차동 보호 릴레이

정의

차동 보호 계전기는 두 개 이상의 전기량의 위상 차이에 따라 작동하는 계전기입니다. 이는 같은 전기량의 위상각과 크기를 비교하는 원리에 근거하여 작동합니다.

예시

송전선의 입력 및 출력 전류를 비교하는 경우를 예로 들 수 있습니다. 송전선의 입력 전류가 출력 전류보다 크다면, 이는 고장으로 인해 추가적인 전류가 흐르고 있다는 것을 의미합니다. 이러한 전류 차이는 차동 보호 계전기를 활성화시킬 수 있습니다.

작동을 위한 필수 조건

차동 보호 계전기가 제대로 작동하려면 다음 조건이 충족되어야 합니다:

• 계전기가 사용되는 네트워크는 두 개 이상의 유사한 전기량을 가져야 합니다.

• 이러한 양은 약 180º의 위상 변위를 가져야 합니다.

차동 보호 계전기는 발전기, 변압기, 피더, 대형 모터, 버스바 등 다양한 전기 구성 요소를 보호하기 위해 사용됩니다. 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

• 전류 차동 계전기

• 전압 차동 계전기

• 편향 또는 백분율 차동 계전기

• 전압 균형 차동 계전기

전류 차동 계전기

전류 차동 계전기는 전기 시스템에 들어가는 전류와 나가는 전류의 위상 차이를 감지하고 반응하는 종류의 계전기입니다. 아래 그림은 과전류 계전기가 차동 계전기로서 기능하도록 연결된 구성을 나타내고 있습니다.

과전류 계전기의 구성은 아래 그림에 표시되어 있습니다. 점선은 보호하려는 구역을 나타냅니다. 보호 구역의 양 끝에 전류 변환기(CT)가 위치하며, 이 변환기의 2차측은 파일럿 와이어를 통해 직렬로 연결됩니다. 결과적으로 CT에서 유도된 전류는 동일한 방향으로 흐릅니다. 계전기의 작동 코일은 CT의 2차측에 연결됩니다.

정상 운전 조건에서는 전류 변환기(CT)의 2차측 전류 크기가 동일하여 작동 코일을 통과하는 전류가 없습니다. 그러나 고장이 발생하면 CT의 2차측 전류 크기가 불균등해져서 계전기가 작동하게 됩니다.

편향 또는 백분율 차동 코일

편향 또는 백분율 차동 계전기는 가장 일반적으로 사용되는 차동 계전기 유형입니다. 전류 차동 계전기와 유사한 구성을 가지고 있으며, 주요 차이점은 파일럿 와이어에 연결된 추가적인 제동 코일이 포함되어 있다는 것입니다. 아래 그림에서 볼 수 있습니다.

작동 코일은 제동 코일의 중간 지점에 연결됩니다. 고장 전류가 발생하면 전류 변환기의 전류 비율이 불균형해집니다. 그러나 이 문제는 제동 코일에 의해 효과적으로 해결됩니다.

유도형 편향 차동 계전기

유도형 편향 차동 계전기는 전자석 사이에서 자유롭게 회전하는 디스크를 특징으로 합니다. 각 전자석에는 전자석 안팎으로 움직일 수 있는 구리 셰이딩 링이 장착되어 있습니다. 디스크는 작동 및 제동 요소의 영향을 받아 전체적인 힘이 작용합니다.

셰이딩 링의 위치가 작동 및 제동 요소 모두에 대해 균형 상태일 때, 링에 작용하는 합력은 0이 됩니다. 그러나 링이 철심 쪽으로 이동하면, 작동 및 제동 코일의 결합 영향으로 인해 불균등한 토크가 링에 가해집니다.

전압 균형 차동 계전기

전류 차동 계전기는 피더를 보호하기에 적합하지 않습니다. 피더를 보호하기 위해서는 전압 균형 차동 계전기가 사용됩니다. 전압 균형 차동 계전기 구조에서는 보호 구역의 양 끝에 동일한 전류 변환기가 배치되며, 파일럿 와이어를 통해 연결됩니다.

이 계전기는 전류 변환기의 2차측과 직렬로 연결되며, 정상 운전 중에는 이를 통과하는 전류가 없습니다. 전압 균형 차동 계전기는 공기 코어 전류 변환기를 사용하며, 여기서 전압은 흐르는 전류에 비례하여 유도됩니다.

보호 구역 내에서 고장이 발생하면, 전류 변환기(CT)의 전류가 불균형해집니다. 이 불균형은 CT의 2차측 전압을 교란시킵니다. 결과적으로 계전기의 작동 코일을 통과하는 전류가 생깁니다. 따라서 계전기가 작동하여 회로 차단기에 명령을 보내고, 고장된 회로 부분을 격리하게 됩니다.