릴레이 보호 기초: 송전선 결함 유형과 기본 보호 방식
1. 전력선로의 고장 유형
상간 고장:
3상 단락
2상 단락
지면 고장:
단상 대 지면 고장
2상 대 지면 고장
3상 대 지면 고장
2. 계전기 보호 장치의 정의
전력 시스템의 구성 요소에서 이상이나 고장이 발생하면, 계전기 보호 장치는 빠르고 선택적으로 고장 또는 이상 상태의 구성 요소를 시스템에서 격리하여 나머지 건전한 설비의 정상적인 작동을 보장합니다.
예시: 과전류 보호, 거리 보호, 제로 서퀀스 보호, 고주파 보호 등.
주 보호: 단락 고장 시 시스템 안정성 및 설비 안전의 기본 요구사항을 충족하는 보호입니다. 회로 차단기를 먼저 트립시키고 보호 대상 설비나 전체 선로의 고장을 선택적으로 제거합니다.
보조 보호: 주 보호나 회로 차단기가 작동하지 않을 경우 고장을 제거하는 보호입니다.
보조 보호: 주 보호와 보조 보호의 한계를 보완하기 위해 추가된 간단한 보호입니다.
3. 송전선로에서의 계전기 보호의 역할
작동 중인 송전선로는 강풍, 얼음과 눈, 낙뢰, 외부 손상, 절연 부족, 오염 플래시오버 등으로 인해 고장이 발생할 수 있습니다. 이러한 경우 계전기 보호 장치가 빠르고 선택적으로 작동하여 선로 회로 차단기를 트립시킵니다.
고장이 일시적이라면, 고장이 사라진 후 스위치가 성공적으로 재개되어 안전한 전력 공급이 복구됩니다. 고장이 영구적이라면, 재개가 실패하고 고장이 있는 선로가 신속하게 격리되어 건전한 선로의 계속적인 전력 공급이 보장됩니다.
4. 과전류 보호 장치
과전류 보호 장치는 선로 고장 시 전류가 크게 증가한다는 원칙에 따라 설계되었습니다. 고장 전류가 보호 설정값(픽업 전류)에 도달하면 장치가 작동을 시작합니다. 시간 지연 설정값에 도달하면 선로 회로 차단기가 트립됩니다.
일반적인 유형은 다음과 같습니다:
순간 과전류 보호: 간단하고 신뢰성이 있으며 빠르게 작동하지만, 같은 선로의 일부(대체로 80–85%)만 보호합니다.
시간 지연 과전류 보호: 짧은 시간 지연 후 작동하며, 선로의 전체 길이와 다음 하류 선로의 순간 보호와 조율되며 전체 선로를 보호합니다.
과전류 보호: 최대 부하 전류를 피하도록 설정됩니다. 전체 선로와 다음 선로의 전체 길이를 보호하며, 백업 보호 역할을 합니다.
방향성 과전류 보호: 과전류 보호에 전력 방향 요소를 추가합니다. 고장 전력이 버스에서 선로로 흐를 때만 작동하여 역방향 고장 시 오작동을 방지합니다.
5. 거리 보호 장치
거리 보호는 고장점과 보호 설치점 사이의 임피던스(또는 거리)에 반응합니다. 우수한 방향 특성을 가지고 있으며, 고압 링 네트워크에서 널리 사용됩니다. 일반적으로 3단계 거리 보호가 사용됩니다:
Zone I: 즉시 작동하여 선로 길이의 80%–85%를 보호합니다.
Zone II: 선로의 전체 길이를 보호하며, 다음 선로의 일부(일반적으로 인접 선로의 Zone I)까지 확장합니다.
Zone III: 이 선로와 다음 선로의 전체 길이를 보호하며, Zone I와 Zone II의 백업 역할을 합니다.
6. 제로 서퀀스 전류 보호 장치
직접 접지된 중성 시스템(고지면 고장 전류 시스템이라고도 함)에서 단상 대 지면 고장은 상당한 제로 서퀀스 전류를 생성합니다. 이 전류를 사용하는 보호 장치를 제로 서퀀스 전류 보호 장치라고 합니다. 일반적으로 3단계 구성을 사용합니다:
Stage I: 즉시 작동하는 제로 서퀀스 전류 보호, 선로 길이의 70%–80%를 커버합니다.
Stage II: 시간 지연 제로 서퀀스 전류 보호, 전체 선로 길이와 다음 선로의 일부를 커버합니다.
Stage III: 제로 서퀀스 과전류 보호, 전체 선로와 다음 선로를 보호하며 백업 역할을 합니다.
7. 고주파 보호 장치
고주파 보호는 선로 양 끝의 전류 위상각(또는 전력 방향)을 고주파 신호로 변환하여 고주파 채널을 통해 반대편으로 전송합니다. 시스템은 양 끝의 전류 위상 또는 전력 방향을 비교합니다.
이 보호는 보호된 선로 구간 내의 고장에만 반응하며, 하류 선로와의 조율이 필요하지 않습니다. 시간 지연 없이 작동하여 보호된 선로의 모든 고장을 신속하게 제거합니다.
작동 원칙에 따라 고주파 보호는 다음과 같이 분류됩니다:
차단형(방향 비교): 양 끝의 전력 방향을 비교합니다.
위상 비교형: 양 끝의 전류 위상각을 비교합니다.
8. 자동 재개폐 장치
자동 재개폐 장치는 회로 차단기가 트립한 후 자동으로 다시 닫아주는 장치입니다.
기능:
일시적 고장의 경우, 고장이 사라진 후 장치가 빠르게 회로 차단기를 재개폐하여 정상적인 전력 공급을 복구합니다.
영구적 고장의 경우, 재개폐가 실패하고 회로 차단기가 다시 트립하여 고장이 있는 선로가 격리되고, 건전한 선로의 계속적인 전력 공급이 보장됩니다.
9. 선로 고장 기록기
선로 고장 직전과 고장 중의 전류 및 전압 파형, 타이밍, 회로 차단기 작동 상태를 자동으로 기록하는 장치입니다.
기록된 파형을 분석하여 고장 유형을 정확히 결정하고, 고장 위치를 대략적으로 계산할 수 있습니다. 이는 고장 분석, 문제 해결 및 정상적인 전력 공급 복구를 위한 중요한 데이터를 제공합니다.
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