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전기기사 전력공학 · 계통보호방식

Power System Protection

계통 보호 방식은 고장을 검출하는 변성기, 고장을 판정하는 계전기, 회로를 끊는 차단기 세 부분으로 고장 구간만 빠르게 떼어 내는 체계다. 송전 선로는 거리 계전기, 변압기 · 발전기 · 모선은 비율 차동 계전기, 배전 선로는 과전류 계전기가 주로 맡고, 보호 구간을 겹쳐 사각지대를 없앤다. 가공선의 순간 지락은 고속 재폐로로 곧바로 되살려요. 계전기 버튼을 누르면 네 가지 계전기의 동작 원리가 바뀌고, 아래 그림에는 보호 구간이 겹치는 모양을 그렸어요.

보호 계전 시스템의 세 요소

🛡️ 검출부 → 판정부 → 동작부
①검출부: PT(높은 전압을 낮춤), CT(큰 전류를 작게 바꿈), ZCT(영상 전류 곧 지락 전류 검출)
②판정부(계전기): 고장인지 판정한다. OCR, DR, RDFR, SGR 등이 있다
③동작부: 트립 코일(TC)이 여자되어 차단기(CB)가 트립하고 고장 구간을 떼어 낸다
④목표는 가장 좁은 구간만 정전시키고 건전 구간에는 계속 공급하는 것이에요

보호 계전기 종류와 특성

⚙️ 계전기별 적용 대상
①OCR(과전류): 배전 선로 · 변압기에 쓰며, 전류 크기만 보는 가장 단순한 계전기다
②DR(거리): 송전 선로의 주보호로, 임피던스로 고장점까지의 거리를 판정한다
③RDFR(비율 차동): 변압기 · 발전기 · 모선에 쓰며, 들어오는 전류와 나가는 전류의 차를 비율로 판정한다
④SGR(선택 지락): 비접지 계통에서 ZCT 와 함께 쓰며, 영상 전류로 지락된 선로를 골라내요
⏱️ 동작 시간 네 가지
①순한시: 정정값을 넘으면 고의 지연 없이 곧바로 동작한다
②반한시: 전류가 클수록 동작 시간이 짧아진다
③정한시: 전류 크기와 관계없이 정해 둔 시간이 지나면 동작한다
④반한시성 정한시: 전류가 작을 때는 반한시, 클 때는 정한시로 동작하며 가장 많이 써요

보호 구간과 거리 계전기의 영역

거리 계전기 보호 범위
Zone 1: 선로 80% (순시), Zone 2: 120% (0.3~0.5s), Zone 3: 220% (0.5~1s)
영역이 넓을수록 시간 지연을 길게 두어 후비 보호를 맡긴다.
CT 비 선정
CT 비 = I1차(max)I2차(5A)
CT 1차 정격은 최대 부하 전류에 여유를 두어(실기에서는 흔히 1.25 ~ 1.5 배) 표준 정격에서 고른다.

피뢰기 다섯 가지 전압과 고속 재폐로

⚡ 피뢰기 다섯 가지 전압
①공칭 전압: 피뢰기를 다는 계통의 공칭 전압이다
②정격 전압: 속류를 끊을 수 있는 상용 주파 교류 전압의 최댓값이다
③제한 전압: 이상 전압이 지날 때 피뢰기 단자에 남는 전압으로, 낮을수록 좋다
④방전 개시 전압: 피뢰기가 방전을 시작하는 전압으로, 기기 절연보다 낮아야 한다
⑤상시 전압: 정상 운전 때 피뢰기에 걸리는 전압이에요
고속 재폐로(AR)
차단 뒤 0.2 ~ 0.5 초 안에 자동 재투입
지락의 대부분(80% 이상)은 순간 고장이라 재폐로로 복구된다. 가공선에는 쓰고 지중 케이블에는 쓰지 않는다.
🔄 재폐로가 효과적인 까닭
①가공 선로 지락은 대부분 순간 아크라, 아크가 꺼지면 절연이 되살아난다
②재폐로 성공률은 가공선에서 80 ~ 90% 이고, 지중 케이블은 고장이 영구적이기 쉬워 재폐로를 쓰지 않는다
③3상 재폐로는 선로 양단을 함께 끊었다가 다시 넣어요

시험 총정리

송전 선로 주보호
거리 계전기 (DR)
Zone 1 = 80% 순시
변압기 · 발전기
비율 차동(RDFR)
유입 · 유출 전류 차의 비율
비접지 지락 검출
SGR + ZCT
영상 전류로 지락선 선택
동작 시간
반한시성 정한시가 가장 많이 쓰임
네 가지 구분
🎯 시험 포인트
①보호 계전 세 요소: 검출부(PT · CT · ZCT) → 판정부(계전기) → 동작부(TC + CB)
②동작 시간 네 가지: 순한시 · 반한시 · 정한시 · 반한시성 정한시이고, 반한시성 정한시를 가장 많이 쓴다
③SGR 은 비접지 계통에서 ZCT 로 영상 전류를 검출해 지락 선로를 골라낸다
④피뢰기 다섯 가지 전압 가운데 제한 전압은 낮을수록 좋고, 방전 개시 전압은 기기 절연보다 낮게 잡는다
⑤고속 재폐로는 가공선에 쓰고(성공률 80 ~ 90%), 지중 케이블에는 쓰지 않아요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 보호 계전 시스템의 세 요소를 쓰시오. (답: 검출부(PT · CT · ZCT), 판정부(계전기), 동작부(TC + CB))
②[기출유형] 비접지 계통에서 지락 선로를 골라내는 계전기와 검출 장치는? (답: SGR 과 ZCT)
③[기출유형] 보호 계전기의 동작 시간 네 가지를 쓰시오. (답: 순한시, 반한시, 정한시, 반한시성 정한시)
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