GPT·CLR 지락전압

왜 배우는가: GPT 와 CLR 은 비접지 계통의 1선 지락을 검출하는 보호방식의 핵심 기기다. 지락 시 GPT 2차 측에 나타나는 영상전압과 CLR 의 전류 제한 역할은 계전기 오동작과 GPT 소손을 막는 원리로 이어지므로 시험에서 반복해서 묻는다.

출제 이력: 제100회 1교시 2번, 제91회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: CLR 은 GPT 개방델타 2차 측에 접속하는 저항기로, 지락 시 2차 전류를 제한하고 공진을 억제하는 장치다.

키워드: 접지형 계기용 변압기(GPT), 개방델타 결선, 영상전압, 전류제한저항기(CLR), 지락 시 2차 전압, 비접지 계통, 페로공진 억제

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, GPT 는 평소에는 전압이 나타나지 않다가 지락이 나면 그 사실을 전압으로 알려 주는 변압기다. CLR 은 그 신호 회로에 달린 저항으로, 신호가 과하게 흐르지 않도록 막는 역할을 한다.

정식 정의: 접지형 계기용 변압기(GPT)는 비접지 계통에서 1선 지락 시 생기는 영상전압을 검출하기 위해 모선에 설치하는 계기용 변압기다. 1차 측은 Y 결선 후 중성점을 접지하고, 2차 측은 개방델타 결선(잔류회로)으로 묶어 영상전압을 얻는다.

개방델타 결선은 3상 2차 권선의 한 쪽 끝을 열어 둔 결선이다. 세 권선의 전압 합이 0 이 아닌 값으로 나타나므로 영상전압을 얻을 수 있다.

영상전압은 3상 전압의 벡터 합으로 정의되는 零相 전압이다. 정상 운전에서는 세 상의 합이 0 이므로 개방단 전압이 0 이다. 지락이 생기면 지락상 전압이 0 이 되고 나머지 두 상 전압의 합이 개방단에 나타난다.

전류제한저항기(CLR)는 GPT 개방델타 2차 단자 사이에 접속하는 저항기다. 지락 때 2차 측에 생기는 전압이 계전기 쪽으로 과도한 전류를 흘리지 않도록 전류를 제한한다.

CLR 은 지락 시 GPT 2차 전류를 제한하고 공진을 억제하기 위해 설치한다.

CLR 이 없으면 2차 권선 임피던스와 계통 대지 정전용량이 만나 공진 회로가 형성될 수 있다. 이 경우 과전압과 과전류가 생겨 GPT 나 계전기가 손상된다. CLR 은 회로의 감쇠를 키워 이 현상을 억제한다.

3. 등장 배경과 필요성

비접지 계통이나 고저항 접지 계통에서는 지락 전류가 매우 작다. 이 때문에 전류만으로 지락을 검출하기 어렵다. 그래서 중성점 전위 이동을 이용하는 영상전압 검출 방식이 필요해졌다.

계통 전압이 정상일 때 GPT 2차 개방델타 전압은 0 이다. 한 상이 완전 지락되면 지락상 2차 전압은 0 이 되고, 건전상 2차 전압 110V 가 개방델타 결선으로 합쳐져 개방단에 나타난다. 이 값이 190V 이며 계전기 동작 신호로 쓰인다.

이 전압이 나타나는 순간 2차 회로에 전류가 흐르게 된다. 2차 권선은 전류 용량이 작게 설계되어 있으므로 제한 없이 두면 권선이 과열되거나 소손될 위험이 있다. 이것이 CLR 이 필요한 첫 번째 이유다.