특고압 변압기 보호장치

정의와 핵심 키워드

특고압 변압기 보호장치는 변압기 내부 고장을 검출해 경보하거나 자동으로 차단하는 장치다.

내부고장은 권선, 철심, 절연유에서 발생하며, 전류만으로는 검출이 늦거나 어려울 수 있다.

그래서 기계적 보호와 전기적 보호의 두 가지 검출 원리를 나눠 본다.

보호 구성

특고압 변압기 내부고장 보호는 부흐홀츠 계전기와 비율차동 계전기를 함께 쓰는 것이 일반적이다.

부흐홀츠 계전기는 기계적 보호에 속하고, 비율차동 계전기는 전기적 보호에 속한다.

두 장치는 검출하는 물리량이 달라 서로 보완한다. 경미한 고장과 큰 고장을 나눠 맡는다.

가스 검출 원리

변압기 내부에서 권선 층간이나 상간 단락이 생기면 아크가 발생한다.

아크는 절연유를 분해해 수소, 아세틸렌 등의 가스를 만든다.

이 가스는 부흐홀츠 계전기 내부에 모이고, 설정치를 넘으면 경보 접점이 닫힌다.

유류가 급격히 흐르면 트립 접점이 닫혀 차단기가 동작한다.

비율차동 원리

차동 계전기는 변압기 양측 전류의 차를 본다.

차동 전류 Id는 두 전류의 차이고, 억제 전류 Ir은 두 전류 크기의 평균이다.

내부고장에서는 Id가 나타나고, 외부고장에서는 양측 전류가 같아 Id가 작다.

Id가 Ir의 일정 비율 이상일 때 동작하며, 이 구조는 변류기 오차에 의한 외부고장 오동작을 막는다.

계산 예제와 직접 풀기

뱅크용량 10,000kVA, 1차 전압 22.9kV인 3상 변압기의 정격전류를 구해 보자.

공식은 I = P/(√3V)이다. P는 피상전력(kVA), V는 선간전압(kV)이다.

kVA를 kV로 나눈 값이 A 단위가 되므로 약 252A가 나온다.

이 전류값을 기준으로 차단기 정격과 계전기 정정 전류를 정한다.

경보와 자동 차단 비교

앞 문제의 정답은 경보장치다. 7,500kVA는 5,000kVA 이상 10,000kVA 미만이기 때문이다.

경보장치는 이상 신호를 운전원에게 알려 점검 후 조치하게 한다.

자동 차단장치는 전로를 스스로 분리해 고장 확대를 즉시 막는다.

용량 구간과 보호장치 종류를 정확히 짝지어 쓰는 것이 기본 점수다.

정리

마지막으로 핵심을 정리한다. 검출 방식은 기계적 보호와 전기적 보호로 나뉜다.

뱅크용량 구간에 따라 경보장치와 자동 차단장치를 정확히 짝지어 시설한다.

정기 시험으로 차단기 동작과 경보 연동을 확인하는 것도 잊지 않는다.