17. 여자돌입전류 (3)문제점과 대책

17. 여자돌입전류 (3)문제점과 대책

앞에서 여자돌입전류 발생 원인에 대해 공부해보았다.
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16. 여자돌입전류 (2)발생 원인

여자돌입전류는 인덕터(리액터)에 의한 전류의 비대칭 발생, 그리고 전류 비대칭으로 전류가 커지면서 철심이 포화되어 발생했다.
변압기 철심은 여자전류가 흐를 때 포화되지 않도록, 정상적으로 운영되도록 설계되어있다.
그러나 변압기 투입 시에 발생하는 '여자돌입전류'에 의해서는 포화가 이루어진다.
포화점으로부터 멀어지도록 변압기를 설계할수도 있지만 철심을 두껍게 써야 하므로 사이즈면에서, 가격적인 면에서 부담이 된다. 변압기 설계를 최적화하면 여자돌입전류는 발생할 수밖에 없다.

오늘은 '여자돌입전류' 발생 시 문제점과 대책에 대해 알아보자.

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1. '여자전류(Exiciting Current)'와 '여자돌입전류(Inrush Current)'의 차이
2. 여자돌입전류 발생 이유 (1) 인덕터(리액터)의 작용
3. 여자돌입전류 발생 이유 (2) 철심 포화
4. 여자돌입전류 발생 시 문제점
5. 여자돌입전류 발생 대책

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4. '여자돌입전류' 발생 시 문제점

여자돌입전류의 크기는 매우 크다.
여자전류가 변압기의 정격전류의 3~5% 수준이라면
여자돌입전류는 변압기의 정격전류의 8~12배이다.

이렇게 높은 전류가 순간 발생하기 때문에 계전기가 여자돌입전류를 고장전류(단락전류)로 착각하여
차단기를 오동작시킬 가능성이 있다.
또한 하루에도 여러 번 무부하 투입을 해야 하는 변압기의 경우 투입할 때마다 여자돌입전류가 발생한다.
여자돌입전류가 발생할 때마다 변압기에 큰 기계력이 발생하게 된다.
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9. 기계력(자기력)이 위험한 이유

기계력의 크기는 전류의 제곱에 비례하기 때문에 '여자돌입전류'가 자주 발생하게 되면
기계력에 의한 데미지가 변압기에 점점 쌓이게 된다. 그러면 변압기의 수명이 떨어지게 된다.
변압기는 전력설비 중 가격이 비싼 편이기 때문에 기계력으로 인해 변압기의 수명이 떨어지는 건 좋지 않은 현상이다.


문제점
1. 차단기의 오동작 문제
2. 기계력에 의한 변압기 손상

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5. 여자돌입전류 발생 대책

차단기 오동작 방지와 기계력 감소를 위해서는 여자돌입전류의 크기를 줄일 필요가 있다.

여자돌입전류의 크기를 줄이기 위한 첫 번째 방법은 '리액터(L)'을 추가하는 것이다.
보조적인 리액터(L)을 추가해놓고 변압기 투입 시에만 직렬로 리액터(L)를 연결해주면 전류의 값을 줄일 수 있다.
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15. 유도전동기 기동법 (2)리액터 기동법

유도전동기 리액터 기동법에서도 보았듯이
직렬로 리액터를 연결해주면 전압분배 법칙이 이루어져 전류값을 줄일 수 있다.

두 번째 방법으로는 싱크로(Synchro) 차단기를 이용하면 된다.
변압기로 들어오는 전류가 3상 전류라고 했을 때 각 상을 따로따로 투입해주는 방법이다.
보통은 A,B,C상을 동시에 ON하고 OFF하는데
A,B,C상에 따로따로 스위치를 연결하여 투입 시점을 다르게 해 준다.

각 상을 언제 투입해주냐?
각각 전류가 0A인 시점에 투입해주면 된다.
앞에서 변압기는 인덕터(리액터)회로와 같이 볼 수 있다고 공부했다.

변압기 1차측을 인덕터(리액터) 회로로 표현

스위치를 닫는 시점에 여자돌입전류가 발생하게 된다.


스위치를 닫는 시점의 전류값이 0A가 아닐 때 인덕터(리액터)의 관성작용에 의해 인덕터 억제전류가 만들어지고 비대칭 전류가 발생했다.

스위치 닫는 시점의 전류가 0A가 아닐 때 인덕터 억제전류 발생

그림에서 보듯 스위치 닫는 시점이 -100A이기 때문에 원래의 0A를 유지하기 위해 인덕터가 100A의 억제전류를 만들어낸다. 원래 흐르려던 전류와 억제전류의 합으로 전류가 흐르기 때문에 비대칭 전류가 발생한다.


그러나 스위치 닫는 시점의 전류가 0A라면 인덕터(리액터)의 관성작용이 일어날 필요가 없으므로 억제전류가 생성되지 않아 비대칭 전류가 발생하지 않게 된다. 그러면 철심의 포화 또한 생기지 않고 여자돌입전류를 크지 않게 만들 수 있다.

변압기 투입 시점에 전류값이 0이면 비대칭이 일어나지 않아 철심이 포화되지 않는다.

대칭전류이므로 전류값이 크지 않아 철심포화선을 넘지 않는 것을 볼 수 있다.

이런 두 가지 방법을 잘 활용하면 차단기 오동작 방지 및 기계력 감소가 가능하다.