지락과전압 계전기의 오동작에 의한 Shut-down 사례

[秦始皇帝]

154kV/22kV 수전해서 약 3.5㎞ 거리의 공장 2차 변전소에서 22㎸/6.6㎸로 사용하는 P공장에서 발생되었던 내용으로 22㎸ 인출측 OVGR이 동작되어 22㎸ Main Feeder가 Trip되므로 공장전체가 Shut-down 되었다.

선로순시 및 절연저항 측정(100㏁)으로는 고장을 발견할 수 없었다.

1. 현황

그림1과 같이 154㎸ S/S에서 공장구내 2차변전소까지는 3.53㎞이고 중간에 도로를 통과하는 지점이 있어 130m는 Cable로 포설되어 있다.

도로 횡단 부분에 예비 Cable CV 325㎟ 1C3W을 포설하고 도난방지를 위하여 3선을 일괄하여 A상에 연결하였다.

작업완료 후 이상이 없으므로 철수한 후 약 15분경과되어 OVGR이 동작되어서 VCB(HV-2) 및 VCB(HV-3)가 Trip되어 공장전체가 정전되었고 육안점검 및 절연상태는 양호하였다.

2. 원인 분석

가. OVGR(64)은 동작시 정전범위가 커서 67 Relay와 직렬로 하여 SGR의 오동작을 예방하거나 Alarm Only로 하는 것이 일반적이나 복합사고 발생으로 Feeder CB가 모두 차단되고 Bus만 가압된 상태에서도 영상전압이 검출되는 경우는 Main Tr 2차와 Main Bus에서 발생한 지락고장이므로 2단 출력을 내게하여 Time Delay 출력은 Tr 1차측 CB를 Trip시킬 수도있지만 이 공장은 22㎸ 계통에 사용한 GPT가 직접접지계통에 사용하는 Type을 사용하여 지락고장시 영상전류가 너무 많이 흐르게 되어 SGR의 위상특성상 정동작을 기대할 수 없으므로 OVGR을 후비보호용으로 Trip토록 잠정조치(22㎸ 비접지계통을 GPT 구입시까지)된 상태였음.

따라서 22㎸ 계통의 지락보호를 SGR보다는 OVGR에 의존하는 상태였으므로 OVGR의 동작시간을 최대 Lever(10)로하여 수목이나 조수의 순간적인 접촉에는 동작되지 않고 계속(10초 이상)될 경우 Trip될 수 있도록 정정되어 있었음.

나. 설비 내용

  1) 수전용 변압기

정격전압 : 154㎸/22.9㎸

결 선 : Y-Δ

정격용량 : 30/40MVA

  2) 지락과전압 계전기(OVGR)

제작사 : 경보전기

Type : GVG-CD9

정격전압 : 190V

Tap 정정 : 35V

Lever 정정 : 10

  4) 구내 배전선로(22㎸)

◇ 가공 부분

- 거리 : 3.4km

- 전선 : ACSR 240㎟

- 전주 : CP 16m 전선지상고 10m 가정(Deep, 매설깊이 고려)

- 완금 : 2,400㎜ 2단 장주

◇ 지중 부분

- 거리 : 130m

- 전선 : CV 325㎟ 1C/3

다. OVGR 오동작 원인

1) 당시 영상전압 발생값

영상전압계 지시값 약 6㎸

2) 전선의 정전용량은 Cable의 경우 가공선 보다 10배이상 크게 되므로 325㎟ 130m 3선을 일괄해서 1상에만 연결하게 되면 선로정수(충전용량) 불평형으로 영상전압이 발생한다.

계산결과 영상전압값은 5,769V로 당시 영상전압계에 표시된 6㎸와 유사하며 계전기 동작보증값 6,328V(35V 정정×1.5 = 52.5)와 유사한 영상전압이므로 OVGR이 오동작한 것으로 추정할 수 있다.

또한 Cable 130m 3선을 일괄해서 1선에 연결하고 15분 정도 경과 후 Trip된 것은 그림 2 Time-Voltage 특성곡선에서 알수 있듯이 6,328V(35V 정정×150%)에서 10sec에서 동작되는 것이 정상이겠으나, 5,769V는 정정값 35V(4218V)의 137%에 해당하는 값이며 계기(GPT, 영상전압계, OVGR)오차 목측오차 등을 고려하고 환경 여건에 따른 선로정수의변화 (바람 등에 의한 가공선 구간의 등가선간거리의 변화 등)에 따라 계전기가 동작보증하는 6,328V(52.5V)의 지속시간 10sec가 유지되는 조건이 만족된 것이 Cable 연결 후 15분 내에는 만족되다 해제되다 반복되고 15분 경에 이조건이 만족되어 Trip된 것으로 추정 할 수 있다.

또한 정정값의 100% ~ 150%전압 (4,218 ~6,328V)에서는 동작값과 동작시간이 보증되지 않는 큰 오차로 동작될 수 있는 범위이다.

마. 영상전압(잔류전압) 계산

배전선로에서는 보통 운전상태에서 중성점 전위는 항상 “0”인 것으로 되어있다. 따라서 중성점을 접지하여도 대지로는 전류가 흐르지 않고 GPT의 3차측 Open-Delta 측에도 전압(영상전압)이 나타나지 않는 것으로 되어 있다.

그러나 실제로는 각상의 정전용량에 약간씩의 차이가 생겨 보통운전상태에서도 중성점은 다소간의 전위를 가지게 되며 이 전압은 단상으로 작용하고 주된 요인으로는 정상상태에서는 3상 각상의 대지정전용량Cs의 불평형인것과 과도상태에서는 차단기의 개폐가 3상 동시에 이루어지지 않거나 단선 사고등이 발생하여 3상 불평형이 되는 경우이며 이 같은 경우 OVGR이나 SGR, DGR의 오동작을 고려할 필요가 있으며 주제의 경우도 선로의 정전용량 불평형에 의한 오동작이며 그 계산 결과는 아래와 같다.

3. 관련 기술

전력계통에는 정상, 역상, 영상 정전용량이 있으며 선로에는 선로 상호간의 정전용량 Cm, 선로대지간 정전용량 Cs가 있고 등가화로를 그리면 그림 3과 같다.

결론

1. 선로정수 특히 충전용량이 다른 경우 비접지 계통에서는 영상전압이 나타나므로 OVGR이 동작될 수도 있고 중성점접지식에서는 영상전류가 흐르게되므로 유도장해가 발생하게 된다. 따라서 전선의 종류 특히 Cable의 경우 각상 동일 종류 동일길이로 3각포설하여 선로정수를 평형화 할 필요가 있다.

2. 수만 kVA이상 되는 설비에서는 배전 및 부하설비 Cable의 충전전류가 크게되어서 SGR 및 OVGR의 오․부동작의 요인이 될 수 있으므로 충분한 검토가 필요하며 지락보호를 확실히 하기위하여 특별한 경우 (지락고장시 강행송전하면서 고장확인 복구가 필요한 계통등)를 제외하고는 저항접지계통이 바람직하겠다.