비율차동계전기(Percentage Differential Relay)는 변압기, 발전기, 모터 등의 내부 고장 보호를 위한 필수 보호계전기입니다.
이 글에서는 비율차동계전기의 정의, 동작 원리, 사용 시 주의사항 및 활용 방법을 쉽게 설명해드립니다.
✅ 1. 비율차동계전기란?
🔹 비율차동계전기(비율차동계전 보호)란?
👉 변압기, 발전기, 모터 등의 내부 고장을 탐지하는 보호계전기
👉 정상적인 부하 전류에는 반응하지 않고, 내부 고장 시에만 동작
👉 전류의 차이를 감지하여 설정된 비율(Threshold Ratio) 이상일 때 동작
📌 쉽게 말해?
✅ 정상적인 부하 변화에는 반응하지 않지만,
✅ 내부에서 심각한 고장이 발생하면 빠르게 차단하여 보호!
✅ 2. 비율차동계전기 동작 원리
🔎 차동 보호 기본 개념
🔸 보호할 장비(변압기 등)의 입력 전류와 출력 전류를 비교
🔸 정상 상태에서는 입력 전류 ≈ 출력 전류 (즉, 차이가 거의 없음)
🔸 내부 고장 발생 시 차이가 커지면 계전기가 동작
📌 동작 방식
✅ 계전기는 내부 고장 시 입력과 출력 전류의 차이가 설정된 비율 이상이면 동작
✅ 차동비율을 조정하여 외부 고장(External Fault)과 내부 고장을 구별
✅ 3. 비율차동계전기 사용 시 주의사항
⚠️ ① CT(전류 변성기) 포화 방지
✔ CT(전류 변성기)가 포화되면 오작동 가능성이 증가
✔ CT 포화를 방지하려면 정확한 정격 및 특성을 고려해야 함
⚠️ ② 변압기 탭 변경 시 설정 값 조정 필수
✔ 변압기의 탭(Tap)을 조정하면 입출력 전류 비율이 달라질 수 있음
✔ 새로운 탭 설정에 맞춰 계전기 설정 값을 조정해야 오작동 방지 가능
⚠️ ③ 외부 고장(External Fault)과 내부 고장(Internal Fault) 구별
✔ 외부 고장 시 차동계전기가 오작동하면 안 됨
✔ 이를 방지하기 위해 비율 차동 특성(Percentage Biasing)을 조정
⚠️ ④ 오동작 방지를 위한 안정도 확보
✔ 정상적인 부하 변동이나 돌입전류(Inrush Current) 에 의해 오작동 가능
✔ 돌입전류 감지를 위한 2차 고조파 억제 기능(Harmonic Restraint) 필요
✅ 4. 비율차동계전기의 주요 활용 분야
📌 비율차동계전기는 주로 다음과 같은 설비 보호에 사용됨
| 사용 장비 | 보호 대상 | 설명 |
|---|---|---|
| 변압기 | 내부 권선 단락 보호 | 변압기 내부 고장(절연 파괴, 단락 등) 탐지 |
| 발전기 | 내부 고장 보호 | 발전기 내부 단락 및 권선 이상 감지 |
| 모터 | 내부 코일 보호 | 모터 내부 고장 발생 시 차동 보호 적용 |
| 송전선로 | 내부 단락 보호 | 특정 구간에서 발생한 단락 보호 |
✅ 5. 비율차동계전기 설정 방법
비율차동계전기를 설정할 때 다음 요소들을 고려해야 함
🔹 ① 차동비율 설정
✔ 차동비율이 너무 낮으면? 정상적인 부하 변동에도 오작동 가능
✔ 차동비율이 너무 높으면? 실제 내부 고장 시에도 동작하지 않을 수 있음
🔹 ② 돌입전류 방지 설정
✔ 변압기 투입 시 발생하는 돌입전류를 감지하여 불필요한 동작 방지
✔ 2차 고조파(Second Harmonic Restraint) 검출 기능 활성화 필요
🔹 ③ CT 매칭 및 정정
✔ 보호 계전기의 CT 비율과 변압기 CT 비율을 일치시켜야 함
✔ CT가 포화되지 않도록 적절한 정격 선택
✅ 6. 비율차동계전기 vs 일반 과전류 계전기 차이점
| 구분 | 비율차동계전기 | 과전류 계전기 |
|---|---|---|
| 동작 방식 | 입력/출력 전류 차이를 감지 | 설정된 전류값 초과 시 동작 |
| 적용 대상 | 변압기, 발전기, 모터 보호 | 송전선, 배전선 보호 |
| 장점 | 내부 고장만 정확히 감지 | 간단한 보호 기능 제공 |
| 단점 | 설정이 복잡하고 CT 정합 필요 | 내부 고장을 빠르게 탐지하기 어려움 |
✅ 7. 결론: 비율차동계전기의 핵심 요약
✔ 비율차동계전기란? 변압기, 발전기, 모터 내부 고장을 감지하는 보호계전기
✔ 동작 원리? 입력 전류와 출력 전류 차이를 감지하여 내부 고장 시 동작
✔ 주의사항? CT 포화 방지, 돌입전류 방지, 차동비율 적절한 설정 필요
✔ 활용 분야? 변압기, 발전기, 모터, 송전선 등 내부 보호에 필수 적용
✔ 설정 방법? 차동비율 조정, 돌입전류 감지 기능 활성화, CT 정합 확인 필수