라인 또는 피더의 보호

전기 전력 송전선의 길이는 일반적으로 충분히 길고 공기 중을 통과하므로, 전기 전력 변압기와 발전기에 비해 전기 전력 송전선에서 고장이 발생할 확률이 훨씬 높습니다. 이 때문에 송전선은 변압기나 발전기보다 훨씬 더 많은 보호 장치가 필요합니다.
송전선 보호는 다음과 같은 특별한 기능을 가져야 합니다.

1. 고장 시, 고장 지점에 가장 가까운 회로 차단기만 작동해야 합니다.

2. 고장 지점에 가장 가까운 회로 차단기가 작동하지 않는 경우, 그 다음으로 가까운 회로 차단기가 백업으로 작동해야 합니다.

3. 송전선 보호와 관련된 계전기의 작동 시간은 가능한 한 짧아야 하며, 다른 건전한 파트의 회로 차단기의 불필요한 작동을 방지해야 합니다.

위에서 언급한 요구 사항은 송전선 보호를 변압기 및 전력 시스템의 다른 장비의 보호와 크게 다르게 만듭니다. 주요 세 가지 송전선 보호 방법은 다음과 같습니다.

1. 시간 등급 과 전류 보호.

2. 차동 보호.

3. 거리 보호.

시간 등급 과 전류 보호

이는 단순히 전기 전력 송전선의 과 전류 보호라고도 할 수 있습니다. 이제 시간 등급 과 전류 보호의 다양한 방식에 대해 논의해 보겠습니다.

방사형 피더 보호

방사형 피더에서는 전력이 소스에서 부하로 한 방향으로만 흐릅니다. 이러한 유형의 피더는 정시계 또는 역시계 계전기를 사용하여 쉽게 보호할 수 있습니다.

정시계 계전기로 하는 선로 보호

이 보호 방식은 매우 간단합니다. 여기서 전체 선로는 여러 섹션으로 나뉘어 각 섹션에는 정시계 계전기가 설치됩니다. 선로 끝에 가장 가까운 계전기는 최소 시간 설정을 가지며, 다른 계전기들은 소스 쪽으로 점진적으로 시간 설정이 증가합니다.
예를 들어, 아래 도면에서 A 지점에 소스가 있다고 가정하겠습니다.

D 지점에서 CB-3 회로 차단기는 0.5초의 정시계 계전기 작동 시간으로 설치됩니다. 그 다음 C 지점에서 1초의 정시계 계전기 작동 시간으로 CB-2 회로 차단기가 설치됩니다. B 지점에서 A 지점에 가장 가까운 CB-1 회로 차단기가 설치되며, 이 계전기는 1.5초의 작동 시간으로 설정됩니다.
이제 F 지점에서 고장이 발생한다고 가정해 보겠습니다. 이 고장으로 인해 모든 전류 변환기 또는 CT를 통해 고장 전류가 흐르게 됩니다. 그러나 D 지점의 계전기 작동 시간이 가장 짧으므로, 이 계전기와 연결된 CB-3이 먼저 작동하여 고장 구역을 선로의 나머지 부분에서 분리합니다. 어떤 이유로 CB-3이 작동하지 않는 경우, 다음으로 시간이 긴 계전기가 작동하여 연결된 CB를 작동시키게 됩니다. 이 경우 CB-2가 작동하게 됩니다. 만약 CB-2도 작동하지 않는다면, 다음 회로 차단기인 CB-1이 작동하여 선로의 대부분을 분리합니다.

정시계 선로 보호의 장점

이 방식의 주요 장점은 간단함입니다. 두 번째 주요 장점은 고장 시, 고장 지점에서 소스 쪽으로 가장 가까운 CB만 작동하여 특정 위치의 선로를 분리한다는 것입니다.

정시계 선로 보호의 단점

선로의 섹션이 매우 많다면, 소스에 가장 가까운 계전기의 시간 설정이 매우 길어질 수 있습니다. 따라서 소스 근처에서 고장이 발생하면 고장 구역을 분리하는 데 많은 시간이 걸릴 수 있으며, 이는 시스템에 심각한 파괴적 영향을 미칠 수 있습니다.

역시계 계전기로 하는 과 전류 선로 보호

방금 논의한 정시계 과 전류 보호의 단점은 역시계 계전기를 사용하여 쉽게 해결할 수 있습니다. 역시계 계전기의 작동 시간은 고장 전류와 반비례합니다.

위 도면에서 D 지점의 계전기의 전체 시간 설정이 가장 짧으며, A 지점으로 향하는 계전기들의 시간 설정은 점진적으로 증가합니다.
F 지점에서 고장이 발생하면, 당연히 D 지점의 CB-3이 작동할 것입니다. CB-3이 열리지 않는 경우, C 지점의 계전기의 전체 시간 설정이 더 크므로 CB-2가 작동하게 됩니다.
소스에 가장 가까운 계전기의 시간 설정이 가장 길지만, 큰 고장이 소스 근처에서 발생하면, 계전기의 작동 시간이 고장 전류와 반비례하기 때문에 짧은 시간 내에 작동할 것입니다.

병렬 피더의 과 전류 보호

시스템의 안정성을 유지하기 위해 소스에서 부하까지 두 개 이상의 피더를 병렬로 연결하여 공급해야 합니다. 어느 하나의 피더에서 고장이 발생하면, 해당 고장 피더만 시스템에서 분리되어 소스에서 부하까지의 공급 연속성을 유지해야 합니다. 이 요구 사항은 방사형 피더의 단순한 비방향 과 전류 보호보다 병렬 피더 보호를 조금 더 복잡하게 만듭니다. 병렬 피더 보호는 방향성 계전기를 사용하고 선택적 작동을 위한 계전기의 시간 설정을 조정해야 합니다.

소스에서 부하까지 두 개의 피더가 병렬로 연결되어 있습니다. 두 피더 모두 소스 쪽에 비방향 과 전류 계전기를 갖추고 있습니다. 이 계전기들은 역시계 계전기여야 합니다. 또한 두 피더 모두 부하 쪽에 방향성 계전기 또는 역방향 전력 계전기를 갖추고 있습니다. 여기서 사용되는 역방향 전력 계전기는 즉시 작동하는 타입이어야 합니다. 즉, 피더의 전력 흐름이 역방향으로 바뀌는 즉시 작동해야 합니다. 전력의 정상적인 방향은 소스에서 부하로 입니다.
이제, F 지점에서 고장이 발생한다고 가정해 보겠습니다. 고장 전류는 If라고 합시다. 이 고장은 소스로부터 두 개의 병렬 경로를 얻게 됩니다. 하나는 회로 차단기 A만을 통한 경로이고, 다른 하나는 CB-B, 피더-2, CB-Q, 부하 버스, 그리고 CB-P를 통한 경로입니다. 아래 도면에서 명확히 보여주고 있으며, IA와 IB는 각각 피더-1과 피더-2에서 공유하는 고장 전류입니다.

키르히호프의 전류 법칙에 따르면, IA + IB = If입니다.

IA는 CB-A를 통해 흐르고, IB는 CB-P를 통해 흐릅니다. CB-P의 전력 흐름 방향이 역방향으로 바뀌므로 즉시 작동합니다. 하지만 CB-Q는 전력 흐름 방향이 바뀌지 않으므로 작동하지 않습니다. CB-P가 트립되면, 고장 전류 IB가 피더를 통해 흐르지 않으므로, 역시계 과 전류 계전기의 추가 작동은 없습니다. IA는 CB-P가 트립된 후에도 계속 흐릅니다. 이때 과 전류 IA로 인해 CB-A가 트립됩니다. 이렇게 하여 고장 피더가 시스템에서 분리됩니다.

차동 파일럿 와이어 보호

이는 단순히 피더에 적용된 차동 보호 방식입니다. 여러 차동 보호 방식이 선로 보호에 적용되지만, 메르츠-프라이스 전압 균형 시스템과 트랜슬레이 스키마가 가장 널리 사용됩니다.

메르츠-프라이스 균형 시스템

메르츠-프라이스 균형 시스템의 작동 원리는 매우 간단합니다. 이 선로 보호 방식에서는 선로의 양 끝에 동일한 CT를 연결합니다. CT의 극성은 동일합니다. 이 CT의 2차측과 두 개의 순간 계전기의 작동 코일이 폐루프를 형성하며, 아래 도면에서 보듯이 파일럿 와이어를 사용하여 CT 2차측과 두 계전기 코일을 연결합니다.

도면에서 알 수 있듯이, 시스템이 정상 상태일 때, 한 CT의 2차 전류가 다른 CT의 2차 전류를 상쇄하므로 폐루프에는 전류가 흐르지 않습니다.
이제, 이 두 CT 사이의 선로 부분에서 고장이 발생하면, 한 CT의 2차 전류가 더 이상 다른 CT의 2차 전류와 같거나 반대가 되지 않으므로, 폐루프에는 순환 전류가 발생합니다.
이 순환 전류로 인해 두 계전기의 코일이 연결된 회로 차단기의 트립 회로가 닫힙니다. 따라서 고장된 선로는 양쪽에서 분리됩니다.

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