디젤 비상발전기 보호계전

정의와 보호 목적

디젤엔진 비상발전기 보호계전은 발전기 내부 고장과 계통 이상을 감지하는 체계다.

발전기는 정전 시 최후의 전원이므로 고장을 빨리 분리해야 한다.

보호의 기본 목적은 고장전류 확산 방지, 기기 소손 방지, 계통 파급 방지다.

기능별 계전기 구성

보호 체계는 발전기 한 대를 지키는 여러 계전기의 묶음이다.

내부 단락은 비율차동, 외부 과부하는 과전류, 내부 지락은 지락과전압이 맡는다.

불평형 전류는 역상과전류가 검출하고, 계자상실은 무여자 운전을 막는다.

계전기 번호는 ANSI 기호를 따르며, 설명에서는 기능 이름을 먼저 쓴다.

비율차동 보호: 내부 고장만 검출

비율차동계전기는 발전기 양단 전류의 차이를 비교하는 주보호다.

보호구역 경계가 CT 위치로 정해져 외부 사고에서는 양단 전류가 같다.

내부 사고에서는 차전류가 생겨 설정값을 넘으면 즉시 발전기 차단기를 연다.

시간 협조가 필요 없어 고속 차단이 가능하다. 이것이 주보호의 강점이다.

중성점 고저항 접지

중성점은 고저항 접지가 일반적이다. 지락전류를 제한해 손상 확대를 막기 위해서다.

중성점을 단상 접지변압기로 접지하고, 그 2차측에 저항을 접속한다.

저항값은 지락전류가 15A 내외가 되도록 정하며, 제조사와 계통 조건에 따라 조정한다.

지락 과전압 계전기는 접지변압기 2차 전압에 응동한다. 제한이 과하면 감도가 떨어진다.

접지저항 계산 예제

상전압 3,300V와 목표 지락전류 15A가 주어졌을 때 중성점 저항을 구한다.

저항은 상전압을 목표 지락전류로 나눈 값이다.

대입하면 R은 220Ω이 된다. 단위도 V/A가 Ω이 되어 맞는다.

실제 설계는 접지변압기 권수비를 반영해 1차 환산값으로 다시 계산한다.

비정상 운전과 기계 보호

비정상 운전은 역상과전류, 계자상실, 주파수, 축수온도 계전으로 막는다.

불평형 전류로 생긴 역상전류는 회전자 표면에 와전류를 일으켜 과열시킨다.

계자상실은 계통에서 신속히 분리하고, 축수 온도가 오르면 자동 정지시킨다.

주파수 이탈은 UFR과 OFR 설정으로 보호하며, 기계 보호도 병행한다.

정리

정리하면 발전기 보호는 내부 고장, 외부 과전류, 비정상 운전, 기계 보호로 나뉜다.

내부 고장은 비율차동이 맡고, 외부 과전류는 과전류 계전기가 후비 보호한다.

발전기 보호 설계는 전기와 기계 보호를 함께 갖추고, 설정값을 주기적으로 재검토한다.