발전기 또는 발전기의 로터 대지 단락 보호
발전기의 로터는 필드 와인딩으로 감겨 있습니다. 필드 와인딩이나 엑시터 회로에서 발생하는 단일 접지 결함은 기계에 큰 문제가 되지 않습니다. 그러나 두 개 이상의 접지 결함이 발생하면, 와인딩의 결함 부분 사이에서 단락이 발생할 가능성이 있습니다. 이 단락된 부분은 불균형 자기장(magnetic field)을 유발하고, 이를 통해 기계의 베어링에 불균형 회전으로 인한 기계적 손상이 발생할 수 있습니다.
따라서 로터 필드 와인딩 회로에서 발생하는 접지 결함을 감지하고 이를 수정하여 기계의 정상적인 작동을 유지하는 것이 항상 필요합니다. 발전기 또는 발전기의 로터 접지 결함을 감지하는 다양한 방법이 있지만, 모든 방법의 기본 원리는 동일하며, 그 원리는 접지 결함 경로를 통해 릴레이 회로를 닫는 것입니다.
이 목적을 위해 주로 세 가지 유형의 로터 접지 결함 보호 체계가 사용됩니다.
포텐셔미터 방법
AC 주입 방법
DC 주입 방법
각 방법을 차례대로 살펴보겠습니다.
발전기의 로터 접지 결함 보호를 위한 포텐셔미터 방법
이 체계는 매우 간단합니다. 여기서 적절한 값의 저항(resistor)이 필드 와인딩과 엑시터 양쪽에 연결됩니다. 저항은 중앙에 탭(tap)이 있으며, 전압 민감 릴레이를 통해 지면에 연결됩니다.
아래 도면에서 볼 수 있듯이, 필드 와인딩이나 엑시터 회로에서 발생하는 어떠한 접지 결함도 접지 경로를 통해 릴레이 회로를 닫습니다. 동시에 저항의 포텐셔미터(potentiometer) 작용으로 인해 릴레이에 전압(voltage)이 나타납니다.
이 간단한 발전기의 로터 접지 결함 보호 방법에는 큰 단점이 있습니다. 이 배치는 필드 와인딩의 중심을 제외한 어느 점에서든 발생하는 접지 결함만 감지할 수 있습니다.
회로에서 명확하게 알 수 있듯이, 필드 회로의 중심에서 발생하는 접지 결함은 릴레이에 어떠한 전압도 나타나지 않게 됩니다. 즉, 단순한 포텐셔미터 방법의 로터 접지 결함 보호는 필드 와인딩의 중심에서 발생하는 결함을 감지하지 못합니다. 이 어려움은 저항의 다른 위치에 푸시 버튼을 추가하여 해결할 수 있습니다. 만약 이 푸시 버튼을 누르면, 중심 탭이 이동하여 필드 와인딩의 중심에서 발생하는 접지 결함 시에도 릴레이에 전압이 나타나게 됩니다.
발전기의 로터 접지 결함 보호를 위한 AC 주입 방법
여기서 하나의 전압 민감 릴레이가 필드와 엑시터 회로의 어느 지점에 연결됩니다. 릴레이의 다른 단자는 콘덴서(capacitor)와 보조 변압기(transformer)의 부속품을 통해 지면에 연결됩니다. 아래 도면 참조:
필드 와인딩이나 엑시터 회로에서 어떠한 접지 결함이 발생하면, 릴레이 회로가 접지 경로를 통해 닫히고, 따라서 보조 변압기의 부속품 전압이 전압 민감 릴레이에 나타나며, 릴레이가 작동합니다.
이 체계의 주요 단점은, 콘덴서를 통해 항상 엑시터와 필드 회로로 누설 전류(current)가 있을 가능성이 있다는 것입니다. 이는 자기장(magnetic field)의 불균형을 초래하고, 따라서 기계 베어링에 기계적 스트레스를 일으킬 수 있습니다.
이 체계의 또 다른 단점은, 릴레이 작동을 위한 별도의 전압 소스가 있기 때문에, AC 회로의 공급이 실패할 때 로터 보호가 비활성화된다는 것입니다.
발전기의 로터 접지 결함 보호를 위한 DC 주입 방법
AC 주입 방법의 누설 전류 문제는 DC 주입 방법에서 해결할 수 있습니다. 여기서 DC 전압 민감 릴레이의 한 단자가 엑시터의 양극에 연결되고, 다른 단자는 외부 DC 소스의 음극에 연결됩니다. 외부 DC 소스는 보조 변압기와 브리지 정류기를 통해 얻습니다. 여기서 브리지 정류기의 양극이 접지됩니다.
아래 도면에서 볼 수 있듯이, 필드 접지 결함이나 엑시터 접지 결함이 발생하면, 외부 DC 소스의 양극 전위가 엑시터의 양극에 연결된 릴레이 단자에 나타납니다. 이렇게 하면 정류기 출력 전압이 전압 릴레이에 나타나 작동하게 됩니다.
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