대용량 화력발전기 및 송전변압기 보호계전기(87G, 40, 32, 51V)

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Table of Contents

1. 보호 계전기 및 보호원리

1) 87G (비율차동계전기)

보호 목적:

발전기의 전기자 권선에 발생하는 상간 단락, 지락 및 기타 내부 고장을 보호하기 위해 사용됩니다.
CT (Current Transformer)로부터 각 권선의 전류를 측정하여 1차와 2차 사이의 차동 전류가 일정 비율 이상 차이가 날 경우 내부 고장으로 판단하고 발전기를 차단하는 역할을 합니다.

적용 범위:

주로 2MVA 이상의 대형 발전기에 적용됩니다. 이 계전기는 발전기 내부 고장뿐만 아니라 발전기 외부 고장이 발생했을 때도 오작동을 방지할 수 있도록 동작 전류와 비율을 조정할 수 있습니다.

동작 원리:

1차와 2차 CT 전류의 차동을 통해 동작하며, 정상 상태에서는 두 전류가 거의 동일하게 흐릅니다. 그러나 내부 고장이 발생하면 두 전류 사이에 차이가 발생하게 되며, 이 차이를 계전기가 감지하여 보호 동작을 수행합니다.
이때 설정된 비율차에 따라 CT 1차와 2차의 차동 전류가 5% 이상일 때 보호 계전기가 동작하여 발전기를 차단합니다.

차동 비율:

일반적으로 비율차동 계전기의 동작 비율은 5~100% 범위에서 설정되며, 정상 운전 중에는 오작동을 방지하기 위해 비교적 높은 값을 설정합니다. 보통 10%로 설정합니다.

2) 40 (계자 회로 상실 계전기)

보호 목적:

발전기 운전 중 계자 회로가 상실되면 발전기의 동기 특성이 상실되고 무효 전력이 발생합니다. 이를 방지하기 위해 계자 회로 상실 계전기를 사용합니다.
계자 전류가 일정 수준 이하로 떨어지면 보호 동작을 하여 발전기를 차단합니다.

계자 상실 원인:

AVR 고장, 브러시 접촉 불량, 계자 회로 단선 등으로 인해 발생할 수 있으며, 계자 회로 상실 시 발전기의 동기 상태가 유지되지 못하고 큰 전력 손실이 발생합니다.

동작 원리:

계자 상실 시 계자 전류가 급격히 감소하며, 이때 계전기가 이를 감지하여 발전기를 보호하는 동작을 수행합니다.
설정된 전류 한계 값 이하로 떨어지면 즉시 보호 계전기가 동작합니다.

3) 32 (역전력 계전기)

보호 목적:

역전력 계전기는 발전기가 계통에서 전력을 받아 전동기처럼 동작하는 ‘Motoring’ 현상을 방지하는 역할을 합니다.
Motoring 현상이 발생하면 발전기 축에 과부하가 걸리며, 이를 방지하기 위해 역전력 계전기가 동작하여 발전기를 보호합니다.

동작 원리:

역전력 계전기는 발전기가 역방향 전력을 받아들일 때, 즉 전기 에너지가 계통으로부터 발전기로 흐를 때 동작합니다.
역전력 동작 시 일정 전력 이상으로 전력이 유입되면 계전기가 동작하여 발전기를 차단합니다. 일반적으로 설정된 값은 5% 이하입니다.

4) 51V (전압 억제부 과전류 계전기)

보호 목적:

전압이 급격히 떨어지거나 전압 손실이 발생할 때 전류가 급증할 수 있습니다. 이를 억제하고 과전류로 인한 손상을 방지하기 위해 사용되는 계전기입니다.

동작 원리:

전압이 설정된 값 이하로 떨어질 때 과전류 계전기가 동작하며, 전압 손실로 인한 과전류를 감지하여 발전기를 보호합니다.
전압은 50~200% 범위에서 설정할 수 있으며, 이때 동작 시간은 보통 0.4~0.5초입니다.

2. 단선도 해석

주요 구성 요소

CB (Circuit Breaker): 회로 차단기로 발전기나 송전선로에 이상이 발생했을 때 자동으로 전원을 차단합니다.
PT (Potential Transformer): 전압을 변성하여 측정하는 장치로, 주로 고전압을 저전압으로 변환하여 계측기나 계전기에서 사용하기 쉽게 합니다.
CT (Current Transformer): 전류를 변성하는 장치로, 고전류를 저전류로 변환하여 계측기 및 보호 계전기에서 사용하기 쉽게 합니다.
M (Metering Transformer): 계기용 변압기입니다.
Auxiliary Transformer: 보조 변압기로, 작은 전력 변압기에 사용됩니다.

3. 결론

발전기와 송전 변압기에서는 다양한 고장 상황에 대비하여 다수의 보호 계전기가 설치되어 있습니다. 87G는 전류 차동 보호를 담당하며, 40 계전기는 계자 상실을 감지합니다. 32 계전기는 역전력을 방지하고, 51V 계전기는 전압 억제 및 과전류 보호를 제공합니다. 이들 계전기의 적절한 설정과 운영은 대용량 발전기 및 변압기의 안정적인 운전을 보장하며, 고장 발생 시 손상을 최소화할 수 있습니다.

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