디지털 보호 계전기 설정 방법과 실제 OCR 정정 예시 완벽 정리

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디지털 보호 계전기 설정 방법과
실제 정정 예시 완벽 정리

📘 글번호 112 ⚡ 전기기술사 연계 🎯 OCR 픽업·협조곡선 포함

📎 관련 시리즈 목차

• OCR(과전류계전기) 동작 원리와 순시/한시 정정 계산
• [현재 글] 디지털 보호 계전기 설정 방법과 실제 정정 예시
• 수전실 OCR·OCGR·UVR 협조 곡선 이해와 그래프 보는 법
• 변압기 보호용 계전기 종류(비율차동, 과전류) 적용
• 보호 계전기 시험 방법(2차 주입 시험)과 합격 판정

01 / 도입

아날로그 설정을 그대로 쓰면 안 되는 이유

현장에서 디지털 보호 계전기로 교체한 직후 가장 많이 받는 질문이 "기존 아날로그 다이얼 값 그대로 입력하면 되나요?"입니다. 결론부터 말하면 안 됩니다. 아날로그 계전기의 탭(Tap)·레버(Lever) 값은 물리적 기계 구조에 의존하며, 디지털 계전기가 요구하는 픽업 전류(Primary Ampere 또는 CT 2차 값)·시간배율(TMS/TD)·곡선 타입 파라미터와 단위 체계가 다릅니다.

파라미터를 잘못 입력하면 두 가지 치명적 문제가 발생합니다. 첫째, 픽업 값이 너무 낮으면 정상 부하 전류에서 계전기가 불필요하게 트립(nuisance trip)하여 생산 설비가 정지합니다. 둘째, 반대로 픽업 값이 너무 높거나 시간배율이 과도하면 실제 사고 시 보호가 늦어 기기 손상이 확대됩니다. 이 글에서는 225kVA 변압기 2차 회로 실제 예시를 중심으로 각 파라미터의 물리적 의미와 올바른 정정 절차를 단계별로 설명합니다.

💡 이 글에서 배울 내용
① 디지털 OCR 주요 파라미터(픽업·TMS·곡선 타입) 의미와 입력 방법
② 225kVA 변압기 2차 300A 기준 실제 정정 계산 예시
③ 아날로그 계전기와 디지털 계전기의 핵심 차이 비교
④ 상위 계전기와의 협조(Coordination) 확보 방법
⑤ KEC 212 기준 및 현장 안전 수칙

02 / 시스템 구성

디지털 보호 계전기 내부 구조와 신호 흐름

디지털 계전기는 현장의 아날로그 전류·전압 신호를 내부 DSP(디지털 신호 처리기)로 샘플링한 뒤, 설정된 보호 알고리즘을 실행하고 트립 출력을 내보내는 순서로 동작합니다. 아날로그 계전기가 전자기적 힘으로 동작하는 것과 달리, 디지털 보호 계전기 내부 알고리즘은 IEC 60255-151에 규정된 수학적 역시간 방정식을 실시간으로 연산하므로 정밀도와 재현성이 크게 향상됩니다.

내부 구조는 크게 5개 기능 블록으로 구성됩니다. 입력 변환부(AI Module)에서 CT·PT 신호를 받아 저전압 신호로 변환하고, A/D 변환부에서 디지털 값으로 샘플링합니다. 연산 처리부(DSP/CPU)에서 실제 보호 알고리즘과 사용자가 입력한 정정값을 비교·연산하여, 트립 조건 충족 시 출력 계전부(DO Module)로 트립 신호를 출력합니다. 이 모든 이벤트는 SOE(Sequence of Events) 기록부에 저장되어 사후 분석에 활용됩니다.

[ 블록 다이어그램 ] 디지털 보호 계전기 내부 신호 흐름

HMI(사용자 인터페이스)에서 입력한 픽업 전류·TMS·곡선 타입 설정값은 DSP/CPU의 보호 알고리즘에 실시간으로 반영됩니다. 최신 디지털 계전기는 IEC 61850 통신 프로토콜을 지원하여 원격 HMI나 SCADA 시스템에서도 파라미터를 조정하고 이벤트 기록을 확인할 수 있습니다.

03 / 파라미터

디지털 OCR 3대 파라미터 완전 분석

디지털 과전류 계전기(OCR)를 정정할 때 반드시 입력해야 하는 파라미터는 크게 세 가지입니다. 픽업 전류(Pickup Current)는 계전기가 동작을 시작하는 최소 전류 기준값이며, 시간배율(Time Multiplier Setting, TMS)은 역시간 동작 곡선의 속도를 조정하는 계수이고, 특성 곡선 타입(Curve Type)은 IEC 60255-151에서 정의한 역시간 특성의 종류입니다. 이 세 값이 맞지 않으면 아무리 좋은 디지털 계전기도 올바로 동작하지 않습니다.

① 픽업 전류 (Pickup / Is)

픽업 전류는 계전기가 한시 동작을 시작하는 전류 기준값입니다. 일반적으로 최대 부하 전류의 1.2~1.5배로 설정하며, CT 비율로 환산하여 입력합니다. 예를 들어 변압기 2차 최대 부하 전류가 300A이고 CT 비가 300/5A라면, 픽업을 CT 2차 값 기준 6A(=300A×1.2/300×5=6A)로 입력하거나, 1차 환산 360A로 입력합니다(기종에 따라 입력 방식이 다름). 픽업을 너무 낮게 설정하면 정상 부하 변동 시 오작동이 발생하며, 너무 높게 설정하면 과부하 보호 기능이 약화됩니다.

② 시간배율 TMS (Time Multiplier Setting)

TMS는 역시간 곡선 전체를 세로축 방향으로 비례 이동시키는 계수입니다. TMS=0.1이면 곡선이 아래로(빠른 동작), TMS=1.0이면 곡선이 위로(느린 동작) 이동합니다. 협조 설정 시 하위 계전기 동작 후 상위 계전기가 동작하기까지 선택성 시간 간격(Discrimination Margin) 0.3초 이상을 확보해야 합니다. 이 마진 안에는 CT 오차·계전기 동작 시간 오차·차단기 차단 시간이 포함됩니다.

③ 특성 곡선 타입 (IEC Curve Type)

IEC 60255-151에서 정의하는 역시간 특성 곡선은 부하 특성과 보호 협조 목적에 따라 선택합니다. 일반 역시간(Standard Inverse, SI)은 전동기·변압기 등 일반 부하에 널리 사용되며, 매우 역시간(Very Inverse, VI)은 케이블·배선 보호처럼 과전류가 클수록 빠른 동작이 요구될 때, 극히 역시간(Extremely Inverse, EI)은 용량성 부하나 돌입 전류가 큰 변압기 1차 보호에 사용됩니다.

곡선 타입	IEC 기호	방정식 상수 α	적용 대상	특징
SI 일반역시간	IEC-A	0.02	전동기, 변압기 2차	전류 변화에 비교적 완만한 응답
VI 매우역시간	IEC-B	1.0	케이블, 피더 보호	과전류 크기에 민감하게 반응
EI 극히역시간	IEC-C	2.0	변압기 1차, 용량성 부하	돌입 전류 내성 확보에 유리
LI 장시간역시간	IEC-D	1.0 (β=1)	저압 배선 차단기 협조	낮은 배율 과전류에도 동작
순시 (IOC)	—	해당없음	단락 사고 즉시 차단	설정 전류 초과 시 즉시(0.06초) 동작

04 / 정정 예시

225kVA 변압기 2차 회로 실제 정정 계산 예시

현장에서 가장 흔히 접하는 225kVA 3상 변압기(22.9kV/380V) 2차 측 디지털 OCR 정정 예시를 단계별로 계산합니다. 변압기 정격 전류, CT 비, 픽업·TMS·순시 설정값을 순서대로 구하고, 최종적으로 협조 마진을 검증하는 흐름입니다.

📋 조건 요약
· 변압기 용량: 225kVA, 3상 380V / 22.9kV
· 2차 정격 전류: 225,000÷(√3×380) ≈ 342A
· CT 비(2차 측): 400/5A (80배)
· 최대 부하 전류: 300A (정격의 약 88%)
· 상위 계전기 TMS: 1.0 (SI 곡선)

1

픽업 전류 계산

최대 부하 전류 300A × 1.2 = 360A → CT 2차 환산: 360A ÷ 80 = 4.5A. 기종에 따라 "픽업 = 4.5A(CT 2차 기준)" 또는 "픽업 = 360A(1차 기준)"로 입력합니다. 정격 전류 342A보다 높으므로 경부하 시 오작동 없음을 확인합니다.

2

곡선 타입 선택

변압기 2차 측 전동기 부하가 주인 경우 돌입 전류가 크므로 일반 역시간(SI) 곡선을 선택합니다. 단순 히터·조명 부하 위주라면 VI 곡선 적용도 가능합니다. 상위 계전기와 동일한 곡선 타입을 쓰는 것이 협조 계산을 단순화합니다.

3

TMS 초기값 산정

협조 마진 0.3초를 확보하려면 고장 전류(예: 단락 전류 2,000A) 조건에서 하위 계전기 동작 시간 = 상위 계전기 동작 시간 − 0.3초가 되도록 TMS를 역산합니다. 상위 계전기가 2,000A에서 0.8초 동작이면, 하위 계전기는 0.5초 이내여야 하므로 SI 곡선 방정식으로 TMS ≈ 0.5가 산출됩니다.

4

순시 설정값 (IOC) 입력

변압기 2차 측 3상 단락 전류는 약 4,000~6,000A 수준입니다. 순시(IOC) 설정값은 변압기 돌입 전류(정격의 8~10배) 이상인 3,000A(1차 환산) × 80(CT비) / CT 2차 = 37.5A로 설정합니다. 일반적으로 정격 전류의 8~12배 범위에서 현장 시험으로 검증합니다.

5

입력 및 저장, 협조 곡선 검증

모든 파라미터를 HMI에서 입력하고 저장한 뒤, 계전기 시험 소프트웨어 또는 협조 곡선 그래프 용지에서 상위·하위 계전기 곡선이 겹치지 않는지 확인합니다. 보호 협조 곡선에서 두 곡선 간 수직 간격이 전 전류 범위에서 0.3초 이상이면 정정이 완료된 것입니다.

05 / 계통도

수전 ~ 변압기 2차 OCR 주회로 단선 결선도 (SLD)

아래 단선 결선도는 22.9kV 특고압 수전부터 변압기 2차 저압 OCR까지의 보호 계층 구조(Protection Hierarchy)를 나타냅니다. 각 계전기가 어느 CT에 연결되는지, 그리고 상위·하위 보호 범위가 어떻게 중첩되는지 이해하는 것이 협조 설정의 출발점입니다.

[ 계통도 ] 22.9kV 수전 ~ 변압기 2차 저압 OCR 단선 결선도 (SLD)

단선 결선도에서 확인할 수 있듯, 22.9kV 측 상위 OCR과 변압기 2차 하위 OCR은 각각 독립적인 CT에서 전류를 측정합니다. 두 계전기가 동일 고장에 동시 동작하지 않도록 시간 선택성(Time Discrimination)을 확보하는 것이 협조 설정의 핵심입니다.

06 / 협조 곡선

보호 협조 곡선(Time-Current Curve) 이해와 그리기

보호 협조 곡선(TCC, Time-Current Curve)은 각 계전기의 동작 시간을 전류의 함수로 로그-로그 스케일에 나타낸 그래프입니다. 두 곡선이 겹치면 동시 동작(non-selective), 수직 간격이 0.3초 미만이면 협조 불량으로 판정합니다. 협조 검증은 디지털 계전기 설정 완료 후 반드시 거쳐야 하는 필수 절차입니다.

[ 회로도 ] 보호 협조 곡선 — 상위 OCR vs 하위 OCR (SI 곡선, 로그 스케일 근사)

상위 OCR TMS=1.0 (SI 곡선)

하위 OCR TMS=0.5 (SI 곡선)

순시(IOC) 설정점

위 협조 곡선에서 고장 전류 6배(2,160A) 조건으로 보면 상위 OCR은 약 1.8초, 하위 OCR은 약 1.2초에 동작하므로 마진이 0.6초로 기준을 만족합니다. 고장 전류가 클수록 두 곡선이 좁아지는 경향이 있어, 전체 단락 전류 범위에서 0.3초 이상의 수직 간격을 모두 확인해야 합니다.

07 / 비교 분석

아날로그 계전기 vs 디지털 계전기 핵심 차이

아날로그(전자기식·감응원판형) 계전기와 디지털 계전기의 가장 큰 차이는 정정 정밀도와 부가 기능에 있습니다. 아날로그 계전기의 탭·레버는 기계적 위치에 따라 값이 달라지므로 개체 간 편차가 최대 ±20%에 달하며, 진동이나 온도 변화로 드리프트가 발생합니다. 반면 디지털 계전기는 소프트웨어 알고리즘 기반으로 ±5% 이내의 정밀도를 유지하고, 설정값을 수치로 직접 입력하여 재현성이 뛰어납니다.

🕹 아날로그 계전기

• 탭(Tap)·레버(Lever) 기계적 설정
• 정정 정밀도 ±15~20%
• 개체 간 편차 大
• 온도·진동에 의한 드리프트 발생
• 이벤트 기록 기능 없음
• 원격 설정 불가
• 한가지 특성 곡선 고정
• 유지보수: 물리적 부품 점검

💻 디지털 계전기

• 수치 직접 입력 (HMI/소프트웨어)
• 정정 정밀도 ±2~5%
• 개체 간 편차 극소
• 환경 영향 거의 없음
• SOE·파형 기록(고장 분석용)
• 원격 설정(SCADA/IEC 61850 지원)
• 다중 특성 곡선 선택 가능
• 자기 진단(Self-diagnostic) 기능

비교 항목	아날로그	디지털	비고
정정 정밀도	±15~20%	±2~5%	IEC 60255-1 기준
설정 방법	탭·레버 물리 조작	숫자 직접 입력	디지털 HMI 또는 PC
곡선 종류	1종 고정	SI·VI·EI·LI 선택	기종에 따라 IEEE도 지원
사고 기록	없음	SOE·파형 저장	고장 원인 분석에 필수
원격 감시	불가	SCADA·IEC 61850	RS-485/이더넷 인터페이스
자기 진단	없음	내장 자기진단	결함 시 알람 출력
교체 시 주의	탭값 실측 필요	파라미터 재정정 必	단순 이식 금지

08 / 배선도

디지털 OCR과 CT 2차 회로 배선 연결도

CT(변류기)와 디지털 계전기 간 배선은 CT 2차 회로 단선 금지가 최우선 안전 원칙입니다. CT 2차 회로가 개방되면 1차 전류에 의해 매우 높은 전압이 유기되어 계전기 파손 및 감전 위험이 발생합니다. 아래 배선도는 3상 2CT 방식(V결선, L1·L3 측정)의 디지털 OCR 연결 예시입니다.

[ 배선도 ] CT 2차 회로 ~ 디지털 OCR 단자 연결 (3상 2CT 방식)

⚠️ CT 2차 회로 단선 절대 금지
CT 2차 회로를 개방하면 L1 측 1차 전류가 계속 흐르는 상태에서 2차 코일 양단에 수천 V의 고전압이 유기됩니다. 이는 계전기 파손은 물론 작업자 감전 위험으로 직결됩니다. CT 2차 배선 작업 시에는 반드시 CT 2차 단락 스위치(Short-Circuit Switch)를 먼저 닫은 뒤 작업해야 합니다.

09 / 법규·KEC

KEC 212 · 전기설비기술기준 보호장치 관련 조항

디지털 보호 계전기의 정정과 설치는 한국전기설비규정(KEC) 212 보호장치 조항 및 전기설비기술기준 제21조(전기설비의 보호)를 따라야 합니다. 특히 수변전설비의 보호 계전기는 각 기기별 보호 범위가 중복되도록 설계하고, 선택성이 확보되도록 협조 설정을 문서화해야 합니다.

KEC 212.3

과전류 보호

과전류 보호장치는 부하 전류의 최소 1.25배 이상에서 동작, 최대 단락 전류에서 차단 능력 확보

KEC 212.4

보호 협조

계통 내 보호 계전기는 선택성(협조)을 갖도록 설정, 하위 차단기가 먼저 동작하는 순서 보장

KEC 212.6

지락 보호

고압 계통 지락 보호용 OCGR 설치 및 영상전류(I₀) 기준 정정, 통상 잔류 전류 30% 이하 적용

전기설비기준 제21조

기기 보호

전기설비는 과전압·과전류로부터 기기를 보호하는 장치를 시설, 자동 복귀형 재폐로 기능 포함

IEC 60255-151

역시간 특성 표준

SI·VI·EI 곡선 방정식 규정, 정정 정밀도 ±5% 이내 요구, 디지털 계전기 적합 시험 기준

IEC 61850

디지털 변전소 통신

디지털 계전기 원격 설정 및 이벤트 통신 표준, GOOSE 메시지로 밀리초 단위 트립 신호 전송

10 / 주의사항

현장 정정 작업 시 흔한 실수 6가지와 안전 수칙

디지털 계전기 설정 작업은 활선 상태의 수배전반에 접근하는 고위험 작업입니다. 정전·LOTO(Lock Out Tag Out) 절차를 반드시 이행한 뒤 작업에 착수해야 하며, 아래 6가지 흔한 실수를 사전에 인지하고 예방하는 것이 중요합니다.

❌ 픽업 1.0배 설정

정상 부하 전류와 픽업이 같아 미세한 과부하에도 오작동 발생. 반드시 1.2배 이상 여유를 두고 설정합니다.

❌ 곡선 타입 미확인

공장 출하 기본값(Default)이 SI인지 VI인지 기종마다 다릅니다. 실제 부하 특성에 맞는 곡선을 직접 선택해야 합니다.

❌ CT 비 오입력

CT 비를 400/5가 아닌 300/5로 잘못 입력하면 픽업 전류가 실제와 다르게 계산됩니다. 명판을 반드시 확인합니다.

❌ 저장(Save) 미실행

파라미터를 수정하고 저장 버튼을 누르지 않으면 계전기 재부팅 시 초기화됩니다. 저장 후 기록 화면에서 반드시 재확인합니다.

❌ 협조 검증 생략

하위 계전기만 정정하고 상위와 협조 확인을 생략하면 연쇄 트립이 발생할 수 있습니다. 항상 TCC 그래프로 전체 계층을 검증합니다.

❌ 아날로그 값 그대로 이식

아날로그 탭 5A → 디지털 픽업 5A로 그대로 쓰면 단위 체계가 달라 오작동합니다. 반드시 부하 전류 기준으로 재계산합니다.

🔐

LOTO 실시

정전 확인 후 차단기에 잠금장치와 경고 태그를 부착하여 타인 투입을 방지합니다.

🧤

절연 장갑 착용

저압 수배전반 작업이라도 활선 인접부가 있으므로 7,000V급 절연 장갑을 착용합니다.

📋

작업 전 검토

정정 계산서를 작성하고 2인 이상이 교차 검토한 뒤 현장 입력합니다.

🔌

CT 단락 스위치

CT 2차 배선 변경 시 단락 스위치를 먼저 닫아 CT 2차를 단락시킨 뒤 작업합니다.

FAQ

자주 묻는 질문

디지털 OCR 픽업 전류는 어떻게 설정하나요?

최대 부하 전류의 1.2배 이상을 기준으로 계산하며, CT 비로 나눠 CT 2차 값으로 입력합니다. 예를 들어 최대 부하 300A, CT 400/5A라면 픽업 = 300×1.2÷80 = 4.5A(CT 2차 기준)입니다. 기종에 따라 1차 환산값(360A)으로 입력하는 경우도 있으므로 설명서를 반드시 확인하세요.

시간배율(TMS)은 어떤 값으로 설정해야 하나요?

협조 곡선에서 상위 계전기 동작 시간보다 0.3초 이상 빠르게 동작하도록 역산하여 결정합니다. 일반적으로 0.5~2.0 범위에서 사용하며, 하위 계전기일수록 낮은 TMS 값을 적용합니다. 선택성 마진 0.3초에는 CT 오차·계전기 동작 오차·차단기 차단 시간이 포함되므로 여유를 두어야 합니다.

KEC에서 디지털 보호 계전기와 관련된 기준은 무엇인가요?

KEC 212.3 과전류 보호 조항에서 보호 장치의 동작 전류 기준(부하 전류 1.25배 이상)과 차단 용량을 규정합니다. KEC 212.4는 보호 계층 간 협조(선택성)를 의무화하며, 전기설비기술기준 제21조는 기기 보호 장치 설치를 명시합니다. 디지털 계전기 성능 기준은 IEC 60255-151을 준용합니다.

아날로그 계전기에서 디지털로 교체할 때 가장 주의할 점은 무엇인가요?

기존 아날로그 탭·레버 값을 그대로 이식하면 단위 체계 차이로 오작동이 발생합니다. 디지털 교체 시에는 반드시 부하 전류 측정값을 기준으로 픽업·TMS를 새로 계산하고, CT 비와 곡선 타입을 현장 조건에 맞게 선택해야 합니다. 교체 후 1~2주간 운전 데이터를 모니터링하여 오작동 여부를 확인하는 것이 좋습니다.

전기기술사 시험에서 디지털 보호 계전기 파라미터 설정 문제가 출제되나요?

네, 전기기술사 실기 시험에서 OCR 정정 계산 문제는 단골 출제 주제입니다. 특히 픽업 전류 계산, TMS 역산, 협조 곡선의 선택성 마진 검증 절차가 자주 나옵니다. IEC 60255-151의 역시간 방정식 t = TMS × k / (M^α − 1)을 숙지하고, 상위·하위 계전기의 시간 차이 0.3초 기준을 정확히 이해해 두어야 합니다.

✅ 핵심 요약 3줄
1. 디지털 OCR은 픽업 전류(1.2배 이상)·TMS(협조 마진 0.3초)·곡선 타입(SI/VI/EI) 세 파라미터를 순서대로 계산하고 입력합니다.
2. 아날로그 탭·레버 값을 그대로 이식하면 단위 체계 차이로 오작동이 발생하므로 반드시 재계산합니다.
3. 정정 완료 후 TCC 협조 곡선으로 전체 전류 범위에서 0.3초 이상 수직 간격이 확보되는지 반드시 검증합니다.

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