변류기


변류기

http://ftz.kr/2021/02/2679/

개요

1)개념

  • 계기, 계전기를 고전압 대전류의 주회로로부터 절연하는 것과 주회로의 전압, 전류를 계기, 계전기의 적당한 입력으로써 변성하는 것이다
  • 이것은 계기, 계전기의 소형화, 표준화를 가능하게 하고 계측보호의 집중화를 용이하게 하는 데 목적이 있다.

2)CT 등가회로와 벡터도

  • 등가회로
변류기의 등가회로
\[I_0=I_i+jI_\phi\] \[I_i=I_h+I_e\]
  • 벡터도

변류기 특성

http://ftz.kr/2021/02/2043/

1)비오차, 위상각

  • 비오차(Ratio error)
    실제 변류비 공칭 변류비가 얼마만큼 다른지를 나타내는 것이다.
\[ \epsilon =\frac{K _{n} -K}{K}\times 100 \backsimeq – \frac{I _{0}}{I _{2}}\times 100[\%] \]

(Kn:공칭 변류비, K:실제변류비)

비오차
  • 위상각
    변류기의 1차 전류 벡터와 2차전류벡터를 180° 회전시킨 것과의 위상차를 발생하는 것으로, 2차 전류 벡터가 앞선 경우를 양으로 본다
  • 위상오차(Phase error)
    • 비오차는 1차 전류와 2차 전류의 크기에 따른 오차를 의미한다.
    • 위상오차는 1차 전류와 2차 전류의 위상이 정확히 180°가 발생되지 않는 오차이다.
    • 비오차, 위상오차 모두 여자전류가 증가되면 오차가 증가된다.
  • 합성오차(Composite error)
    • 비오차와 위상오차를 동시에 고려한 것을 합성오차라고 부르며, 합성오차의 다음식에서 산출할 수 있으며, IEC 규격에서만 다룬다.
\[ \epsilon=\frac{ 100}{I_2 } \sqrt { \frac{ 1}{ T} \int _{ 0} ^{T } {(K_n i_2 -i_1 )^2 dt } } \]

I1: 1차전류(실효값), i1: 1차전류(순시값),
i2: 2차전류(순시값)

2)CT계급

  • 계기용 변성기의 정확도(정밀도)를 나타내는 것이다
계급호칭용도
0.1표준형특별 정밀 계측용, 계기용 변성기
0.2시험용의 표준기
0.5일반 계기용정밀계측용
1.0보통 계측용, 배전반용
3.0배전반용

3)최고전압

  • 규정된 조건하에서 특성을 보증할수 있는최고 허용전압
\[최고전압=\frac{선로의 공칭전압\times 1.15}{1.1}\]
공칭전압3.36.61122
최고전압3.457.211.525.8

4)정격전류

  • 정격1차전류
    1차 정격전류는 최대 부하전류보다 1.25∼1.5배 높게 선정하는 것이 바람직하다.
    • 수용가 인입회로, 전력용 변압기회로 : 1.25~1.5
    • 전동기 부하 : 2.0~2.5
  • 정격2차전류
    CT 2차에 직렬접속되는 정격입력과 일치
    • 일반적인 계기, 계전기 : 5A 디지털 계전기 1A
    • 원방계측의 경우 2차 배전 부담 때문에 1A, 0.1A의 정격이 바람직하다
  • 정격 3차 전류
    다중접지, 직접접지 계통의 영상전류를 얻기위하여 사용
    • CT정격 1차전류가 300A 이하 : Y결선의 잔류회로 사용
    • CT정격 1차전류가 300A 초과 : 3차 권선부 CT사용

5)정격부담

  • 규정된 조건하에서 특성을 보증할 수 있는 변류기의 권선당 부담을 말한다
  • CT2차 단자 간에 접속되는 피상적력을 말한다
    부담[VA]=(정격2차전류)²×임피던스
\[ VA=I _{2}^{2}\times Z _{b}[VA] \]

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

6)변류기 표시방법

  • ANSI 표기
    C 200의 의미
    • 타입
      C형 : 관통형(1차권수가 1인것),
      T형 : 권선형
    • 2차 단자전압 : 200V인 변류기
      (2차 정격전류의 20배의 과전류에서 나타나는 전압)
      (표준부담 2[Ω], 정격부담 50[VA])
  • IEC, BS 규격
IEC 표기
\[ I_2 \times Z_b \times20=200 \to Z_b = \frac{ 200}{ 5 \times 20}=2 [Ω] \]
\[ VA=5 ^{2} \times 2=50[VA] , 표준분담 : 2[\Omega] \]

7)과전류 정수(과전류 정수)-보호용CT에만 적용

  • 변류기 1차 전류가 정격값을 상회하면 철심에 포화가 생겨 비오차가 매우 늘어난다
  • CT의 정격 부담하에서 변성비 오차가 -10%될 때의 1차 전류값과 정격 1차 전류의비로서, 이를 n으로하고 과전류 정수라고 한다(5P급 : -5%, 10P급 : -10%)
  • 과전류 정수의 사용부담에 따른 변화
[VA]정격부담사용부담
40[VA]25[VA]15[VA]10[VA]
n(과전류 정수)n’>10n’>15n’>20n’>25
\[ n=\] \[ \frac{정격부담에서\ 비오차가-10\%가\ 될때의\ 1차전류}{1차\ 정격전류} \]
  • 사용부담이 줄어들수록 과전류 정수가 커지고 특성이 양호해진다

8)과전류 강도

  • 정의
    CT 권선에 고장전류가 흐를 경우 정격 1차 전류의 몇 배까지 견딜 수 있는가를 정하는 것이 정격 과전류 강도이다
  • 정격 과전류 강도
    정격 과전류 강도는 표준으로 40배, 75배, 150배, 300배이며, 300배초과는 별도 주문
정격 과전류 강도보증하는 과전류
40배정격 1차 전류의 40배
75배정격 1차 전류의 75배
150배정격 1차 전류의 150배
300배정격 1차 전류의 300배
  • 열적 과전류 강도
    • 권선이 과열에 의한 용단에 대한 강도
    • 일반적으로 1초960사이클0의 Steay State Fault Current에 대한 강도
    • 과전류에 의한 발열이 모두 도체에 축전괸다고 생각하고 1초간 통전한 후의 최종온도가 A종 절연은 150[℃] B종 절연은 350[℃]를 초과하지 않는 전류한도를 말한다
\[ S= \frac{S _{n}} {\sqrt {t}} \]

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

  • 기계적 과전류강도
    • 직류분은 포함한 최댓값에 의한 강력한 전자력에 대한 내력을 말하고, 1차전류의 2.5배 최대 순시갑에 견딜수 있도록 요구
    • 1/2사이클first사이클 Fault Current(비대칭 포함)에 의한 강한 전자젹으로 권선의 변형에 대한 강도
    • 기계적 과전류 강도는 일반적으로 열적 과전류 강도의 2.5배

CT개방 시 이상현상

1)CT의 2차측 개방 시의 현상

  • 1차 측에 전류가 흐르는 상태에서 2차 측을 개방하면 2차 측의 역기전력은 0이 되지 않고, 1차측의 AT 소모시키지 못하는 결과, 1차 AT는 전부 여자 AT가 되므로 2차측 유기전압은 고전압이 되고 철심은 극도로 포화되어 단파형이 된다
  • 이 경우 2차 유기전압 E₂는 자속Φ의 시간적 변화와 2차 권선N₂에 비례하여 E₂=-N₂가 되고, 상당히 큰 첨두파 이상전압이 나타난다
  • 2차를 개방하면 2차 임피던스는 0이되므로 I₂=0
\[E_1I_1=E_2I_2\to E_2=\frac{I_1\times E_1}{I_2}=∞\]
  • 그 결과, 철손은 증대되고 철심은 온도가 상승되어 2차 측에 접속된 계기 및 계전기의 절연파괴현상이 일어나며, 취급자에게도 상당한 위험을 주게 된다.

  • 변류기 2차측 단락된 상태
    CT의 2차측은 매우 낮은 임피던스로 단락되어 있어서 2차측 유기전압은 수~수십 V 정도로 매우 낮은 상태를 유지한다. 또한 여자전류를 제외하고는 1차 부하전류에 의해서 만들어진 자속은 2차전류에 의한 자속에 모두 상쇄하고 있는 상태이다.
변류기 2차측 단락된 상태

2)CT의 2차측 개방 방지대책

  • CT단자의 볼트를 주기적으로 조여 주어 볼트가 풀리지 않도록 한다
  • 훅크-온 메타를 이용하여 CT2차 전류를 Check 및 기록하여 2차전류의 이상유무를 확인한다
  • CT 회선 시험 후에는 필히 오결선 여부를 Check한다
  • 활선상태에서 CT2차 회로를 만지는 경우에는 필히 단락 후 만진다(단락단자 이용)
  • 될 수 있으면 CT는 사선상태에서 만진다.
  • CT 2차 개방 보호장치(CTOD)를 설치
  • CT 2차를 개방해도 일정시간동안 견딜수 있도록 제작한다

Knee Point Voltage (포화점, 포화전압)

무릅전압
  • 변류기의 1차 권선을 개방하고 2차 권선에 정격주파수의 교류전압을 인가하여 2차 여자전류를 측정하면 2차 여자포화곡선이 그려지며 포화되기 직전의 2차 여자전압이 +10%증가할때 2차 여자전류가 +50%증가되는 점을 포화점이라 하며, 이 전압을 KneePointVoltage라 한다
  • 이 전압이 높은 특성의 CT를 계전기에 사용하여야 한다. 포화특성시험에서 포화점에서 인가전압을 포화전압이라 하고 이포화전압이 충분히 높아야 대전류 영역에서 확실한 보호가 가능하다
  • CT는 1차전류가 증가하면 2차 전류도 변류비에 증가하나, 한계전류에 도달하면 1차전류는 증가하여도 2차전류는 포화하여 증가하지 않는다. 따라서 CT의 포화전압이 높은것을 선택해야 큰 고장전류에서도 확실한 보호계전기 동작을 기대할 수 있다
  • 보호방식 중 차동계전방식 또는 PilotWire 보ㅎ방식 등에서는 양단의 CT포화특성의 일치가 매우 중요한 요소가 된다

계측기용과 보호계전기용CT차이점

CT용도별오차한도

1)IPL란

(Rated Instrument Limit Primary Current)

  • CT 2차 부담이 정격부담일 때 계측용 CT의 합성오차가 10% 또는 그 이상인 때의 1차전류의 최소값을 말한다.
  • 계통고장으로 인한 높은 전류로부터 계측용 CT에 연결된 계측기 또는 이와 유사한 장치를 보호하기 위하여 합성오차는 10%보다 커야한다.

2)FS란

(Instrument security factor)

  • 정격 1차전류와 IPL과의 비를 말한다.
  • CT의 1차측에 계통 고장전류가 흐를 경우 계측용 CT의 2차측에 연결된 계측기 또는 이와 유사한 장치는 FS값이 적을수록 안전하다.
  • FS의 값은 특별히 정해진바는 없으나 계측용일 경우 5 또는 10이하로 한다.

CT정격

1)전압

  • CT의 절연등급을 설정(600[V], 2,500[V], 5, 00[V], 8,700[V], 15,000[V]등)

2)1차 전류정격(등급)

  • 연속 전류정격 : CT가 설치된 전류회로의 전류정격과 동일하거나 그 이상이 어야 함

3)등급요소

  • CT가 정격온도를 초과하지 않으면서 지속적으로 운전할수 있을 때의 최대 1차전류를 결정하기 위해서 CT의 Primary Ampeere Rating 에 곱하는 요소

4)Thermal Short-time Rating

  • CT가 2차측 권선이 단락되어 있고 정격온도를 초과하는 권선이 없을 경우에 1초동안 흘릴수 있는 Symmetrical RMS 1차 전류

5)Mechanical Short-time Rating

  • CT의 2차 측이 단락되어 있을 경우 기계적 손상을 받지 않고 흘릴 수 있는 최대 전류

6)Relaying Accuracy Rating

  • CT가 어느 정도의 전압을 정상 전류에 20배에 달하는 전압을 출력회로에 전달할수 있는지를 나타낸다
  • 일반적으로 릴레이는 CT의 정격전류의 몇 배에 해당되는 전류에 동작하기 때문에 Relaying Accuracy는 높은 과전류 시의 Accuracy를 참고하여야 한다

7)계기용 변성기의 계급

  • 계기용 변성기의 정확도를 나타내는 것으로 정격부담하에서 정격주파수의 정격전류 또는 정격전압을 가했을 때의 비오차으 한도를 나타낸다
계급호칭용도
0.1표준형특별 정밀 계측용, 계기용 변성기
0.2시험용의 표준기
0.5일반 계기용정밀계측용
1.0보통 계측용, 배전반용
3.0배전반용

CT의 종류

1)절연구조에 따른 분류

  • 몰드형
    절연재료로 합성수지 등을 사용하여 권선 또는 전체를 절연한 CT로 저압 및 6.6[kV],22.9[kV]에 많이 사용한다
  • 유입형
    절연유를 절연재료로 사용한 것으로 애자형, 탱크형 등의 고전압(22.9~345[kV]) 옥외용에 많이 사용한다
  • 가스형
    절연유 대신 SF6 Gas를 사용한 것으로 최근 GIS설비용으로 많이 사용되고 있다

2)권선형태에 따른 분류

  • 권선형CT
    1차, 2차 권선이 모두 한 철심에 감겨 있는 구조
  • 관통형CT
    1차 권선을 계통 케이블로 이용하고 이를 원형 CT철심 중심부로 통과시키고 원형 철실에 2차 권선이 균일하게 감겨 있는 구조
  • 부싱CT
    관통형 CT의 일종으로 부싱내의 도체를 CT의 1차 도체로 사용
  • 3차 권선부
    CT의 1차 전류가 300A가 넘는 비접지 또는 고저앟 접지계통에서 충분한 영상전류를 억디 위하여 사용하고, 2차권선에는 정상전류를 3차 권선에는 영상전류를 얻을수 있다. 3차 권선비는 100/5[A]이다

3)특성에 따른 분류

  • 계측기용
    • 평상시 정상부하 상태에서 사용하여 정확도 위주
    • 사고시 포화되어 계측기 및 회로보호
  • 계전기용
    • 사고 시 사고전류에도 포화되지 않는 특성 필요(=KneePoint Voltage 높음)
    • 사고 시 보호계전기 동작
    • μ’높을 것

사용기기의 선정
사용기기의 선정M(변류기)
변류기
광CT
계기용 변압기
영상 변류기


답글 남기기

이메일 주소는 공개되지 않습니다.