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변압기이론

여자 돌입전류

[발74-1] 변압기의 여자돌입전류를 설명하고, 이에 의한 보호계전기 오동작 방지대 책에 대해 설명하시오.
[발75-1] 변압기의 여자돌입전류에 관하여 발생에 영향을 주는 요소를 3가지 이상 열거 하시오.

돌입전류의 발생

돌입전류의 발생

변압기가 정상운전 상태에서 변압기의 여자전류는 전부하전류의 3~5% 정도로 매우 적어서 문제가 되지 않으나. 무부하식 변압기에 1차측 전원을 투입하면 정격전류의 8~30배에 달하는 돌입전류가 흐르면, 대용량 변압기에서는 그 지속시간도 20~30초가 소요되는 특징을 나타낸다

변압기 1차측 과전류계전기의 정정시 inrush 에 대한 고려는 전부하전류의 8~12배, 0.1초에 동작하지 않도록 한시 정정한다. 또한 여자돌입전류는 전원 측에만 흐르기 때문에 비율차동계전기의 동작코일에 차전류가 흘러 오동작하는 원인이 되기도 한다. 일반적으로 오동작을 방지하기 위하여 고조파 억제법을을 채용하여 오동작하는 것을 억제한다

R-L 과도특성

\[ i(t)=\] \[I _{m} \sin( \omega t+ \theta – \phi )-I _{m} \sin( \theta -\phi ) \cdot e ^{- \frac{R}{L} t}[A] \]
돌입전류의 발생

여자 돌입전류 발생 메카니즘

1)변압기 1차측 차단기 투입시 R-L 과도특성에 의해 여자전류는 비대칭 전류가괴며, 전압의 투입 위상이 0° 또는 180°인 경우에 가장 큰 비대칭이 발생된다.
2)비대칭 여자전류에 의한 철심의 자속이 증가하여 철심의 포화도를 증가시킨다.
3)철심의 잔류자속의 정도에 따라서 철심의 포화도는 보다 증대된다
4)철심의 포화도의 증가로 인하여 변압기의 여다 리액턴스가 매우 저하되어 매우 크며 왜곡된 파형의 여자전류가 발생된다.

여자 돌입전류 발생 메카니즘

돌입전류에 영향을 주는 요소

1)변압기의 무부하 투입시 전압의 위상각 (0° 180° 에서 최대)
2)철심내의 잔류자속(잔류자속이 합해져 포화도 증가)
3)철심의 재료및 포화특성
4)계통의 임피던스(R-L특성이 달라진다)
5)변압기의 용량(용량이 클수록 L값이 증가하여 시정수가 커서 지속시간 증가)

여자 돌입전류의 특성

1)매우 큰 돌입전류의 발생 -> 변압기의 정격전류의 8~12배 수준 발생
2)빠르게 감쇄하는 특성을 갖으며, 대용량으로 갈수록 지속시간이 길어진다.
3)2고조파 함유율이 높다 (정상시 여자전류는 3고조파 함유가 높음)
4)고장전류의 파형과 비교하면 차이가 있다.

비율차동 계전기의 오동작 방지 대책

1) 고조파 억제법

여자 돌입전류 파형 중에는 제2고조파 성분 많다는 점을 착안하여 고조파 필터를 사용하여 동작코일에는 기본파가 유입되고, 고조파 성분은 고조파 억제코일을 통하여 흐르게 함으로써 여자 돌입전류에 의한 오동작을 방지하는 방법이다. 이 방식은 변압기 투입시에 고감도, 고속도 동작이 가능하며, 제2고조파 성분이 15~20% 이상이면 동작이 억제된다
→ 이 방법이 가장 많이 채용되어 사용된다

비율차동 계전기 고조파억제법

2) 감도 저하법

여자 돌입전류가 시간이 지남에 따라 감쇄하는 것을 이용하여 차동계전기의 동작코일과 병렬로 분류저항을 넣어 변압기 가압후 일정시간 동안 계전기의 감도를 둔화시켜 돌입전루에 오동작을 방지하는방법이다. 일정 시간후 전압계전기(27)의 동작으로 정상으로 복귀한다.
이방식에서는 저감도 상태에 내부사고 발생되면 사고제어 시간이 길어지는 단점이 있다.

3) 비대칭 저지법

여자 돌입전류의 파형이 비대칭파라는 점을 착안하여 비율차동계전기의 동작코일과 직렬로 저지계전기를 삽입하여 비대칭 전류가 흐르면 저지 계전기가 동작하여 비율차동계전기의 동작을 Lock 시키는 방법이다.

발생기구에 따른 분류

1) Inital Inrush

→변압기 투입시 돌입전류
무부하 변압기를 투입할 때 발생하는 가장 기본적인 형태이며, 파고치가 가장 크다

변압기 투입시 돌입전류
변압기 투입시 돌입전류

2) Recovery Inrush

→고장시 차단기 동작으로 전원전압 회복시 돌입전류
선로의 고장으로 인하여 순시전압강하가 발생하고 있는상태에서 해당선로의 차단기가 차단에 성고하면서 전압이 정상상태로 회복할때 발생하는 돌입전류를 Recovery Inrush라고 한다
가장 나쁜경우는 변압기 가까이 3상단락고장이 발생한 경우이다. 고장 중에는 변압기 단자전압은 거의 0으로 감소하고 고장이 제거되었을 때 갑자기정상전압으로 복귀한다. 이때 여자 돌입전류가 발생된다. 하지만 변압기는 가압된 상태이기 때문에 초기 여자돌입전류(Inital Inrush)만큼 큰 전류는 발생하지 않는다

회복시 돌입전류

3) Sympathetic Inrush

→변압기 병렬 투입시 돌입전류
운전 중인 변압기에 다른변압기가 병렬로 되었을 때 여자중인 변압기에 여자 돌입전류가 흐르며, 기여자된 변압기에도 여가 돌입전류가 흐르는 형태이다.
여자중인 변압기에는 형태의 돌입전류가 흐르며, 기여자된 변압기에는 처음에는 작다가 점점증가하다가 감소하여 대칭구조를 가지고 있다. 흐르는 전류의 위상은 반대이다. 또한 병렬변압기가 많을수록 돌입전류의 크기도 증가한다.

변압기 병렬 투입시 돌입전류
변압기 병렬 투입시 돌입전류
변압기
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