변류기 (CT)*

사용기기 선정(변성기C)

변류기
변성기 특성
광CT
계기용 변압기
영상 변류기
진상용 콘덴서
정지형 무효전력 보상장치(SVC)

목차(변류기)

변류기

❓계기용 변류기(CT)란

계기, 계전기를 고전압 대전류의 주회로로부터 절연하고, 주회로의 전압, 전류를 계기, 계전기의 적당한 입력으로 변성
계기, 계전기의 소형화, 표준화를 가능하게 하고 계측보호의 집중화를 용이하게 하는 목적

1️⃣CT 작동원리

1)구조

1차코일: 고전압회로에 직렬로 연결되어 큰전류가 흐름
철심: 1차코일을 감싸고 있으며, 1차 전류에 의해 자기장을 발생시킴
2차코일: 철심에 감겨 있으며, 1차전류에 의한 자기장에 의해 유도전류가 발생. 이 유도전류가 2차전류이며 1차전류에 비례함
부하: 2차 코일에는 일반적으로 계측기나 보호계전기와 같은 부하가 연결됨

2)등가회로

변류기의 등가회로

\[I_0=I_i+jI_\phi\] \[I_i=I_h+I_e\]

I₀:여자전류, Ii:철손전류, Iϕ:자화전류
Iℎ:히스테리시스손을일으키는전류
Ie:와류손을일으키는전류

3)벡터도

2️⃣CT정격

1)CT계급

계기용 변성기의 정확도를 나타내는 것
정격부담하에서 정격주파수의 정격전류 또는 정격전압을 가했을 때의 비오차의 한도

계급	호칭	용도
0.1	표준형	특별 정밀 계측용, 계기용 변성기
0.2	표준형	시험용의 표준기
0.5	일반 계기용	정밀계측용
1.0		보통 계측용, 배전반용
3.0		배전반용

2)최고전압

규정된 조건하에서 특성을 보증할수 있는최고 허용전압

\[최고전압=\frac{선로의 공칭전압\times 1.15}{1.1}\]

공칭전압 [kV]	3.3	6.6	11	22
최고전압 [kV]	3.45	7.2	11.5	25.8

3)정격전류

정격1차 전류
정격 1차 전류는 최대 부하전류보다 1.25∼1.5배 높게 선정
- 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, 0.1A
정격 3차 전류
다중접지, 직접접지 계통의 영상전류를 얻기위하여 사용
- CT정격 1차전류가 300A 이하 : Y결선의 잔류회로 사용
- CT정격 1차전류가 300A 초과 : 3차 권선부 CT사용

4)정격부담

규정된 조건하에서 특성을 보증할 수 있는 변류기의 권선당 부담
CT2차 단자 간에 접속되는 피상전력
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)

정격부담 : 변류기 제조사가 정하는 2차 권선에 연결할 수 있는 최대 부하
사용부담 : 실제로 변류기의 2차 권선에 연결된 부하의 합

5)정격내전류

정의 : 변류기가 정확한 변성비를 유지하며 작동할 수 있는 전류 범위
중요성 : 정격내전류 범위 내에서 사용해야 정확한 측정이 가능

6)과전류 정수

변류기의 1차측에 정격 전류 이상의 전류가 흐를 때, 측정 오차가 일정 비율 이내로 유지되는 최대 전류를 정격 전류로 나눈 값
CT의 정격 부담하에서 변성비 오차가 -10[%]될 때의 1차 전류값과 정격 1차 전류의비로서, 이를 n으로하고 과전류 정수라고 한다(5P급 : -5%, 10P급 : -10%)
과전류 정수가 너무 낮으면 실제 전류를 정확하게 측정하지 못할 수 있으며, 너무 높으면 변류기가 손상될 위험이 있다.

과전류 정수의 사용부담에 따른 변화

[VA]	정격부담	사용부담
[VA]	40[VA]	25[VA]	15[VA]	10[VA]
n(과전류 정수)	n’>10	n’>15	n’>20	n’>25

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

사용부담이 줄어들수록 과전류 정수가 커지고 특성이 양호해진다

7)과전류 강도

변류기가 기계적, 전기적으로 견딜 수 있는 최대 전류
과전류 강도가 너무 낮으면 시스템에 과전류가 발생했을 때 변류기가 손상될 위험이 높아짐

(1)정격 과전류 강도 :

CT 권선에 고장전류가 흐를 경우 정격 1차 전류의 몇 배까지 견딜 수 있는가를 정하는 것
정격 과전류 강도는 표준으로 40배, 75배, 150배, 300배이며, 300배초과는 별도 주문

정격 과전류 강도	보증하는 과전류
40배	정격 1차 전류의 40배
75배	정격 1차 전류의 75배
150배	정격 1차 전류의 150배
300배	정격 1차 전류의 300배

(2)열적 과전류강도

권선이 과열에 의한 용단에 대한 강도
일반적으로 1초 960사이클의 Steay State Fault Current에 대한 강도
과전류에 의한 발열이 모두 도체에 축전된다고 생각하고 1초간 통전한 후의 최종온도가 A종 절연은 150[℃] B종 절연은 350[℃]를 초과하지 않는 전류한도

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

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

열적 내전류(Thermal Short-time Rating)
- CT가 2차측 권선이 단락되어 있고 정격온도를 초과하는 권선이 없을 경우에 1초동안 흘릴수 있는 Symmetrical RMS 1차 전류

(3)기계적 과전류강도

직류분을 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 전자력으로 권선의 변형에 대한 강도
기계적 과전류 강도는 일반적으로 열적 과전류 강도의 2.5배

기계적 내전류Mechanical Short-time Rating
- CT의 2차 측이 단락되어 있을 경우 기계적 손상을 받지 않고 흘릴 수 있는 최대 전류

8)계기정확도등급

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 참고

9)등급요소

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

3️⃣CT의 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 가스를 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 권선부CT
- CT의 1차 전류가 300A가 넘는 비접지 또는 고전압 접지계통에서 충분한 영상전류를 얻기 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

4️⃣계측기용과 보호계전기용CT차이점

1)정확도

계측기기용 변류기: 정확한 전류 값을 측정하여 계기의 눈금을 정확하게 나타내는 데 중점을 둡니다. 따라서 높은 정확도가 요구되며, 일반적으로 0.5급, 0.2급 등의 정확도 등급을 가집니다.
보호계전기용 변류기: 계전기 동작에 필요한 충분한 전류를 제공하고, 고장 발생 시 신속하게 동작하도록 하는 데 중점을 둡니다. 정확도보다는 신뢰성과 빠른 응답 속도가 중요하며, 일반적으로 5P, 10P 등의 정확도 등급을 가집니다.

2)포화 특성

계측기용 변류기: 넓은 범위의 전류를 측정해야 하므로, 포화되지 않고 선형적인 특성을 유지해야 합니다.
보호계전기용 변류기: 고장 전류와 같은 큰 전류가 흘렀을 때 빠르게 포화되어 계전기를 동작시키는 역할을 합니다. 따라서 의도적으로 포화점을 낮게 설계하는 경우가 많습니다.

3)응답 속도

계측기용 변류기: 상대적으로 느린 응답 속도를 가질 수 있습니다.
보호계전기용 변류기: 고장 발생 시 신속하게 계전기를 동작시키기 위해 빠른 응답 속도가 요구됩니다.

4)기타 특징

계측기기용 변류기: 다양한 종류의 계측기와 연결하여 사용되며, 정밀한 측정을 위해 보정이 필요한 경우가 있습니다.
보호계전기용 변류기: 주로 보호 계전기와 연동되어 사용되며, 고장 발생 시 계전기의 동작을 보장하기 위해 안정적인 특성이 요구됩니다.

5)정리표

구분	계측용	보호용
오차계급	정확도 높음 0.1,0.2,0.5,1,3,5	정확도 낮음 5P,10P,20P C100,C200,C400,C800(ANSI) T100,T200(ANSI)
과전류의 1차정격	IPL	정격오차 한도 1차전류
과전류에 대한 규정	FS	과전류 정수 (N>5,15,20,30)
과전류강도(열적)	계통고장전류 (rms, kA)	계통고장전류 (rms, kA)
과전류강도 (기계적)	계통고장전류의 파고치	계통고장전류의 파고치
포화 특성	포화되지 않고 선형적	의도적으로 포화점을 낮게 설계
응답 속도	상대적으로 느림	빠름
주요 기능	정확한 전류 측정	계전기 동작

6)결론

계측기기용 변류기와 보호계전기용 변류기는 각각의 목적에 맞게 설계되어 있으며, 정확도, 포화 특성, 응답 속도 등에서 차이가 있습니다. 따라서 전력 시스템에서 각각의 역할에 맞는 적절한 변류기를 선택하여 사용해야 합니다.

7)IPL(순시과전류한계)란

(Instantaneous Pick-up Limit)

정의: 변류기가 순간적으로 감지할 수 있는 최소 과전류 값입니다.
특징:
- 매우 짧은 시간 동안 발생하는 과도한 전류를 감지하는 데 사용됩니다.
- 고속 보호 계전기와 함께 사용되어 빠른 고장 차단에 기여합니다.
- 일반적으로 정격 전류의 일정 배수로 표현됩니다.
역할:
- 단락 사고와 같이 매우 빠르게 발생하는 고장을 감지하고 보호 계전기에 신호를 보냅니다.
- 시스템의 안정도를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

(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.

8)FS(고장개시전류)란

(Fault Starting)

정의: 고장 발생 시 초기 순간에 흐르는 매우 큰 전류를 의미합니다.
특징:
- 단락 사고 발생 시 순간적으로 흐르는 전류 값으로, 시스템의 임피던스에 따라 달라집니다.
- IPL보다 일반적으로 더 큰 값을 가지며, 시스템의 크기와 구성에 따라 다릅니다.
역할:
- 고장의 크기와 종류를 판단하는 데 사용됩니다.
- 보호 계전기의 선택과 설정에 중요한 정보를 제공합니다.

(Instrument security factor)

정격 1차전류와 IPL과의 비를 말한다.(FS=IPL)
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.

5️⃣변류기 표시방법**

ANSI 표기 C 200의 의미
- 타입C형 : 관통형(1차권수가 1인것), T형 : 권선형
- 2차 단자전압 : 200V인 변류기(2차 정격전류의 20배의 과전류에서 나타나는 전압)(표준부담 2[Ω], 정격부담 50[VA])
IEC, BS 규격

\[ I_2 \times Z_b \times20=200 \to Z_b = \frac{ 200}{ 5 \times 20}=2 [Ω] \] \[ VA=5 ^{2} \times 2=50[VA] , 표준분담 : 2[\Omega] \]

6️⃣CT개방 시 이상현상

1)CT의 2차측 개방 시의 현상**

1차 측에 전류가 흐르는 상태에서 2차 측을 개방하면 2차 측의 역기전력은 0이 되지 않고, 1차측의 전류를 소모시키지 못하는 결과, 1차 전류는 전부 여자전류가 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 상태CT의 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.

2)CT의 2차측 개방 방지대책

CT단자의 볼트를 주기적으로 조여 주어 볼트가 풀리지 않도록
훅크-온 메타를 이용하여 CT2차 전류를 Check 및 기록하여 2차전류의 이상유무를 확인
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 제작

7️⃣포화특성

1)변류기의 포화특성

변류기의 철심에 전류가 흐르면 자속이 생성됨,
그러나 전류가 일정수준을 초과하면 철심의 자속이 더이상증가하지 않고 포화상태에도달.
이상태에서는 변류기의 비오차가 급격히 증가하게 됨

2)포화특성의 중요성

정확도 저하
변류기가 포화상태에 도달하면 2차전류가 1차전류에 비례하지 않게되어 계측기의 정확도가 떨어짐
보호기능의 저하
보호계전기에서 변류기의 포화는 고장전류를 정확하게 감지하지 못하게 하여 보호기능이 저하될 수있음

3)무릅전압

Knee Point Voltage (포화점, 포화전압)

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 무릅전압이라고 한다.
이 전압이 높은 특성의 CT를 계전기에 사용하여야 한다. 포화특성시험에서 포화점에서 인가전압을 포화전압이라 하고 이포화전압이 충분히 높아야 대전류 영역에서 확실한 보호가 가능
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 보호방식 등에서는 양단의 CT포화특성의 일치가 매우 중요한 요소가 된다

사용기기 선정(변성기C)

변류기
변성기 특성
광CT
계기용 변압기
영상 변류기
진상용 콘덴서
정지형 무효전력 보상장치(SVC)

목차(변류기)

변류기

💯기출문제

○A01.과전류 정수와 과전류 강도에 대하여 설명하시오

모범답안(과전류정수, 과전류강도, 정격내전류)

과전류 강도:
- 변류기가 견딜 수 있는 최대 전류를 의미합니다. 즉, 변류기에 흘릴 수 있는 전류의 한계를 나타내는 값입니다.
- 과전류 강도를 초과하는 전류가 흐르면 변류기가 손상될 수 있습니다.
- 일반적으로 열적 과전류 강도와 기계적 과전류 강도로 나눌 수 있습니다.
  - 열적 과전류 강도: 변류기가 견딜 수 있는 최대 열적 부담을 나타내는 값으로, 장시간 흘릴 수 있는 전류의 크기를 의미합니다.
  - 기계적 과전류 강도: 변류기가 견딜 수 있는 최대 기계적 충격을 나타내는 값으로, 순간적으로 흘릴 수 있는 전류의 크기를 의미합니다.
정격 내 전류:
- 변류기가 정상적으로 작동할 수 있는 전류 범위를 의미합니다.
- 정격 내 전류 범위 내에서 사용해야 변류기가 정확한 변성 비율을 유지하여 정확한 측정이 가능합니다.
과전류 정수:
- 변류기가 정확하게 측정할 수 있는 전류의 상한선을 나타내는 지표입니다.
- 변류기에 흐르는 전류가 과전류 정수를 넘어서면 측정값의 오차가 커지기 시작
- 변류기의 비오차가 -10%가 되는 지점에서의 1차 전류를 정격 1차 전류로 나눈 값을 의미합니다.
- 즉, 과전류 정수가 클수록 변류기가 더 높은 전류에서도 정확한 변성 비율을 유지할 수 있다는 것을 의미합니다.
- 과전류 정수가 작으면 변류기가 쉽게 포화되어 정확도가 떨어질 수 있습니다.

각 용어 간의 관계

과전류 강도는 변류기의 내구성을 나타내는 지표이며, 정격 내 전류는 변류기가 정확하게 작동하는 범위를 나타내는 지표입니다.
과전류 정수는 변류기의 정확도를 나타내는 지표로, 과전류 강도와 밀접한 관련이 있습니다. 과전류 정수가 클수록 과전류 강도도 일반적으로 커지지만, 변류기의 설계에 따라 다를 수 있습니다.

○A02.전류변성기의 knee point voltage란 무었인가

3)무릅전압

모범답안(무릅전압)

무릅전압은 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 전압때의 전압을 무릅전압이라고 한다

모법답안(포화특성)

1)변류기의 포화특성

변류기의 철심에 전류가 흐르면 자속이 생성됨,
그러나 전류가 일정수준을 초과하면 철심의 자속이 더이상증가하지 않고 포화상태에도달.
이상태에서는 변류기의 비오차가 급격히 증가하게 됨

2)포화특성의 중요성

보호기능의 저하
- 보호계전기에서 변류기의 포화는 고장전류를 정확하게 감지하지 못하게 하여 보호기능이 저하될 수있음

정확도 저하
- 변류기가 포화상태에 도달하면 2차전류가 1차전류에 비례하지 않게되어 계측기의 정확도가 떨어짐

●A03.CT2차측 단자 개방 시 현상을 등가회로와 벡터도로 설명하시오

6️⃣CT개방 시 이상현상

모범답안(CT2차측개방)

1차측에 전류가 흐르는 상태에서 2차측을 개방하면 2차측의 역기전력은 0이되지않고 전류을 소모시키지 못하는 결과 1차 전류은 전부 여자전류 되므로 2차측 유기전압은 고전압이 되고 철심은 극도로 포화되어 단파형이된다.
이경우 2차유기전압은 자속의 시간적 변화와 2차권선에 비례하여 상당히 큰 첨두파이상전압이된다.
2차를 개방하면 2차임피던스는 0이되므로 아주 높은 전압이 걸리게 된다
그결과 철손은 증대되고 철심의 온도는 상승하여 2차측에 접속된 계기 및 계전기는 절연파괴현상이 일어나며
고전압으로인하 취급자에게 상당한 위험을주게된다.
평소 변류기 2차측이 단락된 상태에 CT는 2차측은 매우 낮은 임피던스로 단락되어있으며, 2차측유지전압은 수~수십V로 매우낮은상태를 유지한다. 또한 여자전류를 제외하고는 1차측 부하전류에 의해서 만들어진 자속은 2차전류에 의한 자속에 모두 상쇄하고 있는상태이다.

●A04.변류기의 과전류 특성(과전류 강도, IPL과 FS, 과전류정수)에 대하여 설명하시오

IPL : Rated Instrument Limit Primary Current
FS : Instrument, Security Factor

4️⃣계측기용과 보호계전기용CT차이점

모범답안(과전류강도,과전류정수,IPL, FS)

과전류 강도: 변류기가 견딜 수 있는 최대 과전류 값을 의미합니다. 일반적으로 1차 정격 전류의 몇 배수로 표현하며, 변류기의 종류와 용도에 따라 다릅니다.

IPL (Instantaneous Pick-up Limit): 순시 과전류 한계를 의미하며, 변류기가 순간적으로 감지할 수 있는 최소 과전류 값을 나타냅니다.

FS (Fault Starting): 고장 개시 전류를 의미하며, 고장 발생 시 초기 순간에 흐르는 매우 큰 전류를 말합니다.

과전류 정수: 변류기가 정확한 비율로 2차 전류를 유도할 수 있는 최대 과전류 배수를 의미합니다.

●A05.변류기(CT)의 정격과 종류에 대하여 설명하시오

2️⃣CT정격

3️⃣CT의 종류

모범답안(변류기정격)

CT계급

계기용 변성기의 정확도를 나타내는 것
정격부담하에서 정격주파수의 정격전류 또는 정격전압을 가했을 때의 비오차의 한도

최고전압

규정된 조건하에서 특성을 보증할수 있는최고 허용전압

정격전류

정격1차 전류
정격 1차 전류는 최대 부하전류보다 1.25∼1.5배 높게 선정
- 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, 0.1A
정격 3차 전류
다중접지, 직접접지 계통의 영상전류를 얻기위하여 사용
- CT정격 1차전류가 300A 이하 : Y결선의 잔류회로 사용
- CT정격 1차전류가 300A 초과 : 3차 권선부 CT사용

정격부담

규정된 조건하에서 특성을 보증할 수 있는 변류기의 권선당 부담

정격내전류

변류기가 정확한 변성비를 유지하며 작동할 수 있는 전류 범위

과전류강도

변류기가 기계적, 전기적으로 견딜 수 있는 최대 전류
과전류 강도가 너무 낮으면 시스템에 과전류가 발생했을 때 변류기가 손상될 위험이 높아짐

과전류정수

변류기의 1차측에 정격 전류 이상의 전류가 흐를 때, 측정 오차가 일정 비율 이내로 유지되는 최대 전류를 정격 전류로 나눈 값

모범답안(변류기종류)

1. 구조에 따른 분류

권선형 CT: 1차 권선과 2차 권선이 코어에 감겨 있는 가장 일반적인 형태입니다.
관통형 CT: 도체를 중심에 통과시켜 1차 전류를 측정하는 형태로, 대전류 측정에 적합합니다.
부싱형 CT: 고압 차단기나 변압기의 부싱에 내장되어 있는 형태로, 설치 공간이 적습니다.
C형 CT: 코어가 C자 형태로 되어 있어 도체를 쉽게 통과시킬 수 있습니다.

2. 기능에 따른 분류

계측용 CT: 전류계, 전력계 등 계측기에 사용되는 변류기로, 정확한 측정이 중요합니다.
보호용 CT: 과전류 보호 계전기 등에 사용되는 변류기로, 빠른 응답 속도가 중요합니다.
통신용 CT: 통신 시스템에서 전류를 측정하는 데 사용됩니다.

3. 코어 재료에 따른 분류

철심형 CT: 철심을 사용하여 자기 회로를 형성하는 변류기로, 일반적으로 사용됩니다.
비철심형 CT: 철심 대신 공기를 사용하여 자기 회로를 형성하는 변류기로, 고주파 영역에서 사용됩니다.

●A06.계기용 변류기의 원리를설명하시오

1️⃣CT 작동원리

모법답안(변류기원리)

변류기는 간단히 말해 전류를 변환하는 변압기라고 할 수 있습니다. 하지만 일반적인 변압기와는 달리, 변류기는 1차 권선에 흐르는 전류를 2차 권선에서 훨씬 작은 값으로 변환하여 측정하기 쉽도록 만드는 것이 주된 목적입니다.

동작 원리

이를 통해 고전압 대전류 회로에서 발생하는 위험을 줄이고, 안전하게 전류를 측정할 수 있습니다.

자기 유도:

1차 권선에 전류가 흐르면 코어 주변에 자기장이 형성됩니다.

이 자기장은 2차 권선을 관통하며, 2차 권선에 전자기 유도 작용을 일으킵니다.

유도된 전압은 2차 권선에 폐회로가 형성되어 있을 때 전류를 흐르게 합니다.

전류 비:

1차와 2차 권선의 감은 횟수 비는 곧 전류 비와 반비례합니다. 즉, 1차 권선의 감은 횟수가 2차 권선보다 훨씬 많다면, 2차 전류는 1차 전류보다 훨씬 작아집니다.

○A07.변류기의 과전류 강도에 대해 설명하시오>A04

4)과전류 강도**

●A08.영상전류를 얻기 위한 CT의 결선방법을 설명하시오

대칭좌표법

모범답안 (영상전류)

영상전류란?

영상전류는 3상 전력계통에서 각 상의 전류가 불평형할 때 발생하는 전류를 말합니다. 일반적으로 지락 사고가 발생하면 영상전류가 발생하며, 이를 감지하여 지락 보호에 활용합니다.

영상전류를 얻기 위한 CT 결선 방법

영상전류를 얻기 위해서는 CT를 특정한 방식으로 결선해야 합니다. 일반적으로 다음과 같은 두 가지 방법이 주로 사용됩니다.

1. 3권선 CT 방식

원리: 3상 변압기의 3차 권선에 CT를 설치하여 영상전류를 검출하는 방법입니다. 3차 권선은 일반적으로 접지되어 있어 영상전류가 쉽게 흐를 수 있도록 합니다.
장점: 간단한 구조로 설치가 용이하고, 영상전류를 직접 측정할 수 있습니다.
단점: 3차 권선이 없는 변압기에는 적용할 수 없으며, 3차 권선의 용량이 작을 경우 영상전류 검출에 한계가 있을 수 있습니다.

2. 중성선 CT 방식

원리: 3상 시스템의 중성선에 CT를 설치하여 영상전류를 검출하는 방법입니다.
장점: 모든 종류의 변압기에 적용 가능하며, 3권선 CT 방식에 비해 정확도가 높습니다.
단점: 중성선에 CT를 설치해야 하므로 설치 공간이 필요하며, 중성점 접지 방식에 따라 영상전류 검출에 영향을 받을 수 있습니다.

CT 결선 시 주의사항

극성: CT의 극성을 정확히 맞춰야 정확한 영상전류를 측정할 수 있습니다.
변성비: 사용하는 CT의 변성비를 고려하여 계전기를 설정해야 합니다.
부하 임피던스: 2차 회로의 부하 임피던스를 고려하여 CT를 선택해야 합니다.
노이즈: 외부 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 차폐된 케이블을 사용하고, 노이즈 필터를 설치할 수 있습니다.

영상전류 검출 시스템 구성

영상전류 검출 시스템은 일반적으로 다음과 같은 구성 요소로 이루어집니다.

보호용 변성기 (PT): 필요에 따라 전압을 측정하기 위한 변성기

CT: 영상전류를 검출하는 변류기

계전기: 영상전류를 감지하여 보호 동작을 수행하는 계전기

배선: CT와 계전기를 연결하는 배선

○A09.이중비 CT의 내부접속도를 그리고 간단히 설명하시오(CT비 100~50/5 [A]의 경우)

모범답안(이중비CT)

이중비 CT(Dual Ratio Current Transformer)는 하나의 CT에서 두 가지 다른 변성비를 얻을 수 있도록 설계된 변류기입니다. 이는 계측 및 보호 시스템에서 다양한 측정 범위를 커버해야 할 때 유용하게 활용됩니다.

이중비 CT(변류기)는 두 가지 다른 전류 비율을 제공할 수 있는 변류기입니다. 이는 주로 보호 계전기와 계측기에서 다양한 전류 범위를 측정하거나 보호하기 위해 사용됩니다. 이중비 CT의 내부 접속도는 다음과 같은 방식으로 구성됩니다:

내부 접속도

1차 권선: 1차 권선은 전력 시스템의 고전류를 감지합니다.
2차 권선: 2차 권선은 두 개의 다른 비율로 구성되어 있습니다. 예를 들어, 100/5A와 200/5A의 두 가지 비율을 제공할 수 있습니다.
탭 전환: 2차 권선의 탭을 전환하여 원하는 비율을 선택할 수 있습니다. 이는 주로 단자판에서 이루어집니다 ¹.

예시

200/5A 비율: 1차 전류가 200A일 때 2차 전류는 5A입니다.

100/5A 비율: 1차 전류가 100A일 때 2차 전류는 5A입니다.

○A10.계측기용 CT와 보호계전기용CT의 차이점을 설명하시오.

4️⃣계측기용과 보호계전기용CT차이점

모범답안(계측용,보호용)

1)정확도

계측기기용 변류기: 정확한 전류 값을 측정하여 계기의 눈금을 정확하게 나타내는 데 중점을 둡니다. 따라서 높은 정확도가 요구되며, 일반적으로 0.5급, 0.2급 등의 정확도 등급을 가집니다.
보호계전기용 변류기: 계전기 동작에 필요한 충분한 전류를 제공하고, 고장 발생 시 신속하게 동작하도록 하는 데 중점을 둡니다. 정확도보다는 신뢰성과 빠른 응답 속도가 중요하며, 일반적으로 5P, 10P 등의 정확도 등급을 가집니다.

2)포화 특성

계측기용 변류기: 넓은 범위의 전류를 측정해야 하므로, 포화되지 않고 선형적인 특성을 유지해야 합니다.
보호계전기용 변류기: 고장 전류와 같은 큰 전류가 흘렀을 때 빠르게 포화되어 계전기를 동작시키는 역할을 합니다. 따라서 의도적으로 포화점을 낮게 설계하는 경우가 많습니다.

3)응답 속도

계측기용 변류기: 상대적으로 느린 응답 속도를 가질 수 있습니다.
보호계전기용 변류기: 고장 발생 시 신속하게 계전기를 동작시키기 위해 빠른 응답 속도가 요구됩니다.

4)기타 특징

보호계전기용 변류기: 주로 보호 계전기와 연동되어 사용되며, 고장 발생 시 계전기의 동작을 보장하기 위해 안정적인 특성이 요구됩니다.

계측기기용 변류기: 다양한 종류의 계측기와 연결하여 사용되며, 정밀한 측정을 위해 보정이 필요한 경우가 있습니다.

○A11.보호계전기용 변류기의 소손원인 및 과전류 정수에 대하여 설명하시오

모범답안(변류기소손원인)

보호계전기용 변류기는 전력 시스템의 이상 상황을 감지하고 보호하기 위해 사용되는 중요한 장치입니다. 하지만 다양한 원인으로 인해 소손될 수 있습니다. 주요 소손 원인은 다음과 같습니다.

부적절한 설치: 설치 시 접촉 불량, 조임 불량 등으로 인해 발열이 발생하여 소손될 수 있습니다.

과전류: 정격 전류를 초과하는 전류가 흐르면 변류기의 코일이 과열되어 절연 파괴가 발생할 수 있습니다. 특히 단락 사고 시 엄청난 단락 전류가 흘러 변류기가 소손될 위험이 높습니다.

열적 충격: 갑작스러운 과전류 발생으로 인해 변류기 내부 온도가 급격히 상승하여 열적 충격을 받아 소손될 수 있습니다.

절연 파괴: 습기, 오염, 기계적 충격 등으로 인해 절연이 파괴되어 지락 현상이 발생하고 변류기가 소손될 수 있습니다.

포화: 과도한 전류가 흐르면 변류기의 철심이 포화되어 변성비가 변하고, 과열되어 소손될 수 있습니다.

모범답안(과전류정수, 과전류강도, 정격내전류)

과전류 강도:
- 변류기가 견딜 수 있는 최대 전류를 의미합니다. 즉, 변류기에 흘릴 수 있는 전류의 한계를 나타내는 값입니다.
- 과전류 강도를 초과하는 전류가 흐르면 변류기가 손상될 수 있습니다.
- 일반적으로 열적 과전류 강도와 기계적 과전류 강도로 나눌 수 있습니다.
  - 열적 과전류 강도: 변류기가 견딜 수 있는 최대 열적 부담을 나타내는 값으로, 장시간 흘릴 수 있는 전류의 크기를 의미합니다.
  - 기계적 과전류 강도: 변류기가 견딜 수 있는 최대 기계적 충격을 나타내는 값으로, 순간적으로 흘릴 수 있는 전류의 크기를 의미합니다.
정격 내 전류:
- 변류기가 정상적으로 작동할 수 있는 전류 범위를 의미합니다.
- 정격 내 전류 범위 내에서 사용해야 변류기가 정확한 변성 비율을 유지하여 정확한 측정이 가능합니다.
과전류 정수:
- 변류기가 정확하게 측정할 수 있는 전류의 상한선을 나타내는 지표입니다.
- 변류기에 흐르는 전류가 과전류 정수를 넘어서면 측정값의 오차가 커지기 시작
- 변류기의 비오차가 -10%가 되는 지점에서의 1차 전류를 정격 1차 전류로 나눈 값을 의미합니다.
- 즉, 과전류 정수가 클수록 변류기가 더 높은 전류에서도 정확한 변성 비율을 유지할 수 있다는 것을 의미합니다.
- 과전류 정수가 작으면 변류기가 쉽게 포화되어 정확도가 떨어질 수 있습니다.

각 용어 간의 관계

과전류 강도는 변류기의 내구성을 나타내는 지표이며, 정격 내 전류는 변류기가 정확하게 작동하는 범위를 나타내는 지표입니다.
과전류 정수는 변류기의 정확도를 나타내는 지표로, 과전류 강도와 밀접한 관련이 있습니다. 과전류 정수가 클수록 과전류 강도도 일반적으로 커지지만, 변류기의 설계에 따라 다를 수 있습니다.

3)과전류 정수**

○A12.변류기의 과전류 강도, 정격 내 전류, 과전류 정수를 설명하시오>A04

○A13.변류기의 2차개로에 의한 이상현상 및 대책에 대하여 설명하시오>A03

●A14.수변전설비에 사용되는 계측기용 CT와 보호용 CT의 성능 및 특성에 대하여 설명하시오>A10

○A15.변류기 포화전압의 정의와 포화전압과 부하 임피던스의 관계에 대하여 설명하시오>A02

○A16.이중비 CT의 내부접속도를 간단히 그리고 설명하시오.>A09

●A17.계기용 변류기의 주요정격으로 CT계급, 최고전압, 정격전류, 정격부담, 정격내전류, 과전류강도>A05

○A18.공심변류기의 구조와 특징

공심변류기란?

공심변류기는 철심 없이 코일만으로 구성된 변류기입니다. 일반적인 변류기는 철심을 사용하여 자기 회로를 형성하지만, 공심변류기는 공기라는 비자성체를 자기 회로로 사용합니다.

공심변류기의 구조

[이미지: 공심변류기 구조]

1차 권선: 고전압, 대전류 회로에 직렬로 연결되어 1차 전류를 흘려보냅니다.
2차 권선: 1차 권선에 의해 유도된 자기장에 의해 전압이 유도되는 부분으로, 계측기나 보호계전기에 연결됩니다.
절연체: 1차 권선과 2차 권선을 절연시키고, 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 합니다.

공심변류기의 특징

철심 포화 없음: 철심이 없으므로 철심 포화 현상이 발생하지 않아 넓은 동작 범위에서 선형적인 특성을 유지합니다.
높은 정확도: 철심 포화에 의한 오차가 없어 높은 정확도를 가지며, 특히 고조파 성분에 대한 왜곡이 적습니다.
넓은 주파수 대역: 넓은 주파수 대역에서 안정적인 동작이 가능합니다.
2차 개방 시 안전: 2차 회로가 개방되어도 1차 권선에 과도한 전압이 유도되지 않아 안전합니다.
고전압 적용: 고전압 시스템에서도 안정적으로 사용 가능합니다.
높은 임피던스: 2차 임피던스가 높아 부하 변동에 따른 영향이 적습니다.
복잡한 구조: 철심이 없어 구조가 간단하지만, 높은 절연성이 요구되어 제작이 다소 복잡할 수 있습니다.

공심변류기의 장점

높은 정확도: 철심 포화에 의한 오차가 없어 정확한 전류 측정이 가능합니다.
넓은 동작 범위: 넓은 전류 범위에서 선형적인 특성을 유지합니다.
고주파 특성 우수: 고주파 성분에 대한 왜곡이 적어 고주파 특성이 우수합니다.
안전성: 2차 개방 시 안전하며, 고전압 시스템에 적용 가능합니다.

공심변류기의 단점

고가: 철심형 변류기에 비해 제작 비용이 비쌉니다.
크기가 크고 무겁다: 철심이 없어 코일의 턴 수를 늘려야 하므로 크기가 크고 무거울 수 있습니다.

공심변류기의 활용 분야

초고압 보호 계전기: 철심 포화에 대한 우려 없이 정확한 보호 동작이 필요한 초고압 시스템에 사용됩니다.
계측 시스템: 정확한 전류 측정이 요구되는 계측 시스템에 사용됩니다.
통신 시스템: 고주파 신호를 측정해야 하는 통신 시스템에 사용됩니다.

결론

공심변류기는 철심 포화에 의한 오차가 없고, 넓은 동작 범위와 높은 정확도를 가지는 장점이 있습니다. 하지만 고가이고 크기가 큰 단점도 가지고 있습니다. 따라서 시스템의 특성과 요구되는 성능을 고려하여 적절한 변류기를 선택해야 합니다.

○A19.변류기 부담의 종류 및 적용

변류기 부담이란?

변류기 부담이란 변류기의 2차 권선에 연결된 부하, 즉 계측기, 보호계전기, 전력량계 등의 임피던스를 의미합니다. 이 부하의 크기는 변류기의 정확도와 수명에 영향을 미치기 때문에 매우 중요한 요소입니다.

변류기 부담의 종류

변류기 부담은 크게 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

정격 부담: 변류기 제조사가 정한 2차 권선에 연결할 수 있는 최대 부하를 의미합니다. 이 값을 초과하면 변성비 오차가 커지고, 변류기가 손상될 수 있습니다.
사용 부담: 실제로 변류기의 2차 권선에 연결된 부하의 합을 의미합니다.

변류기 부담의 적용

변류기 부담은 다음과 같은 요소들을 고려하여 결정해야 합니다.

계측기 종류: 전류계, 전력계, 역률계 등 계측기의 종류에 따라 필요한 부담이 다릅니다.
보호계전기 종류: 과전류 계전기, 지락 계전기 등 보호계전기의 종류에 따라 필요한 부담이 다릅니다.
배선 저항: 2차 권선과 부하 사이의 배선 저항도 부담에 포함되어야 합니다.
변류기의 정격: 변류기의 정격 부담을 초과하지 않도록 해야 합니다.

변류기 부담 선정 시 주의사항

정격 부담 이내: 사용 부담이 항상 정격 부담 이내여야 합니다.
부담 불균형: 여러 개의 부하가 연결될 경우, 부담이 균일하게 분배되도록 해야 합니다.
배선 저항 고려: 배선 저항이 크면 변성비 오차가 커질 수 있으므로, 짧고 굵은 배선을 사용해야 합니다.
주파수 영향: 주파수가 변하면 변성비가 변할 수 있으므로, 주파수 변동이 큰 경우에는 주의해야 합니다.

변류기 부담이 큰 경우 발생하는 문제

변성비 오차 증가: 변성비 오차가 커져 정확한 측정이 어려워집니다.
변류기 손상: 과도한 부담은 변류기의 코일을 과열시켜 절연 파괴를 일으킬 수 있습니다.
보호계전기 오동작: 변성비 오차로 인해 보호계전기가 오동작할 수 있습니다.

변류기 부담이 작은 경우 발생하는 문제

감도 저하: 부담이 너무 작으면 계측기의 감도가 떨어져 정확한 측정이 어려울 수 있습니다.

결론

변류기 부담은 변류기의 성능과 수명에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 따라서 시스템의 특성에 맞는 적절한 부담을 선정하여 사용해야 합니다. 변류기 부담을 정확하게 계산하고, 변류기 제조사의 권장 사항을 준수하여 안전하게 사용해야 합니다.

○A20.CT의 과전류 강도와 22.9[kV]급에서 MOF의 과전류강도적용에 대하여 설명하시오

CT의 과전류 강도란?

CT(Current Transformer)의 과전류 강도는 CT가 견딜 수 있는 최대 전류를 의미합니다. 즉, 정상적인 운전 상태를 벗어나 단락사고 등으로 인해 엄청난 전류가 흐를 때 CT가 손상되지 않고 버틸 수 있는 능력을 나타내는 지표입니다.

MOF의 과전류 강도란?

MOF(Metal Oxide Varistor)는 서지 보호 소자로, 과전압을 흡수하여 전력 시스템을 보호하는 역할을 합니다. MOF의 과전류 강도는 MOF가 견딜 수 있는 최대 전류를 의미하며, 일반적으로 CT의 과전류 강도와 함께 고려됩니다.

22.9[kV]급에서 MOF의 과전류 강도 적용

22.9[kV]급 시스템에서 MOF의 과전류 강도를 적용할 때는 다음과 같은 요소들을 고려해야 합니다.

단락 전류: 시스템의 단락 전류 값을 정확하게 계산하여 MOF가 견딜 수 있는 전류를 결정해야 합니다.
CT의 과전류 강도: MOF는 CT의 2차측에 연결되므로, CT의 과전류 강도와 MOF의 과전류 강도가 서로 맞아야 합니다.
MOF의 종류 및 특성: MOF의 종류에 따라 견딜 수 있는 에너지, 전압, 전류 등이 다르므로, 적절한 종류의 MOF를 선택해야 합니다.
시스템의 보호 계전기 설정: MOF와 연동되는 보호 계전기의 설정 값을 적절하게 조정해야 합니다.

22.9[kV]급에서 MOF의 과전류 강도 적용 시 주의사항

과대 보호: MOF의 과전류 강도를 너무 높게 설정하면 오동작할 가능성이 높아지고, 시스템의 안정성을 저해할 수 있습니다.
과소 보호: MOF의 과전류 강도를 너무 낮게 설정하면 과전압으로 인해 시스템이 손상될 수 있습니다.
조정: 시스템의 변화에 따라 MOF의 과전류 강도를 주기적으로 점검하고 조정해야 합니다.

결론

22.9[kV]급 시스템에서 MOF의 과전류 강도를 적용할 때는 시스템의 단락 전류, CT의 과전류 강도, MOF의 종류 및 특성 등을 종합적으로 고려하여 적절한 값을 설정해야 합니다. 이를 통해 시스템의 안정성을 확보하고, 과전압으로 인한 손상을 방지할 수 있습니다.

●A21.변류기 이상현상

3️⃣CT개방 시 이상현상

변류기 이상 현상의 주요 원인 및 증상

철심 포화:
- 원인: 과도한 전류가 흐르거나 주파수가 변화하여 철심이 자기 포화 상태에 도달하는 경우 발생합니다.
- 증상: 변성비 오차가 커지고, 고조파 성분이 증가하며, 보호 계전기의 오동작을 유발할 수 있습니다.
2차 회로 개방:
- 원인: 2차 회로의 접촉 불량, 단선, 부하 단락 등으로 인해 발생합니다.
- 증상: 1차 권선에 과도한 전압이 유도되어 절연 파괴를 일으킬 수 있으며, 변류기 손상의 원인이 됩니다.
온도 상승:
- 원인: 과부하, 냉각 불량 등으로 인해 변류기의 온도가 상승하는 경우 발생합니다.
- 증상: 절연 저하, 수명 단축, 화재 발생의 위험이 있습니다.
기계적 손상:
- 원인: 외부 충격, 진동, 운반 중 손상 등으로 인해 발생합니다.
- 증상: 절연 파괴, 단락, 변성비 오차 등을 유발할 수 있습니다.
절연 파괴:
- 원인: 습기, 오염, 절연체의 열화 등으로 인해 발생합니다.
- 증상: 지락, 단락, 화재 발생의 위험이 있습니다.

○A22보호용 변류기 25[VA] 5P 20과 C100의 의미

6)변류기 표시방법**

부담 / 오차율 / 보호용 / 과전류정수 / 타입(관통형) / 2차단자전압

●A23계측기기용 변류기와 보호계전기용 변류기의 차이점에 대하여 설명하시오>A10

●A24변류기의 과전류 정수와 과전류 강도에 대하여 설명하시오>A01

○A25.변류기의 포화특성을 설명하시오>A02

목차(변류기)

변류기

사용기기 선정(변성기C)

변류기
변성기 특성
광CT
계기용 변압기
영상 변류기
진상용 콘덴서
정지형 무효전력 보상장치(SVC)

🌐V1002M24