보호 계전기란 무엇인가?

보호 계전기(Protective Relay)는 전기 계통에서 설비를 보호하는 장치이다.

 

과전류 보호 계전기는 전류를 계속해서 센싱하고 설정 전류 이상으로 커지면 차단기를 동작시켜 전기를 차단시킨다. 집에서 많이 사용하는 멀티탭도 과전류 보호 계전기라고 볼 수도 있지만, 일반적으로 보호 계전기는 좀 더 큰 전기계통에 사용되는 장비를 말하고 멀티탭에 있는 것은 단순히 과전류 차단기라고 부른다.

 

일반적으로 공장이나 아파트의 배전반에 많이 사용되는 LS 산전의 보호 계전기는 다음 그림과 같다. 뒷면에 전압, 전류 신호를 입력 받아 센싱하고 전기계통의 이상 발생시 차단기를 On/Off 시키는 신호를 출력한다.

 

 

보호 계전기에는 과전류 계전기 뿐만 아니라 선로 보호 계전기, 발전기 보호 계전기, 피더 보호 계전기, 거리 계전기, 전류 차동 계전기, 전동기 보호 계전기 등 전력 계통을 구성하는 모든 요소들에 대한 보호 계전기가 있다.

 

보호 계전기의 목적은 보호 대상이 고장 났을 때  그 고장을 다른 부분으로 전파되는 것을 막는 것이다. 보호 대상의 작은 고장이 더 심각한 고장으로 커지는 것을 막아 보호 대상을 보호할 수도 있지만 그것이 주목적이 아니다. 더 큰 목적은 고장 부분을 차단 시켜 다른 곳으로 전파되는 것을 막는 것이다.

 

 

예를 들면, 아파트의 가정집에서 단락이 발생했을 때 멀티탭 또는 가정집의 차단기가 내려가지 않으면, 단락에 의한 과전류가 아파트의 배전반을 손상 시키고, 만약 아파트 배전반에서도 차단 시키지 못하면 한전의 변전소까지 피해가 갈 수 있다. 

 

현재에는 보호 계전기를 IED (Intelligence Electronic Device)라고 해서 보호 계전 기능 뿐만 아니라 전기 계측, 레코딩, 통신 등의 기능을 하나로 합친 형태를 사용한다.

 

전력 계통을 연구하는 대학원 전공은 크게 보호 계전, 안정도, 조류해석의 3가지 분야로 나누어 진다.

 

보호 계전기는 입력 신호에 따라 차단기를 On/Off 신호를 출력하는 오픈 루프 시스템으로 비교적 단순한 시스템이다. 하지만, 보호 계전기는 높은 전자기 노이즈에 노출되는 환경에서 사용되기 때문에 EMC에 강한 설계를 해야 한다. 보호 계전기가 설치되는 배전 패널 내부에는 계전기 1미터 옆에 수십만 볼트와 수천 암페어가 흐르는 선로가 있고 여기에서 발생하는 노이즈를 견뎌야 한다.