경험이 풍부한 릴레이 엔지니어에게 전력 변압기에서 서비스에서 절대 제거되지 않을 보호 릴레이에 대해 물어보면, 항상 차동 릴레이라는 답변이 돌아올 것입니다. 피더는 재폐쇄 가능하고 버스바는 분리할 수 있지만, 자동으로 차단되지 않은 변압기 고장은 탱크 파열, 기름 화재 및 장기 정전으로 이어집니다. 차동 보호는 이러한 유형의 고장에 대해 가장 빠르고 선택적인 보호를 제공하므로 현대의 차동 릴레이는 20밀리초 이내에 작동합니다.
이제 우리는 구역이 포함하는 것, 릴레이가 결정을 내리는 방법, 보호 설정이 무엇인지, 그리고 해당 변압기의 권선 설계에 따라 CT가 어떻게 배선되는지를 실용적인 용어로 설명하겠습니다. 변압기나 릴레이가 아닌 릴레이 패널을 찾고 있다면, 마지막 두 단락이 당신에게 흥미로울 것입니다.
간단한 답변: 변압기 차동 보호는 변압기로 들어오는 전류를 변압기에서 나가는 전류와 비교하여 작동합니다. 모든 것이 정상이라면 두 전류는 동일할 것입니다. 그러나 전류가 불균형하면 릴레이가 작동합니다. 해당 ANSI 코드는 87T입니다. 그러나 많은 시스템에서는 변압기 정격 전류의 약 20-30%에서 픽업이 설정된 비율 편향 차동 보호 회로가 사용됩니다.
보호하는 구역 — 그리고 가장 중요한 경계
차동 보호 시스템은 두 세트의 전류 변환기 사이에 위치한 모든 기계를 보호합니다. 두 권선이 있는 변압기에 관해서는, 이는 권선, 코어, 탭 체인저, 내부 배선 및 CT 설치 지점까지의 부싱을 포함합니다. 그러나 변압기에 전력을 공급하는 다운라인 피더 및 고전압 버스 시스템은 이러한 배치에 포함되지 않습니다.
이것이 바로 전류 변환기를 배치하는 것이 전체 시스템 설계에서 가장 중요한 측면일 수 있는 이유입니다. 고전압 CT가 변압기에서 너무 멀리 위치하면, 스위치룸과 변압기 사이의 전선에서 발생하는 모든 고장은 차동 릴레이와 변압기의 범위를 벗어나게 되며, 해당 전선 구간을 커버하기 위해 추가적인 지락 또는 과전류 보호 장치가 필요합니다. 두 전류 변환기를 변압기에 최대한 가깝게 배치하면 간격이 사실상 제거됩니다.
차동 원리가 작동하는 방법
개념은 놀랍도록 간단합니다. 실제 변압기 원리는 중요하지 않습니다. 간단히 말해, 변압기는 전류 전송 장치로 설명될 수 있습니다. 따라서 CT의 2차 측 전류는 동일해야 합니다. 그런 다음 릴레이는 비정상 또는 차이를 “찾습니다”, 이는 존재하지 않습니다. 그 동등성은 CT 자체가 올바르게 크기 조정되고 배선된 경우에만 유지되며, 이는 схем이 CT 회로에서 발생한 모든 실수를 상속받음을 의미합니다 — 일반적인 보호 회로에서 사용되는 CT 연결 방법 다른 모든 것보다 먼저 올바르게 설정할 가치가 있습니다.
작동 전류는 기본적으로 전류 변압기가 생성한 두 개의 2차 전류의 벡터 합입니다:
Iop= |I1초– I2초|
변압기 내부에 결함이 발생한 후, 변압기가 고려하지 않은 세 번째 요소가 나타나므로, 합계는 더 이상 0이 될 수 없습니다. 그러나 변압기는 항상 자화 분기를 가지고 있기 때문에 상황을 복잡하게 만드는 두 가지 요소가 있습니다. 따라서 시스템이 제대로 작동할 때에도 작은 불균형이 존재하며, 이는 실제로 누출 또는 불일치 전류입니다. 동일한 상황에 직면한 모든 변압기에 대해 변압기 비율과 탭 장비의 작동이 일반적으로 동일하지 않다는 점도 마찬가지입니다.
따라서 오늘날 생각해낼 수 있는 유용한 릴레이는 편향될 수 있습니다. 각 전류 변압기가 두 전류 중 더 큰 값(또는 평균값)을 사용하여 제지 전류를 생성한다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 이는 정상 조건에서 작은 차이가 있더라도 전류가 제지 전류의 한계 내에 머물러 있음을 의미합니다. 실제 결함이 존재할 때 릴레이는 완벽하게 작동합니다.
또한 대부분의 릴레이는 매우 높은 전류 수준(탭 장비 수준의 최대 20배)에서 즉시 반응하는 특별한 요소를 포함합니다. 이 요소는 매우 높은 결함 전류 수준에서 한쪽의 전류 변압기가 너무 포화되어 편향 측정이 실패할 수 있기 때문에 필요합니다.
실제로 사용되는 비율 편향 설정
릴레이 매뉴얼은 많은 변동성을 보여주며, 이는 릴레이 커미셔닝 체크리스트에 직면했을 때 그리 유용하지 않습니다. 다음은 표준 87T 릴레이에 대해 실제로 가장 일반적으로 사용되는 설정입니다:
- 픽업 (Id 또는 Is1): 정격 변압기 전류 수준의 20–30%. CT가 저급이거나 부하가 불균형인 경우 30%를 선택하고, CT와 배선이 잘 맞는 경우에만 20% 설정을 사용합니다.
- 기울기 1: 정상 부하와 중간 결함에 해당하는 범위 1의 경우 25–40%입니다.
- 기울기 2: 결함 전류가 정격 전류보다 약 2–4배 높은 경우 범위 2에 대해 50–80%입니다. 이 범위는 심각한 외부 결함 동안 CT 포화에 해당합니다.
- 제2 고조파 차단: 15–20%, 릴레이가 유입 현상에 의해 트리거되지 않도록 차단하는 데 사용됩니다.
- 제5 고조파 차단: 20–35%, 과도 자극에서 작동할 때 차단하는 데 사용됩니다.
- 순간적인 높은 설정: 8–20 × 탭, 고조파 차단 없음.
두 번째 고조파 설정도 경고가 필요하다. 기존의 차단 방식은 고조파가 유입 전류에 존재한다고 가정하는 것 같다. 고실리콘 강철을 사용하는 전통적인 코어 기술은 이 전제를 기반으로 작동하지만, 비정질 금속과 같은 고급 변압기 코어 기술은 유입 전류에서 두 번째 고조파의 존재를 극적으로 줄였다. 따라서 이러한 변압기에서 15%에서 릴레이를 차단하면 에너지를 공급한 후 잘못된 트립이 발생할 수 있다. 일반적인 솔루션은 유입 전류에 대한 교차 차단 또는 파형 기반 감지를 포함한다. 따라서 손실이 적은 변압기에 대한 릴레이를 지정할 경우, 공급업체가 어떤 방법을 사용하는지 반드시 확인해야 한다.
델타, 와이 및 지그재그 권선에 대한 CT 연결
여기에서 우리는 고전적인 схем과 현대적인 схем의 차이점과 많은 시운전 오류의 원인을 볼 수 있다.
고전적인 전자기 схем에서 CT 연결은 변압기의 연결과 동일하다. Dyn11 변압기의 고전압 측 CT는 스타 연결을 가지고 있으며 저전압 측 CT는 델타 연결을 가지고 있다. 델타 연결은 두 가지 문제를 동시에 해결한다: 변압기의 델타 권선으로 인해 발생하는 30도 위상 이동을 취소하고 외부 지락 고장이 있을 때 릴레이를 통과하는 제로 순환 전류를 차단한다.
수치 릴레이에서는 모든 CT가 스타 연결로 연결된다. 위상 이동, 비율 일치 및 제로 순환 필터링은 소프트웨어에 의해 수행된다. 따라서 배선이 간단해지고 테스트가 쉬워지지만, 종종 간과되는 한 가지 포인트가 생긴다: 릴레이는 하드웨어에서 델타 연결이 했던 것처럼 소프트웨어를 통해 제로 순환 전류를 차단해야 한다. 이 필터를 활성화하지 않으면 CT 회로가 외부 지락 고장의 영향을 받아 릴레이가 트립될 수 있다. 설정을 확인하는 것이 중요하다; 대부분의 회사가 이를 제공하지만 기본적으로 활성화되어 있지 않은 경우가 많다.
기술에 관계없이 세 가지 규칙을 준수해야 한다:
- 비율이 일치해야 한다. CT 비율은 정격 탭에서 양쪽의 전류가 10% 가까워지도록 선택해야 하며, 이를 통해 여유를 잃지 않도록 해야 한다.
- 탭 체인저를 고려해야 한다. ±10% 탭을 가진 변압기는 끝에서 끝까지 20%의 비율을 변경하며, 이 차이는 릴레이의 기울기 특성에서 고려되어야 한다; 너무 가파르게 만들면 민감도가 희생된다.
- 극성을 따라야 한다. 관례상 모든 CT는 변압기를 향하고 있다. CT 쌍 중 하나의 방향을 변경하면 차이 대신 릴레이가 총 전류를 인식하게 된다.
익숙하지 않은 장치의 배선을 작업하는 경우, 변압기 델타 및 와이 연결을 배선하는 방법 동일한 문제의 권선 측을 다루며, 이는 도면을 명판과 비교할 때 유용하다.
차동 대 REF — 그리고 схем이 부족한 부분
제한된 지락 보호는 ANSI 64REF 또는 단순히 REF라고도 하며, “하나의 권선에 대한 차동 보호”라고 할 수 있습니다. 이는 REF가 하나의 권선의 스타 포인트로 흐르는 전류를 측정하고 위상 CT를 통해 돌아오는 전류와 비교하는 고임피던스 방식이기 때문에 사실입니다. 하나의 권선에서만 전류를 감지하므로 전체 차동 방식보다 훨씬 더 민감하며, 일반적으로 약 10배 더 민감합니다.
두 가지가 모두 필요한 이유는 무엇입니까? 하나의 스타 권선의 중성점 근처에서 발생하는 지락 고장 경우, 전류가 작고 대부분이 차동 구역을 통과하기보다는 권선 자체에서 순환하게 됩니다. 전체 87T 릴레이는 이를 감지할 수 없습니다. REF는 감지할 수 있습니다.
차동 보호의 주요 단점을 열거해야 합니다. 이는 설정을 결정합니다:
- 외부 고장 시 CT의 포화. 강한 외부 고장은 하나의 CT 회로를 포화시켜 잘못된 차동 전류를 형성할 수 있습니다. 이 경우 바이어스, 다른 작동 기울기 및 충분한 부담을 가진 CT를 사용할 수 있습니다.
- 비율-위상 불일치. 각 보상 조치는 시스템의 민감도를 감소시킵니다.
- 탭 체인저의 조정 범위. 탭 체인저의 범위가 클수록 더 큰 차동 전류를 허용해야 하므로 더 높은 작동 기울기를 사용해야 합니다.
- 전류 돌입 및 과도 자극. 이 문제는 장치의 민감도를 감소시키는 고조파 억제를 통해 해결됩니다.
- 블라인드 존. 고장은 CT 구역 너머에 위치하여 보이지 않게 됩니다.
- CT 회로의 무결성. 대부분의 경우 이 문제는 변압기 작동 때문이 아니라 회로 작업과 관련된 다른 이유로 발생한다고 생각합니다.
지락 감지가 다른 원리에 기반하여 구축되는 관점을 위해, 코어 밸런스 전류 변압기 유용한 대조입니다: 이는 차동 전류가 아닌 잔여 전류를 감지하며, 차동 구역이 존재하지 않는 케이블 또는 모터 지락 고장에 사용할 수 있습니다.
시운전 및 지속적인 점검
차동 릴레이를 설치할 때, 나중에 문제를 방지하기 위해 시운전 테스트를 수행하는 것이 중요합니다. 테스트 중에 수행해야 할 최소 요구 사항은 다음과 같습니다:
- 배선 도면에 따라 양쪽에서 CT 비율과 극성을 확인하십시오. 기본 주입 테스트 방법이 유리합니다.
- 부하 하에서 CT 2차 전류가 균형을 이루는지 테스트하고, 측정된 누설 전류를 저장하십시오.
- 외부 고장 전류와 동일한 전류를 주입하여 안정성을 증명하십시오. 릴레이는 작동하지 않아야 합니다.
- 민감도를 증명하십시오: 릴레이의 허용 값보다 약간 높은 전류를 설정하고 릴레이가 의도한 대로 작동하는지 확인하십시오.
- 두 번째 고조파 주입을 사용하여 고조파 차단을 확인하십시오.
- CT 부담을 확인하고 CT의 정격 부담과 비교하십시오.
릴레이의 시운전 단계 후, 정기 점검에는 매우 간단한 단계가 포함됩니다: 매년 누설 전류를 측정하고 저장하며, 각 통과 고장에 대한 릴레이 기록을 변경하고, 예비 CT 코일에 새로운 부하가 추가되었는지 모니터링하십시오. 연간 변압기 정기 점검에 포함될 수 있는 다른 사항에 대한 더 넓은 관점을 위해, 변압기 유지보수 체크리스트 이는 귀하의 현장에 맞게 조정할 수 있는 합리적인 템플릿입니다.
자주 묻는 질문
변압기 차동 보호란 무엇입니까?
이는 변압기로 들어오는 전기량과 나가는 전기량을 측정하는 보호 계획입니다. 두 에너지가 일치하면 단락이 없음을 의미합니다; 보호를 위해 정의된 임계점 이상으로 차이가 발생하면 내부 고장이 감지되고 릴레이는 차단 릴레이를 통해 변압기 회로 차단기에 트립 신호를 보냅니다.
변압기 차동 보호를 위한 ANSI 코드는 무엇입니까?
변압기 차동 릴레이는 87T라는 번호가 부여됩니다. 87은 모든 차동 릴레이에 대한 일반 코드인 반면, 87T는 변압기와 함께 사용하도록 특별히 설계되었음을 나타냅니다. 같은 패널에서 발견될 수 있는 다른 코드로는 제한된 접지 고장과 관련된 87G 또는 64REF, 버스바 차동을 위한 87B, 시간 과전류 백업을 위한 50/51, 부흐홀츠 또는 급압 63, 열을 위한 49, 과자극을 위한 24가 있습니다.
변압기 차동 보호를 어떻게 계산합니까?
이 과정을 다섯 단계로 수행하십시오. 예를 들어, 10 MVA, 33/11 kV, Dyn11 변압기를 살펴보겠습니다.
- 정격 전류를 계산하십시오. 1차 전류는 10,000 ÷ (√3 × 33) = 175 A이고, 2차 전류는 10,000 ÷ (√3 × 11) = 525 A입니다.
- CT 비율을 선택하십시오. 33 kV 측의 200/1 및 11 kV 측의 600/1 CT 비율은 0.875 A 및 0.875 A 2차 전류를 제공하며, 이는 정격 탭에서 완벽하게 일치합니다. 불일치가 전체 탭 범위에서 10%를 초과하지 않도록 하십시오.
- 픽업 값을 결정하십시오. 이는 0.25 × 0.875 ≈ 0.22 A가 될 것이며, 사용 가능한 가장 가까운 단계로 반올림하면 약 0.25 A가 됩니다.
- 제약을 계산하십시오. 제약 값은 정격 전류의 4배인 4A의 통과 전류에 대해 4 × 0.875 = 3.5 A입니다. 30%에서의 기울기는 릴레이가 1.05 A를 초과하는 전류에서 작동해야 함을 의미합니다.
- 순간 요소를 테스트하십시오. 10의 탭 설정에서 2.5A의 값을 제공합니다.
어떤 변압기 등급에 대해 차동 보호가 권장됩니까?
유틸리티와 장치의 중요성에 따라 실제로는 변동이 있지만, 일반적으로 다음 한계가 따릅니다. 약 1 MVA 미만의 경우 퓨즈와 과전류 릴레이를 사용할 수 있습니다. 약 1에서 5 MVA의 값에서는 차동 보호가 중요 장치와 공장을 공급하는 변압기에 사용되기 시작합니다. 5 MVA를 초과하는 값, 특히 약 10 MVA를 초과하는 경우 차동 보호의 설치가 의무적입니다. 이 규칙에는 두 가지 예외가 있습니다. 하나는 변압기가 교체가 매우 복잡하고/또는 비용이 많이 드는 종류일 때입니다. 또 다른 이유는 변압기 용량에 비해 고장 전류 수준이 낮을 수 있습니다.
참고 문헌
- 전기 공학 포털 — 변압기 차동 보호 схем
- 서킷 글로브 — 변압기의 차동 보호
- Electrical4U — 변압기 및 차동 릴레이의 차동 보호
- IEEE 표준 협회 — IEEE Std C37.91, 전력 변압기에 대한 보호 릴레이 응용 가이드
- SEL — 변압기 차동 보호 응용 노트
결론
차동 보호 자체는 간단합니다: 입력과 출력을 비교하고 정상적인 차이가 보호를 활성화하지 않도록 임계값을 조정합니다. 문제는 세부 사항에 있습니다: CT의 올바른 배치, 비율 일치, 제로 시퀀스 필터, 고조파 블록 사용 및 탭 변경 범위. 이러한 세부 사항이 올바르면 차동 보호 릴레이는 오랜 기간 동안 완벽하게 작동하며, 필요할 때만 활성화됩니다. 이러한 세부 사항이 잘못되면 변압기가 전원이 공급되자마자 잘못된 것으로 나타날 수 있습니다.
만약 보호하는 대신 조달하는 변압기가 문제의 변압기라면, 우리는 모든 관련 테스트 문서가 포함된 오일 침지 변압기와 건식 장비를 제조하고 있으므로, 변압기가 발송되기 전에 CT 선택 및 릴레이 설정에 필요한 모든 명판 정보를 갖추고 있습니다. 변압기와 테스트 보고서, 도면 및 탭 범위를 포함한 견적을 요청할 수 있으며, 대부분의 경우 보호 엔지니어가 추가 이메일 없이 릴레이 설정을 최종화하는 데 충분합니다.