변압기 내부 고장 보호 장치 비율차동계전기의 원리와 특성

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변압기 내부 고장 발생은 전력 공급 중단 및 시스템 손상으로 인해 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 특히, 변압기의 내부 고장은 외부 고장보다 더욱 위험하며, 이를 방지하기 위한 전기적 보호장치가 필수적입니다. 변압기의 내부 고장을 보호하기 위해서는 차동 계전기(87T)를 활용한 보호 방식이 주로 사용됩니다. 이 글에서는 변압기 내부 고장을 보호하는 보호장치의 원리와 특성에 대해 설명합니다.

Table of Contents

1. 개요

1) 변압기의 역할
변압기는 전력설비 중 매우 중요한 역할을 하는 장치입니다. 변압기의 고장은 시스템 전체에 걸쳐 전력 공급을 중단시키거나 심각한 고장으로 이어질 수 있어, 안전한 운영을 위한 보호장치가 필수적입니다. 이를 위해 변압기 내부 고장을 검출할 수 있는 전기적 보호장치가 사용되며, 대표적으로 차동계전기(87T)가 많이 사용됩니다.

2) 차동 계전기(87T)의 개념
차동 계전기는 변압기 보호 용도로 사용되며, 변압기 내부에서 발생하는 고장 시 빠르게 이를 검출하고 차단하는 역할을 합니다. 변압기의 1차측과 2차측 전류 차이를 비교하여 그 차이가 일정 값 이상일 때 고장으로 판단하고 동작하게 됩니다.

2. 차동 계전기(87T)의 원리 및 동작

1) 동작 원리
차동 계전기는 변압기의 1차측 전류와 2차측 전류를 비교하여 그 차이 값이 일정 범위를 넘을 경우 동작합니다. 정상 상태에서는 1차측과 2차측 전류의 차이가 거의 없지만, 내부 고장이 발생하면 큰 차이가 발생하게 됩니다. 이 차이를 이용해 고장을 검출합니다.

동작 전류는 다음과 같이 정의됩니다:

$I_{동작} = | I_{1} – I_{2} |$

여기서 $I_{1}$은 1차측 전류, $I_{2}$는 2차측 전류를 의미합니다. 차동 계전기는 이 차이 값을 기준으로 고장 여부를 판단합니다.

2) 차동 계전기의 구성
차동 계전기는 변압기의 1차측과 2차측에 설치된 CT(변류기)를 이용해 각각의 전류를 검출하며, 이 두 전류를 비교하는 방식으로 동작합니다. 1차측과 2차측의 전류 차이가 일정 기준을 넘을 경우, 계전기가 동작하여 차단기를 트립 시키는 구조입니다.

차동 계전기의 동작을 정확하게 구현하기 위해서는 CT의 정합이 매우 중요합니다. 1차측과 2차측의 전류 변환비가 정확하게 맞아야 하기 때문에, 이를 조정하기 위해 보상 변류기(CCT)가 사용되기도 합니다.

3) 차동 계전기의 차동 동작 비율
차동 계전기는 설정된 동작비율 이상일 때 동작합니다. 동작비율은 보통 5%~40% 범위 내에서 설정되며, 고조파나 외부 요인에 의해 발생할 수 있는 오차를 보정할 수 있는 기능이 있습니다.

3. 변압기 보호용 차동 계전기(87T)의 특성

변압기 보호를 위한 차동 계전기(87T)의 특성은 여러 가지가 있습니다. 이 특성들을 이해하는 것은 변압기의 보호 성능을 극대화하는 데 중요한 요소입니다.

1) 적용 용량
차동 계전기는 주로 2MVA 이상의 용량을 가진 변압기에 적용됩니다. 이는 변압기의 용량이 클수록 내부 고장이 발생했을 때 그 영향이 크기 때문에, 더 정확하고 빠른 고장 검출이 필요하기 때문입니다.

2) 전선 방식
변압기 차동 보호는 Δ-Y, Y-Δ 등의 연결 방식에 따라 CT(변류기)의 정합을 조정해야 합니다. 예를 들어, Δ-Y 결선에서는 CT의 결선을 Δ로 맞춰야 하며, Y-Δ 결선에서도 이와 같은 방식으로 정합이 필요합니다.

3) 보호 범위
차동 계전기는 변압기 내부 고장을 주로 보호하지만, CT의 배치에 따라 변압기 외부에서 발생하는 일부 고장도 보호할 수 있습니다.

4) 오차 대응
변압기 차동 보호에서 발생할 수 있는 오차는 주로 고조파에 의해 발생합니다. 이를 방지하기 위해 고조파 필터나 특정 동작 범위를 설정하여 오차 발생 시 비동작하도록 설계할 수 있습니다.

결론

변압기 내부 고장은 매우 심각한 문제를 야기할 수 있으며, 이를 방지하기 위한 차동 계전기(87T)의 역할은 매우 중요합니다. 차동 계전기는 변압기의 1차측과 2차측 전류 차이를 비교하여 내부 고장을 빠르게 검출하고, 고장이 발생하면 즉시 차단기를 동작시켜 변압기를 보호합니다. 이를 통해 변압기의 안전한 운영을 보장할 수 있으며, 시스템 전체의 안정성 또한 높아집니다.

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