계기용 변성기

계기용 변성기

 

수변전 설비에서는 고전압, 대전류를 취급하기 때문에 계측, 기록, 제어를 하기 위하여 직접 배전반에 계기나 계전기를 접속하는 것은 위험하다. 따라서, 전압, 전류에 비례하는 저전압(110 V), 소전류(5 A, 1 A, 0.1 A)로 변성하여 계측기나 보호 계전기 등에 접속한다. 변성기에는 계기용 변압기, 변류기, 변압 변류기 등이 있다.

전원 설비에서 계기용 변성기가 차지하는 비율은 매우 미미하나 이들의 역할은 매우 중요하여 잘못 선정하여 사용할 경우 주변의 중요한 기기에 대해 영향을 끼친다. 또한 제어 설비 등이 제 기능을 발휘할 수 없게 될 경우도 있다.

 

1.계기용 변류기(CT : current transformer)

1) CT의 개념과 접속

교류 대전류의 경우는 유도 효과 때문에 분류기보다는 그림의 (a)와 같은 변류기(current transformer, CT)를 사용한다. 1차 권선의 권수는 수 회 이하로 하며 전원 공급선에 직렬로 연결한다. 2차 전류는 일반적으로 5[A]가 되도록 설계하며 변류기와 전류계의 결선은 그림 (b)와 같다.

계기용 변류기

(a) 겉모양	(b) 회로도

변류기가 사용중 일 때 2차 회로가 개방되면 대단히 위험하므로 2차 권선에 연결된 계기나 계전기를 제거할 때는 반드시 회로를 단락시켜야 한다.

또한 계기용 변류기는 회로에 흐르고 있는 전류가 크면 접속하는 전선이나 케이블이 굵게 되어 계기를 부착하기가 곤란할 뿐 아니라 위험하므로, 이에 비례하는 소전류로 변성한 것으로 회로에 직렬로 접속하여 사용하며, 배전반이 전류계, 전력계, 차단기 트립 코일의 전원으로 사용한다.

   

계기용 변류기의 심벌

 

변류기의 겉모양과 치수를 나타낸 것이며, 이 CT는 특고압 전류를 측정하여 수전반의 모든 전기 계기와 조합 결선하여 과전류 및 사고 전류를 검출하여 전기적 사고를 미연에 방지함을 목적으로 한다.

변 류 기

(a) 고압 계기용 변류기		(b) 저압 계기용 변류기

계기용 변류기의 사양

항 목	변류기
회로 최고 전압	25,800 V
1차 전류	5 ～ 600 A
정격 2차 전류	5 A
정격 부담	40 VA
오차 계급	1 급
절연 계급	20
과전류 강도	40 ～ 75
극성	감극성
유량	30 ℓ
총 중량(유입형)	유입형(50 kg), 건식형(14 kg)

2) 선정시 고려사항

(가) 과전류 강도 결정

변류기에 흐르는 전류는 통상의 규정된 사용 상태에서는 그 정격전류를 초과하는 일이 없도록 설계되어 있으므로 문제가 없다. 그러나 그림과 같이 차단기 바로 밑에서 단락되었을 경우에는 상규 전류의 수배에서 수십 배의 고장 전류가 흐른다. CT는 이 과대 전류에 의한 열적․기계적 스트레스에 충분히 견뎌낼 수 있는 강도를 가져야 한다.

단선도상의CT과전류강도검토

과전류 강도란 이 세기를 나타내는 것으로 CT의 정격 1차 전류에 대한 배수로 표시한다.

KS C 1706에서 제시하고 있는 변류기의 정격 과전류 강도를 나타낸 것이며, 예를 들면 100/5[A]인 CT에서 과전류 강도 40이라고 하면 1차 전류 4000[A](100×40)가 1초 동안 흐르더라도 열적, 기계적으로는 문제가 없음을 의미한다. 여기서, 열적․기계적 강도란 과대 전류로 인해 CT에 생기는 줄열과 권선 상호간의 전자 기계력 등을 말한다. 참고로 단락 전류가 상규 전류의 100～150배나 크게 흐를 때는 정격 과전류 강도가 150 또는 300인 것을 선정한다. 또 6.6[kV] 단락 용량 150 [MVA]인 수전 설비에서 단락 전류는 13.1[kA]이기 때문에 100/5[A]의 CT를 사용하고 있다면, 13,100/100 = 131, 즉 정격 과전류 강도가 150인 것을 선정한다.

변류기의 정격 과전류 강도

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

단락 전류의 크기는 그 단락점에서 본 전원측 % 임피던스의 크기로 결정되기 때문에 CT의 과전류 강도도 이것을 고려하여 결정한다. 이것을 잘못 선정하면 본래 차단기와 일체가 된 보호장치여야 할 것이 반대로 사고 확대를 조장하는 결과를 가져온다.

(나) 과전류 상수

과전류 상수는 과전류 계전기와의 조합에서 문제되는 변류기의 특성을 나타내는 값이다. 과전류 상수 n은 정격 부담에서 오차가 - 10 %일 때의 1차 전류를 정격 1차 전류로 나눈 값으로 n > 5, n > 10, n > 20이 일반적이다. n이 작다는 것은 CT 코어의 포화값이 작음을 의미하고, 1차측에 과대한 전류가 흐르더라도 여기에 비례한 2차 전류를 얻을 수 없음을 의미한다. 따라서, 순시요소 부가 과전류 계전기를 정정함에 있어 주의한다.

(다) 정격 부담

부담이란 계기용 변성기의 2차측 단자 간에 접속되는 부하의 한도를 말하며 [VA]로 표시한다. 전압계, 전류계 등과 같ㅌ은 계기나 과전류 계전기 혹은 지락 계전기는 계기용 변압기 및 변류기로부터 미소하지만 전력을 공급받아 동작하고 있다. 이것을 변성기 측에서 보면 계기나 계전기는 부하가 아니므로 하나의 변성기에 이들을 무한정 연결할 수는 없다.

이와 같은 점에서 변성기의 부담이 정해져 있고 이것을 초과하는 부담을 가했을 경우에는 당연히 변성기의 오차가 증가하므로 적정한 것을 선택하여야 한다.

계기나 계전기의 부담은 그 종류와 메이커에 따라 달라지기 때문에 일률적으로 말할 수는 없으나 계기류에서는 0.5～5[VA], 계전기류에서는 15～20[VA] 정도로 생각하면 된다. 이러한 점으로 미루어 보통 정격 부담 40～50[VA]인 것을 선정하면 충분하다.

변류기의 정격 부담(단위 : [VA])

계급	정 격 전 류 [A]
0.1급	2.5 5 - 15 25 - -
0.2급	2.5 5 - 15 25 - -
0.5급	- - - 15 25 40 100
1.0급	- 5 10 15 25 40 100
3.0급	- 5 10 15 25 40 100

2. 계기용 변압기(PT : potential transformer)

교류 전압을 고정도(통상 0.5～1%이하)로 측정하기 위하여는 변압기의 변압비를 이용한 권선형 계기용 변압기가 사용되고 있다. 이 측정방법은 간단하며 고정도이므로 실험실 뿐만 아니라 수변전 설비 등에도 널리 이용되고 있다.

계기용 변압기는 전력용 변압기와 같이 2차측에 전압계나 전력계의 전압 코일이 접속되게 병렬로 접속된다.  계기용 변압기는 전압비(E2 / E1 )가 권선비(N2 / N1)에 비례하는 원리를 이용한 것으로 2차 전압을 측정하여 1차 전압을 알 수 있다.

계기용 변압기의 심벌 및 접속도

(a) 심벌	(b) 겉모양(저압용)
(c)원리도	(d) 접속도

 

계기용 변압기는 고압 회로의 전압을 이에 비례하는 낮은 전압으로 변성하는 것으로 회로에 병렬로 접속하여 사용하며, 배전반의 전압계, 전력계, 주파수계, 역률계, 표시등 및 부족 전압 트립 코일(UVC)의 전원으로 사용된다.

 

계기용 변압기의 겉모양과 외형 치수

계기용 변압기의 사양

항 목	PT(3상 4선)	GPT(3상 4선)
정격 1차 선간전압	22,900 V	22,900 V
정격 1차 상간전압	13,200 V	13,200 V
2차 전압	110 V	110 V
3차 전압	-	190/3 V
2차 부담	100 ～ 500 VA	100 ～ 500 VA
3차 부담	-	100 ～ 500 VA
오차 계급	1.0 급	1.0 급
3차 오차 계급	-	3.0 급
절연 계급	20	20
유 량	70 ℓ	70 ℓ
총 중량(유입형)	150 kg	150 kg

접지형 계기용 변압기(GPT : grounding potential transformer)는 특별 고압 선로의 전압을 계기용 전압으로 변성시키며, 또한 접시 사고시 접지 전압을 검출하여 각종 전기 계기를 동작시키는데 사용하며 접지 사고를 미연에 발견하는데 사용된다.

 

계기용 변압기의 정격 부담의 값을 나타낸 것이며, 변성기의 2차측 단자간에 접속되는 부하의 한도를 말하며 [VA]로 표시한다. 계기용 변압기의 부하는 병렬로 접속한다.

계기용 변압기의 정격 부담(단위 : [VA])

계급	정 격 전 류 [A]
0.1급	10 15 25 - - - -
0.2급	10 15 25 - - - -
0.5급	- 15 - 50 100 200 -
1.0급	- 15 - 50 100 200 500
3.0급	- 15 - 50 100 200 500

3. 계기용 변압 변류기(MOF 또는 PCT : metering outfit)

계기용 변압 변류기는 계기용 변압기와 변류기를 조합한 것으로, 전력 수급용 전력량을 측정하기 위한 기기이다. MOF는 사용중 변류기의 2차 단자를 개방해서는 안되며, 계기를 교환할 때에는 변류기의 2차측을 단락하고 작업해야 한다.

계기용 변압 변류기의 심벌

계기용 변압 변류기의 겉모양

(a) 22.9 kV급                                                     (b) 3.3～6.6 kV급

4. 영상 변류기(ZCT : zero-phase current transformer)

 보통 CT는 한 상의 전류를 변환하는 데 비해, 영상 변류기는 1차측이 3개의 도체로 되어 각 도체에 1상씩의 전류가 흘러서 3상 전류의 벡터의 합, 즉 영상전류의 3배에 해당하는 2차 전류를 출력으로 빼내는 것이다.
 회로에서 지락 사고가 생겼을 때 흐르는 영상 전류(지락전류)를 검출하여 접지 계전기에 의하여 차단기를 동작시켜 사고를 예방한다. 그림 2.61은 영상 변류기의 심벌을 나타낸 것이다.

영상 변류기의 심벌

영상 변류기는 차단기를 동작시켜야 하는 지락 사고시 영상 전류를 검출하는 것으로, 그것을 부착하는 위치는 고압 전로에 지락이 생겼을 때 전로를 자동적으로 차단할 수 있도록 전원에 가장 가까운 위치로 한다. 또, 영상 변류기는 비접지 배전선의 지락 보호에 선택 지락 계전기(SGR)와 함께 사용된다. ZCT의 정격 1차 전류는 200[mA], 2차 전류는 1.5[mA], 3.0[mA]가 표준이다.

5. 접지형 계기용 변압기(GPT)

일반적으로 자가용 배전계통의 접지방식으로서 고압의 가공선 계통 및 소규모의 케이블 계통에는 비접지 방식이 사용되며 고압의 대규모 케이블 계통에는 10~30A의 고저항 접지방식이, 특고 계통에서는 50~100A의 저저항 접지 방식이 많이 채용된다.
비접지 방식은 접지형 계기용 변압기에 의한 접지 이외에는 따로 계통의 중성점을 접지하지 않는 방식이다.