산업플랜트 전력계통용 디지털 계전기의 적응형 과전류 보호 방식 연구 :Study on method of adaptive over current relay for industrial power system

이동욱

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이동욱 (숭실대학교, 숭실대학교 대학원)

지도교수: 김재철

발행연도: 2019

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

디지털 보호 계전기 정정값 변경 기능을 이용한 지락 보호 방식 검토

이동욱 , 김재철 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 2019.05 학술대회자료

산업플랜트 전력계통용 디지털 계전기의 적응형 과전류 보호 방식 연구

이동욱 전기공학과 2019.01 학위논문

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경제 발전이 이루어지고 산업의 성장에 따라 산업 수용가들은 생산성을 위한 신뢰성이 높은 전력 계통을 요구하고 있다. 그러나 전력계통의 사고는 완전히 방지하는 것이 불가능 하므로 안정적인 전력계통을 운영하기 위해서는 사고 피해를 최소화하기 위한 기술 연구가 필요하다.
보호 계전 시스템에서는 계통 사고 시 신속한 고장 제거, 사고 구간 분리, 사고 파급 축소, 전력 설비의 안정성을 추구하고 있으며, 이러한 목적을 추구하기 위해 많은 산업플랜트들이 기존 아날로그 계전기에서 신뢰성 안정성이 우수한 디지털 보호 계전기로 교체해 나가는 추세이다.
본 논문에서는 가장 많이 쓰이는 보호 기능인 과전류 보호 방식을 디지털 보호 계전기의 정정값 변경 기능을 응용하여 적응형 보호 계전 방식을 제안 하였다.
제안한 적응형 보호 계전 방식은 여러개의 정정값을 가지고 있는 보호 계전기이다. 이 보호계전기는 외부 신호를 받으면 그 상황에 맞게 정정값을 변경하는 기본 이론을 가지고 있다. 이 기본 이론을 가지고 단락 사고 시 보호협조, 전원 계통 변경시 과부하 보호, 배전반 내 아크 플래시와 지락 사고로부터 작업자를 보호 할 수 있는 방법을 제안 하였다.
이 제안한 방법을 전력계통해석 프로그램인 미국 OTI사의 ETAP을 사용 하여 3가지 사례를 시물레이션을 하였다. 이 시물레이션으로 단락 사고시 보호협조 단계 확인과 전원 계통의 변경시 정정값 변경으로 변압기 과부하 해소 됨을 확인 하였으며, 배전반 내부의 아크 및 지락 사고시에 정정값 변경으로 빠른 사고 해소가 가능함을 확인 하였다.
또한 실제 디지털 보호 계전기를 Test Kit에 부착하고 시험장비를 통하여 위의 2가지 사례에 대해 디지털 보호 계전기의 동작을 실증 하였다. 전원 계통의 변경시 정정값 변경 기능으로 Main 변압기의 보호계전기가 과부하 해소로 동작하지 않음을 확인 하였고, 배전반 내부의 아크 및 지락 사고시에 정정값 변경 기능으로 빠른 검출 및 동작을 확인 하였다.
본 논문의 디지털 계전기 정정값 변경 기능을 이용한 적응형 보호 방식을 산업플랜트에 적용시 과전류 사고로 인한 피해를 줄일 수 있고 작업자의 안전과 전력계통 신뢰성 향상에 기여 할 수 있을 것으로 기대한다.

As the economy develops and the industry grows, industrial customers demand a highly reliable power system for productivity. However, it is impossible to completely prevent accidents in the power system. Therefore, in order to operate a stable power system, the technical research is needed to minimize the accident damage.
In order to achieve this purpose, many industrial plant have been replaced by digital protection relay with excellent reliability and stability in the existing analog relay. It is a trend to replace it.
In this paper, we propose an adaptive protection relay method by applying the over current protection method, which is the most commonly used protection function, to the function of changing the setting value of the digital protection relay.
The proposed adaptive protection relay scheme is a protection relay with several setting values. This protective relay has a basic theory of receiving an external signal and then changing the setting value according to the situation. With this basic theory, we propose a method to protect workers from short circuit accident, overload protection in power system change, arc flash and ground fault in switchboard.
The proposed method was simulated three cases using by ETAP of OTI, a power system analysis program. In this simulation, it is confirmed solve of the overload of the Main transformer in power system, and arc flash and ground fault inside the switchboard.
In addition, the actual digital protection relay was attached to the test kit and the operation of the digital protection relay was demonstrated through the test equipment for the above two cases.
It is expected that the adaptive protection method using the digital relay setting value change function of this paper can reduce the damage caused by the overcurrent accident when applied to the industrial plant, and contribute to the safety of the operator and the reliability of the power system.

제 1장 서 론 1
1.1 연구배경 및 필요성 1
1.2 논문의 구성 2
제 2장 보호 계전기의 기능 3
2.1 보호 계전기 개요 3
2.1.1 보호 계전기의 종류 4
2.1.2 보호 계전기 관련 장치 5
2.2 과전류 보호 계전기 6
2.3 디지털 보호 계전기의 기능 응용 8
2.3.1 디지털 보호 계전기의 기능 응용 9
2.3.2 전원계통 변경 시 적용 사례 9
2.3.3 배전반 내부 사고시 적용 사례 10
제 3장 사례연구 및 시물레이션 12
3.1 사례 산정 12
3.2 시물레이션 15
3.2.1 단락 사고시 시물레이션 15
3.2.2 전원 계통 변경시 적용 사례 시물레이션 17
3.2.3 배전반 내부 사고시 적용 사례 시물레이션 20
3.2.3.1 아크 사고 적용 사례 시물레이션 20
3.2.3.2 지락 사고 적용 사례 시물레이션 24
제 4장 보호 계전기 동작 실증 시험 27
4.1 정정값 변경 동작 실증 시험 27
4.2 전원 계통 변경시 사례 동작 실증 시험 28
4.2.1 전원 계통 변경시 사례 정정값 구성 29
4.2.2 전원 계통 변경시 사례 시험 결과 30
4.3 배전반 내부 사고시 사례 동작 실증 시험 33
4.3.1 배전반 내부 사고시 사례 정정값 구성 34
4.3.2 배전반 내부 사고시 사례 시험 결과 35
4.3.2.1 아크 사고시 보호 계전기 시험 결과 36
4.3.2.2 지락 사고시 보호 계전기 시험 결과 38
제 5장 결 론 41
참고문헌 44

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