는 한, 일반적으로 선택성 문제가 없습니다. 그러한 문제가 존재할 경우에는 추가로 더 민감한 보호 릴레이 장비를 사용하여 해결합니다.

선택적 격리의 중요성

현대 시스템은 전력 중단을 최소화하고 빠른 고장 처리를 위해 오직 고장 구역만 격리해야 합니다.