제한된 대지 고장 보호

지구 단락: 원인, 영향 및 보호 조치

지구 단락은 실선과 지구 사이에 의도하지 않은 전기 연결이 발생할 때 발생합니다. 이는 주로 절연체의 손상으로 인해 발생하며, 전기 부품의 노화, 기계적 손상 또는 혹독한 환경 조건에 노출되는 등의 요인이 이를 초래할 수 있습니다. 지구 단락이 발생하면 단락 전류가 전기 시스템을 통해 급격히 흐릅니다. 이러한 단락 전류는 지구 자체를 통해 또는 연결된 전기 장비를 통해 소스로 돌아갑니다.

지구 단락 전류의 존재는 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 변압기, 모터, 스위치기어 등 전력 시스템 내의 장비에 큰 손상을 줄 수 있으며, 구성 요소를 과열시키고 절연체를 녹여 물리적으로 파괴될 수도 있습니다. 더욱이, 지구 단락은 전기 공급의 연속성을 방해하여 주거, 상업, 산업 소비자들에게 영향을 미치는 정전을 초래합니다.

지구 단락과 관련된 위험을 완화하기 위해 제한된 지구 단락 보호 체계가 사용됩니다. 이 보호 체계의 핵심은 지구 단락 릴레이로, 전력 시스템을 보호하는 중요한 역할을 합니다. 지구 단락이 감지되면 지구 단락 릴레이는 회로 차단기에 트리핑 명령을 발행합니다. 이 작업은 회로의 고장 섹션을 신속하게 격리하여 단락 전류의 유량을 제한하고 잠재적인 손상을 최소화합니다.

지구 단락 릴레이는 전류 변압기의 잔여 부분에 전략적으로 배치되며, 아래 그림에서 보여주듯이 이것은 릴레이가 지구 단락을 나타내는 비정상적인 전류 흐름을 효과적으로 모니터링하고 감지할 수 있게 합니다. 특히, 이것은 전력 변압기의 델타 또는 접지되지 않은 별형 권선을 위한 필수적인 보호를 제공하여, 이러한 중요한 구성 요소를 단락 전류의 파괴적 영향으로부터 보호합니다. 아래 그림은 또한 지구 단락 릴레이와 변압기의 별형 또는 델타형 권선 간의 상세한 연결을 보여주며, 신뢰성 있는 고장 감지 및 보호를 보장하는 정확한 구성을 강조합니다.

지구 단락 보호 시스템 구성 및 작동

전류 변압기(CT)는 지구 단락 보호 시스템에서 중요한 역할을 하며, 보호 구역의 양쪽에 전략적으로 배치됩니다. 이러한 CT의 2차 단자는 보호 릴레이와 병렬로 연결되어 고장 감지를 위한 중요한 전기 경로를 형성합니다. CT의 출력은 전기 선로를 통해 흐르는 제로 시퀀스 전류를 나타내도록 특별히 설계되었습니다. 특히, 외부 고장에서는 제로 시퀀스 전류가 없지만, 내부 고장이 발생할 때는 실제 고장 전류의 두 배 크기로 증가합니다.

지구 단락 보호 시스템 작동

전기 시스템의 별형 연결 측은 아래 그림에서 보여주듯 제한된 지구 단락 보호 메커니즘에 의해 보호됩니다. 이 보호 체계는 보호 구역 내의 지구 단락을 정확하게 감지하고 대응하도록 설계되었으며, 제로 시퀀스 전류의 고유한 특성을 활용하여 신속하고 신뢰성 있는 고장 격리를 보장합니다.

지구 단락 보호 시스템: 작동 메커니즘 및 설계 특징

전기 네트워크 내에서 외부 고장(F1)이 발생한다고 가정해보겠습니다. 이 고장 이벤트는 전류 변압기(CT)의 2차측을 통해 I1과 I2라는 전류를 유발합니다. 전기 구성 및 외부 고장의 성질 때문에, I1과 I2의 결과 합은 0입니다. 반면에, 보호 구역 내에서 고장(F2)이 발생하면 I2만 존재하며, I1은 효과적으로 취소되거나 무시할 수 있는 수준입니다. 이 I2는 지구 단락 릴레이를 통과하여 작동을 유발합니다. 중요하게도, 지구 단락 릴레이는 보호 구역 내의 내부 고장에 대해서만 작동하도록 설계되어 있어, 선택적으로 전기 시스템의 고장 섹션을 격리합니다.

지구 단락 릴레이는 고장을 정확하게 감지하기 위해 높은 민감도를 가져야 합니다. 이 릴레이는 정격 권선 전류보다 적어도 15% 이상의 고장 전류를 감지하도록 설계되었습니다. 이 특정 설정은 릴레이가 전기 권선의 정의된 제한된 부분을 보호할 수 있도록 하므로, 이 보호 체계는 제한된 지구 단락 보호라고 적절히 명명되었습니다.

보호 시스템의 신뢰성을 더욱 향상시키기 위해 안정화 전류가 릴레이와 직렬로 연결됩니다. 이 추가는 중요한 기능을 수행합니다: 자기화 인러시 전류의 영향을 효과적으로 완화합니다. 자기화 인러시 전류는 시스템 에너지화 또는 기타 일시적인 이벤트 중에 발생할 수 있으며, 릴레이의 잘못된 트리핑을 유발할 가능성이 있습니다. 이러한 불필요한 전류를 상쇄함으로써 안정화 전류는 지구 단락 릴레이가 진정한 고장 상태에만 반응하도록 하여 전기 보호 시스템의 전체적인 무결성과 신뢰성을 향상시킵니다.