16. 변압기 여자돌입전류로 인한 비율차동계전기(87T) 오동작 대책

@보충설명

무부하시 변압기 투입시 1차측에 여자돌입전류가 흐르는데, 이 여자돌입전류는 1차측 정격전류의 8~12배로 크게 흐른다.

여자돌입전류가 왜 흐르는가에 대해서는 다음 변압기편 게시글에서 자세하게 설명할 예정이다. 

변압기 무부하 투입시 여자전류 발생

위와 같이, 1차측에서 전원을 투입하는 순간에 1차측에만 여자돌입전류(In*8~12)가 흐른다.

여자돌입전류는 무부하투입시 정격전류의 8~12배의 크기로 흐르지만 시간이 지나면 정격전류의 1% 정도로 낮아진다.

비율차동계전기 측면에서 보면 무부하투입시 1차측 여자돌입전류는 굉장히 크기 때문에, 아무리 억제코일(RC)이 있다 하더라도

차전류의 발생을 피할 수 없어 비율차동계전기 오동작의 원인이 된다.

즉, 변압기를 사용하려면 무부하투입을 완료시켜야 하는데, 무부하투입 중 발생하는 여자돌입전류로 인해 계전기가 오동작하여

변압기를 사용할 수 없는 상황이 발생한다는 것이다.

그래서, 변압기 여자돌입전류로 인한 비율차동계전기 오동작 방지 대책은 2고조파 억제법을 사용한다.

디지털계전기라면 모든 값들이 디지털값으로 변환되어 설정된 비율 및 정정곡선에 의해 오동작하지 않도록 비교적 간편하게 처리되지만,

기계식계전기(EM : Electro Mechanical)의 경우는 어떻게 대책을 마련하는지 살펴보자.

 

그림 1. 변압기 여자돌입전류

위와 같이, 비율차동계전기는 1차측과 2차측에 억제코일(RC)이 있기 때문에, 어지간한 큰 전류가 흐르지 않는 이상

억제코일에 흐르는 전류로 인한 억제력으로, 오동작하지 않게 된다. 

그러나 1차측에만 흐르는 변압기 여자돌입전류는 정격전류의 8~12배 정도 되는 큰 전류이기 때문에

아무리 억제코일이 있다 하더라도 임피던스가 작은 동작코일에 많은 전류가 흐르기 때문에 동작력이 억제력보다 커져서

오동작하게 되는 것이다. 

이렇게 여자돌입전류에 의한 동작력을 억제시키기 위해 기계식계전기에서는 아래와 같이 1차측에 고조파억제코일(RC)을 하나 더 

설치하는 것이다. 여자돌입전류는 2고조파를 많이 포함하기 때문에, 고조파억제코일 전단에 2고조파필터를 설치해준다.

그림 2. 변압기 여자돌입전류 대책 (고조파억제코일 추가)

그래서, 기본파만 동작코일(OC)로 흐르게 하고, 2고조파는 2고조파필터를 통해 고조파억제코일로 흐르게 해준다.

결국 ,여자돌입전류가 흐른다는 것은 2고조파가 많이 포함된 전류가 흐른다는 것이니까, 2고조파 전류는 추가로 설치된 고조파억제코일로

흐르게 되어 전체적으로 억제력이 더 세지게 되고, 기본파필터를 통해 기본파전류만 동작코일로 흐르게 되어 동작력이 더 작아져 결국

오동작하지 않게 된다. 즉, 억제코일을 더 추가해서 억제력을 동작력보다 더 크게 키운다는 개념이다.

 

기계식계전기에서는 위와 같이 고조파필터와 고조파억제코일을 추가한 방식을 적용하여 여자돌입전류로 인한 오동작에 대처하였으며,

점차 디지털화 되면서 디지털계전기에서는 고조파함유량 비율을 설정해서 프로그램으로 비교적 간편하게 정정해주게 된 것이다.

그리고 기계식계전기에서 사용되는 추가 대책인 감도저하법과 비대칭억제법은 잘 사용되지 않으니 이러한 방식들이 있다는 것만 알고

넘어가도 좋다.

 

 

1. 개요

   변압기 무부하 투입시 정격전류의 8~12배 수준의 매우 큰 돌입전류가 1차측 전원측에서만 흐른다. 

   비율차동계전기의 억제코일에 의해서만은 동작이 억제될 수 없으므로 오동작하게 된다.

   그러므로 기계식 비율차동계전기 적용시 여자돌입전류에 대한 오동작 대책 마련이 필요하다.

그림 3. 변압기 여자돌입전류

 

2. 오동작 방지 대책

    1) 고조파 억제법

        여자 돌입전류 파형 중에는 제2고조파 성분이 많다는 점을 착안하여 고조파필터를 사용하여, 

        동작코일에는 기본파가 유입되게 하고, 고조파 억제코일에는 고조파가 유입되게 함으로써 여자돌입전류에 의한 오동작을 방지한다.

        이 방식은 변압기 투입시에 고감도, 고속도 동작이 가능하며, 제2고조파 성분이 10~20% 이상이면 오동작이 억제된다.

        이 방법은 감도를 희생하지 않았기 때문에 아래 다룰 감도저하법 및 비대칭억제법보다 우수한 대책이다.

        보호계전기는 스피드와 감도가 중요한 장치로, 감도를 일부러 낮춰서 오동작하지 않게끔 만든 것이 아니기 때문에 좋은 방식이 된다.

        즉, 감도를 낮추지 않은 상태에서 고속도로 동작하는 방식이다.

그림 4. 변압이 여자돌입전류 대책 (고조파억제코일 추가)

   

    2) 감도 저하법

         여자 돌입전류가 시간이 지남에 따라 감쇄하는 것을 이용하여 차동계전기의 동작코일과 병렬로 분류저항을 넣어

         변압기 가압 후 일정시간(0.2초 정도)동안 계전기의 감도를 둔화시켜 돌입전류 오동작을 방지하는 방법이다.

         일정시간 후 저전압계전기(27)의 동작으로 정상으로 복귀한다.

         이 방식에서는 저감도 상태에서 내부사고가 발생되면 사고제거 시간이 길어지는 단점이 있다.

그림 5. 변압기 여자돌입전류 대책 (감도 저하법)

 

    3) 비대칭 억제법

        여자 돌입전류의 파형이 비대칭이라는 점을 착안하여 비율차동계전기의 동작코일과 직렬로 저지계전기를 삽입해서

        비대칭전류가 흐르면 저지계전기가 동작해서 비율차동계전기의 동작을 Lock 시키는 방식이다.