모선의 보호방식

가. 개 요

모선이란 송,배전선, 발전기, 변압기, 조상설비 등이 접속되어 있는 공동도체를 말하며 모선접속기기를 포함한다.
전력계통에서 모선의 고장은 발생빈도가 매우 적지만 일단 사고가 발생하면 계통전체의 신뢰도, 안정도를 저감시키는 것이 된다. 따라서 모선의 보호협조는 계통의 전반을 고려한 것이어야 하며 우수한 전용의 모선방식과 확실한 후비보호방식이 고려되어야 한다.
모선의 보호에서는 외부사고시 고장전류가 피 보호 모선의 Impedance에 제한을 받지 않으며, 단자수가 많은 것이 특징이고 특정 변류기에 고장전류가 집중하여 그 변류기만이 포함되어 차동회로에 오차전류가 발생하여 오 동작할 우려가 있다.

나. 보호방식의 종류

1. 차동계전방식

전류 비율차동방식, 전압차동방식, Linear Coupler방식, 위상비교방식이 있다.

1-1. 전류차동방식

1-1-1. 비율 차동방식

외부사고시 변류기의 오차에 의한 차동회로 전류로 오동작하지 않도록 하기 위해 회선전류(통과전류)로 억제하는 방식이다.
동작한계치는 동작코일의 전류와 억제코일의 전류의 비로 결정되며, 모선에 흐르는 고장전류는 변압기 등과 같이 임피던스가 없어서 고장지점에 따라 전류변화가 크므로 모선보호용 차동계전기의 억제는 비 직선성으로 하여 통과전류가 클수록 억제력을 증가시키는 방법을 사용하며 이러한 것을 포화 비율차동이라 한다.

1-1-2. 과전류차동방식

차동회로의 과전류를 검출하는 방식으로 CT의 특성 불평으로 인한 오동작을 일으키기 쉬우므로 중요한 변전소는 적용하지 않고 있다.

1-2. 전압 차동방식

전압계전기를 사용한 전류차동방식의 일종

차동회로에 전류계전기 대신 임피던스가 높은 전압계전기를 접속하는 방식으로 차동회로저항 또는 임피던스를 크게 할수록 CT 오차전류에 의한 계전기의 오동작을 줄일 수 있다
정류회로에 직렬로 접속된 기본파 통과필터는 계전기의 선택성을 높이기 위해 사용하는 것이며, 전압계전기는 CT 2차전류의 기본파에만 응동한다.

- 전압계저기회로는 2000Ω 정도이고 모선사고시 CT 2차회로 전압을 높게하지 않기 위해 병렬로 전압게한 저항을 연결하고 있다. 제한저항에는 과전류 계전기를 직렬로 연결하여 아주 큰 내부고장전류가 흐르면 동작한다.

- 전압계전기의 동작치 정정
통상 CT2차측 회로의 임피던스는 1Ω이하 << 차동회로저항 이므로 외부사고시의 계전기 인가전압 최대치는 사고 회선에 설치된 CT에 흐르는 전류 × CT2차측 회로의 임피던스로 되고 계전기의 동작치는 이 전압에서 확실히 부동작할 수 있도록 1.5~2.0 배를 선정한다.

- 내부사고시에 검출할 수 있는 최소고장전류
CT 2차 여자전류의 특성을 알면 산출할 수 있는데 고장전류는 CT 여자전류로 소비되는 부분 외에는 계전기회로에 공급된다.

1-3. 선형결합(Linear Coupler)방식 또는 공심(空心변류기)

차동방식의 최대 문제점은 CT포화에 의한 오차전류가 크다는 것이다. CT가 포화하는 것은 철심을 사용하기 때문에 발생되므로 이를 방지하기 위한 공심 CT를 그림과 같이 결선하여 확실한 보호를 할 수 있는 방식으로, 2차회로의 개폐를 자유로이 할 수 있는 이점도 있으나 외부자계, 근접한 자성재료의 기계적 위치에 따른 오차와 유도에 영향을 받는 결점도 있다.

- 선형결합의 특성차로 생기는 전압의 최고치 보다 고장시의 전압이 충분히 크면 적용이 가능한다.

- 선형결함 오차의 최대치는 +1% ~ -1%로 오차의 최대치는 2%이다.

- 안전율을 2로 한다면 최대외부고장과 최소내부고장의 전류비는 25:1 이내이어야 확실한 동작을 기대할 수 있다.

1-4. 위상비교방식

차동방식이 전기량을 비교하는데 비해 위상비교방식은 모선 각 회선전류의 위상을 비교하여 내,외부 사고를 판정하는 방식으로 전류의 크기와는 무관하며 또한 CT 포화의 영향을 받지 않는다.
전회선의 위상이 동상 또는 동상에 가까운 경우에는 내부사고로 동작하고, 1회로라도 전류위상이 역으로 되면 외부사고로 판단한다.
위상비교방식에서는 일반적으로 전용의 CT가 없어도 되며 2차회로를 직접접속하지 않고, 또한 입력변환기의 출력측 절환이 비교적 용이하므로 모선구성의 변화에 따른 보호회로의 절환도 비교적 쉽다. 이점이 위상비교방식의 장점이다.
주의사항
내부사고시에 전류가 유출하는 회로 (변압기 중성점 접지방식에서 모선지락사고시 지락전류는 변압기 중성점 외로 유출될 수 있는 것. 예 : 외부에 접속된 케이블회로에서 정전용량으로 인한 유출 등)가 있으면 오동작할 수 있다(접지점으로 들어오는 전류와 케이블 정전용량에 의한 접속으로 인한 유출 전류는 180도의 위상차를 가지고 있어 외부사고로 판단되어 부동작할 수 있다.)

1-5. 외곽 접지방식

전기회로를 둘러 싼 금속제 울타리(큐비클 등)를 1점에서만 접지하고 접지선에 과전류 계전기를 설치한 보호방식이다.
배전반과 대지간의 절연은 콘크리트의 5~10Ω을 이용한다. 이 방식은 개폐장치의 사고가 반드시 지락사고로 되는 상 분리모선 구성인 경우에 가장 유효하다.
외부사고에 오동작하지 않도록 입구의 부싱 지지물은 독립접지하고 케이블 연피는 개폐장치에서 절연하여야 한다. 또한 계기나 계전기회로의 접지는 사고시 대지전위 상승에 의한 이상전압을 막기 위해 개폐장치의 외곽에 접지한다.

2. 방향비교방식

그림과 같이 각 회선에 전력 방향계전기를 설치하여 그의 접점을 조합하여 사고를 검출하는 방식이다.
내부 방향계전기 동작시 어떤 회선의 외부 방향계전기로 동작하지 않는 조건은 내부사고로 판정하여 동작하고 외부 사고시는 외부 방향계전기를 Lock 하는 것이다.
고저항 접지계에 주로 사용된다.
적용시 주의점

고장 검출계전기 병용
검검 보수시와 인출선로의 전환조작시에 오동작을 방지하기 위해 별도의 고장 검출계전기와 조합 설치하여 모선보호계전기가 동작하고 고장 검출계전기가 동작하지 아니할 경우 경보를 발하도록 하므로 상시감시를 할 수 있으며, 두 계전기 모두 동작하면 모선을 분리 차단한다.

변류기의 선택
모선보호용 전용 CT를 사용하고, CT의 특성(권선비)이 일치하여야 한다.

참고