15. 변압기 비율차동계전기(87T) 적용시 고려해야 할 사항

@보충설명

지난 게시글에서 변류비 부정합(mismatch)에 대해 설명했듯이,

변류비 부정합은 보호대상이 변압기이기 때문에 나타나는 오차의 원인이다.

비율차동계전기를 이용하여 발전기, 변압기, 차단기, 송전선로 등을 보호하는데 그중 변류비의 부정합은 변압기에만 나타난다.

 

1. 변류비 부정합(mismatch)

    변압기는 권수비에 의해서 1, 2차측 정격전류가 다르기 때문에 동일한 사양의 CT를 사용할 수 없으며,

    표준품 CT를 적용할 때 변압기 1, 2차측 CT의 2차전류를 정확하게 일치시키는 것이 곤란하다.

    디지털계전기인 경우는 이론적으로 정확하게 부정합을 해결할 수 있지만,

    기계식계전기(EM: Electro Mechanical)는 보정탭이나 보조변류기(CCT)를 적용해서 변류비 부정합을 보완해야 한다.

변류비 부정합(mismatch)

 

2. 변압기 각변위를 주의해서 CT 결선한다.

    △-Y, Y-△결선의 변압끼가 사용된 경우에는 1, 2차간의 전압의 각변위가 30˚ 발생한다.

    그러므로 1, 2차측의 전류의 위상차가 발생해서 차전류로 작용되므로, 오동작하지 않도록 1, 2차측 계전기에 

    입력되는 전류의 위상이 동상이 되도록, 변압기 Y측의 CT는 △로 결선하고, 변압기 △측의 CT는 Y로 결선해야 한다.

 

3. OLTC 운전

    154/22.9kV의 변압기라 하더라도 이 변압비를 그대로 유지하지는 않는다.

    왜냐하면 부하가 점점 증가하면 전압이 점점 떨어지니까 1차측에 탭 조정기(OLTC : On Load Tap Changer)를 달아놓고

    부하의 증감에 따라 Tap을 조정해서 2차측의 전압이 일정하게 유지되도록 해준다.

    그러면, 탭 조정 시 1, 2차측 간 전압비가 바뀌게 되고 이로 인해 1, 2차측 전류가 바뀌어 각 CT의 2차전류가 서로 틀어지게 되니

    변류비의 부정합(mismatch)에 대한 오차가 다시 발생하게 된다.

    그래서, 부하운전시 운전 중 OLTC의 동작으로 전압비가 자동으로 변경되어, 변압기의 1, 2차측 CT의 2차전류 Mismatch가

    발생된다. 따라서 변압기 비율차동계전기의 동작비율 정정시, OLTC가 장착된 변압기는 오차 ±6~10%를 반영한다.

 

@보충설명 (OLTC)

변압기 OLTC(On Load Tap Changer)

    

4. 여자돌입전류(Inrush)에 의한 오동작

    여자돌입전류는 변압기 무부하 투입시 1차측에만 흐르는 전류로, 정격전류의 8~12배의 크기로 흐르기 때문에

    아무리 비율차동계전기에 억제코일(RC)가 있다 하더라도 1차측에만 흐르는 여자돌입전류(In*8~12)로 인해 차전류가 발생해

    오동작할 가능성이 많다. 그래서 여자돌입전류에는 2고조파가 많이 포함된다는 특성을 이용해 2고조파 억제법을 사용하여 

    파형 중 2고조파의 함유비율(10~20%)을 설정해서 변압기 투입시 비율차동계전기의 오동작 트립을 저지해야 한다.

    즉, 2고조파가 설정치 이상 포함되었다는 것은 여자돌입전류로 인한 과전류이기 때문에 변압기용 비율차동계전기는 

    이러한 전류에 의해 트립되어서는 안되는 것이다.

    

5. 과여자시 오동작 고려

    정격전압보다 더 높은 과전압이 걸렸을 때, 과여자로 인한 오동작의 가능성이 높다.

    변압기는, 정격전압이 걸렸을 때도 변압기의 여자전류에는 약간의 왜곡이 발생하는데,

    여기서 더 높은 전압이 걸리게 되면 여자전류가 더 늘어나게 되는데, 선형적으로 늘어나는게 아니라 포화구간을 지나가므로

    여자전류가 훨씬 더 커지게 된다. 여자전류는 변압기 1차측에만 흐르기 때문에 이것이 차전류를 발생시켜 비율차동계전기를

    오동작시킬 가능성이 있다는 것이다. 그래서 과여자시에도 오동작하지 않도록 대책마련이 필요한 것이다.

    · 변압기 과여자시 1차측에 여자전류의 증대로 인한 차전류의 발생으로 계전기 오동작 트립의 우려가 있음

    · 과여자시 5고조파 함유량이 증대되므로, 5고조파 함유비율에 따른 동작억제가 필요함

 

6. 변류기 포화 고려

    변압기 1차측과 2차측은 전압비에 의해 1차측 정격전류와 2차측 정격전류가 다를 수밖에 없다. 

    그래서 1차측 CT와 2차측 CT의 사양은 서로 다를수 밖에 없는 것이고, 만약 변류기 보호구간이 아닌 외부에서 고장이 발생할 경우

    어느 한쪽의 CT는 포화될 가능성이 있고, 아래와 같이 한쪽 CT의 포화로 인해 포화되지 않은 CT와의 차전류가 발생될 수 있다.

변류기 포화에 따른 차전류 발생

    이러한 차전류로 인해 계전기는 오동작될 가능성이 있으므로 이를 고려하여 변압기용 비율차동계전기는 정정되어야 한다. 

    그래서 아래와 같이 비율차동계전기 정정곡선을 작성할 때는 가변 기울기를 적용하는 것이다.

    정정곡선에서는 맨 처음 최소동작전류가 있고, 그 다음 저전류영역에서의 기울기(Slope1), 그리고 대전류영역에서는 한쪽 CT의

    포화로 인한 차전류 발생으로 오차가 더 커지는 상황을 고려해, 쉽게 동작이 안되게끔 동작비율을 더 높인 기울기(Slope2)가 있다. 

변압기 비율차동계전기 정정곡선