배전계통에 접속되는 변압기의 여자돌입전류 저감장치의 개발 ? 변압기(變壓器)의 여자(勵磁) 돌입전류 ( Inrush current )

변압기(變壓器)의 여자(勵磁) 돌입전류 ( Inrush current )

1. 개 요변압기의 1, 2차중 어느 한 단자를 개방하고(무부하 상태), 나머지 단자에 전압을 인가하게 되면 순간적으로 흐르는 큰 충격전류를 여자돌입전류라 하며, 그 크기는 인가전압의 위상, 변압기 철심의 잔류자속에 따라 달라지며 때로는 정격전류보다 더 큰 전류가 흐르기도 한다. 부하상태에서도 돌입전류가 생기기는 하지만 계전기의 오동작을 초래할 정도는 아니다.2. 여자돌입전류 발생 mechanism(무부하상태일 경우)가.인가전압의 위상이 파고치에서 투입할 경우 ( 철심의 잔류자속은 "0" 임) 여자전류는 누설리엑턴스의 영향 (저항성분은 무시)으로 전압의 위상보다 늦은0 에서 시작하여 전압파형과 같은 정현파로 변화하며 안정된 상태를 유지한다.달리 설명하면, 철심의 잔류자속이 없는 무부하 상태이므로 여자전류는 매우적고 ,따라서 철심은 포화하지않아 (히스테리시스 곡선의 직선부분) 유기전압및 여자전류의 파형은 정현파이고 큰돌입전류는 흐르지 않는다. 나.인가전압의 위상이 0에서 투입할 경우 ( 철심의 잔류자속은 "0" 임) 여자전류는 전압의 위상보다 늦으므로 전압의 위상이 0에서 인가되면, 철심의 자속은 0 (잔류자속이 0 이므로 ) 상태에서 순간적으로 파고치(ψm)까지 도달해야하며, 또한 전압이 Vo→Vm→Vo 변화하는 반주기 동안 자속은 ψo→ψm→ψo→-ψm 및 직류성분의 합성치 (돌입전류의 파형도 동일하게 변화)로 변화하여 변화폭은 2ψm으로 이 과정에서 철심이 포화하고, 이 자속을 만들기 위하여 여자전류가 급증하여 큰 여자돌입전류로 된다.3. 큰 돌입전류가 흐르는 요인가. 인가전압의 위상이 0 에서 투입한 경우나. 전원(계통)임피던스가 적은 경우다. 철심에 잔류자속이 있을 경우라. 냉간압연 철심 또는 저압측에서 여자하는 경우>;표1<; 철심종류 및 여자방식에 따른 여자전류의 크기 (정격전류의 배수)

용 량(KVA)

냉간압연 철심

열간압연 철심

고압측여자

저압측여자

고압측여자

저압측여자

500

10

16

6

9.4

1,000

8.4

14

4.8

7.0

5,000

6.0

10

3.9

5.7

10,000

5.0

10

3.2

3.2

50,000

4.5

9

2.5

2.5

>;표2<; 여자돌입전류 감쇄시간

변압기 용량(KVA)

여자돌입전류가 최소파고치의 50%로 감소하는시간(C)

비 고

500 ~ 1,000

최대 8~10

변압기 설계에 따라 다름

1,000 ~ 10,000

최대 10~60

변압기 설계에 따라 다름

10,000 이상

최대 60~30,000

변압기 설계에 따라 다름

4. 돌입전류 조파분석유기기전력이 정현파이기 위하여 여자돌입전류는 왜형파가 되며 이를 분석하면다음과 같은 성분함량을 갖는다.

조 파 성 분

제2고조파

제3고조파

제3고조파

기본파에 대한 백분율

63%

27%

5%

5. 돌입전류의 영향가. 변압기 회로 투입시 계전기의 오동작

◎ 계전기 오동작 방지대책 ◎O 비율차동계전기- 감도저하식 : 여자전류가 감쇄하는 수초(대용량변압기의 경우)동안 동작감도를 낮추는 방식- 고조파억제식 : 제 2고조파 필터를 설치하고 직렬로 억제코일을 삽입하여동작억제력을 발생시키는 방식O OCR : 한시레버를 정정TAP치의 10배 전류에서 동작시간 0.2초정도면 적정O ASS : 간이수전설비의 인입구에 설치되는 보호장치로서 후비보호장치의 재폐로시발생하는 돌입전류로부터 오동작을 방지키 위해 0.5초(30C), 1초(60C) 등 2가지동작 억제시간을 구비하고 있는데, 소용량 수전설비의 경우 돌입전류는 보통 0.5초 이내 소멸되므로0.5에 정정하면 적합함.O MCCB : 저압-<;저압 변성, 또는 발전기-<;변압기를 연결하는 저압계통의 변압기 전원측에 사용되는 MCCB는 돌입전류 오동작방지 회로가 구비되어 있지 않으므로, MCCB의 전류-시간특성곡선과 돌입전류의 크기,지속시간등을 검토하여별도의 대책을 강구한다- MCCB의 용량을 상위로 높여서 돌입전류에 대한 동작을 방지하고,변압기 2차측에서 적정보호를 시행하는 방법- 별도의 우회회로를 구성하여 동작감도를 저하시키는 방법- 무부하 투입을 지양하고 전자접촉기등을 이용한 부하투입방안 강구

나. FUSE(COS, PF) 투입시 용단 : FUSE(COS, PF)를 투입할 때는 무부하 투입보다는 부하투입을 검토6. 운전시 유의사항2차측에 접속부하가 있는 변압기를 1차측에서 전원을 투입할 경우 또는 사고발생 및 제거시에도 여자돌입전류가 생기지만 그다지 큰 값은 아니다.작업 또는 점검후 송전시에 계전기(OCR)가 동작할 경우 설비를 점검하여 이상 이없으면 일단 돌입전류의 가능성이 있으므로 동작협조를 재검토해야 한다.

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