수전실 OCR·OCGR·UVR 협조 곡선 그래프 읽는 법 — 전체 정전 막는 실전 설정 완벽 정리

수전실 OCR·OCGR·UVR 협조 곡선 이해와
그래프 보는 법 완벽 정리

📂 전기 안전·보호 > 보호 계전기 🔴 고급 🎯 전기기술사 대비 ⚡ 수전설비 실무

01 / 문제 제기

협조 곡선을 모르면 전체 정전이 반복된다

현장에서 하위 단락 사고가 발생했을 때 수전실 주 OCR까지 트립되어 전체 정전이 되는 사례는 생각보다 자주 발생합니다. 원인은 대부분 하나입니다. 상위 계전기와 하위 계전기 사이의 동작 시간 차이, 즉 협조 마진이 충분히 확보되지 않았기 때문입니다. 계전기 픽업 전류나 시간배율(TMS·TD)을 제대로 설정하지 않은 채 운용하면 어느 날 예상치 못한 전체 정전으로 이어집니다.

협조 곡선(Coordination Curve)은 보호 계전기 선택적 차단 설계의 핵심 도구입니다. 로그-로그 좌표계에 각 계전기의 동작 특성을 중첩하면, 어느 지점에서 어느 계전기가 먼저 트립되는지 한눈에 파악할 수 있습니다. 이 글에서는 수전실에 설치되는 대표 보호 계전기인 OCR·OCGR·UVR 세 가지의 협조 곡선 원리와 실전 그래프 읽는 법을 체계적으로 정리합니다.

⚠️ 핵심 경고: 협조 마진이 0.2초 미만으로 설정된 수전설비는 단락 사고 시 상위 차단기까지 동시 트립될 가능성이 높습니다. 반드시 협조 곡선을 그려 검증하십시오.

---

02 / 계전기 종류

OCR·OCGR·UVR 각 계전기의 역할과 특성

수전실에서 가장 중요한 보호 계전기 세 가지는 과전류 계전기(OCR), 지락 과전류 계전기(OCGR), 부족전압 계전기(UVR)입니다. 각 계전기는 서로 다른 이상 현상에 특화되어 있으며, 협조 설계 시 각각의 특성 곡선이 중첩되지 않도록 조정해야 합니다. 세 가지 계전기가 상호 보완적으로 동작해야 완전한 보호 협조 체계가 완성됩니다.

⚡ OCR (과전류 계전기)

상간 단락·과부하 보호. CT 2차 전류 검출. 역시간 한시 + 순시 2단 구성. 동작 시간은 전류 크기에 반비례(역시간 특성).

🌍 OCGR (지락 과전류 계전기)

1선 지락 보호. ZCT(영상변류기) 또는 3CT 잔류 회로로 영상전류 검출. 매우 작은 전류(0.2~0.5A)로도 동작. 역시간 특성 사용.

📉 UVR (부족전압 계전기)

계통 전압 저하 보호. PT 2차 전압 감시. 설정 전압(예: 정격의 80%) 이하 시 즉시 또는 단한시로 트립. 정전·저전압 검출에 특화.

구분	검출 대상	입력 변환기	동작 특성	픽업 전류/전압 기준	협조 방식
OCR	과전류·단락	CT (변류기)	역시간 한시 + 순시	정격전류의 110~150%	시간-전류 협조
OCGR	지락전류	ZCT (영상변류기)	역시간 한시	정격의 10~30% (0.2A~)	시간-전류 협조
UVR	전압 저하	PT (계기용변압기)	순시·단한시	정격전압의 70~85%	시간 단독 협조
OCR+OCGR	복합 보호	CT+ZCT	역시간 복합	각 계전기 개별 설정	중첩 곡선 분리
OCR+UVR	전력품질 보호	CT+PT	복합 트립	조합 조건	독립 협조
OCGR+UVR	지락+저전압	ZCT+PT	복합 트립	조합 조건	독립 협조

---

03 / 계통도

수전실 단선결선도(SLD) — 계전기 배치

단선결선도(SLD, Single Line Diagram)는 3상 전력 계통을 한 선으로 단순화하여 전체 전력 흐름과 보호 기기 배치를 표현한 도면입니다. 수전실에서는 한전 수전점부터 주변압기, 저압 분전반까지의 계층 구조를 SLD로 파악한 뒤, 각 노드에 어떤 계전기가 설치되어 있는지 확인해야 합니다. 협조 설계는 이 SLD의 계층 구조를 기반으로 상위·하위 계전기를 구분하는 것에서 시작합니다.

[계통도] 수전실 SLD — OCR·OCGR·UVR 배치

---

04 / 협조 원리

보호 협조 곡선의 기본 원리 — 왜 시간 차이가 필요한가

보호 협조(Protection Coordination)의 핵심은 사고 발생 지점에 가장 가까운 하위 계전기가 먼저 동작하고, 상위 계전기는 그보다 충분히 늦게 동작하도록 시간을 설계하는 것입니다. 이 시간 차이를 '협조 마진'이라고 하며, 일반적으로 최소 0.3초 이상을 확보해야 합니다. 협조 마진이 부족하면 하위 사고 시 상위 차단기까지 연쇄적으로 트립되어 불필요한 정전 범위가 확대됩니다.

협조 곡선은 로그-로그 스케일(log-log scale) 그래프에 그립니다. 가로축은 고장 전류(배수 또는 A), 세로축은 동작 시간(초)입니다. 역시간 특성 계전기는 전류가 클수록 더 빨리 동작하므로, 그래프상에서 우하향 곡선으로 나타납니다. 상위 계전기 곡선은 하위 계전기 곡선보다 항상 위쪽(더 긴 시간)에 위치해야 선택적 차단이 보장됩니다.

📊 협조 마진 확보 공식:
t상위 ≥ t하위 + Δt협조
Δt협조 = 하위 계전기 동작 시간 오차 + 차단기 차단 시간 + 상위 계전기 복귀 시간
일반적으로 Δt = 0.3~0.4초 적용 (디지털 계전기: 0.25초 가능)

역시간 특성 계전기 동작 시간 공식 (IEC 60255 기준)

IEC 60255 표준에서 정의하는 역시간 특성(Inverse Time Over-Current) 동작 시간 계산식은 다음과 같습니다. 표준 역시간(SI), 강한 역시간(VI), 매우 강한 역시간(EI) 세 가지 특성이 있으며, 수전실에서는 주로 표준 역시간(SI)을 사용합니다.

📐 IEC 60255 역시간 동작 시간 공식:

t = TMS × [α / (M^β − 1)]

여기서: M = I / Ip (전류 배수 = 고장전류 / 픽업전류)
· 표준 역시간(SI): α=0.14, β=0.02
· 강한 역시간(VI): α=13.5, β=1.0
· 매우 강한 역시간(EI): α=80.0, β=2.0
· TMS: 시간배율 설정값 (Time Multiplier Setting)

---

05 / 협조 곡선 그래프

OCR·OCGR·UVR 협조 곡선 실전 그래프

아래 그래프는 수전실 상위 OCR-1(TMS=0.4)과 하위 OCR-2(TMS=0.1)의 협조 곡선을 로그 스케일로 표현한 예시입니다. 두 곡선 사이의 세로 간격이 협조 마진이며, 전 전류 범위에서 0.3초 이상 유지되어야 합니다. OCGR은 작은 지락 전류 영역(0.2~2A)에서 독립적으로 동작하며, UVR은 전류 축과 무관하게 전압 저하 시에만 동작하는 수직 점선으로 표현됩니다.

[협조 곡선] OCR·OCGR·UVR 시간-전류 협조 그래프 (로그-로그)

위 그래프에서 5배 전류 지점을 기준으로 보면, 상위 OCR-1은 약 1.6초, 하위 OCR-2는 약 0.61초에 동작합니다. 두 곡선의 시간 차이(협조 마진)는 약 0.99초로 0.3초 기준을 충분히 만족합니다. 그러나 전류 배수가 커질수록 두 곡선 간 간격이 좁아지므로, 고배수 영역에서도 반드시 마진을 확인해야 합니다.

---

06 / 배선도

OCR·OCGR·UVR 단자 배선도 — 실제 결선 방법

보호 계전기의 실제 결선은 CT 2차 단자와 OCR 전류 단자 연결, PT 2차 단자와 UVR 전압 단자 연결, ZCT 2차 단자와 OCGR 연결로 구성됩니다. 각 계전기의 트립 출력(Trip 접점)은 해당 차단기(VCB 또는 MCCB)의 트립 코일(TC)에 연결됩니다. 단자대(TB)를 통해 현장 배선을 분리하면 유지보수 시 단자대만 단락하고 계전기를 분리할 수 있어 편리합니다.

[배선도] OCR·OCGR·UVR 단자 배선 결선도

---

07 / 블록 다이어그램

협조 보호 시스템 전체 구성 블록 다이어그램

보호 협조 시스템의 전체 구성을 블록 다이어그램으로 이해하면 각 구성요소의 역할과 신호 흐름을 명확히 파악할 수 있습니다. 전력 계통의 이상 현상이 각 센서(CT·ZCT·PT)에서 검출되고, 계전기가 판단한 뒤 차단기를 트립시키는 일련의 흐름이 보호 동작의 핵심입니다. 이 흐름을 이해해야 협조 시간 설정의 의미가 명확해집니다.

[블록 다이어그램] 수전실 보호 협조 시스템 신호 흐름

---

08 / 실전 설정 가이드

협조 곡선 설정 3단계 실전 절차

협조 곡선 설정 실무는 단순히 계전기 버튼을 누르는 것이 아니라, 계통 임피던스 계산 → 픽업 전류 설정 → TMS 조정 → 그래프 검증 → 실측 시험의 체계적 순서로 진행됩니다. 순서를 지키지 않으면 그래프상에서는 협조가 되어 보이지만 실제 사고 전류에서는 협조가 깨질 수 있습니다. 각 단계에서 체크해야 할 항목을 정확히 파악하고 실행해야 안전한 협조 보호 체계를 완성할 수 있습니다.

01

단락 전류 계산 및 픽업 전류 설정 계통 임피던스를 기반으로 최대·최소 단락 전류를 계산합니다. 하위 OCR 픽업 전류는 정격부하전류의 110~150%로, 상위 OCR 픽업은 하위보다 크게 설정합니다. OCGR 픽업 전류는 최소 지락 전류의 50% 이하(통상 0.2~0.5A)로 감도 있게 설정합니다. UVR 동작 전압은 정격의 70~85%로 설정하여 순간 전압 강하와 구분합니다.

02

TMS 설정 및 로그-로그 그래프 작성 하위 계전기 TMS를 먼저 결정하고(통상 0.1~0.15), 상위 계전기는 협조 마진 0.3초가 전 전류 범위에서 확보되도록 TMS를 역산합니다. 협조 전용 소프트웨어(ETAP, EasyPower, SKM PowerTools 등) 또는 수동으로 로그-로그 그래프를 작성해 두 곡선이 교차하지 않는지 확인합니다. 특히 순시 동작 영역(10× 이상)에서의 겹침 여부를 반드시 확인합니다.

03

2차 주입 시험으로 협조 검증 계전기 시험기를 사용해 각 계전기에 설정 전류의 2×, 5×, 10× 전류를 주입하고 실제 동작 시간을 측정합니다. 측정값이 이론 곡선의 ±10% 이내인지 확인합니다. 상위와 하위 계전기를 동시에 시험하기는 어려우므로, 각각의 동작 시간을 측정한 후 산술적으로 협조 마진을 계산하여 최종 확인합니다.

계전기	픽업 전류/전압	TMS 설정	2× 동작시간	5× 동작시간	10× 동작시간	협조 확인
상위 OCR-1	5A (정격 100%)	0.40	약 4.2s	약 1.5s	약 0.9s	✅
하위 OCR-2	5A (정격 100%)	0.10	약 1.1s	약 0.4s	약 0.2s	✅
OCR-1 마진	—	—	3.1s ✓	1.1s ✓	0.7s ✓	모두 ≥ 0.3s
상위 OCGR-1	0.2A	0.30	약 3.2s	약 1.1s	약 0.7s	✅
하위 OCGR-2	0.1A	0.10	약 1.1s	약 0.4s	약 0.2s	✅
UVR	88V (80%)	순시 0.1s	—	—	—	전압 조건만
OCGR 마진	—	—	2.1s ✓	0.7s ✓	0.5s ✓	모두 ≥ 0.3s

---

09 / KEC·법규

관련 KEC 조항 및 전기설비기술기준

한국전기설비규정(KEC)은 보호 계전기 협조에 관한 기준을 명시하고 있습니다. 특히 KEC 212조는 과전류 보호 장치의 선정과 협조에 대한 일반 요구사항을 규정하며, 수전설비의 보호 계전기는 이 기준을 충족하는 협조 특성을 가져야 합니다. 전기설비기술기준 제21조와 함께 검토하면 실무 적용 기준을 명확히 파악할 수 있습니다.

KEC 212.3

과전류 보호 장치의 협조: 상위와 하위 보호 장치 간 선택성이 확보되어야 함. 최단 분리 시간과 차단기 차단 시간을 고려한 협조 마진 확보 의무.

KEC 212.4

지락 보호 협조: 지락 보호 장치는 지락 전류 크기에 따라 선택적으로 동작해야 하며, 인체 보호를 위한 동작 시간(0.5초 이내) 준수.

KEC 341.7

수전설비 보호 계전기: 22.9kV 수전 설비는 OCR·OCGR·UVR의 설치 의무 및 한전 협조 기준 준수. 계전기 정정값은 한전 배전 규정 기준과 협조 필요.

전기설비기술기준 제21조

고압 및 특별고압 전로의 과전류 차단기 설치 기준. 전선의 허용전류 및 보호 협조를 고려한 정정 의무. 계전기 시험 주기 규정(2년 1회 이상 권고).

IEC 60255 (적용 표준)

보호 계전기 동작 특성 표준. 역시간 동작 특성(SI·VI·EI) 수식 정의. 국내 디지털 계전기는 대부분 이 표준의 동작 특성 적용.

IEC 60909 (단락전류)

단락 전류 계산 표준. 최대·최소 단락 전류 계산에 사용. 협조 곡선 설계 시 이 표준의 임피던스 계산 방법을 적용해야 함.

---

10 / 주의사항

현장에서 자주 발생하는 협조 실패 원인과 해결책

수전실 보호 계전기 협조 실패는 대부분 협조 곡선 미작성, 시간 마진 부족, 픽업 전류 오설정 세 가지 원인에서 발생합니다. 이를 예방하기 위해서는 계전기 교체나 부하 증설 시마다 협조 곡선을 재검토하는 습관이 필요합니다. 디지털 계전기로 교체 후 설정값을 그대로 유지하면서 협조가 깨지는 경우도 많으므로, 교체 시에는 반드시 특성 곡선을 비교 확인해야 합니다.

실수 유형	발생 원인	결과	해결 방법	예방 체크
협조 마진 부족	TMS 설정값 차이 작음	전체 정전	하위 TMS 낮추거나 상위 TMS 높임	곡선 중첩 확인
픽업 전류 역전	상위 픽업 < 하위 픽업	상위 먼저 동작	상위 픽업을 하위보다 크게 재설정	계층 검토
순시 영역 겹침	순시 배수 설정 오류	연쇄 트립	하위 순시 배수를 상위보다 낮게 설정	10× 이상 확인
CT 변류비 착오	CT 교체 후 설정 미변경	부정확한 픽업	CT 변류비에 맞게 픽업 전류 재산정	CT 비율 재확인
OCGR 감도 저하	픽업 전류 너무 높게 설정	지락 미검출	픽업 전류 0.2~0.5A 범위로 낮춤	ZCT 이상 점검
UVR 오동작	설정 전압 너무 높음	정상 시 트립	전압 설정 70~85% 범위 내 재조정	계통 전압 변동 분석
협조 곡선 미갱신	부하 증설 후 재검토 없음	새 부하에서 협조 실패	부하 변경 시마다 곡선 재작성	변경 이력 관리

💡

TMS 역산 팁: 하위 TMS를 먼저 최솟값으로 설정한 뒤, 상위 TMS를 t상위 = t하위 + 0.3의 공식으로 역산하면 최소 마진을 효율적으로 확보할 수 있습니다.

📱

협조 소프트웨어 활용: ETAP, EasyPower 같은 협조 소프트웨어를 사용하면 로그-로그 곡선 자동 작성과 마진 계산이 가능하여 수작업 오류를 줄일 수 있습니다.

📋

정기 점검 주기: 계전기 협조 곡선은 KEC 기준에 따라 2년마다 재검토를 권고합니다. 부하 변경·계전기 교체 시에는 즉시 재설계가 필요합니다.

🔬

시험기 활용: OMICRON CMC 시리즈나 MEGGER 계전기 시험기를 사용하면 동작 시간을 0.001초 단위로 측정할 수 있어 협조 마진을 정밀하게 검증할 수 있습니다.

---

11 / 안전 수칙

협조 시험 시 반드시 지켜야 할 안전 수칙

🚨 고압 수전실 작업 시 최우선 안전 원칙: 반드시 LOTO(잠금·태그아웃)를 실시한 후 2인 이상이 협동하여 작업하십시오. 계전기 2차 단자 작업 중에도 CT 2차 개방을 절대 금지합니다.

🔒

LOTO 실시: 주 차단기 개방 후 잠금장치 설치, 작업 전 검전기로 무전압 확인 후 접지 실시.

⚠️

CT 2차 단락 유지: CT 2차를 개방하면 고전압 발생. 계전기 분리 전 반드시 단락(short) 처리 후 작업.

👥

2인 이상 작업: 고압 수전실은 반드시 2인 1조 이상 작업. 1인은 감시자 역할 수행.

📢

작업 사전 공지: 협조 시험은 부하에 영향을 줄 수 있으므로 관련 부서에 사전 고지 및 협의 필수.

---

FAQ

자주 묻는 질문

Q1. 협조 곡선에서 상위와 하위 계전기의 시간 차이는 얼마나 확보해야 하나요?

일반적으로 최소 0.3초(300ms) 이상의 협조 마진이 필요합니다. 이 수치는 하위 계전기 동작 시간 오차(±5~10%), 차단기 차단 시간(3~5사이클 ≈ 50~80ms), 상위 계전기 복귀 시간을 합산한 값입니다. 디지털 계전기 환경에서는 0.25초까지 단축 가능하나, 전통 전자식 계전기에서는 0.4초 이상 권고합니다.

Q2. 로그-로그 그래프를 보는 방법을 쉽게 설명해 주세요.

가로축은 고장 전류(픽업 전류의 배수)이고, 세로축은 계전기 동작 시간(초)입니다. 두 축 모두 로그 스케일이므로 간격이 고르지 않습니다. 핵심은 '상위 계전기 곡선이 하위 계전기 곡선보다 항상 위쪽에 있어야 한다'는 것입니다. 두 곡선이 가까워지는 영역에서 세로 간격을 읽어 협조 마진을 확인합니다. 두 곡선이 교차하면 그 전류 이상에서는 협조가 깨진다는 의미입니다.

Q3. KEC에서 정하는 계전기 협조 기준은 어디서 찾을 수 있나요?

KEC 212조(과전류 보호 장치의 선정과 설치)와 KEC 341조(수전설비)에서 관련 기준을 규정합니다. 한전 배전 규정(배전계통 보호 협조 기준)도 수전설비와 한전 계통 간의 협조 요건을 상세히 명시하고 있으며, 수전 계약 시 한전에서 협조 시트를 요구하는 경우도 있습니다.

Q4. UVR은 OCR·OCGR과 어떻게 협조하나요?

UVR은 전류가 아닌 전압을 감시하므로 OCR·OCGR과 시간-전류 협조를 하지 않습니다. UVR은 계통 전압이 설정값(예: 정격의 80%) 이하로 떨어지면 순시 또는 단한시(0.1초) 내에 해당 차단기를 트립시킵니다. 협조 설계 시에는 UVR 트립 시간이 OCR 동작 시간보다 짧아서 전압 저하 상황에서 OCR보다 먼저 동작할 수 있는지 별도로 검토해야 합니다.

Q5. 전기기술사 시험에 협조 곡선 문제가 자주 출제되나요?

네, 전기기술사 실기(면접 및 논문) 시험에서 수전실 계전기 협조 그래프 작성 및 TMS 설정 계산 문제가 매년 출제됩니다. 특히 주어진 계통 조건에서 픽업 전류 산정, TMS 역산, 로그-로그 그래프 스케치, 협조 마진 검토까지 일련의 과정을 서술하는 문제가 고득점 배점으로 출제되므로 반드시 숙지해야 합니다.

---

🔗 관련 글 더 보기

▶ OCR(과전류계전기) 동작 원리와 순시/한시 정정 계산 완전 정복 ▶ 디지털 보호 계전기 설정 방법과 실제 정정 예시 (IED 활용) ▶ 변압기 보호용 계전기 종류 — 비율차동·과전류 적용 기준 ▶ 보호 계전기 시험 방법 (2차 주입 시험)과 합격 판정 기준