과전류 계전기, 비율차동 계전기 (변압기 전기 보호 장치)

변압기의 전기적 보호 장치는 주로 과전류 계전기, 비율차동 계전기로 구성되어 있고 과부하 및 후비보호, 변압기 권선 상간 및 층간 단락 보호, 권선 지락 보호를 목적으로 합니다.

 

1. 과전류 계전기 (Over Current Relay)

 

 

과전류 계전기 (OCR)은 5,000[KVA] 이하의 비율차동 계전기가 설치되지 않은 소용량 변압기 내부 보호를 위해 설치됩니다. 만약에 비율차동 계전기가 설치되었다면 후비보호용으로 활용됩니다. 기능으로는 이름 그대로 과부하, 과전류에 의한 변압기 소손을 방지하는 역할입니다. 순시 요소, 한시 요소를 각 상에 설치하여 과전류 보호와 외부 사고의 후비 보호를 담당합니다.

 

 

2. 비율차동 계전기 (Ratio Differential Current Relay)

 1) 동작 원리

  

 

변압기 내부 고장 시 1차 전류 (I1)와 2차 전류의 차이를 이용하여 내부 고장을 전기적으로 검출하는 것을 비율 차동 계전기 (RDR)라고 합니다. 일반적인 상황에서는 1차 전류 방향과 2차 전류 방향이 서로 반대이기 때문에 비율 차동 계전기 내부에서 1차 전류와 2차 전류가 교차하는 동작 코일 (Operation Coil) 에서 전류가 상쇄되어 0이 됩니다. 그래서 동작 코일에 흐르는 동작 전류가 발생하지 않게됩니다.

 

하지만 만약에 변압기 내부가 고장이 발생할 경우 1차 전류와 2차 전류의 차이가 발생하게 되고 동작 전류가 발생하여 비율 차동 계전기가 동작하게 됩니다.

 

2) 비율차동 계전기 문제점 및 대책

 ① 여자 돌입 전류로 인한 오동작

   변압기 무부하 투입시 순간적으로 여자 돌입 전류가 발생하여 정격 전류의 7~8배 전류가 흐르게 됩니다. 그러면 실제 변압기 내부가 고장나지 않았음에도 비율차동 계전기가 오동작하게 됩니다. 이러한 돌입 전류를 방지하기 위한 대책은 3가지가 있습니다.

 

  -. 감도 저하법 : 여자 돌입 전류는 투입 후 짧은 시간에 발생하기 때문에 Timer를 사용하여 0.2초 정도 지연 시켜 동작하게 하는 방법입니다.

  -. 고조파 억제법 : 여자 돌입 전류에 존재하는 고조파를 고조파 필터로 제거하여 오동작을 방지하는 방법입니다.

  -. 비대칭파 저지법 : 동작 코일과 저지 계전기를 직렬 접속하여 비대칭파 전류인 여자 돌입 전류가 발생 시 동작 코일을 억제하는 방법입니다. 

 

  ② 위상각 차, 변류비 불일에 의한 오동작

    변압기가 Y-△ 결선 시 1차, 2차 간 30도 위상 차가 존재하여 전류가 CT를 통과하면 1차, 2차 전류차로 인식하여 오동작하게 됩니다. 또한, 변류비 차이로 1차, 2차 전류가 차이나서 오동작하게 되는데 이는 위상각 보정, 보상 CT로 보정 가능합니다.

 

  ③ CT 특성의 불일치

    CT 자체의 특성 때문에 오동작하는 경우가 있는데 이는 별도 Tap 선정으로 오차를 정정할 수 있습니다.