CT 과전류정수 및 부담

왜 배우는가: 변류기의 과전류정수와 부담은 고장 시 보호계전기가 정확히 동작하는지를 정하는 핵심 선정 조건이다. 과전류 영역에서 CT 오차가 커지면 계전기 오동작이나 부동작으로 이어지므로 CT 선정 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제116회 1교시 5번, 제103회 1교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

과전류정수는 정격 1차전류의 몇 배까지 규정 오차 이내를 유지하는지 나타내는 값이다.

• 과전류정수
• 과전류강도
• 정격 단시간 열전류
• 정격부담
• 비오차
• 포화
• 무릎전압

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 CT가 고장 때 흐르는 큰 전류를 얼마나 잘 축소해서 계전기에 전달하는지를 나타내는 값이다. 정상 부하 전류에서는 오차가 작아도 고장 전류에서는 철심이 포화되어 오차가 커진다. 그래서 보호용 CT는 정격 전류 이상의 영역에서 오차를 보증하는 값을 따로 규정한다.

과전류정수(과전류정수, ALF)는 규정 오차 한계 안에서 CT가 변환할 수 있는 1차 전류의 최대 배수다. 정격 1차전류 대비 정확도 한계 1차전류의 비로 정의한다. 예를 들어 10P20은 정격부담에서 정격 1차전류의 20배까지 복합오차가 10% 이내임을 뜻한다.

과전류강도(과전류강도)는 고장 전류에 CT가 기계적·열적으로 견디는 능력이다. 1차 권선에 흐르는 단시간 전류로 나타내며, 기준 시간 동안 흘려도 권선이 손상되지 않는 정격 단시간 열전류로 표기한다. 과전류정수는 오차 측면, 과전류강도는 내력 측면의 값이라는 점이 다르다.

정격부담은 2차 회로에 연결된 부하 임피던스를 피상전력으로 나타낸 값이다. 2차 정격전류가 부하에 흐를 때 규정 오차를 보증하는 최대 피상전력이며, 단위는 VA다. 부담이 정격을 넘으면 같은 과전류정수라도 실제 오차 한계는 줄어든다.

$n = \frac{I_{alf}}{I_{1n}}$

여기서 n은 과전류정수, I_{alf}는 정확도 한계 1차전류(A), I_{1n}은 정격 1차전류(A)다. 2차 측 필요 기전력은 다음 식으로 검토한다.

$E_{al} \ge I_{2n}\,n\,(R_{ct}+R_{b})$

여기서 E_{al}은 필요 2차 기전력(V), I_{2n}은 2차 정격전류(A), R_{ct}는 2차 권선 저항(Ω), R_b는 부담 저항(Ω)이다.

비오차는 공칭 변류비와 실제 변류비의 차이를 백분율로 나타낸 값이다. 과전류 영역에서 철심이 포화되면 2차 전류가 작아지므로 비오차는 음의 방향으로 커진다. 이 때문에 보호용 CT는 정격 전류 영역이 아니라 과전류 영역의 비오차를 따로 보증한다.

극성은 1차와 2차 전류의 방향 관계를 나타낸다. 국내는 감극성을 표준으로 쓰며, 1차 유입 단자 K와 2차 유출 단자 k에 극성 기호를 표시한다.

3. 등장 배경과 필요성

계통 용량이 커지면서 고장 시 단락전류가 정격 전류의 수십 배까지 올라간다. 계량용 CT는 큰 고장 전류로부터 계기를 보호하기 위해 일찍 포화되도록 설계하지만, 보호용 CT는 반대로 고장 전류를 충실히 전달해야 한다. 두 요구가 달라서 보호용 CT에는 과전류 영역의 정확도 등급이 별도로 필요해졌다.

과거에는 정격 전류 영역의 비오차만 관리했으나, 고장 시 계전기가 정확히 동작하려면 과전류 영역의 오차를 보증해야 한다는 인식이 자리 잡았다. 이 요구가 과전류정수와 정격부담의 조합으로 정리되어 현재 IEC 61869-1, IEEE C57.13 등 국제 규격의 정확도 등급 체계에 반영되었다.

부담 측면에서도 배경이 있다. 2차 회로의 케이블 길이가 길어지거나 계기·계전기가 많아지면 부담 임피던스가 커진다. 부담이 커지면 2차 권선의 필요 기전력이 올라가고, 포화 전에 허용할 수 있는 1차 전류 배수가 줄어든다. 따라서 CT 선정 시 과전류정수와 부담을 함께 검토하는 것이 필요해졌다.