철공진

철공진의 정의

철공진은 철심 포화에 따른 비선형 인덕턴스와 대지 정전용량이 만나 생기는 공진이다.

철심이 포화되면 인덕턴스가 급격히 줄고, 그 값이 용량성 리액턴스와 맞으면 공진한다.

그 결과 전압이 일시적으로 크게 오르고 파형이 일그러진다.

발생 과정

변압기가 가벼운 부하로 운전 중일 때 한 상이 개폐되면 철공진의 조건이 만들어진다.

그 상의 철심이 포화 영역에 들어가면 인덕턴스가 줄고, 용량성 리액턴스와 맞물린다.

두 값이 일치하면 직렬 공진이 일어나 상전압이 정격의 수배까지 오를 수 있다.

공진 각주파수는 ω0 = 1/√(LC)이며, 계통 주파수가 이 값에 가까울수록 전압이 커진다.

과전압과 과전류는 PT 소손, 피뢰기 동작, 변압기 손상으로 이어진다.

종류별 비교

철공진은 발생 형태에 따라 기본파, 분수조파, 고조파 공진으로 나눈다.

기본파 공진은 계통 주파수에 맞물려 과전압이 가장 오래 유지되는 형태다.

분수조파 공진은 파형이 일그러져 보호 계전기 오동작의 원인이 되기 쉽다.

발생 장소에 따라 공진 회로가 달라서, 변전소와 배전 계통의 대책도 따로 세운다.

대책

철공진 대책은 계통 측면과 기기 측면으로 나눠 함께 세운다.

계통 측에서는 중성점 접지 방식을 바꾸거나 저항 접지를 적용하고, 1상 투입을 금지하는 운전 절차를 둔다.

기기 측에서는 PT 2차 개방삼각 저항이나 댐핑 저항을 설치하고 PT 구조를 개선한다.

계통 조건과 설비 비용, 운전 편의를 함께 따져 대책을 고른다.

시험 포인트

시험에서는 철공진과 페란티 현상을 자주 헷갈리게 쓴다.

철공진은 철심 포화에 따른 비선형 인덕턴스와 대지 정전용량이 만나 생기는 공진이다.

페란티 현상은 선로 충전전류에 의한 전압 상승이므로 원인을 구분해야 한다.

두 현상의 원인을 구분하지 않으면 감점이 크다.

정답은 비선형 인덕턴스와 대지 정전용량이다. 두 요소가 함께 있어야 공진이 성립한다.

정리

지금까지 철공진의 정의, 발생 과정, 종류, 대책을 정리했다.

철공진은 철심 포화 비선형 인덕턴스와 대지 정전용량의 공진이다.

비접지 계통, 1선 개방, 변압기 여자돌입이 대표적인 발생 조건이다.

답안에서는 계통 측 대책과 기기 측 대책을 나누어 써야 한다.

철공진은 계통 조건별로 판정해야 하므로 조건을 함께 적는다.