[실무] 87 : 비율차동계전기(Ratio Differential Relay)

이번 시간은 전기관련 업무를 하면서 누구나 한 번쯤 들어 보았을 

비율 차동계전기에 대해 알아보도록 하겠습니다.

많은 책이나 블로그에서 비율차동계전기의 배울 수 있는 내용보다 

실무에서 비율 차동계전기가 어떻게 동작하는지 알아보는데 초점을 맞추어 정보를 공유하는 

시간을 갖도록 하겠습니다.

(주의! 전기기사와 관련이 없을 수 있습니다.)

향후 전기기사를 공부하는 분들을 위한 비율차동계전기 파트를 따로 만들겠습니다.

 

 

1.비율차동계전기

 

비율 차동계전기는 발전기, 변압기 등을 보호하기 위한 계전기 입니다. 1,2차측의 전류의 벡터차이를 이용하여 보호 요소를 동작시키게 됩니다. 비율차동계전기의 가장 큰 핵심은 CT에 있다고 볼 수 있습니다. CT의 포화 특성에 의해 비율차동계전기의 Id,Ib특성곡선이 나타나게 되며 특히 1,2차측의 결선방법이 상이한 경우 CT를 이용하여 위상을 바로 잡을 수 도 있습니다.

 

그렇다면 먼저 비율차동계전기의 특성곡선에 대해 알아보도록 하겠습니다.

위의 비율차동계전기는 CT의 포화특성곡선에 따라 다음과 같이 나타나게 됩니다.  Section1의 경우 CT의 불포화 상태로 안정된 상태를 의미합니다. Section2의 경우 CT의 포화상태를 예상하여 전류의 크기에 비례하여 오차를 둔 상태이며 Section3의 경우 CT가 포화된 것을 가정하며 일정 값 이상 상승 하게되면 87계전기를 Id의 크기에 상관없이 무조건 Trip시키게 됩니다.

 

2. CT포화곡선

 

먼저 CT포화곡선에 대하여 알아보기 전 CT에 대해 알아보도록 하겠습니다. (지난시간 링크를 남겨 두겠습니다.)

https://retriever12.tistory.com/48

PT : 계기용 변압기, CT : 변류기(FEAT. CTT, PTT의 용도 )

 

본론으로 넘어와 CT또한 Transformer의 일종이며 1,2차측의 코일의 감은 수를 이용하여 전류를 측정하는 계기입니다. CT의 경우 특정 대전류를 소전류로 만들어 전류를 측정하는데 도움을 주지만, 허용된 전류보다 더 큰 전류가 흐를 경우 CT의 정확도가 떨어지게 됩니다.

 

예를 들자면 전기를 공부하다 보면 간혹 5P20이라는 용어를 볼 수 있습니다. (단선도를 보면 쉽게 찾아 볼 수 있습니다.) 여기서 5P20은 정격전류의 20배가 흐를 경우 5%의 오차가 발생한다는 의미입니다.

 

그림을 통해 CT포화곡선을 알아 보겠습니다.

CT의 실포화 곡선 또한 계전기 특성곡선 처럼 3부분으로 나눌 수 있습니다. CT실 포화곡선과 계전기 특성곡선 Section3부분을 겹쳐 본다면 CT가 포화되어 많은 전류가 흘러도 더 이상 V0가 상승하지 않는 부분을 확인 할 수 있습니다. 이러한 특징 때문에 비율차동계전기는 특성 곡선에 따라 움직이게 됩니다.(I0와 V0는 여자전류와 자속을 의미 합니다.)

 

3.비율차동계전기의 보호요소와 주의사항

 

비율차동계전기를 사용하는 이유는 가장 크게 변압기, 발전기의 1,2차측의 전류의 불균형에 있지만 비율차동계전기는 여러가지 보호 요소를 갖습니다. 가장 먼저 전류의 차동요소와 고조파 억제요소, 한시과전류 트립요소 등 다양한 요소를 가지고 있습니다. 

 

비율차동계전기를 시험할 경우 Omicron을 이용할 때 주의사항은 다음과 같습니다.

3-1내부사고 vs 외부사고

1차측 전류와 2차측 전류의 내부고장 시 위상은 반대방향이므로 180도의 차이를 주어야 합니다. 예를 들어 1차측 전류의 위상을 0도 120도 -120도를 주었을 때 2차측 전류는 180도 300도 60도의 값을 주어야 합니다. 외부고장일 경우 위상의 방향은 같습니다. 이와 관련된 내용을 지난시간 다룬 적이 있습니다. 관련링크를 남겨 놓겠습니다.

https://retriever12.tistory.com/12

방향성 계전기 & 계전기가 방향을 읽는 방법(How to determin the direction of Relay :87N)

3-2 Y-Delta결선 

전기기사를 공부할 때와 달리 요즘 대부분의 계전기가 CT결선을 변환할 수 있기 때문에 변압기 1차측이 Y결선이고 2차측이 Delta결선 일 때 따로 CT의 결선을 바꾸지 않습니다. 계전기의 Phase를 바꾸어 해당되는 결선으로 맞출수 있습니다. 그렇기 때문에 Omicron을 이용하여 고장전류를 재현할 때 Delta쪽 전류의 위상에 30도 보상을 해주어야 합니다. 그렇지 않으면 정확한 Pick up값을 찾기 어렵게 됩니다.

 

 

긴글 읽어 주셔서 감사합니다.