개념 한 쪽
전기산업기사 보호계전기의 종류 — 감지량 매칭과 기기 일반
보호기기 문제는 계전기가 「무엇을 감지하는가」로 가리면 풀린다. 세트는 돌극형 리액턴스, 브러시 재료, 정류·역변환 같은 기기 일반 지식과 묶여 있다.
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뜻
계전기는 회로를 감시하다 이상이 생기면 차단기에 신호를 보내는 장치다. 보호하려는 회로의 전압이 예정값 이상으로 되었을 때 동작하는 것이 과전압계전기(OVR, Over Voltage Relay)다. 다른 계전기와의 구분도 감지량으로 한다 — 거리계전기는 전압과 전류의 비(임피던스)로 고장점까지 거리를 재고, 방향계전기는 전류·전력의 방향을, 지락 과전압계전기(OVGR)는 지락 사고 때 생기는 영상전압을 감지한다(이름을 그대로 읽으면 답이 되는 유형).
세트의 나머지는 기기 일반이다. 돌극형 동기발전기는 자극 중심인 직축(d축)의 공극이 좁아 자속이 잘 통하므로 Xd > Xq이고, 공극이 균일한 원통형(비돌극형)은 Xd = Xq다. 정류기 출력의 맥동률은 교류분÷직류평균값이므로, 평균 2000 V·맥동률 3%면 교류분 60 V다. 직류기 브러시는 금속 함량이 많을수록 접촉저항이 작아져 저전압·대전류용은 금속 흑연질(구리+흑연), 탄소질·전기 흑연질은 접촉저항이 커 고전압·대형기용이다. 회전계자형 동기발전기는 대전력 전기자를 고정하고 소전력 계자만 회전시키므로 절연·전력 인출·급전이 유리하고 기계적으로 튼튼해 가장 많이 쓰인다(고주파용·극소용량 특수용은 유도자형·회전전기자형).
단상변압기 3대를 1차 △·2차 Y로 결선하면 △는 상전압=선간전압이고 Y는 선간전압=√3×상전압이므로, 1차 선간전압 V에 전압비 a이면 무부하 2차 선간전압은 √3·V/a다. 유도전압조정기는 단상형이 교번자계를 써 단락권선이 필수이고, 3상형은 회전자계로 위상을 연속 변화시켜 조정하므로 단락권선이 필요 없다. 종속법 속도제어의 무부하 속도는 직렬접속이 Ns = 120f/(P1+P2), 차동접속이 120f/(P1−P2)로 12극+8극·60 Hz면 360 rpm = 6 rps다(rpm→rps는 ÷60). 전력변환은 컨버터(AC→DC 정류)·인버터(DC→AC 역변환)·초퍼(DC→DC)·사이클로컨버터(AC→AC)로 갈린다. 직류전동기의 역기전력 E = kφN는 자속과 속도에 비례하는 크기일 뿐 회전방향과 무관하고, E가 커지면 전기자전류 Ia = (V−E)/Ra는 감소하며 전동기는 항상 V > E다.
공식 교재로 짚기
학습목표: 차단기가 계전기와 조합해 고장 시 전로를 자동 개폐하여 기기를 보호하는 구조를 짚는다.
차단기는 일반적으로 전로를 개폐하는 것을 말하며, 단락 상태에서 계전기와의 조합으로 전로를 자동적으로 개폐하여 기기를 보호하는 데 사용한다.
NCS 학습모듈 1901050101 전기기기 설계요소 분석 · 1-1. 전기기기의 목적과 종류에 대한 이해
예제
계전기 문제는 감지량 표(전압 초과=OVR, 임피던스=거리, 영상전압=OVGR)로 소거한다. 기기 일반은 두 항 대응으로 즉답한다 — 「돌극은 d>q, 원통은 d=q」 「대전류=금속 흑연질」 「△=그대로, Y=√3배」 「직렬종속은 더하고 차동은 빼기」 「인버터=DC→AC」. 역기전력 선지에는 「방향」이 들어 있으면 의심한다.
자주 묻는 물음
- 전압이 예정값 이상으로 되었을 때 동작하는 계전기는 무엇인가요?
- 과전압계전기(OVR)이다. 회로 전압의 상승을 감지해 기기·설비를 보호한다. 거리계전기는 임피던스로 고장거리를, OVGR은 지락 시 영상전압을 감지하는 등 계전기는 감지량으로 구분한다.
- 돌극형 동기발전기의 Xd와 Xq는 어떤 관계인가요?
- Xd > Xq이다. 자극 중심인 직축(d축)은 공극이 좁아 자속이 잘 통하므로 리액턴스가 큰다. 공극이 균일한 원통형(비돌극형)에서만 Xd = Xq가 성립한다.
- 인버터는 어떤 변환 장치인가요?
- 직류를 교류로 바꾸는 역변환 장치이다. 교류를 직류로 바꾸는 정류(컨버터)의 반대 동작이고, 직류→직류는 초퍼, 교류→교류는 사이클로컨버터가 담당한다.
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