C 변성기*

• 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.

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

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

• 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.

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.

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

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.

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.

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

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

1. 1차 권선: 1차 권선은 전력 시스템의 고전류를 감지합니다.
2. 2차 권선: 2차 권선은 두 개의 다른 비율로 구성되어 있습니다. 예를 들어, 100/5A와 200/5A의 두 가지 비율을 제공할 수 있습니다.
3. 탭 전환: 2차 권선의 탭을 전환하여 원하는 비율을 선택할 수 있습니다. 이는 주로 단자판에서 이루어집니다¹.

예시

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

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

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.

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.

• 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.

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.

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.

변류기 이상 현상의 주요 원인 및 증상

증상: 지락, 단락, 화재 발생의 위험이 있습니다.

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.