릴레이 보호 분야
변류기 (CT)는 공장의 보호 계전기에 신호를 공급합니다. 비정상적인 전류가 발생하면 트립 차단기를 릴레이하여 모터 소손 및 비용이 많이 드는 장비 손상을 방지합니다.
계전기 보호 장치(보호 계전기)는 발전 및 배전 시스템의 안정성, 안전성, 규정 준수를 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 재생 가능 에너지 배포, 분산 발전, 엄격한 그리드 코드를 갖춘 계전기는 오류 감지, 그리드 분리, 주파수 및 전압 적용, 전반적인 시스템 신뢰성의 핵심입니다.
규제/표준 상황
발전 시스템의 계통 연결에 대한 독일 규정은 보호 계전기에 대한 법적 요구 사항을 설정합니다. 두 가지 주요 기술 연결 규칙은 다음과 같습니다.
VDE-AR-N 4105: 저전압 연결을 관리합니다(≤100kW, <1,000V AC).
VDE-AR-N 4110: 중전압 연결용(>100kW 또는 ≥1,000V AC).
두 경우 모두 전압, 주파수, 정전 및 관련 현상을 모니터링하려면 계통 급전 또는 계통 네트워크 보호 계전기가 필요합니다. 한계를 벗어나거나 안전하지 않은 조건에서 발전기를 분리합니다. 단독 운전(즉, 그리드 일부의 의도하지 않은 분리)을 방지합니다.
주요 애플리케이션/사례 연구
1. 수력 발전소 및 분산 발전
구체적인 사례는 바이에른에 위치한 회사인 Lukas Anlagenbau GmbH로, 많은 수력 발전소(약 5kW ~ 10MW 용량)를 운영하고 있습니다. VDE-AR-N 4105 규정(및 개정판)으로 인해 해당 플랜트는 과전압/저전압, 과/저주파수 감지, 매개변수 편차 시 대응 등 그리드 급전 모니터링 요구 사항을 준수해야 합니다.
이러한 요구 사항을 충족하기 위해 Lukas Anlagenbau는 60개 이상의 수력 발전소에 ABB의 CM-UFD.M31 그리드 급전 모니터링 릴레이를 배포했습니다. 이 계전기는 관련 매개변수를 지속적으로 모니터링하고 한도가 초과되면 인터페이스 스위치를 트립합니다(공공 전력망에서 플랜트 연결을 끊음). 또한 이 장치는 오류 메시지를 표시하고 정확한 임계값(주파수 및 전압)을 지원하며 우수한 유용성(DIN 레일 설치, 판독 가능한 디스플레이)을 제공합니다.
이 사례는 계전기 보호가 운영 안전과 규정 준수를 모두 보장하는 동시에 분산 발전이 그리드에 참여할 수 있도록 허용하는 방법을 보여줍니다.
2. 태양광발전 시스템 및 'NA 보호'
또 다른 주요 사례는 태양광 PV 배치, 특히 저전압 부문입니다. VDE-AR-N 4105에 따라 약 30kW에서 135kW 사이의 모든 발전소에는 네트워크 및 시스템 보호(NA 보호)가 설치되어 있어야 합니다.
NA 보호는 모니터링 릴레이와 중복 연동 스위치를 결합합니다. 릴레이는 그리드의 전압과 주파수를 모니터링하고 편차가 허용 오차를 초과하면 지정된 시간(보통 0.2초 이내) 내에 그리드에서 PV 시스템의 연결을 끊습니다. 연동 스위치는 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 요소가 오류 안전을 보장하도록 배열됩니다. 즉, 하나가 실패하면 다른 하나는 여전히 연결 해제를 보장합니다. 또한 스위칭 장치는 모니터링 릴레이에 상태를 피드백하여 올바른 작동을 보장합니다.
3. 사용 중인 장치/계전기
Ziehl과 같은 독일 제조업체는 이러한 표준에 맞는 보호 계전기를 생산합니다. 예를 들어, UFR1001E 및 UFR1002IP 장치는 전압, 주파수, 벡터 이동, ROCOF(주파수 변화율) 등을 모니터링하여 VDE-AR-N 4105:2018-11 및 VDE-AR-N 4110:2018-11의 요구 사항을 충족합니다.
이 계전기는 발전소(태양광, 수력, 풍력)에 사용되며 비정상적인 전력망 상태 감지, 안전한 연결 해제, 원격 제어/대기, 오류 표시 및 기록과 같은 중요한 기능을 제공합니다. Ziehl 계전기는 독일 전력망 규정에 따른 요구 사항인 단일 오류 방지(즉, 하나의 구성 요소에 오류가 발생해도 안전 기능이 계속 작동함)로 설계되었습니다.
릴레이 보호로 해결되는 문제
이러한 애플리케이션에서 릴레이 보호 장치가 해결하는 데 도움이 되는 여러 범주의 문제를 볼 수 있습니다.
전력망 안정성 및 안전성
재생 가능 에너지원은 다양합니다. 급격한 발전 변화(예: PV 위의 구름이나 풍속 저하로 인해)는 주파수 및 전압 변동을 일으킬 수 있습니다. 관리하지 않으면 이러한 변동이 확산되어 더 넓은 그리드를 불안정하게 만들 수 있습니다. 릴레이는 매개변수가 안전 허용치를 초과할 때 발전 플랜트의 연결을 끊도록 하여 플랜트와 네트워크를 모두 보호합니다.
단독 운전 방지
단독 운전(전력망 연결이 끊어졌을 때 계속 작동하는 발전 장치)은 유지 관리 직원에게 위험하며 장비 손상으로 이어질 수 있습니다. 올바른 감지(전압 손실, 주파수 드리프트, 벡터 이동 등) 기능을 갖춘 보호 계전기는 계통 연결이 끊어지거나 오류가 발생하는 경우 발전이 안전하게 차단되도록 보장합니다. NA 보호 체제의 태양광 시스템에는 단독 운전 방지 보호 기능이 포함되어야 합니다.
그리드 코드 및 법적 요구 사항 준수
독일의 VDE-AR-N 4105/4110과 같은 규제 표준은 특정 보호, 안전 및 성능 요구 사항을 부과합니다. 운영자는 올바른 설정과 함께 이러한 표준에 대해 인증된 릴레이를 사용해야 합니다. 규정 준수를 통해 법적 처벌을 피하고 공장이 연결 상태를 유지하고 보상을 받을 수 있도록 보장합니다. VDE 코드를 충족하기 위해 ABB의 CM-UFD.M31을 채택한 수력 회사의 사례가 그 예입니다.
오류 감지 및 빠른 연결 끊김
라인, 과전압, 저전압, 과주파수 또는 저주파수 조건의 오류를 신속하게 감지하여 구성 요소의 손상을 방지하고 연쇄 오류를 방지해야 합니다. 릴레이는 결함이 있는 부품을 격리하기 위해 빠른 감지 및 작동(스위치 끄기)을 제공합니다.
전력 품질 및 그리드 통합
재생 가능 에너지가 증가함에 따라 전력 품질(전압 변동, 깜박임, 고조파) 및 일관성(위상, 주파수)이 더욱 어려워지고 있습니다. 보호 계전기는 모든 사용자에게 허용 가능한 전력 품질을 유지하는 제한을 모니터링하고 적용하는 데 도움이 됩니다. 또한 대량의 분산 발전이 온라인일 때 안정성에 중요한 벡터 이동(이상 위상 관계 감지) 및 ROCOF(주파수 변화율)와 같은 기능도 지원합니다.
토론 / 배운 교훈
장치 유용성은 중요합니다. 독일의 실제 사례는 명확한 디스플레이와 간단한 설정 프로세스를 통해 구성하기 쉬운 계전기가 적절하게 설치 및 유지 관리될 가능성이 훨씬 더 높다는 것을 보여줍니다. 수력 발전소 운영자는 구성의 용이성과 정확성을 고려하여 예산을 책정했습니다.
이중화 및 오류 안전: 직렬로 연결된 두 개의 독립적인 스위칭 요소, 스위치 위치 모니터링, 이중 채널 릴레이, 오류 방지 설계는 좋은 기능일 뿐만 아니라 많은 독일 그리드 코드의 규제 요구 사항입니다.
임계값 및 타이밍: 전압/주파수 제한, 연결 해제 전 지연, 스위칭 용량 등과 같은 설정은 현지 전력망 운영자 요구 사항에 맞게 조정되어야 합니다. 독일 규칙은 시간 제한(전압/주파수가 범위를 벗어났을 때 발전기의 연결을 얼마나 빨리 끊어야 하는지)을 정의합니다. 릴레이의 감도, 정밀도 및 속도가 결정적입니다.
표준 발전: VDE-AR-N 4105 및 4110 표준이 발전했습니다. 제조업체와 운영자는 개정 내용을 따라잡아야 합니다. 보호 계전기는 이러한 표준의 현재 버전에 대해 미리 설정된 임계값을 제공하는 경우가 많습니다.
결론
계전기 보호 장치는 재생 가능 에너지원과 분산 에너지원의 안전하고 규정을 준수하며 안정적인 통합의 초석입니다. 규제 표준(VDE-AR-N 4105/4110) 시행, 고급 계전기 장치(ABB, Ziehl 등) 배포, 수력 발전 및 태양광 PV 시스템의 실제 사례 작업을 통해 계전기는 주요 문제를 해결합니다.
안전하지 않은 전압/주파수 조건에서 연결 해제
섬화 방지
장비 및 그리드 안정성 보호
규정 준수 보장 및 처벌 방지
독일의 에너지 전환('Energiewende')이 더욱 분산된 발전, 에너지 저장, 마이크로그리드, 스마트 그리드와 함께 계속됨에 따라 안전 및 규제뿐만 아니라 신뢰성, 탄력성 및 유연한 운영을 가능하게 하는 보호 계전기의 중요성도 커질 것입니다.
