비율차동계전기 CT 결선·돌입전류

왜 배우는가: 비율차동계전기는 변압기 내부고장을 가장 빠르고 확실하게 가려내는 주보호 계전방식이며, 변류기 결선과 여자돌입전류 대책은 기술사 시험에서 거의 매년 반복해 출제되는 핵심 논점이다. 변압기 결선군(Dyn1, Dyn11 등)에 따른 CT 결선 반대 원칙을 이해해야 답안에서 결선도를 정확히 그릴 수 있다.

출제 이력: 제137회 3교시 5번, 제123회 4교시 3번, 제113회 4교시 3번, 제101회 2교시 4번, 제89회 2교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의 문장은 다음과 같다.

비율차동계전기는 보호구간에 유입하는 전류와 유출하는 전류의 차전류(동작전류)와 통과전류(억제전류)의 비율로 동작하는 내부고장 보호계전기이다.

핵심 키워드

• 비율차동계전기(Percentage Differential Relay)
• 억제코일(RE, 억제전류 발생)
• 동작코일(OP, 차전류 발생)
• 변류기 결선(CT 2차 결선 반대 원칙)
• 여자돌입전류(Magnetizing Inrush Current)
• 고조파 억제(제2고조파 억제)
• 감도 저하법(순간 by-pass)
• Dyn1, Dyn11(각변위 결선군)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 변압기 한쪽으로 들어간 전류와 반대쪽으로 나온 전류의 차이를 보고 그 차이가 커지면 내부에서 사고가 났다고 판단하는 계전기다. 외부사고 때는 두 전류가 거의 같아 차전류가 작다. 그래서 외부사고로 큰 전류가 흘러도 오동작하지 않도록 통과전류에 비례한 억제력을 준다.

정식 정의는 비율차동계전기(Percentage Differential Relay)로서, 보호구간에 유입하는 전류와 유출하는 전류의 벡터차를 억제전류와의 비율로 판정하는 계전기다. 억제코일(RE)은 통과전류로 억제력을 만들고, 동작코일(OP)은 차전류로 동작력을 만든다. 두 힘의 비가 정해진 값을 넘으면 트립한다.

핵심 용어 중 변류기 결선은 변압기 결선과 반대로 하는 것을 말한다. 변압기가 Y-Δ이면 변류기는 Δ-Y로 결선해 위상차 30°를 상쇄한다. 여자돌입전류는 변압기를 무부하로 투입할 때 철심 자속의 포화로 흐르는 큰 전류다. 고조파 억제는 이 전류의 제2고조파 성분으로 억제코일을 동작시켜 계전기가 동작하지 않게 하는 방식이다.

동작특성은 최소동작전류와 비율(기울기)로 나타낸다. 최소동작전류는 일반적으로 전류 탭 값을 기준으로 관련 기준이 정한 값에서 동작하도록 설정한다. 특성곡선은 유출전류가 설정 탭값에 대해 관련 기준이 정한 지점에서 정확히 동작하도록 설계한다.

3. 등장 배경과 필요성

변압기는 권선과 철심이 온도 팽창, 진동, 과부하, 과전압 등으로 손상되기 쉽다. 내부 권선 고장은 절연 파괴로 이어지고 수리비가 크므로, 손상이 커지기 전에 신속히 분리하는 고감도 보호가 필요하다. 과전류 계전기만으로는 부하전류 범위의 내부 경미 고장을 잡기 어렵다.