발전기(교류발전기) 보호: 포괄적인 고장 보호 전략

교류발전기 보호

이전 글에서 변압기와 송전선 보호에 대해 다뤘습니다. 현대 전력 시스템은 발전기, 변압기, 변전소 버스바, 송전선 등 여러 부분으로 구성되며, 각 부분을 조만간 발생할 수 있는 고장으로부터 보호하는 것이 필수적입니다. 민감한 보호 계전기로 시스템의 이상 동작을 감지하는 것은 매우 유익합니다. 발전기에서 가장 심각하고 즉각적인 주의가 필요한 고장은 고정자 권선 고장입니다. 발전기 보호의 기본 방식은 차동 계전기 방식인데, 차동 측정 특성 덕분에 다른 보호 방식보다 훨씬 민감하고 신뢰성이 높습니다.

발전 설비, 특히 대용량 설비는 수는 적지만 개별 비용이 다른 설비보다 훨씬 높습니다. 따라서 이 모든 설비를 손상 고장으로부터 안전하게 보호하는 것이 바람직합니다. 발전기에서 발생할 수 있는 몇 가지 고장을 살펴보겠습니다.

원동기 고장

원동기 입력이 차단되면 발전기는 동기 전동기로 운전되며 계통에서 전류를 끌어옵니다. 이 상태를 “역전 운전”이라 합니다.

계자 고장

계자 고장 발생 확률은 매우 낮습니다. 발생하더라도 발전기 자체를 손상시키지는 않습니다. 계자 공급 없이 발전기가 운전되면 고장 난 발전기를 수동으로 분리할 수 있으며, 자동 분리 시스템은 필요하지 않습니다.

과전류

이 고장은 주로 권선 절연의 부분적 파괴나 계통 과부하로 발생합니다. 현대 발전기 권선은 임피던스가 높아 단락 시에도 충분한 시간 동안 견딜 수 있으며, 수동으로 차단 가능합니다. 과전류 계전기를 사용하면 순간적인 외부 고장에도 발전기가 버스바에서 분리되어 소비자 전력 공급 연속성을 해칠 수 있다는 단점이 있습니다.

과속

과속의 주원인은 발전기에서 대용량 부하가 갑자기 분리되는 것입니다. 이에 대비해 구동축에 기계식 원심 장치를 장착해 위험한 과속 발생 시 원동기 주밸브를 트립시킵니다.

과전압

계자 여자 시스템이 잘 설계되어 있어 과전압을 일으키지는 않지만, 원동기 과속으로 인해 과전압이 발생할 수 있습니다. 과속 원인은 대용량 부하 급전 분리입니다. 발전기 회전축에 기계적 장치를 설치하면 제어 가능합니다.

불평형 부하

불평형 부하는 발전기 상전류가 서로 다른 상태입니다. 대지 고장이나 상간 고장으로 발생합니다. 방치하면 권선이 타버리거나 기계적 고정이 손상될 수 있습니다.