CH6. 이상전압 및 보호장치

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이상전압 및 전력용 개폐장치에서는 이상전압의 종류, 이상전압 방지대책, 피뢰기,보호계전시스템, 전력용 개폐장치 계기용변성에 대해 알아봅니다. 공부하는 양이 많다고 느끼신다면 반반씩 나누어서 공부하는 것도 좋은 방법입니다. 하지만 대부분 분들은 한번에 보실수 있게 요약자료를 만들었습니다.

1. 이상전압의 종류

이상전압은 계통의 최고 전압을 넘어선 값으로 계통의 내부 원인에 의한 내부 이상전압(주로 선로를 open 시킬때 발생- 개폐서지)와 직격뢰나 유도뢰와 같은 외부 이상전압으로 구별할 수 있습니다.

2. 이상전압 방지 대책

내부이상전압 방지대책에는 개폐저항기를 사용하고 외부이상전압(뇌서지)에 대한 방지대책에는 서지흡수기를 사용합니다. 그리고 지격뇌에 대한 방지대책으로 가공지선, 매설지선등이 있습니다. 가공지선과 매설지선의 용도가 무엇이며 어떤 효과가 있는지 요약자료에 포함시켜놓았습니다.

3. 피뢰기

피뢰기는 이상전압이 내습하면 대지로 방전하고 그 속류를 차단하는 장치로 이상전압의 파고값을 저감시켜 기기를 보호하는 설비로 직렬갭과 특성요소로 구성됩니다. 여기서, 속류는 방전전류에 이어 저원으로부터 공급되는 사용주파수의 전류가 직렬갭을 통하여 대지로 흐르는 전류를 말합니다.

시험에서는 피뢰기의 2요소와 3요소를 묻는 문제, 피뢰기 각 부분의 특징, 피뢰기의 전압에 대해 묻는 문제, 피뢰기의 구비조건 등을 묻는 문제가 출제됩니다.

4. 보호계전시스템

전력계통의 구성요소에서 사고나 이상현산이 발생하였을 대 이러한 상태를 방치하면 고장이 진전되어 안정된 전력공급을 할 수 없습니다. 고장의 종류, 고장의 전류와 전압, 고장점 위치 등을 정확히 검출하여 고장구간별 고속도 선택, 차단하는 지령을 내리는 등 계통보호를 하기 위해 보호계전시스템이 사용됩니다.

시험에서는 보호계전기의 구비조건과 계전기 동작시간에 의한 분류를 묻는 문제가 출제됩니다. 그리고 시험에 나오면 오답률이 높은 문제 '단락보호 목적의 계전기, 지락보호의 목적의 계전기, 모선 보호계전의 계전기가 아닌것은?'이란 문제에서 많이 틀립니다. 오답율이 높은만큼 시험에 자주 출제됩니다. 그리고 그 이외에도 시험에 출제되는 발전기의 보호계적방식, 변압기 보호계전방식, 선로보호의 계전기, 파이롯계전방식에 대해 내용을 더 했습니다.

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Ch.6 이상전압 및 보호계전 방식

* 이상전압

① 외부적인 요인 : 뇌서지

   방지대책 : “서지흡수기 ”사용

② 내부적인 요인 : 개폐서지 ( 대지전압의 4~6배)

   방지대책 : 개폐 저항기 사용

직격뇌의 파형

*이상적인 진행파

* 이상전압 방지대책

① 피뢰기

② 가공지선

③ 매설지선

① 피뢰기[LA] ≠ 피뢰침

→ 평소 동작X, 이상전압 내습 → 대지로 방전

피뢰기 2요소 : 특성요소 + 직렬갭        3요소 : 특성요소 + 직렬갭 + 실드링

* 피뢰기의 전압

제한전압	충격파 전류가 흐르고 있을 때의 피뢰기 단자전압
정격전압	속류를 끊을 수 있는 최고의 교류전압
충격방전 개시전압	피뢰기 단자간의 충격 전압을 인가하였을 때 방전을 개시하는 전압
상용주파방전개시전압	상용주파수의 방전개시 전압으로 피뢰기 정격의 1.5배 이상 ( 피뢰기 공칭전압으로 삼고 있음)

*피뢰기의 구비조건

① 충격방전 개시전압이 낮을 것 ② 제한전압이 낮을 것 ③ 상용주파방전 개시전압이 높을 것 ④ 속류차단 능력이 좋을 것 ⑤ 방전 내량이 클 것 ⑥ 내구성 및 경제성이 있을 것

변압기의 절연강도 > 피뢰기 제한전압+ 접지저항 전압강하

② 가공지선( 직격뇌로 전선로를 보호)

+ 통신선의 전자유도장해 경감

(지락전류 일부가 가공지선에 흐름)

★ 가공지선을 2가닥(2조) 사용 시 차폐각이 작게되어

  보호율이 우수하게 된다.

③ 매설지선 : 직격뇌에 의한 역섬락 방지

: 직격뇌에 의한 전류는 대단히 크므로, 철탑의 접지저항이 크면 철탑의 전위가 매우 높게 되며 역섬락이 발생하는데, 역섬락을 방지하기 위하여 철탑의 접지저항을 작게하기 위해 사용

   

* 절연보호

: 계통에서 시설되는 기기, 기구 및 애자 등의 상호간 절연강도를 적절하게 하여 계통설계를 합리적, 경제적으로 하는 것.

충격절연 내력크기 순서

선로애자 > 결합콘덴서 > 기기부싱 > 변압기 > 피뢰기

ex) 154 [kV] 송전계통의 절연협조

* 기준충격 절연강도

(BIL, Basie Impulse insulation Level)

기준 : 피뢰기의 제한전압은 다른 기기류의 기준충격

       절연강도보다 낮아야 한다.

기기의 여유도

■ 보호계전방식

보호계전의 목적 : 고장의 종류, 고장 전류와 전압, 고장점 위치 등을 정확히 검출하여 고장구간별 고속도 선택, 차단하는 지령을 내리는 등 계통보호를 하기 위함.

보호계전기의 구비조건

 ① 고장의 정도 및 위치를 정확히 파악할 것

 ② 동작이 예민하고 오동작이 없을 것

 ③ 소비전력이 적고 경제적일 것

 ④ 적당한 후비 보호 능력이 있을 것

동작시한에 의한 분류

 ① 순한시 계전기 (고속도 계전기)

: 고장 검출 즉시 동작하는 계전기

 ② 정한시 계전기

 : 고장검출 일정 시간 후에 동작하는 계전기

 ③ 반한시 계전기

: 고장전류가 크면 동작시합이 짧고, 고장전류가 작으면 동작시한이 길어져 동작하는 계전기.

 ④ 반한시 정한시성 계전기

 : 고장전류가 적은 동안에는 고장 전류가 클수록 동작시한이 짧게 되지만 고장전류가 일정 값 이상 되면 정한시 특성을 갖는 계전기.

용도 및 사용목적에 따른 계전기의 분류

① 과전류 계전기 ( OCR ) : 전류가 일정 값 이상으로 흐를 때 동작하는 계전기.

② 과전압 계전기 ( OVR ) : 전압이 일정 값 이상이 되었을 때 동작하는 계전기.

③ 부족전압 계전기 ( UVR ) : 전압이 일정 값 이하로 되었을 때 동작하는 계전기.

④ 지락 계전기 (GR) : 지락사고시 발생하는 지락 전류에 의하여 동작하는 계전기.

⇒ 선택지락 계전기 ( SGR ),지락방향 계전기( DGR )

⑤ 임피던스 (거리)계전기(ZR) : 전압 및 전류를 입력량으로 하여 전압과 전류의 비의 함수가 일정값 이하로 되었을 때 동작하는 계전기.

⑥ mho 계전기 : 방향특성을 갖는 거리 계전기.

* 단락보호 목적의 계전기

- 과전류 계전기 (OCR) - 메인으로 많이 사용

- 과전압 계전기 (OVR) - 문제에서 단락보호 목적의 계전기가 아닌 것은? 일 때 다 맞는 것 이라면 정답

- 부족전압 계전기 (UVR)

- 단락방향계전기 (DS) : 어느 일정 방향으로 일정 값 이상의 단락전류가 흘렀을 때 동작하는 계전기.

- 선택단락계전기 (SS) : 병행 2회선 송전선로에서 한쪽의 1회선 단락고장이 발생했을 때 고장회선의 선택차단

- 거리계전기 (Z) : 계전기가 설치된 위치로부터 고장점까지의 전기적 거리에 비례한 한시에서 동작

- 방향거리계전기 (DZ) : 거리 계전기에 방향성을 가지게 한 것 .

* 지락보호 목적의 계전기

* 모선 보호계전 방식

: 보호해야 할 범위가 좁고 뇌라든지 염해에 대해서도 충분히 절연을 강화하고 있기 때문에 사고율이 극히 낮음.

* 발전기의 보호계전 방식

* 변압기의 보호 계전 방식

*선로 보호

* 파이롯 계전방식

- 고장점의 위치에 관계없이 송전선로의 양단을 동시에 고속으로 차단하기 위하여 보호 구간 양단간에 통신수단을 두고 고장 사항을 서로 연락하여 보호하는 방식

·표시선 (pilot wire) 계전방식

: 전압 반향식, 방향 비교식, 전류 순환식

·반송(Currier) 계전방식

: 방향비교 반송방식, 위상비교반송방식, 반송트립방식