지락 검출(영상전류·영상전압)

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 16번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2010년 1차 · 2010년 2차 · 2011년 2차 · 2012년 1차 · 2012년 2차 · 2013년 2차 · 2014년 1차 · 2014년 2차 · 2016년 3차 · 2017년 1차 · 2017년 2차 · 2019년 1차 · 2020년 1차 · 2020년 3차 · 2021년 1차 · 2022년 1차

2 쉬운 설명

지락 검출은 한 상이 대지에 닿는 지락 때 평소에는 0 인 성분이 나타나는 것을 이용해 사고를 알아내는 방법이다. 세 상 전류를 더한 영상전류는 ZCT(영상변류기)로 뽑고, 세 상 전압을 벡터로 더한 영상전압은 GPT(접지형 계기용 변압기)의 개방델타(브로큰델타) 결선, 곧 세 코일을 삼각형으로 잇되 한쪽 변을 열어 둔 연결에서 꺼내 본다.

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ZCT 는 세 선을 모두 한꺼번에 통과시켜 세 전류의 합만 골라낸다. 3상 전류는 크기가 같고 위상만 어긋나 있어 벡터로 더하면 평소에는 0 이므로 신호가 나오지 않는다. 한 상이 땅에 닿는 지락이 나면 전류 일부가 대지로 빠져 합이 0 이 아니게 되고, 이 영상전류가 신호로 나타난다. 이 신호를 받아 지락 사고를 판단하는 계전기가 지락 과전류 계전기(OCGR)이다. 과전류 계전기는 한 상(또는 상전류)의 전류 자체의 크기를 보고, 저전압·과전압 계전기는 전압을 보므로 ZCT 를 쓰지 않는다.

비접지 계통(변압기 중성점을 대지에 직접 연결하지 않은 계통)은 지락전류가 작아 과전류계전기로는 지락을 알아내기 어렵다. 그래서 지락 때 생기는 영상전압과 영상전류를 함께 이용해, 같은 모선에서 나간 여러 급전선(Feeder) 중 지락이 난 선로만 골라내는 선택지락계전기(SGR)를 쓴다. 과전류계전기(OCR)는 정해진 값 이상의 전류에, 과전압계전기(OVR)는 정해진 값 이상의 전압에, 차동계전기(DFR)는 보호 구간에 들어가는 전류와 나오는 전류의 차에 동작하므로 지락이 난 급전선을 골라내지 못한다.

GPT 는 1차를 Y 모양으로 접지하고 2차 세 코일을 개방델타로 잇는다. 6.6 kV 3상 3선식 배전선로에서 GPT 가 변압기 3대로 구성되고 변압비가 1차 상전압 $\frac{6600}{\sqrt{3}}\,\mathrm{V}$ 대 2차 $\frac{110}{\sqrt{3}}\,\mathrm{V}$ 로 주어진 문항에서는, 1차 상전압이 2차에서 그 값으로 바뀐다. 평소에는 세 상의 전압 크기가 같고 120도씩 어긋나 있어 개방델타로 더하면 0 이다. 한 상의 전선이 저항 없이 땅에 직접 닿는 완전 1선 지락이 나면 지락된 상의 전압이 0 이 되고 나머지 두 상은 커져 합이 상쇄되지 않는다. 그 결과 개방델타의 열린 단자 사이 전압 $V_{2}$ 에는 2차 한 상 전압의 3배인 $3\times\frac{110}{\sqrt{3}}=110\sqrt{3}$ 이 나타나, 값으로는 $110\sqrt{3}\,\mathrm{V}$ 이다.

비접지식 송전선로에서 1선 지락이 나면 지락점으로 흘러드는 전류는 선로와 대지 사이의 정전용량(콘덴서와 같은 성질)을 통해 흐르는 충전전류이다. 콘덴서에서는 전류가 전압보다 위상이 90도 앞서므로, 지락점 전류는 고장상의 영상전압보다 90도 빠른 전류가 된다. 이 전류는 직류가 아니라 교류 충전전류이다.

대칭좌표법은 불평형 3상 회로를 정상분, 역상분, 영상분으로 나누어 따로 계산하는 방법이다. 영상분이 필요한지는 사고 때 전류가 대지로 빠져나가는 길이 있는지를 보면 된다. 대지로 전류가 흐르는 1선 지락에서는 정상·역상·영상 임피던스가 모두 필요하다. 3상 단락은 정상분만, 선간 단락은 정상분과 역상분만 나타나며, 3선 단선은 대지로 전류가 흐르는 사고가 아니다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 영상전류는 ZCT, 영상전압은 GPT.

암기팁 비접지 지락 보호 = ZCT + GPT + SGR · OCR 은 단락용.

함정 주의 영상분은 대지로 전류가 빠져나가는 길이 있을 때만 생긴다. 세 선만 서로 이어지는 사고는 대지를 거치지 않으므로 영상분이 생기지 않는다.

영상변류기(ZCT)를 쓰는 계전기는 지락을 검출하는 계전기(지락 과전류 계전기, 선택지락계전기)이다. 과전류 계전기는 한 상의 전류 크기를, 저전압·과전압 계전기는 전압을 본다. 계전기에 영상전류를 공급하는 기기는 ZCT 이고, PT·CT 는 전압·전류를 낮추어 전하는 기기, GPT 는 영상전압을 얻는 기기이다.
비접지 6.6 kV 고압 배전선로의 지락 보호에서 특별히 필요치 않은 것은 과전류 계전기(OCR)이다. ZCT 는 영상전류를 읽고 GPT 는 영상전압을 만들며, 선택접지 계전기(SGR, 앞의 선택지락계전기와 같은 약자)는 이 둘을 받아 지락이 난 선로를 골라내므로 필요한 쪽이고, OCR 은 주로 단락 보호용이다. SGR 의 용도는 다회선에서 접지 고장 회선을 선택하는 것이다.
1차 △, 2차 Y(중성점 접지) 변압기에서 1차측 선로의 영상전류는 반드시 0 이다. 영상전류는 되돌아갈 길이 필요한데 2차 Y 쪽은 접지로 대지에 길이 열려 있고, 1차 △ 쪽은 선로로 나가지 못하고 △ 권선 안을 순환할 뿐이다. 1차측 변압기 내부에서도 0 이라고 한 보기는 맞지 않다(권선 안에는 흐른다).

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고장전류 계산에서 영상 임피던스가 필요한 고장은 1선 지락이다(대지로 전류가 흐르므로 정상·역상·영상 임피던스가 모두 필요). 3상 단락은 정상분만, 선간 단락(2선 단락)은 정상분과 역상분만 쓰며 영상전류가 생기지 않는다. 땅으로 흐르는 경로가 없기 때문이다.
3상 무부하 교류발전기에서 a상만 지락되고 b상·c상은 열려 있으면( $I_b=I_c=0$ ) 영상분 $I_0$ , 정상분 $I_1$ , 역상분 $I_2$ 가 같아 $I_0=I_1=I_2$ 이고, 지락전류는 세 전류의 합이므로 $I_a=I_0+I_1+I_2=3I_0=\dfrac{3E_a}{Z_0+Z_1+Z_2}$ 이다. 분모에는 영상 임피던스 $Z_0$ 와 정상·역상 임피던스 $Z_1$ , $Z_2$ 가 모두 들어간다.
66 kV 선로 a상에 완전 지락이 나고 중성점이 저항 300 Ω 으로 접지된 문항(변류비 300/5, 부하의 정상·역상 임피던스 및 기타 정수는 무시)에서 지락 계전기 DG 의 전류는, 상전압 $E=\frac{66000}{\sqrt{3}}\approx 38105\,\mathrm{V}$ 를 300 Ω 으로 나눈 약 127 A 의 지락전류를 변류비 $\frac{300}{5}=60$ 으로 나눈 약 2.1 A 이다. 송전전력과 역률은 쓰이지 않는다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2011년 2차 전력공학 34번 — 영상변류기를 쓰는 계전기다음 중 영상 변류기를 사용하는 계전기는?옳은 것 고르기해설 보기 →2016년 3차 전력공학 31번 — 비접지 모선 지락 보호 계전기동일 모선에 2개 이상의 급전선(Feeder)을 가진 비접지 배전계통에서 지락사고에 대한 보호계전기는?옳은 것 고르기해설 보기 →2020년 3차 전력공학 23번 — 영상 임피던스가 필요한 고장송배전선로의 고장전류 계산에서 영상 임피던스가 필요한 경우는?옳은 것 고르기해설 보기 →

6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 17개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기

대칭좌표법

영상전류는 △ 결선 권선 안에서 순환하며 △ 쪽 선로에는 나가지 않는다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 20문항 중 4문항이 인용

GPT를 이용한 영상전압 검출

개방델타로 연결한 2차 전압의 합은 정상 시 0이고, 완전 1선 지락 시 2차 상전압의 3배(=110√3V)로 나타난다.