전원 시스템 보호

Power system protection

전원 시스템 보호는 나머지 전기 네트워크로부터 고장 부품을 분리하여 고장으로부터[citation needed] 전력 시스템을 보호하는 전력 엔지니어링의 한 분야입니다.보호방안의 목적은 장애가 발생한 컴포넌트만 분리하여 전원시스템의 안정성을 유지하면서 네트워크의 대부분을 가동시키는 것입니다.전원 시스템을 장애로부터 보호하는 데 사용되는 장치를 보호 장치라고 합니다.

구성 요소들

보호 시스템은 보통 5개의 컴포넌트로 구성됩니다.

  • 전력 시스템의 고전압과 전류를 릴레이가 처리할 수 있는 편리한 수준으로 낮추기 위한 전류 및 전압 변압기
  • 고장을 감지하고 트립 또는 분리 순서를 시작하는 보호 릴레이
  • 릴레이 및 자동 클로저 명령에 따라 시스템을 열거나 닫는 회로 차단기 또는 RCD
  • 시스템 전원 차단 시 전원을 공급하는 배터리
  • 회선의 원격 단자에서 전류와 전압을 분석하고 장비의 원격 트립을 가능하게 하는 통신 채널.

분배 시스템의 일부의 경우 퓨즈가 고장을 감지하고 분리할 수 있습니다.

절연 장애, 전도 또는 단선, 회로 차단기의 잘못된 작동, 단락 및 단선과 같은 고장이 각 부품에서 발생할 수 있습니다.보호장치는 자산의 보호와 지속적인 에너지 공급을 목적으로 설치된다.

스위치 기어는 전기 장비를 제어, 보호 및 격리하는 데 사용되는 전기 차단 스위치, 퓨즈 또는 회로 차단기의 조합입니다.스위치는 정상 부하 전류(일부 스위치는 정상 또는 비정상적인 조건에서 작동해도 안전하지 않음)에서 열 수 있는 반면, 보호 장치는 고장 전류에서 열 수 있습니다.매우 중요한 기기에는 완전 장황하고 독립된 보호 시스템이 있는 반면, 소규모 지점 배전 라인은 매우 단순한 저비용 보호 기능이 있는 경우가 있습니다.[1]

디스트리뷰션네트워크용 디지털(숫자) 다기능 보호 릴레이.이러한 단일 장치는 많은 단기능 전기기계 릴레이를 대체할 수 있으며 자가 테스트 및 통신 기능을 제공한다.

보호 유형

고전압 전송망

전송 및 분배 시스템에 대한 보호는 플랜트 보호와 공공 보호(종업원 포함)의 두 가지 기능을 수행합니다.기본 수준에서 보호는 과부하 또는 접지 측 단락이 발생한 장비를 차단합니다.변압기와 같은 변전소의 일부 항목은 온도 또는 가스 압력에 기초한 추가 보호가 필요할 수 있습니다.

제너레이터 세트

발전소에서 보호계전기는 교류발전기 또는 내부고장에 의한 이상운전시 변압기의 손상을 방지하고 절연고장이나 규제오동 등을 방지하기 위한 것이다.이러한 장애는 드물기 때문에 보호 릴레이는 매우 드물게 작동해야 합니다.보호 계전기가 고장을 감지하지 못할 경우 교류발전기 또는 변압기의 손상으로 인해 비용이 많이 드는 장비 수리 또는 교체는 물론 에너지를 생산하고 판매할 수 없어 발생하는 소득 손실이 발생할 수 있다.

거리에 대한 과부하 및 백업(과전류)

과부하 보호에는 회로 내의 전류를 측정하여 미리 정해진 값과 비교하는 변류기가 필요합니다.과부하 보호에는 순간 과전류(IOC)와 시간 과전류(TOC)의 두 가지 유형이 있습니다.순간 과전류를 사용하려면 회로 차단기가 작동하기 위해 전류가 사전 설정된 수준을 초과해야 합니다.시간 과전류 보호는 전류 대 시간 곡선에 따라 작동합니다.이 곡선에 기초하여 측정된 전류가 사전 설정된 시간 동안 지정된 레벨을 초과하면 회로 차단기 또는 퓨즈가 작동합니다.두 유형의 기능은 YouTube의 "무방향 과전류 보호"에서 설명합니다.

접지 고장/접지 고장

또한 접지 고장 보호에는 전류 변압기가 필요하며 3상 회로의 불균형을 감지합니다.일반적으로 3상 전류는 크기가 거의 같은 균형을 이룬다.저임피던스 경로를 통해 하나 또는 두 위상이 접지에 연결되면 전류 불균형과 마찬가지로 크기가 크게 증가합니다.이 불균형이 사전에 결정된 값을 초과하면 회로 브레이커가 동작합니다.제한적 접지 고장 보호는 두 세트의 전류[2] 변압기 사이에서 접지 고장을 찾는 접지 고장 보호의 한 유형입니다(따라서 해당 구역으로 제한됨).

거리(임피던스 릴레이)

거리 보호 기능은 전압과 전류를 모두 감지합니다.회로에 고장이 발생하면 일반적으로 전압 레벨이 처집니다.릴레이 단자에서 측정된 전압 대 전류의 비율이 임피던스에 해당하는 경우 회로 차단기가 작동하게 됩니다.이 기능은 동작 특성이 회선 특성을 기반으로 하기 때문에 상당히 긴 회선, 10마일보다 긴 회선에 유용합니다.즉, 회선에 장애가 나타나면 릴레이의 임피던스 설정이 릴레이 단자에서 장애로 이어지는 회선의 겉보기 임피던스와 비교됩니다.릴레이 설정이 겉보기 임피던스보다 낮은 것으로 판단되면 장애는 보호구역 내에 있는 것으로 판단됩니다.전송선의 길이가 10마일 미만인 너무 짧으면 거리 보호를 조정하기가 더 어려워집니다.이러한 경우 최선의 보호 방법은 현재의 차등 [citation needed]보호입니다.

백업

보호의 목적은 식물의 영향을 받는 부분만 제거하고 다른 부분은 제거하지 않는 것입니다.회로 차단기 또는 보호 릴레이가 작동하지 않을 수 있습니다.중요한 시스템에서는 프라이머리 보호가 실패하면 일반적으로 백업 보호가 작동합니다.원격 백업 보호는 일반적으로 플랜트의 영향을 받는 항목과 영향을 받지 않는 항목을 모두 제거하고 장애를 제거합니다.로컬 백업 보호는 플랜트의 해당 항목을 제거하여 결함을 제거합니다.

저전압 네트워크

저전압 네트워크는 일반적으로 과부하 및 접지 고장을 모두 제거하기 위해 퓨즈 또는 저전압 회로 차단기에 의존합니다.

사이버 보안

전송 및 제어 시스템을 포함한 대규모 상호 연결된 전기 시스템인 벌크 시스템은 매일 새로운 사이버 보안 위협을 겪고 있습니다.("Electric Grid Cybersecurity", 2019).대부분의 공격은 그리드 내의 제어 시스템을 목표로 하고 있습니다.이러한 제어 시스템은 인터넷에 연결되어 해커들이 그들을 공격하기 쉽게 한다.이러한 공격은 기기에 손상을 입히고 유틸리티 전문가의 시스템 제어 능력을 제한할 수 있습니다.

코디네이션

보호장치 조정은 비정상적인 전기적 조건이 발생했을 때 전류 중단의 "최적" 타이밍을 결정하는 과정입니다.목표는 가능한 한 정지를 최소화하는 것입니다.지금까지 보호장치 조정은 반투명 로그-로그 종이로 수행되었다.최신 방법에는 일반적으로 상세한 컴퓨터 기반 분석 및 보고가 포함됩니다.

보호 조정은 전원 시스템을 보호 구역으로 분할하여 처리하기도 합니다.특정 존에서 장애가 발생한 경우 해당 존을 시스템 전체에서 분리하기 위해 필요한 액션이 실행됩니다.구역 정의는 발전기, 버스, 변압기, 송전선 및 배전선 및 모터를 설명합니다.또한 존에는 다음 기능이 있습니다.존 오버랩, 오버랩 영역은 회로 브레이커를 나타냅니다.또한 장애가 있는 존 내의 모든 회로 브레이커가 개방되어 장애를 분리합니다.중복 영역은 각 회로 차단기에 대해 두 세트의 계측기 변압기와 릴레이에 의해 생성됩니다.보호되지 않은 영역을 제거하기 위해 용장성을 갖도록 설계되어 있지만 중복 영역은 가능한 한 작게 유지되도록 설계되어 있어 중복 영역에서 장애가 발생하고 고장을 둘러싸고 있는 두 개의 영역이 분리되었을 때 두 개의 영역이 분리되더라도 전원 시스템의 섹터는 여전히 작습니다.d.[3]

외란 감시 장비

외란감시장치(DME)는 장애와 관련된 시스템 데이터를 감시하고 기록합니다.DME는, 다음의 3개의 주된 목적을 달성합니다.

  • 모델 검증,
  • 장애 조사 및
  • 시스템 보호 [4]퍼포먼스 평가

DME 디바이스에는 다음이 포함됩니다.[5]

  • 이벤트에 대한 기기 응답을 기록하는 이벤트 레코더 시퀀스
  • 시스템 기본 전압 및 전류의 실제 파형 데이터를 기록하는 고장 기록 장치
  • Dynamic Disturb Recorder(DDR; 동적 교란 레코더) - 저주파수(0.1Hz~3Hz) 진동 및 비정상적인 주파수 또는 전압 이탈 등 동적 이벤트 중 전원 시스템 동작을 나타내는 사고를 기록합니다.

퍼포먼스 측정

보호 엔지니어는 신뢰성을 보호 시스템이 구역 내 장애에 대해 올바르게 작동하는 경향으로 정의합니다.보안이란 구역 외 장애에 대해 작동하지 않는 경향을 말합니다.신뢰성과 보안은 모두 신뢰성의 문제입니다.장애 트리 분석은 보호 엔지니어가 제안된 보호 스키마의 상대적 신뢰성을 비교할 수 있는 도구 중 하나입니다.보호 시스템의 개선, 신뢰성과 보안의 균형을 관리하고 최소한의 비용으로 최상의 결과를 얻기 위해 보호 신뢰성을 수량화하는 것이 중요합니다.경쟁력 있는 유틸리티 산업에서는 양적 이해가 필수적이다.[6][7]

시스템 보호 장치의 성능 및 설계 기준에는 신뢰성, 선택성, 속도, 경제성 및 [8]단순성이 포함됩니다.

  • 신뢰성:디바이스는 몇 개월 또는 몇 년 동안 유휴 상태에 관계없이 장애 조건이 발생했을 때 일관되게 작동해야 합니다.이 신뢰성이 없으면 시스템에 큰 손해를 입힐 수 있습니다.
  • 선택성:장치는 보증되지 않은 잘못된 트립을 피해야 합니다.
  • 속도: 장치는 매우 정확한 의도적인 시간 지연만을 통해 기기의 손상과 장애 지속 시간을 줄이려면 신속하게 작동해야 합니다.
  • 감도:디바이스는 최소한의 장애라도 검출하여 대응해야 합니다.
  • 이코노미:장치는 최소 비용으로 최대한의 보호를 제공해야 합니다.
  • 심플성:디바이스는 보호 회로와 기기를 최소화해야 합니다.


신뢰성:신뢰성과 보안

보호 시스템의 신뢰성 있는 운용에는 신뢰성과 보안의 두 가지 측면이 있습니다.[9] 신뢰성은 고장난 요소를 전원 시스템에서 제거하도록 요구되었을 때 보호 시스템이 작동할 수 있는 능력입니다.보안이란 외부 장애 발생 시 보호 시스템이 작동하지 않도록 하는 기능입니다.보호 시스템을 설계할 때 보안과 신뢰성 사이의 적절한 균형을 선택하려면 엔지니어링 판단이 필요하며 경우에 따라 다르다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 알렉산드라 본 마이어(2013).전기 엔지니어 137A: 전력 시스템.강의 14:보호 시스템 소개, 슬라이드 3
  2. ^ "Restricted Earth Fault Protection". myElectrical.com. Retrieved 2 July 2013.
  3. ^ Glover J. D., Sarma M. S., Overbye T. J. (2010) 전원 시스템 및 분석 제5판Cengage Learning.페이지 548-549.
  4. ^ "System Protection Manual" (PDF). New York Independent System Operator. Retrieved 2011-12-31.
  5. ^ "Glossary of Terms Used in Reliability Standards" (PDF). North American Electric Reliability Corporation. Retrieved 2011-12-31.
  6. ^ E.O. 슈바이처, J. J Kumm, M. S. 웨버, D.1993년 10월 19일부터 21일까지 미국 워싱턴주 스포케인, 제20회 서부보호계전기총회, "보호계전기 시험을 위한 철학" Hou.
  7. ^ J.J. Kumm.E.O. 슈바이처와 D.Hou, 1994년 10월 18일부터 20일까지 WA 스포케인, 제21회 서부 보호 릴레이 회의, "보호 릴레이에서의 자가 테스트 및 기타 모니터링 방법의 효과 평가"
  8. ^ Glover J. D., Sarma M. S., Overbye T. J. (2010) 전원 시스템 및 분석 제5판Cengage Learning.페이지 526.
  9. ^ NERC 시스템 보호의 신뢰성에 관한 기초, 2010년 12월, 제3장 - 4.1.2.3절, https://www.nerc.com/comm/PC/System%20Protection%20and%20Control%20Subcommittee%20SPCS%20DL/Protection%20System%20Reliability%20Fundamentals_Approved_20101208.pdf

레퍼런스

  • http://perso.numericable.fr/michlami 전기 에너지 전송 네트워크 보호 및 감시