AC 고장전류에 포함된 DC 성분과 CT 포화

계통고장 발생 시 AC 고장전류에는 DC 요소가 포함되어 있습니다.

이 DC 요소는 CT 포화에 가장 큰 영향을 미치게 됩니다.

이러한 특징을 가진 DC 성분이 어떻게 발생되는지 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

1. 전제 조건과 전류 특성

 

#전제조건

DC 성분이 발생되는 이유는 두 가지 전제 조건에서 출발합니다.

 

1. 인덕턴스 내에서는 급격한 전류변화가 있을 수 없습니다.
2. 고장전후의 정상상태 전류는 그 전류가 흐르고 있는 계통의 PF만큼 반드시 뒤지거나 앞선 전류의 형태를 보입니다.

 

#전류 특성

인덕턴스(L)에 전류(i)가 흐를 경우 전류변화가 연속적이라는 사실은 알고 계실 겁니다.

위와 같은 두 가지 전제를 가지고 아래 그림을 살펴보겠습니다.

 

90도 지연 전류

 

저항 성분의 부하에 전류가 흐를 경우 전압과 전류의 위상은 [그림 1]에서 $V$와 $i_{L}$처럼 동상을 이룹니다.

그런데 t=0인 순간 부하를 순 인덕턴스(L) 부하로 바뀌었다고 하면, 그 순간 전류는 90도 지상전류로 바뀌어야 하지만 그렇게 되면 첫 번째 전제에 위반됩니다.

 

고장 전류

 

즉, 전기적인 특성으로 인해 [그림 2]처럼 연속적인 변화특성을 가질 수밖에 없습니다.

 

 

2. Off-set과 CT 포화

 

 

 

#Off-set

t=0인 순간부터 흐르는 이론적인 전류[그림 1]와 실제 흐르는 전류[그림 2]의 차이를 Off-set이라고 합니다.

Off-set의 형태를 보면 처음이 가장 크고 차츰 작아져서 지수함수적으로 사라지는 특성[그림 3]을 가지고 있습니다.

 

Off-set

 

이런 비 정현적인 요소(DC 성분)가 사라지는 시간을 시정수 T= L/R라 합니다.

시정수의 크기는 지락 고장인 경우 선로임피던스와 영상 임피던스(Z_{o})를 합한 값에 반비례합니다.

또한, 이러한 고장 전류를 분석하여 나누어 보면 위에서 언급한 DC 성분과 정현파인 AC 성분으로 구성되어 있음을 알 수 있습니다.

 

#CT 포화

DC 성분과 AC 성분을 나누어서 표현한 그림은 아래와 같습니다.

 

두 성분의 분리

 

특히 DC 성분은 고장 당시 1차 계통의 인덕턴스 L에 의해 시정수(T=L/R)가 달라지므로 CT의 포화의 가장 큰 원인으로 작용합니다.

고장 시 발생되었다가 이내 사라지는 이 DC 성분이 사라지면서 만들어낸 자속이 CT 포화에 가장 큰 영향을 미치게 되는 것입니다.

 

발전소 구내에서 고장이 발생할 경우 CT가 자주 포화하는 현상을 볼 수 있는데 바로 이러한 이유 때문입니다.

 

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