변압기 여자 돌입전류

정의

변압기 여자 돌입전류는 무부하 변압기를 투입할 때 흐르는 과도 전류다.

철심이 일시적으로 포화되어 정상 여자전류보다 크게 흐르는 비대칭 전류다.

전압 품질과 차동계전기 동작에 영향을 주므로 반드시 검토해야 한다.

원리: 자속과 전압

핵심 원리는 자속과 전압의 관계식이다. 철심 자속은 전압을 적분한 값에 잔류자속을 더한 값이다.

정상 상태에서는 자속이 전압보다 90도 뒤진다. 투입 순간에는 잔류자속이 더해져 자속이 한쪽으로 치우친다.

전압 영점 부근에서 투입하면 자속 최댓값이 정상 상태의 약 2배까지 커질 수 있다.

돌입전류의 원인

돌입전류의 크기는 투입 위상과 잔류자속으로 결정된다.

잔류자속이 투입 후 자속과 같은 방향이면 포화가 심해져 돌입전류가 커진다.

철심이 포화 영역에 들어가면 자속 증가분이 작아도 여자전류가 급증한다.

돌입전류의 유형

돌입전류는 발생 조건에 따라 세 가지로 나누어 쓰면 원인과 대책을 연결하기 쉽다.

투입 돌입전류는 잔류자속과 투입 위상에 따라 크기가 가장 크게 달라진다.

병렬 운전 중에는 상호 돌입전류가 기존 변압기의 여자전류를 증가시킨다.

외부고장 제거 후 전압이 회복될 때 생기는 회복 돌입전류는 과전류 계전기를 동작시킬 수 있다.

계전기 판별

비율차동계전기는 돌입전류를 제2고조파 비율로 가려낸다.

돌입 파형은 직류분을 포함하고 제2고조파가 많아 내부고장 파형과 구별된다.

제2고조파 함유율이 기준 이상이면 억제 코일이 동작해 계전기 동작을 막는다.

기준이 너무 낮으면 내부고장 검출 감도가 떨어지므로 기준값 선택이 중요하다.

대책

대책은 발생을 줄이는 방법과 계전기가 오동작하지 않게 하는 방법으로 나뉜다.

가장 근본적인 방법은 동기투입이다. 다만 잔류자속 추정이 어려워 완전한 제어는 쉽지 않다.

차동계전기는 제2고조파 억제를 쓰고, 순차 투입과 투입 파형 기록으로 운영한다.

감도를 과도하게 낮추면 내부고장 검출이 늦어질 수 있으므로 피해야 한다.

정리

정리하면 돌입전류는 무부하 변압기 투입 시 흐르는 비대칭 과도 여자전류다.

원인은 투입 위상과 잔류자속, 그리고 철심의 포화 특성이다.

대책은 동기투입으로 발생을 줄이고, 제2고조파 억제로 계전기 오동작을 막는 것이다.