Lecture 계기용 변성기

계기용 변성기의 종류

계기용 변성기는 고압 대전류를 저압 저전류로 변환하여 보호 계전기에 전달하여 주는 역할을 합니다. 다음은 계기용 변성기의 종류를 나타냅니다.

• 계기용 변압기 (PT, Potential Transformer)
• 계기용 변류기 (CT, Current Transformer)
• 계기용 변성기 (MOF, Metering Out-Fit)
• 영상 변류기 (ZCT, Zero Phase Current Transformer)
• 접지형 계기용 변압기 (GPT, Ground Potential Transformer)

계기용 변압기 (PT, Potential Transformer)

계기용 변압기는 고전압을 저전압으로 변성하여 계측기나 계전기에 공급하는 장치로서 회로에 병렬로 접속하여 사용하며, 배전반의 전압계, 전력계, 주파수계, 역률계, 보호계전기 및 표시등의 전원으로 사용됩니다.

계기용 변압기의 정격 부담

• 계기용 변압기의 정격 부담은 변압기 2차측에 접속되는 부하의 한도를 의미하며 단위는 [VA]이다.
• 계기용 변압기의 정격 부담의 표준값([VA])으로는 10, 15, 25, 50, 100, 200, 500이 있다.

계기용 변압기의 2차측 정격 전압

• 계기용 변압기의 2차 정격 전압은 교류 110[V]이다.

계기용 변압기의 설치시 주의사항

계기용 변압기의 1차측과 2차측에는 반드시 퓨즈를 설치하여, 고장 발생시 이를 고압 회로로부터 분리시켜 사고의 확대 파급을 방지하여야 한다.

계기용 변류기 (CT, Current Transformer)

계기용 변류기는 대전류를 소전류로 변성하여 계측기나 계전기에 공급하는 장치로서 배전반의 전류계, 전력계, 역률계, 보호 계전기 및 차단기 트립 코일의 전원으로 사용됩니다.

변류기의 정격 부담

• 정격 부담은 변류기 2차측에 접속되는 부하의 한도를 의미하며 단위는 [VA]이다.
• 변류기의 정격 부담의 표준값([VA])으로는 5, 10, 15, 25, 40, 100 [VA]가 있다.

변류기의 정격 전류

• 변류기의 1차 전류 정격은 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 [A] 가 있다.
• 계기용 변류기의 2차 정격 전류는 일률적으로 5[A]이다.

계기용 변류기의 주의사항

변류기의 1차측에 전류가 흐르고 있는 상태에서 2차측이 개방될 경우, 2차측에 과전압이 유기되어 변류기의 절연이 파괴되어 소손될 수 있으므로 CT를 점검 혹은 교체를 할 경우 CT 2차측의 부하를 제거하기 이전에 CT 2차측은 반드시 먼저 단락되어야 합니다.

변류비의 선정

• 변압기 회로는 $1.25 \sim 1.5$ 배의 여유를 둔다.

$$\mathsf{ \small 변류비} = \frac{\mathsf{ \small 최대\;부하\;전류} \times (1.25 \sim 1.5) \,[\mathrm{A}]}{5[\mathrm{A}]}$$

• 전동기 회로는 $1.5 \sim 2.0$배의 여유를 둔다.

$$\mathsf{ \small 변류비} = \frac{\mathsf{ \small 최대\;부하\;전류} \times (1.5 \sim 2.0) \,[\mathrm{A}]}{5 [\mathrm{A}]}$$

• 계기용 변성기는 여유를 두지 않는다.

$$\mathsf{ \small 변류비} = \frac{\mathsf{ \small 최대\;부하\;전류}}{5[\mathrm{A}]}$$

변류기의 결선 방법

• 가동 접속 (정상 접속)
• 차동 접속 (교차 접속)

가동 접속 (정상 접속)

CT의 가동 접속 회로도

이 방법은 2개의 변류기(CT)를 다음 그림과 같이 결선하여 2개의 변류기(CT)의 2차측 출력 전류의 합을 전류계로 측정하는 방법입니다.

그림에서 $\mathbf{I}_a$ , $\mathbf{I}_b$, $\mathbf{I}_c$는 변류기 1차측의 각상의 전류를 의미하고 $\mathbf{I}_a'$ , $\mathbf{I}_b'$, $\mathbf{I}_c'$는 각 상의 전류에 대한 변류기의 2차측 출력 전류를 의미합니다.

그림의 회로로부터 전류계로 입력되는 전류는 $\mathbf{I}_a' + \mathbf{I}_c'$ 임을 알 수 있습니다.

변류기 1차측 3상 전류의 합은 0이므로, 각 상 전류의 변류비가 동일하다면 출력 전류도 동일한 관계를 만족합니다. 즉,

$$\mathbf{I}_a' + \mathbf{I}_b' + \mathbf{I}_c' = 0$$

벡터도에서 보듯이 다음 관계를 구할 수 있습니다.

$$\mathbf{I}_a' + \mathbf{I}_c' = - \mathbf{I}_b'$$

가동 접속 벡터도

아래의 벡터도에서 보듯이 CT의 가동 접속시 전류계에서 읽히는 전류는 1 상의 전류(상전류)와 동일한 실효값을 가지는 것을 알 수 있습니다.

차동 접속 (교차 접속)

CT의 차동 접속 회로도

이 방법은 아래 그림과 같이 2개의 CT를 교차 결선하여 전류의 차를 전류계로 측정하는 방법입니다. 그림의 회로로 부터 전류계에 입력되는 전류는 $\mathbf{I}_c' - \mathbf{I}_a'$임을 알 수 있습니다.

차동 접속(교차 접속) 벡터도

아래 벡터도에서 보듯이 이 전류의 실효값은 1 상의 전류의 $\sqrt 3$배가 됨을 알 수 있습니다. 따라서 CT의 차동 접속시 전류계에서 읽히는 전류는 상전류의 $\sqrt 3$배가 되고 상전류는 전류계 지시값의 $1/\sqrt 3$ 값이 됨을 알 수 있습니다.

전력 수급용 계기용 변성기 (MOF, Metering Out-Fit)

전력 수급용 계기용 변성기(MOF, Metering Out-Fit)는 계기용 변압기와 변류기을 조합하여 하나의 기기로 만든 것으로서 전력 수급용 전력량을 측정하기 위하여 사용합니다.

영상 변류기 (ZCT, Zero Phase Current Transformer)

영상 변류기(ZCT, Zero Phase Current Transformer)는 다음 그림과 같이 3상의 전류를 하나의 철심내에 통과시켜 영상 전류에 의한 자속을 측정함으로써 영상 전류를 측정할 수 있습니다.

그림에서 전류계의 전류값은 변류비가 1이라면 다음과 같습니다.

$$\mathbf{I}_\mathrm{A} = \mathbf{I}_a + \mathbf{I}_b + \mathbf{I}_c = 3 \, \mathbf{I}_0$$

영상 변류기는 지락 사고시 영상 전류를 검출하여 지락 과전류 계전기(OCGR)를 동작시키는데 사용합니다. $$

영상 변류기의 1차 전류와 2차 전류는 다음과 같습니다. 통상 200/1.5가 많이 사용됩니다.

• 1차 전류([mA]): 300, 200
• 2차 전류([mA]): 3.0, 1.5

접지형 계기용 변압기 (GPT, Ground Potential Transformer)

접지형 계기용 변압기(GPT, Ground Potential Transformer)는 비접지 계통의 지락 사고시의 영상 전압을 검출하기 위하여 사용합니다. 다음 그림은 접지형 계기용 변압기의 적용례를 나타내었습니다.

위의 그림에서 전압계에 나타나는 전압은 다음과 같습니다.

$$\mathbf{E}_\mathrm{V} = \mathbf{E}_a' + \mathbf{E}_b' + \mathbf{E}_c' = 3 \, \mathbf{E}_0'$$