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변류기

변류기 관련 용어

[건89-1]
변류기의 과전류강도, 정격 내전류, 과전류 정수를 설명하시오.

[발86-3]
변류기(CT)의 ANSI 또는 IEC 오차계급(Accuracy) 규격의 종류에 대하여 상세히 설명하고, 다음 용어에 대하여 간단히 설명하시오.
(1) 극성 (2) 과전류 정수 (3) 정격부담 (4) 포화곡선 (5) C200 변류기의 부담(CT 2차 정격: 5A, 과전류정수: 20) (6) CT 선정시 고려사항 (7) 부담과 과전류 정수와의 상관관계

[발93-3]
보호계전기용 변류기 선정시 유의할 무릎전압(Knee Point Voltage)에 대한 정의, 특성, 변류기 선정시 고려사항에 대하여 설명하고, 변류기 2차의 특성 중 부담에 관련된 사항[①부담(Burden) ② 소비부담 ③ 정격치 소비부담 ④ 동작치 소비부담 ⑤ 부담 임피던스)에 대하여 설명하시오.

극성

1차측 전류에 대한 2차측 전류의 방향을 나타내는 것으로 우리나라는 감극성을 표준으로 사용한다.
감극성 기준으로 1차측은 전류가 유입되는 단자(K), 2차측 전류가 유출되는 단자(k)에 극성기호을 표시한다.

변류기 극성

정격전류

1차 정격전류는 최대 부하전류보다 1.25∼1.5배 높게 선정하는 것이 바람직하다.
2차 정격전류는 통상 5[A]가 표준이며, 변류기의 2차측에 접속되는 계기 및 계전기의 정격전류를 고려하여 선정한다. 단 영상 변류기의 1차 표준 정격전류는 100∼200[A], 정격 영상 1차 전류는 200[mA], 정격 영상 2차 전류는 1.5[mA] 이다.

부담(Burden)

부담이란 변류기의 2차 또는 3차에 회로에 접속된 부하(케이블, 계기 및 계전기) 임피던스 또는 피상전력(2차 정격전류×부하 임피던스)으로 나타낸다.

– 정격부담: 정격부담은 2차 정격전류(5A, 1A)가 부하 임피던스에 흐를 때 규정된 오차 범위를 유지할 수 있는(성능을 보증할 수 있는) 피상전력을 [VA]로 표시한 것이다.

– 표준 정격부담: 5, 10, 15, 20, 25, 40, 60[VA]

– 사용부담이 정격부담 이상이 될 경우 규정된 오차범위를 벗어나게 된다.

\[ [VA]=I _{2}^{2}\times Z _{b} \]

I2 : 2차 정격전류(5A)
Zb : 부하 임피던스(계전기, 계측기 및 케이블의 임피던스 포함한 총 부하)

과전류정수

보호계전기용 변류기는 과전류 영역에서 비오차가 중요하게 되므로, 과전류 영역에서의 비오차를 보증하기 위한 방법으로 과전류정수라는 용어를 사용한다.

1) 정의

과전류영역의 오차특성을 표시하는 값으로 정격부담(PF=0.8 지역률)에서 비오차가 -10%가 될 때의 1차전류를 1차 정격전류로 나눈 값이다.

\[ n=\] \[ \frac{정격부담에서\ 비오차가-10\%가\ 될때의\ 1차전류}{1차\ 정격전류} \]

2) 과전류정수의 표준값

[n>5, n>10, n>20, n>20]으로 보호용 CT의 특성을 나타내는 값이다.
과전류정수의 선정은 과전류계전기의 순시요소 동작정정치를 고려해야 한다.
예) 순시정정치가 40A인 경우라면, n>8 이상의 과전류 정수가 필요하다.
cf) 계기용의 경우는 높은 사고전류에 대해 계기를 보호할 목적으로 CT가 포화 되는것이 오히려 유리하다. → FS

3) 과전류정수를 크게하는 방법

CT의 철심 단면적을 증가 및 권선수를 증가시키는 방법 등이 있다.

과전류정수와 부담(Burden)

1) 과전류정수와 부담과의 관계

CT의 과전류정수와 CT의 2차 부담의 곱은 거의 일정한 관계를 갖는다.
→ [과전류정수 × 정격부담 = 일정]

– 사용부담이 정격부담의 1/2이면 과전류정수는 약 2배가 되며, 반대의 경우는 과전류정수가 감소하게 된다.

– 큰 과전류정수가 필요로 할 때는 부담(전자형 계전기, 디지털 계전기 또는 케이블의 길이 등)을 줄여야 한다.

– 과전류정수를 너무 크게 되면 CT 2차측에는 사고전류에 비례한 큰 전류가 흘러 계전기의 열적, 기계적 내량이 문제가 됨으로 주의하여야 한다.

과전류정수와 부담

2) 이유

CT의 1차 전류가 계속 증가되면 철심의 포화(1.5~2.0T)가 시작되어, 여자회로의 임피던스는 감소하게 되어 여자전류가 증가하게 된다. 그러므로 1차 전류의 증가에 대해서 2차 전류가 비례해서 증가하지 못하여 비오차가 증가하게 된다.

과전류정수와 부담
\[ \dot{V_2} =\dot{V_b} + \dot{I_2} \dot{Z} \cdot\cdot\cdot\dot{V _{b}}={\dot{I _{2}}} {\dot{Z _{b}}} \]
\[ \epsilon \backsimeq- \frac{ I_0}{ I_2}(비오차) \]

I2는 일정한 조건에서, Z0이 작아지면 Vb의 감소로 V2가 감소한다. 그러므로 여자전류가 감소하게 되어, 포화 전에는 Z0이 매우 크기 때문에 I2=I0+I2=I2 가 되어 비오차가 매우 작다. 이런 결과는 상대적으로 과전류정수가 증가하게 된다. 이처럼 CT의 2차측의 부담을 줄이게 되면 동일 정격부담에서 보다 큰 과전류정수까지 사용할 수가 있다. 반대로, 부하의 부담이 증가하면 V2 가 증가하여 여자전류가 상승되어 비오차가 증대된다.

과전류정수 강도

전력계통에 단락사고가 발생하면 주 회로에 접속된 변류기의 1차 권선에도 큰 고장전류가 흐르게 되어 그 과전류에 의하여 권선의 온도가 상승하여 권선이 용단되거나, 강력한 전자력에 의하여 권선이 변형 될 경우가 있다. 따라서 변류기는 이러한 사고에 대하여 열적, 기계적으로 견딜 필요가 있다. 즉, 고장전류가 변류기 1차권선에 흐를 경우 그 변류기의 정격 1차전류값의 몇배의 고장전류까지 견딜수 있는가를 정한 것을 변류기의 과전류강도라고 한다.

1) 정의

변류기에 정격부담, 정격주파수에서 정격 1차전류의 어떤 배수만큼의 전류를 1초간 흘려서 열적, 기계적으로 손상되지 않을 때, 정격 1차전류에 대한 이 전류의 배수를 과전류강도라고 한다.

2) 표준값 -> 40, 75, 150, 300

과전류강도 = 최대 비대칭 단락전류/1차 정격전류

100/5인 변류기의 과전류강도가 40
→변류기의 1차측에 4,000A 이하의 실효치 전류가 1초 동안 통전되더라도 열적으로 손상되지 않으며, (4,000×2.6)이하 크기의 순시전류에 기계적으로 손상되지 않는 변류기를 의미한다.

3) 과전류강도의 산정

\[ S= \frac{S _{n}} {\sqrt {t}} \]

Sn: 정격과전류강도
S: 통전시간 t초에 대한 열적 과전류강도
t: 통전시간(1초)

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