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CT(전류 변성기)는 전력 시스템에서 매우 중요한 역할을 합니다. 특히 보호계전과 계측에 사용되는 CT는 그 특성상 일정 전류를 초과하면 2차 전압이 급격히 증가하는 포화 현상을 경험합니다. 이때, 전류가 증가해도 더 이상 2차 전압이 일정하게 유지되지 않고 급격히 상승하는 지점을 포화 개시 전압 또는 Knee Point Voltage라고 합니다. 이제 이와 관련된 개념들을 구체적으로 설명해보겠습니다.
CT 정격 포화 개시 전압 정의
- Knee Point Voltage란?
CT 1차 전류가 증가하면 2차 전류도 비례하여 증가하게 됩니다. 그러나 어느 순간을 넘어서면 CT의 2차 전압은 더 이상 선형적으로 증가하지 않으며, 급격하게 증가하는 비선형 구간에 도달하게 됩니다. 이때, CT는 포화 상태에 접어들게 되며, 이 순간의 전압을 Knee Point Voltage라고 합니다. - Knee Point Voltage의 수학적 정의
CT의 1차 권선에 전류가 흐르면 2차 권선에 전압이 발생하게 되는데, 2차 전압이 급격히 증가하는 구간을 포화 개시 전압이라고 합니다. 이때, 2차 전류가 증가하지 않고, 여자전류가 10%에서 50% 증가하는 구간을 Knee Point로 정의합니다. - Knee Point Voltage 공식
Knee Point 전압(Vk)을 구하는 공식은 다음과 같습니다:
$[
V_k = \frac{VA}{I_2} \times n
]$
여기서, VA는 CT의 부하, I2는 CT 2차 정격 전류, n은 CT의 과전류 정수입니다.
CT 정격 포화 개시 전압의 계기 및 계전 특성 관계
- Vk와 N 값의 관계
Knee Point Voltage(Vk) 값이 크면, CT가 대전류 영역에서 계전기의 동작 신뢰성을 높이며, 실제 전류 측정값이 안정적입니다. 반면 Vk 값이 작다면 계전기 보호 특성에서 불리하게 작용할 수 있습니다. - Vk 값이 작은 경우
계기의 보조 측면에서, Vk 값이 작은 CT는 부정확한 계측 신호를 제공할 수 있어 보호 계전기의 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다. 이때, CT는 주로 계측용으로 사용되며 보호계전기에는 적합하지 않습니다.
Knee Point 전압 그래프
포화 개시 전압은 그래프 상에서 직선적으로 증가하는 구간과 급격히 증가하는 구간이 만나는 지점입니다. 이 지점을 Knee Point라고 부르며, 이후 전류가 증가하더라도 여자전류가 급격하게 증가하는 특성을 보입니다. 아래 그림은 이러한 관계를 도식적으로 나타낸 것입니다:
CT의 정격 포화 개시 전압에 대한 이해는 보호 계전기와 계기의 선택 및 설치 시 매우 중요합니다. Knee Point Voltage가 높을수록 전류를 정확하게 측정할 수 있고, CT의 포화 문제를 최소화할 수 있습니다.
결론
CT 정격 포화 개시 전압 개념은 전력 시스템에서 CT의 성능을 결정짓는 중요한 요소 중 하나입니다. 이 값을 적절하게 설정해야 보호 계전기와 계기의 동작이 신뢰성 있게 유지될 수 있습니다. 정격 포화 개시 전압을 이해하고 이에 맞는 CT를 선택하는 것이 전력 시스템의 안정성에 기여합니다.
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