개념 한 쪽
전기공사산업기사 종류 등 — 계전기와 과전류 보호기기 구분
전기기기와 회로를 지키는 보호기기는 감지하는 양과 동작 방식에 따라 종류가 나뉜다. 계전기는 이상을 감지해 차단기에 명령을 내리는 감시자 역할을 하고, 차단기와 퓨즈는 전류를 직접 끊는다. 기기마다 역할을 정확히 구분하는 것이 이 단원의 핵심이다.
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뜻
계전기는 회로의 이상을 감지해 차단기에 동작 명령을 내리는 기기다. 감지하는 양에 따라 이름이 정해진다. 보호 대상의 전압이 정해진 기정값을 넘어서는 순간 작동하는 것은 과전압 계전기(OVR)이고, 전류가 정격을 넘을 때 동작하는 것은 과전류 계전기(OCR)다. 발전기나 변압기 권선의 층간 단락 같은 내부 사고는 비율 차동 계전기가 검출한다. 거리 계전기는 고장점까지의 임피던스, 방향 계전기는 전류와 전력이 흐르는 방향을 판단한다. 이름과 감지량이 그대로 대응된다는 원리만 잡으면 종류를 묻는 문제는 풀린다.
과전류 보호기기인지 아닌지는 '스스로 전류를 끊을 수 있는가'로 판정한다. MCCB(배선용 차단기)는 과부하 전류와 단락 전류를 직접 차단하고, PF(전력 퓨즈)는 큰 단락 전류가 흐르면 퓨즈가 끊어져 보호한다. OCR은 과전류를 검출해 MC를 떼어놓는 트립 신호를 보내는 보호 계전기다. 반면 MC(전자 접촉기)는 전동기에 전원을 넣고 끊는 개폐기일 뿐 단락 전류를 차단할 능력이 없으므로 보호기기가 아니라 개폐기로 분류된다. 차단은 MCCB와 PF, 검출은 OCR, 개폐만 MC — 역할을 셋으로 나누면 헷갈리지 않는다.
이 단원에서는 보호기기와 함께 변압기와 동기기의 운전 원리도 다룬다. 단권변압기로 승압기를 만들 때는 전압차 권선의 정격 전류가 출력 전류를 결정하므로 부하 용량이 고유 용량보다 커진다. 동기기의 안정도는 동기 임피던스가 작을수록, 단락비가 클수록 좋아진다. 변압기의 병렬 운전에서는 권수비와 극성이 같아야 순환전류가 흐르지 않고, 퍼센트 저항강하와 퍼센트 리액턴스강하가 같아야 각 변압기가 용량에 비례해 전류를 분담한다.
예제
단권변압기 승압기 문제의 대표 계산을 풀어본다. 1kVA, 3000/200V 단상 변압기 한 대를 단권형으로 다시 연결하여 3000/3200V 승압기로 쓰는 경우다. 200V 권선이 직렬 권선이 되고 출력 전류는 이 권선의 정격 전류로 결정된다.
200V 권선의 정격 전류 I = S/V = 1000[VA] / 200[V] = 5[A].
부하 용량 S₂ = V × I = 3200[V] × 5[A] = 16000[VA] = 16[kVA].
변압기가 1kVA니 부하도 1kVA라고 생각하면 함정에 빠진다. 부하 용량 = 고유 용량 × (높은 전압 / 전압차) = 1 × 3200/200 = 16kVA로, 전압차가 작을수록 부하 용량이 커진다.
동기기 안정도 문제는 최대 출력 Pmax = EV/Xs의 관계로 판단한다. 동기 임피던스 Xs가 작을수록 Pmax가 커져 안정도가 높아지므로, Xs를 크게 하는 것은 안정도 향상에 유효하지 못하다. 관성 모멘트 증대, 단락비 증대, 속응 여자는 모두 유효한 수단이다.
자주 묻는 물음
- 전압이 기정값을 넘어선 시점에 작동하는 계전기의 이름은 무엇인가?
- 과전압 계전기(OVR)다. 보호 대상 전압이 정해진 기준을 초과하면 작동해 기기의 절연을 지킨다. 거리 계전기는 임피던스, 방향 계전기는 전류의 방향을 감지하므로 서로 다르다.
- MC는 왜 과전류 보호기기가 아닌가?
- MC(전자 접촉기)는 전동기에 전원을 넣고 끊는 개폐기일 뿐 단락 전류를 차단할 능력이 없다. 반면 MCCB와 PF는 단락 전류를 직접 차단하고, OCR은 과전류를 검출해 트립 신호를 보내므로 보호기기에 해당한다.
- 발전기나 변압기 권선의 층간 단락은 어떤 계전기가 검출하나?
- 비율 차동 계전기가 검출한다. 보호 구역에 들어가는 전류와 나가는 전류를 비교해 차전류가 정해진 비율보다 커지면 동작한다. 내부 사고는 차동 계전기, 외부 사고는 과전류 계전기로 나누어 기억한다.
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