비접지계통 보호협조 하는 방법 (전기설계자 필독!!)

비접지 계통에서 보호 협조를 설정할 때는 고장 발생 시 정확한 고장 검출과 신속한 차단이 이루어질 수 있도록 해야 합니다. 일반적인 접지 계통과 달리 비접지 계통에서는 지락 고장이 발생해도 고장 전류가 매우 작고, 지속적으로 정상 운전이 가능하다는 특징이 있습니다. 따라서 보호 협조를 구성할 때 몇 가지 중요한 사항을 고려해야 합니다.

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1. 비접지 계통의 특성과 보호 방식

비접지 계통에서는 지락 전류가 작아 일반적인 과전류 보호 방식으로는 검출이 어렵습니다. 따라서 다음과 같은 방식으로 보호해야 합니다.

• 지락 검출 (Zero-sequence Voltage/Current 검출)
  • 지락 시 정상 상태보다 높은 영상 전압(Zero-sequence Voltage)이 발생하므로 이를 검출하여 보호 계전기를 동작시킵니다.
  • 영상 전류 검출을 통해 지락 여부를 판단할 수도 있습니다.
• 고장 검출 방식
  • △-Y 변압기나 ZCT(영상변류기)를 이용하여 지락 전류를 검출합니다.
  • 영상전압(Neutral Voltage Displacement, NVD) 계전기를 사용하여 고장 시 영상 전압을 감지합니다.
  • 절연 감시장치를 활용하여 절연 저항 변화를 실시간 감지합니다.

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2. 비접지 계통의 보호 협조 방식

비접지 계통에서는 단락 보호보다는 주로 지락 보호를 중심으로 보호 협조를 구성합니다.

(1) 1차 보호: 절연 감시장치 (Insulation Monitoring Device, IMD)

• 비접지 계통에서는 1선 지락 시 정상 운전이 가능하기 때문에 절연 감시장치를 설치하여 실시간으로 절연 상태를 모니터링합니다.
• 임계값 이하로 절연 저항이 감소하면 경보를 발생시키고 유지보수를 수행할 수 있도록 합니다.

(2) 2차 보호: 영상 전압·전류 검출 계전기

• 영상전압 계전기(Neutral Voltage Displacement Relay, NVD) 및 영상전류 계전기(Zero Sequence Current Transformer, ZCT)를 사용하여 지락을 감지합니다.
• 설정값을 조정하여 불필요한 동작을 방지하고, 고장이 발생한 구간을 선택적으로 차단할 수 있도록 합니다.

(3) 3차 보호: 구간별 보호 계전기 설정

• 배전반, 변압기, 모터 등의 보호 계전기를 단계적으로 설정하여 보호 협조를 구현합니다.
• 보호 계전기의 동작 시간 및 전류 설정값을 적절히 조정하여 보호 계통 간의 협조를 맞춥니다.

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3. 보호 계전기 협조를 위한 주요 설정 방법

비접지 계통에서 보호 계전기의 설정은 다음과 같은 원칙을 따릅니다.

(1) 영상전압 계전기 (NVD) 설정

• 정상 상태에서의 영상 전압을 측정한 후, 지락 발생 시 증가하는 전압 수준을 고려하여 설정값을 정합니다.
• 일반적으로 영상 전압이 정상 상태의 1.5배~2배 이상 증가할 경우 계전기가 동작하도록 설정합니다.

(2) 영상전류 계전기 (ZCT) 설정

• 계통의 정상 누설 전류 수준을 측정한 후, 임계값을 설정하여 정상적인 누설 전류로 인한 오동작을 방지합니다.
• 1차적으로 경보용 설정, 2차적으로 차단을 위한 설정을 단계적으로 적용합니다.

(3) 절연 감시장치(IMD) 설정

• 절연 저항이 특정 임계값 이하로 감소하면 경보를 발생하도록 설정합니다.
• 일반적인 설정값은 50~100kΩ 이하일 때 경보를 울리는 방식으로 설정됩니다.

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4. 보호 계전기 협조 예시

보호 계전기 유형역할설정값

절연 감시장치(IMD)	절연 저항 저하 감지	50~100kΩ 이하에서 경보
영상 전압 계전기(NVD)	지락 고장 검출	정상 상태 대비 1.5~2배 증가 시 동작
영상 전류 계전기(ZCT)	지락 전류 감지	정상 누설 전류 대비 2~3배 이상 증가 시 동작
과전류 계전기(OCR)	단락 보호	계통에 맞게 설정 (일반적으로 비접지 계통에서는 중요하지 않음)

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5. 보호 협조를 위한 고려 사항

• 불필요한 차단 방지: 비접지 계통은 1선 지락이 발생해도 정상 운전이 가능하므로, 1차적으로 경보만 울리고 2차 지락 시 차단하는 방식으로 설정할 수 있음.
• 지락 고장 탐색: 지락 발생 시 특정 구간을 신속히 파악할 수 있도록, 절연 감시장치와 영상 전압·전류 계전기를 적절히 배치.
• 지락 보호 계전기 간 협조: 주요 보호 계전기 간 동작 순서를 설정하여, 고장 구간에서만 선택 차단이 이루어지도록 구성.

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결론

비접지 계통의 보호 협조는 지락 보호를 중심으로 구성되며, 절연 감시장치(IMD), 영상전압 계전기(NVD), 영상전류 계전기(ZCT)를 활용하여 계통의 절연 상태를 감시하고, 고장 발생 시 적절한 보호 동작을 수행해야 합니다. 보호 계전기의 설정값을 조정하여 불필요한 차단을 방지하면서도, 실질적인 보호가 이루어지도록 협조를 맞추는 것이 핵심입니다.