한전 CT 용량

우리나라 전력공급망 계통도 (출처:한국전력공사) 위 그림처럼 발전소에서 생산된 전기들은 송전선로를 통해 각 지역별로 공급된다. 이때 송전용량 초과나 고장전류 발생 시 차단기 동작 및 보호협조 목적으로 변압기에 설치되는 기기가 바로 CT다. 보통 2차측 전류 측정용으로 적용되며 사고전류 검출 후 신속히 차단기로 트립 신호를 전송하여 단락사고로부터 설비를 보호하는데 큰 역할을 한다. 일반적으로 주상변압기는 정격전압 3상 4선식 220/380V 를 기준으로 22.9kV 로 승압되어 배전용 변압기로 주로 사용되고 있으며 내구성 확보를 위해 절연유를 순환시켜 냉각시키는 방식을 채택하고 있다. 이러한 전압특성 외에도 부하율 변화에 따른 과도현상 특성 분석 또한 매우 중요하다. 따라서 현장에서는 PT 와 CT 의 조합으로 구성하거나 이를 하나의 장치로 통합한 비접지형 계기용 변성기를 이용하기도 한다. 본 기고에서는 한전 표준규격서 상의 CT 종류별 특징 과 선정방법 그리고 주요 설계 고려사항에 대해 기술하고자 한다.

2020년 3월 10일 이후 대한민국 전역에서는 블랙아웃이라는 초유의 사태가 발생하였다. 이로 인해 전국 각지 주요 산업단지 및 공공기관들은 전력공급 제한 조치라는 행정명령을 받게 되었다. 하지만 일부 기업체에선 비상발전기조차 제대로 작동하지 않아 업무상 막대한 손실을 입기도 하였다. 그렇다면 왜 이러한 일이 발생했을까? 바로 각 사업장별 전기사용량 측정방식 차이로부터 기인되었다. 일반적으로 우리나라 모든 공장에서의 전기사용량 측정방식은 최대수요전력계 또는 피크계량기로 불리는 CT (Current Transformer) 방식을 채택하고 있다. 여기서 CT란 전류형 계기용 변압변류장치로서 말 그대로 전압 대신 전류를 이용하여 계량하는 장치다. 즉 현재 국내 대다수 업체뿐만 아니라 해외에서도 보편적으로 사용되고 있는 계측기다. 그럼 도대체 CT 라는 장치는 무엇이며 어떠한 원리로 동작하기에 해당 기기 고장 시 심각한 문제를 야기할 수 있는지 알아보자.

우선 CT 의 기본원리를 이해하려면 먼저 후크(Hook) 법칙을 알아야 한다. 후크 법칙이란 1831년 영국의 물리학자 제임스 클라크 맥스웰이 발견한 이론으로서 간단히 설명하면 다음과 같다. 일정한 자기장 내에서 도선에 흐르는 전류밀도 는 자속밀도와 비례한다는 내용이다. 쉽게 말해 자석 주변에 코일을 놓고 전류를 흘리면 유도전류가 발생하는데 이때 생기는 힘이 바로 기전력이고 이것이 곧 에너지 변환 과정임을 뜻한다. 따라서 CT 란 교류전압을 직류전압으로 바꿔주는 일종의 전자석 이라고 볼 수 있다. 좀 더 자세히 살펴보면 내부 구조는 크게 세 개의 권선으로 구성되어 있는데 각각 1차측 과 2차측 그리고 접지 측 으로 나뉜다. 이중 1차측 은 계전기 와 연결된 선으로써 부하설비 에 공급되는 전원 을 담당한다. 참고로 CT 에는 정격용량 이라는 개념이 존재하는데 만약 허용범위 를 초과한다면 사고 가 발생할 수도 있으니 주의해야 한다. 이어서 2차측 은 출력부 로써 주로 차단기 와 연결된다. 마지막으로 접지 측 은 대지 간 전위차를 0V 로 유지시켜 주는 역할을 한다. 이렇게 만들어진 CT 는 평상시엔 정상 상태를 유지하다가 단락사고 나 지락사고 , 결상사고 등 이상 상황이 발생하면 순간적으로 절연파괴 현상이 일어난다. 그러면 차례로 영상고조파 와 저역률 특성곡선 에서 알 수 있듯이 높은 주파수 성분의 파형이 나타나게 된다. 더불어 위 그림에서처럼 임피던스 변화 곡선 역시 상승 하게 되는데 이게 바로 트립코일 여자현상 이다. 물론 앞서 말한 바와 같이 CT 자체 결함보다는 외부 요인에 의해 나타나는 현상이지만 어쨌든 안전 측면 에서는 결코 바람직하지 않다. 그러므로 만일 CT 설치 계획이 있다면 반드시 전문가와 상의 후 결정하길 바란다.