2020. 5. 15. 00:14ㆍ전기공부/변압기
3. 변류기(CT) 부하 운전 중에 CT 2차측을 개방하면?
변류기(Current Transformer) -대전류와 고전압의 회로에서 대전류를 직접 측정하기는 어렵고 위험하기 때문에 대전류를 소전류로 바꿔주는 장치. 전류값을 계측하는데 사용하거나, 고장전류를 검출하는데 사용한다.
변류기(CT) 부하 운전 중에 2차측을 개방하면 어떻게 되나?
-> 2차측에 전압이 무한대에 가깝게 걸리면서 절연파괴의 원인이 된다.
1. 옴의 법칙을 이용해 CT 2차측 개방에 대해 간단히 이해
2. 전류, 자속관계를 이용해 CT 2차측 개방에 대해 좀 더 깊이 이해
1. 옴의 법칙을 이용해 CT 2차측 개방에 대해 간단히 이해
위와 같은 회로를 봐보자. 1차측에 흐르는 전류를 측정하기 위해 2차측에 CT를 설치했다. CT비에 따라서 1차측에서 흐르는 전류가 2차측에서 얼마나 작아질지 정해진다.
1차측에 흐르는 전류는 전압원과 부하에 의해 정해져있다. 전압이 100V, 부하가 10Ω 라면 옴의 법칙에 따라 100/10 = 10A 전류가 1차측에 흐르게 된다. 이때 CT비가 10/5라면 1차측의 10A 전류는 2차측에서 5A로 흐르게 된다.
만약 이 상태에서 CT 2차측이 개방된다면?
CT 2차측이 개방되면서 2차측의 저항은 ∞ Ω 이 된다. 그러면 2차측에 걸리는 전압 V = IR에서 R의 값이 무한대가 된다. 그러면 2차측에 걸리는 전압 역시 ∞ V가 된다. 2차측에 걸리는 전압이 ∞ V가 되면서 절연파괴가 생길 수 있다.
2. 전류, 자속관계를 이용해 CT 2차측 개방에 대해 좀 더 깊이 이해
1차측에는 Io(여자전류)와 I1(1차측 부하전류)의 합의 전류가 흐른다. Io는 여자전류로써 철심을 자화시키는 역할을 하고 I1은 전원전압(V)와 1차측부하(R)의 옴에 법칙에 의해 발생한 전류이다. Io에 의해 위의 철심에 보이는 빨간색 주자속(Φ)이 발생된다. I1 전류에 의해 철심에 녹색 자속(Φ1)이 발생한다.
2차측에는 CT비에 의해 생긴 전류 I2가 생성되며, I2는 노란색 자속(Φ2)를 생성한다.
1차측에서 생성된 녹색 자속(Φ1)과 2차측에서 생성된 노란색 자속(Φ2)은 크기가 같으며 위상이 반대여서 두 자속은 상쇄돼서 사라지게 된다. 철심에는 빨간색 주자속(Φ)만 남게 되어 철심이 포화되지 않고 안정적으로 CT역할을 하고 있다.
만약 이 상태에서 2차측이 개방된다면?
2차측이 개방되면서 2차측 전류 I2가 없어지게 되고 I2가 없어짐에 따라 노란색 자속(Φ2) 역시 사라진다. 그러면 CT자성체에 빨간색 주자속(Φ)과 녹색 자속(Φ1)이 남게 된다. 철심은 여자전류(Io)에 의해 자화되도록 설계되어있는데 Io보다 훨씬 큰 1차측 부하전류 I1도 철심에 남게 되면서 철심은 포화되어버린다. 2차측에 걸리는 전압 E=-N·(dΦ/dt)를 따른다. 즉 철심에 걸리는 자속Φ의 기울기 x 코일감은수 가 2차측에 걸리는 전압이다. 빨간색 주자속(Φ) 만 있을 때의 자속의 기울기는 아주 작지만, 녹색 자속(Φ1)이 더해지면서 아주 큰 기울기를 만들고 철심이 포화가 되면서 주기마다 서지전압(Surge Volage)을 발생시켜 절연파괴를 야기할 수 있다.
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