154kV 변압기 무부하 및 부하시 여자돌입전류의 이해

신설되는 변전소에는 변압기, GIS, 각종 계전기, 감시설비 등이 설치됩니다.

중요 설비인 변압기를 최초 가압 시에는 예상치 못한 돌입전류가 발생할 수도 있습니다.

154kV 변압기의 무부하 및 부하시 여자돌입전류에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

 

핵심요약입니다.

1. 여자돌입전류 : 왜형파, 정상값은 수배 ~ 수십 배
2. 무부하 변압기 : 전압 0점에서 가장 큰 돌입전류 발생
3. 부하 변압기 : 부하의 영향받아 왜형파 형태로 나타남

 

 

1. 변압기 여자돌입전류

 

변압기에 입력전압을 가한 순간 매우 큰 돌입전류가 생길 수 있습니다.

그 이유는 변압기의 철심에 히스테리시스 특성이 있어 전원을 끊어도 잔류자속이 계속 남아 있기 때문입니다.

이 잔류자속은 자속과 전압의 위상이 90° 벗어나 있기 때문에 교류 1차 입력전압이 0인 점에서 전원을 차단하면 자속은 최대가 됩니다.

즉, 잔류자속은 최대입니다.

 

변압기의 전원을 차단한 후 다시 전원을 투입한 타이밍이 자속을 더욱 증가시키는 위상일 때 변압기의 자속밀도는 포화자속밀도까지 도달합니다.

변압기 1차 권선은 인덕턴스가 저하하여 매우 큰 돌입전류가 흐르게 됩니다.

이 전류의 Peak값은 정상값의 수배 ~ 수십 배나 됩니다.

 

참고로 철심 종류에 따라 다르나 냉간압연강판 및 50 MVA급 이상은 4.5배 정도입니다.

 

철심의 히스테리 특성, 잔류자속 관계

 

여자돌입전류는 투입 시마다 다를 수 있고 투입 후 시간이 경과하면 감소합니다.

대용량 변압기의 경우 수 Hz에서 수천 Hz까지 지속되는 경우도 있습니다.

또한 저압용은 휴즈가 용단하거나 개폐기 접점이 용착 하기도 합니다.

 

여자돌입전류는 왜형파이며 다음과 같은 성분함량을 가지고 있습니다.

구분	제2고조파	제3고조파	제5고조파
기본파에 대한 백분율	63%	27%	5%

 

 

2. 154kV 변압기 무부하 여자돌입전류

 

 

 

무부하 변압기의 투입 시 전압 0점에서 가장 큰 돌입전류가 발생합니다.

투입 시 3상의 전압상태에 따라 각 상별 돌입전류가 다르게 나타납니다.

 

돌입전류에는 2고조파가 많이 함유되어 있어, 돌입전류에 의한 비율차동계전기의 오동작을 막기 위한 대책이 필요합니다.

 

• 2고조파 함유율 15% 이상 : 비율차동요소의 동작을 저지하는 방식

 

2고조파가 15%라 해도 동작치 이상의 전류가 흐르면 비율차동계전기는 오동작을 하게 됩니다.

돌입전류 발생의 원인으로는 변압기 철심에 남아있는 DC 성분이 될 수 있습니다.

권선저항 측정 시 DC로 시험하고 반대방향으로 DC를 인가하지 않으면 이와 같은 돌입전류가 크게 발생할 수 있습니다.

 

무부하 여자돌입전류

 

 

3. 154kV 변압기 부하시 여자돌입전류

 

송전선로 등 고장으로 변전소가 순간 무압된 이후 송전선로 재폐로에 의해 차단기가 투입됩니다.

이때, 변압기에 부하가 걸려있는 상태에서 돌입전류가 발생하게 됩니다.

 

돌입전류는 2고조파가 많이 함유되어 2고조파에 의한 변압기 비율차동계전기 동작 저지 방식을 적용합니다.

변압기 무부하시와 마찬가지로 2고조파가 15% 이하일 때, 동작치 이상의 전류가 되면 오동작을 하게 됩니다.

이러한 현상의 방지 방법은 다음과 같습니다.

 

• 2고조파 저지 동작치를 낮게 정정
• 한 개의 상이라도 2고조파가 15% 이상이면 동작을 저지

 

실제 고장 시 비율차동계전기의 부동작을 방지하기 위해 오동작을 감수하더라도 각 상별 2고조파 동작저지방식을 적용합니다.

 

부하시 여자돌입전류

 

부하공급 변압기의 돌입전류는 무부하 돌입전류 형태와 유사하며 부하의 영향을 받아 많이 왜형파 형태로 나타남을 알 수 있습니다.

 

2024.12.22 - [전기/실무] - 변압기 고장 경보 종류 및 동작 조건 | 96P, 96D 및 30F2

변압기 고장 경보 종류 및 동작 조건 | 96P, 96D 및 30F2