보호계전기의 동작 분류, 운용 특성

1. 보호계전기의 동작 유형

보호계전기는 전력계통에서 사고가 발생했을 때 설비를 신속하고 안전하게 차단하기 위해 다양한 동작 상태를 구분한다.

(1) 정동작

• 계전기가 실제로 동작해야 하는 상황에서 정확히 동작하는 상태를 의미한다.
• 예시: 송전선로 A에서 단락사고가 발생하면 해당 보호구역에 설치된 a, b 계전기가 정확하게 동작해 차단기가 개방되는 경우가 정동작이다.

(2) 정부동작

• 계전기가 동작하지 않아야 하는 상황에서 동작하지 않는 상태이다.
• 예시: A지점 사고 시 보호구역과 무관한 c, d, e, f, g, h 계전기가 모두 동작하지 않는 것이 정부동작에 해당한다.

(3) 오동작

• 계전기가 동작하지 않아야 하는데 불필요하게 동작하는 상태를 의미한다.
• 예시: A지점 사고 시 보호구역과 상관없는 c나 d 계전기가 동작하여 불필요한 차단이 발생하면 오동작이다.
• 원인: 설정값 부적절, 외부 간섭, 기계적 오작동 등

(4) 오부동작

• 계전기가 반드시 동작해야 하는 상황에서 동작하지 않는 상태이다.
• 예시: A지점 사고 발생에도 a, b 계전기가 동작하지 않아 사고 전류가 지속되면 오부동작에 해당한다.
• 위험성: 사고 확대로 대규모 정전이나 기기 손상이 발생할 수 있다.

2. 동작 시간에 따른 보호계전기의 분류

동작 시간과 특성에 따라 보호계전기는 아래처럼 구분된다.

(1) 순시계전기

• 소정의 최소 동작전류 이상이 흐르면 지연 없이 즉시 동작한다.
• 용도: 단락전류 즉시 차단, 변압기 보호

(2) 정한시계전기

• 설정된 동작전류 이상이 유입되면 일정 시간 후 동작한다.
• 특징: 동작시간은 전류 크기에 관계없이 일정하다.
• 용도: 후비 보호, 계통 협조

(3) 반한시계전기

• 전류가 클수록 동작시간이 짧고, 전류가 작으면 동작시간이 길어진다.
• 특징: 계통 보호의 선택성을 높인다.
• 용도: 배전선 과전류 보호

(4) 반한시·정한시계전기

• 일정 전류 범위에서는 반한시 특성을 따르며, 전류가 크면 동작시간이 일정해지는 특성을 갖는다.
• 용도: 광범위한 부하 전류에 적응

3. 보호계전기 정정 시 유의사항

계전기를 설정(정정)할 때는 다음 사항을 반드시 고려해야 한다.

(1) 오동작 방지

• 보호구역 외부 사고나 과도전류에 의해 오동작하지 않도록 해야 한다.
• 방법:
• 동작하지 않아야 하는 범위에서 가장 예민한 결합강도로 조정
• 비정상 전류에 대한 여유도 확보
• 과도전류와 외란 필터링

(2) 속도

• 사고 시 신속하게 동작할수록 피해를 줄일 수 있다.
• 원칙:
• 동작시간 최소화
• 후비 보호와의 시간 협조 확보

(3) 동작형태 유지

• 각 계전기의 주보호 및 후비보호 간 협조곡선에 맞춰 설정값을 유지해야 한다.
• 중요성:
• 보호계전 협조가 깨지면 전력설비의 연쇄 정지 가능성 존재
• 점검 주기마다 설정값 점검 필요

4. 보호계전기의 운용 특성을 나타내는 용어

운용 과정에서 계전기의 상태를 나타내는 용어는 다음과 같다.

(1) 시동(Start)

• 계전기에 입력이 가해져 가동부의 움직임이 시작되는 상태

(2) 동작(Operation)

• 계전기가 본래의 기능을 수행하기 위해 접점을 개폐하거나 표시를 수행하는 상태

(3) 지지(Holding)

• 동작 상태를 유지하며 동작 입력을 계속 받는 상태

(4) 석방(Release)

• 계전기가 원위치로 되돌아가는 과정의 일부
• 예: 동작 후 접점 복귀

(5) 복귀(Drop Out)

• 계전기가 완전히 원위치로 돌아가는 전체 과정
• 복귀시간: 계전기가 복귀에 소요되는 시간
• 복귀 방식:
• 자기복귀: 스프링 등 기계적 복귀
• 전기복귀: 외부 전압으로 복귀
• 수동복귀: 인력이 복귀
• 한시복귀: 일정 시간 후 자동 복귀

(6) 픽업(Pick Up)

• 계전기의 가동부가 동작 위치에 도달하는 상태

(7) 부동(Floating)

• 가동부가 동작 또는 복귀 행정 중에 멈춰 동작을 상실한 상태

(8) 잠동(Creeping)

• 두 개 입력의 합으로 가동부가 구동되는 현상
• 예: 미세 누설 전류로 인한 오작동

5. 보호계전기의 설계 및 운용 시 고려사항

• 정동작·정부동작의 정확성을 확보하기 위해 시험과 점검 주기를 철저히 준수한다.
• 복귀 특성과 동작시간의 반복성을 검증한다.
• 고장 통계 자료를 기반으로 결합강도와 협조곡선을 검토한다.