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분산형 전원 계통 연계 보호의 개요
2006년 4월 2일 (일) 11:57:00 |   지면 발행 ( 2006년 3월호 - 전체 보기 )

분산형 전원 계통 연계 보호의 개요미츠비시전기㈜ 계통변전시스템제작소 보호제어제조부 바바 유타카계통연계의 필요성최근 에너지 비용의 상승에 따라 신재생 에너지, 소형 열병합 발전, 풍력 발전과 같이 수용가 지역에 분산설치되는 분산전원의 시장 확대가 가속화 되고 있다.특히 원유값 상승과 환경문제를 고려한 자연 에너지가 착안되어 풍력발전 사업에 일본내에서는 2010년까지 22만kW의 도입을 목표로 하고 있으며 이에 대한 개발이 본격화 되고 있다.이러한 분산전원의 설치에는 한전의 전원과 연계에 대한 검토가 필요하게 되며 이번 호에서는 이에 대한 계통연계 보호 측면에서 필요한 계전기의 필요성 및 기술적 내용을 검토하여본다.계통연계(1) 계통연계의 정의계통연계는 자연 에너지, 연료계 동력 등의 회전기를 이용한 전원 및 연료전지, 태양광 등의 직류발전설비며 이러한 전원을 상용전력계통과 연계하는 것을 말한다.(2) 계통연계 시의 기술기준2005년 4월 한국의 계통연계에 관한 기술기준이 공시되었다. 이것은 일본의 분산전원 계통연계 기술요건 가이드 라인 및 기술방침과 유사하게 이루어져 있으며 그 내용은 아래와 같다.<< 기술기준의 기본적인 생각 >>1) 공중 및 작업자의 안전확보 및 전력공급설비 또는 타 수용가의 설비에 악영향을 미치지 않을 것.2) 공급신뢰도(정전등) 및 전기품질(전압, 주파수등)면에서 타 수용가에 악영향을 미치지 않을 것.(3) 계통연계에 필요한 보호계전기기술기준에서는 발전설비 설치자 구내사고 또는 전력계통 사고시에 사고의 해결, 사고범위의 국한화 등을 실행하기 위하여 다음과 같은 기본적인 생각이 실려 있다.1) 연계된 전력계통의 사고 시에는, 신속하고 확실하게 계통으로부터 분산전원을 분리하고, 어떠한 부분계통에서도 단독운전이(전력계통송출 차단기 개방에 의해 단절된 상태에서 발전설비 설치자의 전원을 운전해 전력계통의 부하로 충전하고 있는 상태) 발생하지 않도록 할 것.2) 상위 송전계통 사고 시 등, 해당연계계통의 전원이 상실된 경우에는, 분산전원을 신속 분리할 것3) 사고 시 전력계통 송출 하고 차단기의 재폐로 시에는, 분산전원을 확실히 분리할 것.위와 같이, 종래의 수전만 하던 전력 수용가에 발전설비를 설치한 경우에 대한 보호 방법도 크게 달라져, 전력회사 송출하고 차단기가 개방되어도 분산전원의 발전기로부터 사고전류공급이 계속됨으로써 발전설비 설치자는 구내 및 해당 전력계통의 전체를 보호할 필요성이 있다아래에 각 사고대책에 필요한 보호 계전기를 제시한다.발전설비 설치자 구내사고 대책구내의 단락사고 검출용으로 (순시요소 내장) 과전류 계전기를 사용하고, 지락사고 검출용으로 지락 과전류 계전기를 사용한다. 각각의 접지계통에 적절한 지락계전기를 선택해야만 한다.또 구내 충전전류가 많은 경우에는 지락방향 계전기를, 빠른 속도가 요구되는 경우에는 변압기의 여자돌입전류에 의한 불요동작을 방지하기 위하여, 제2고조파 억제 기능이 있는 지락계전기의 사용을 추천한다.전력계통 사고대책연계 계통에서 단락사고가 발생하면,분산전원이 동기발전기인 경우는, 발전기로부터 사고점을 향하여 단락전류가 흐르지만, 일반적으로 발전기 단락용량이 작기 때문에 단락전류가 작아, 구내사고 대책용 과전류 계전기로는 검출이 불가능 하다. 그래서 고감도의 단락방향 계전기를 이용하여 검출한다.또한, 유도발전기의 경우는, 단락방향 계전기로 검출이 불가능 하다. 이 경우에는, 계통발전의 저하를 검출하는 부족전압 계전기로 보호 한다.또 계통전압의 상승을 과전압 계전기로 보호한다.상위 계통사고 대책상위의 송전계통에서 사고가 발생하여 해당 변전소 전원이 상실되고, 분산전원이 단독 운전상태가 되었을 경우에는, 신속하고 확실하게 분산전원을 분리하여야 한다.이러한 단독운전상태를 과주파수 계전기, 부족 주파수 계전기 및 단독운전 검출기능을 이용하여 검출한다.또 역조류가 허락되지 않은 발전설비 설치자는 분산전원이 단독운전상태가 되었을 경우, 분산전원 측으로부터 전력계통 측에 유효전력이 유출되므로, 역전력 계전기를 사용하여 검출한다. 보호를 위한 방법① 구내 사고시 구내에서 신속 정확히 검출하여 발전 설비를 계통으로부터 분리해야 함.② 연계된 계통의 사고시 신속 정확히 검출하여 발전 설비를 계통으로부터 분리해야 함.③ 연계된 계통 이외(동일 뱅크의 기타 feeder)의 고장시에는 발전 설비는 분리되지 않도록 함.④ 상위 송전 계통 사고 등 해당 연계 계통의 전원이 상실되었을 경우에 발전 설비가 신속하게 분리되어야 함(단독 운전을 일으키지 않는 것).⑤ 사고시 자동 개폐로 시에는 발전 설비가 분리되어 있을 것.

구내 사고 대응 (F1점)① 단락사고 OCR-H(과전류계전기, 3(2)상)② 지락사고 OCGR(지락과전류계전기, 영상) 또는 DGR(지락방향계전기, 영상)③ 발전기 자체의 이상 검출 OVR(과전압계전기, 1상) UVR(부족전압계전기, 1상)

전력 계통사고 대응 (F2, F3점)
① 단락사고             DSR(단락방향계전기, 3상)동기 발전기의 경우 UVR(부족전압계전기, 3상)유도 발전기 및 역변환 장치를 이용하는 발전 설비의 경우② 지락 사고   OVGR(지락과전압계전기, 영상) 전력회사설치 DGR 동작 후에 검출③ F3점 사고시 연계 릴레이는 부동작

상위 계통 사고 대응 (F4점)계통 전원 상실 ⇒ 발전설비 단독운전① UFR : (주파수저하계전기, 1상)② RPR : (역전력 계전기, 2상)③ OFR : 역조가 있는 경우       (주파수상승계전기, 1상)④ 단독운전검출기능 또는 전송차단장치: 역조가 있는 경우IEEE1547. 1IEEE1547. 1은 분산전원계통 시스템이 IEEE std1547에 적합한가를 확인하는 시험 및 요령이 제시되어 있는 KEPRI에서도 참고하고 있는 중요한 규격이다. 이 규격은 보호 계전기, 발전기 및 차단기 등에 대한 규격으로, 보호 계전기 부분에서 당사 CPP1형 보호계전기는 정정범위, 동작시간 및 환경성능 등이 이 규격을 만족하고 있다.IEEE1547.1 이란?분산전원계통연계 시스템이 IEEE std1547에 적합한지 확인하는 시험 및 요령을 결정함 ↓분산전원계통연계 시스템=package로서 정의하고 있음미츠비시 전기의 분산전원계통연계 보호용 계전기 ↓ CPP1-A11D21. 보호릴레이에 관한 것으로, 규정되어 있는 보호요소① 과전압에 대한 시험② 부족전압에 대한 시험③ 과주파수에 대한 시험④ 부족주파수에 대한 시험⑤ 역전력에 대한 시험⑥ Anti-islanding 대한 시험① 과전압에 대한 시험② 부족전압에 대한 시험③ 과주파수에 대한 시험④ 부족주파수에 대한 시험⑤ 역전력에 대한 시험⑥ Anti-Islanding 에 대한 시험환경성능미츠비시 전기 CPP1형 계통연계보호 계전기계통연계 보호계전기로서 당사의 MELPRO-D시리즈CPP1형(디지털형)의 특징을 소개한다.(<그림 1>)(1) 계통연계에서 필요한 보호요소 및 단독운전 검출기능을 Compact하게 ALL-IN-ONE화 하여, CPP1형 1대로 연계조건을 만족한다.(2) 오랜 기간 전력용 보호계전기 제조 경험으로 탄생된 고도의 자기감시 기능이 갖추어져 있어, 정기점검주기 시에도 보호 계전기의 고장이 발견 가능하여 보호 신뢰성이 높다.(3) 충실한 자기감시 기능이 내장되어 있어 점검의 연장화 및 간소화가 가능하다.(4) 보호요소 복귀 기능이 내장되어 있어 판넬 점유면적의 축소화가 가능하며, 입력신호의 공용화에 의해 CT, VT는 저정격 부담품의 선택이 가능하다.(5) 고정밀도 디지털 연산방식 채용으로 높은 신뢰도를 실현하고 있다. 또한 자기감시기능에 의해불필요한 Miss-Trip방지와 고장의 신속한 파악이 가능하여 설비의 가동률이 향상된다.(6) 아날로그·디지털 필터 채용에 의해 고주파 입력에 대해서도 안정된 특성을 얻을 수 있다.(7) 단락방향요소는, 전압 메모리 기능을 내장하여 지근단락사고 시에도 정확히 검출동작 한다.또 역률 변동에 의한 불요동작대책으로서 선형위상특성을 채용하고 있다.(8) 역률 계측기능이 내장되어 있어 전력동요 시의 역율 일탈 상황이 판단 가능하다.(9) 정정범위의 wide화, 상세 step화로 인해, 각종 정정 조건에 최적 정정이 가능하다.(10) 프로그래머블 출력접점의 채용에 의해 외부Sequence생략화, 시스템 구축 공정수 절감 및 고장율 저하가 가능하다.(11) 보호계전기 동작시의 동작값과 그밖의 것들을 기록하는 사고기록기능이 내장되어 있어사고원인 구명 시간 및 정전시간을 대폭 단축할 수 있다.향후 전망앞으로도 분산형 전원은 확대될 것이며 여러가지 분산형 전원이 성장을 계속할 것으로 예상된다.한편 가이드라인 등의 지표도 개정이 예정되어 있으며 보호구성의 재검토도 예상된다.당사로서는, 신기술 도입과 가이드라인 개정에 신속히 대응하여, 분산전원도입에 있어 항상 최적의 보호 계전기를 공급해나갈 계획이다.

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