전력공학›배전반 및 제어기기

보호계전기 및 보호계전방식

Protective Relay & Protection Scheme

보호계전기란?
🔍 고장을 감지해 차단기에 명령하는 두뇌
①CT·PT에서 전류·전압 신호를 받아 이상 여부 판정
②이상 감지 시 → 차단기(CB)에 트립(Trip) 신호 출력
③목표: 고장 구간만 최소로 격리, 건전 구간은 유지
과전류 계전기 동작 특성

과전류(OCR)·거리(DR)·비율차동(RDFR)·지락과전압(OVGR) 계전기 동작 특성

⏱️ 한시 특성 비교
①반한시: 전류↑→ 동작시간↓ (전류에 반비례) — 배전선로 표준
②정한시: 전류 크기 무관, 일정 시간 후 동작 — 협조 용이
③초반한시: 큰 사고전류에 매우 빠름 — 발전기 근처 적용
④거리: 임피던스 측정 → 고장 거리 판정 (Zone별 시간차)
반한시 OCR 동작시간 계산
300%

고장전류 = 300% Is (3.0 × Is)

동작시간 t = 6.30 초

IEC 표준 반한시: t = 0.14 / (I/Is)^0.02 − 1

IEC 표준 반한시 동작시간
t = 0.14·TMS / [(I/Is)0.02 − 1] [s]
TMS: 시간배수 설정(Time Multiplier Setting), Is: 정정전류
보호구간과 후비보호

주보호·후비보호 계전기 시간 협조와 보호 영역 다이어그램

후비보호 동작 원칙
주보호 실패 시 → 시간 지연 후 후비보호 동작
시간 계층: 주보호(즉시) < 후비보호(0.3~1초 지연)
🏛️ 보호 계층 원칙
①주보호: 해당 구간 계전기가 즉시 동작 — 최소 정전 범위
②후비보호: 주보호 실패 시 상위 변전소 계전기가 시간 지연 후 동작
③보호구간 중첩: 사각지대 없이 모든 구간을 적어도 2중으로 보호
시험 포인트
반한시 OCR 공식
t = 0.14·TMS / [(I/Is)0.02−1]
전류 클수록 동작시간 짧아짐
거리 계전기 보호범위
Z1=80% 순시, Z2=120% 지연, Z3=220%
Z1만 즉시, Z2·Z3는 시간 지연
차동 계전기 적용
변압기·발전기·모선 내부 고장
I₁−I₂ > 설정값 → 트립
후비보호 시간 계층
주보호 < 0.3s < 후비보호 < 1.0s
시간 차이로 선택성(협조) 확보
🎯 시험 포인트
①반한시 OCR: 전류↑ → 동작시간↓ (I에 반비례) — 배전선로 표준
②거리 계전기: Zone1(80%) 순시, Zone2(120%) 약 0.3~0.5초 지연
③차동 계전기: 변압기·발전기 내부 고장 전용 — 1차/2차 전류 차이
④보호 협조: 하위 계전기 동작시간 < 상위 계전기 동작시간
⑤CT 2차 개방 절대 금지 — 고전압 유기로 절연파괴·감전 위험
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 반한시 과전류계전기의 동작시간 특성을 설명하시오. (답: 전류가 클수록 동작시간이 짧아지며, 정정 탭 전류 이하에서는 동작하지 않음)
②[기출유형] 거리계전기의 Zone 1, 2, 3의 보호 범위와 동작시간을 쓰시오. (답: Zone1=80% 순시, Zone2=120% 0.3~0.5s, Zone3=220% 0.5~1.0s)
③[기출유형] 비율차동계전기(RDFR)의 동작원리를 설명하시오. (답: 보호구간 유입전류와 유출전류의 차이를 합계에 대한 비율로 판정, 설정비율 초과 시 트립)