CT의 포화에 따른 계전 신호의 왜곡에 의하여 보호계전기의 오동작이 발생할 수 있는 바, 여자돌입 및 지락고장 시 제시한 J-A 모델을 적용하여 2∼3주기,
250주기의 CT 모델의 성능을 검증하고, 히스테리시스 커브 특성을 분석한다. 먼저, Fig. 1과 같은 모델계통을 EMT인 PSCAD로 모의하였다. 50Hz, 16kVA 11kV/250V 단상 2권선 배전 변압기로, 코어(CT 자성체)에 J-A
모델을 적용하여 CT의 비선형 특성을 시뮬레이션하였다.
3.2 여자돌입
Fig. 4는 무부하 여자돌입시 전압위상각을 0°, 45°, 90°, 135°, 180°로 가변하면서 1/4주기(0.005s) 간격으로, 가압직후 2주기(0.04s)까지의
히스테리시스 곡선 궤적의 비교를 나타낸다. Fig. 4(a)는 전압위상각 0° 가압직후(0.1s), 2주기(0.04s) 동안의 히스테리시스 곡선의 변화를 나타낸다. H, B값은, 1/4주기 동안 (10.800,
-0.618)점에서 시작하여 (46.454, 1.074) 점까지, 1/2주기 동안점에서 시작하여 (46.454, 1.074) 점까지, 1/2주기 동안
(497364.938, 2.784) 점까지, 3/4주기 동안 (-14.459, 1.095) 점까지, 1주기 동안 (-37.693, -0.616) 점까지
각각 변동하였다. 또한, 5/4주기 동안 (41.507, 1.074) 점까지, 3/2주기 동안 (497322.607, 2.784) 점까지, 7/4주기
동안 (-14.459, 1.095) 점까지, 2주기 동안 (-37.694, -0.616) 점까지 각각 변동하였다. Fig. 4(b)는 전압위상각 45° 가압직후 2주기 동안 H, B 값은, 1/4주기 동안 (22.240, 0.167) 점에서 시작하여 (328032.844, 2.571)
점까지, 1/2주기 동안 (280311.079, 2.510) 점까지, 3/4주기 동안 (-24.325, 0.107) 점까지, 1주기 동안 (10.684,
0.167) 점까지 각각 변동하였다. 또한, 5/4주기 동안 (327964.319, 2.570) 점까지, 3/2주기 동안 (280242.750, 2.510)
점까지, 7/4주기 동안 (-24.327, 0.107) 점까지, 2주기 동안 (8.971, 0.092) 점까지 각각 변동하였다. Fig. 4(c)는 전압위상각 90° 가압직후 2주기 동안 H, B값은, 1/4주기 동안 (37.045, 0.800) 점에서 시작하여 (277814.653, 2.507)
점까지, 1/2주기 동안 (-16.854, 0.818) 점까지, 3/4주기 동안 (-45.427, -0.893) 점까지, 1주기 동안 (35.586,
0.796) 점까지 각각 변동하였다. 또한, 5/4주기 동안 (277797.104, 2.507) 점까지, 3/2주기 동안 (-16.854, 0.818)
점까지, 7/4주기 동안 (-45.428, -0.893) 점까지, 2주기 동안 (35.586, 0.796) 점까지 각각 변동하였다. Fig. 4(d)는 전압위상각 135° 가압직후 2주기 동안 H, B값은, 1/4주기 동안 (30.466, 0.999) 점에서 시작하여 (-13.383, 1.043)
점까지, 1/2주기 동안 (-64.159, -1.360) 점까지, 3/4주기 동안 (8.648, -1.450) 점까지, 1주기 동안 (47.375,
0.952) 점까지 각각 변동하였다. 또한, 5/4주기 동안 (-13.348, 1.043) 점까지, 3/2주기 동안 (-64.142, -1.360)
점까지, 7/4주기 동안 (8.648, -1.450) 점까지, 2주기 동안 (47.375, 0.952) 점까지 각각 변동하였다. Fig. 4(e)는 전압위상각 180° 가압직후 2주기 동안 H, B값은, 1/4주기 동안 (-10.800, 0.618) 점에서 시작하여 (-46.455, -1.074)
점까지, 1/2주기 동안 (-497363.914, -2.784) 점까지, 3/4주기 동안 (14.460, -1.095) 점까지, 1주기 동안 (37.693,
0.616) 점까지 각각 변동하였다. 또한, 5/4주기 동안 (-41.507, -1.074) 점까지, 3/2주기 동안 (-497322.581, -2.784)
점까지, 7/4주기 동안 (14.460, -1.095) 점까지, 2주기 동안 (37.694, 0.616) 점까지 각각 변동하였다. Fig. 4와 같이, 자화 돌입시에는 정상상태의 초기와 다르게 투입 전압위상각에 따라 1사분면에서는 자화 자속의 형태가 양의 방향으로 증가하여 포화지점에 도달하거나,
3사분면에서는 자화 자속의 형태가 음의 방향으로 증가하여 포화지점에 도달하는 비대칭적인 궤적임을 알 수 있었다.
Fig. 5는 여자돌입시 전압위상각 가변에 따른 200주기(0.1s∼0.5s) 동안의 히스테리시스 곡선의 비교를 나타낸다. Fig. 5(a)는 전압위상각이 0°인 경우, 포화점의 변화 양상을 나타낸다. 1사분면의 어깨 영역 루프 끝 부분의 값이 매우 큰 것을 알 수 있다.
(10.800, -0.618) 점에서부터 변동하여 양의 방향의 (497364.938, 2.784) 점까지 변동, 음의 방향의 (-37.693, -0.616)
점까지 변동되어 포화점에 도달하였다. Fig. 5(b)는 전압위상각이 45°인 경우, 1사분면의 어깨 영역 루프 끝 부분의 값이 매우 컸으며, (22.240, 0.167) 점에서부터 변동하여 양의 방향의
(699154.475, 3.039) 점까지 변동, 음의 방향의 (-32.051, -0.361) 점까지 변동되어 포화점에 도달하였다. Fig. 5(c)는 전압위상각이 90°인 경우, 1사분면의 어깨 영역 루프 끝 부분의 값이 매우 컸으며, (37.045, 0.799) 점에서부터 변동하여 양의 방향의
(277815.653, 2.507) 점까지 변동, 음의 방향의 (-45.428, -0.893) 점까지 변동되어 포화점에 도달하였다. Fig. 5(d)는 전압위상각이 135°인 경우, 3사분면의 어깨 영역 루프 끝 부분의 값이 매우 큰 것을 알 수 있다.
즉, (30.466, 0.999) 점에서부터 변동하여 양의 방향의 (74.154, 1.496) 점까지 변동, 음의 방향의 (-936.398, -1.904)
점까지 변동되어 포화점에 도달하였다. Fig. 5(e)는 전압위상각이 180°인 경우, 3사분면의 어깨 영역 루프 끝 부분의 값이 매우 컸으며, (-10.800, 0.618) 점에서부터 변동하여 양의
방향의 (37.693, 0.616) 점까지 변동, 음의 방향의 (-497363.914, -2.784) 점까지 변동되어 포화점에 도달하였다. 전압위상각
135° 자화 돌입시 가장 작은 포화점을 보였다.
Fig. 6은 여자돌입시 전압위상각에 따른 1차측 전류의 비교를 나타낸다. 전압위상각에 따라 1차측 전류는 과도 비대칭 형태를 나타내고 2차측 전류는 거의 흐르지
않게 된다.
Table 1은 여자돌입시 전압위상각에 따른 1차측 여자돌입전류의 순시치의 양과 음의 최대치와 실효치의 비교를 나타낸다. 전압위상각의 가변에 따라 순시치 및 실효치가
달라지는데, 이번 모델계통에서는 전압위상각 45˚인 경우 2.251A의 여자돌입전류가 최대인 것을 알 수 있었고, 전압위상각 135°인 경우 가장
작은 과도전류를 보였다.
Fig. 4. Hysteresis curves according to voltage switching angle during magnetizing
inrush (interest period : 2 cycles)
Fig. 5. Hysteresis curves according to voltage switching angle during magnetizing
inrush (interest period : 250 cycles)
Fig. 6. Primary current according to voltage switching angle during magnetizing inrush
Table 1. Comparison of peak value and rms current of primary side during magnetizing
inrush according to voltage switching angle
|
전압위상각
|
최대치[A]
|
실효치[A]
|
|
0˚
|
3.815
|
1.471
|
|
-0.013
|
|
45˚
|
5.353
|
2.251
|
|
-0.013
|
|
90˚
|
2.143
|
0.716
|
|
-0.013
|
|
135˚
|
0.019
|
0.016
|
|
-0.030
|
|
180˚
|
0.013
|
1.471
|
|
-3.815
|
3.3 지락고장
Fig. 7은 2차측에서 지락고장시 전압위상각을 0°, 45°, 90°, 135°, 180°로 가변하면서 200주기(0.1s∼0.5s) 동안의 히스테리시스 곡선의
비교를 나타낸다. Fig. 7(a)는 전압위상각 0° 고장발생시 (-100.969, -1.700) 점에서부터 양의 방향으로 (9.956, -1.404) 점까지 크게 움직이지 않았고,
Fig. 7(b)는 전압위상각 45° 고장발생 시 (15.561, -0.953) 점에서부터 음의 방향으로 (-14.117, -1.249) 점까지 크게 움직이지 않은
것을 알 수 있다. Fig. 7(c)는 전압위상각 90° 고장발생 시 (27.964, 0.143) 점에서부터 음의 방향으로 (-5.780, -0.153) 점까지 크게 움직이지 않았고,
Fig. 7(d)는 전압위상각 135° 고장발생 시 (58.757, 1.242) 점에서부터 음의 방향으로 (-11.244, 0.946) 점까지 크게 움직이지 않았으며,
Fig. 7(e)는 전압위상각 180°인 경우, 고장발생 시 (100.969, 1.700) 점에서부터 음의 방향으로 (-9.956, 1.404) 점까지 크게 움직이지
않은 것을 알 수 있다. 지락고장시에는 여자돌입의 양상과 다르고 오히려 정상상태의 안정화 상태 궤적과 유사한 형태의 궤적임을 알 수 있다. 즉, 전압위상각의
변동에 따른 고장발생 시점에 따라 비대칭 마이너 루프(asymmetric minor loop)를 보였다. 또한, 전압위상각이 0°와 45°인 경우에는
하단에서, 전압위상각이 90°인 경우에는 원점 근처에서, 전압위상각이 135°와 180°인 경우에는 상단에서 각각 변동하는 것을 알 수 있었다.
Fig. 8은 1선지락고장시 전압위상각에 따른 1차측 전류의 비교를 나타낸다. 1차측 전류의 실효치는 95.652A, 2차측 전류의 실효치는 5.519A로,
전압위상각에 따라 1차측 전류 및 2차측 전류의 실효치가 동일한 것을 확인하였다.
Fig. 7. Hysteresis curves according to voltage switching angle during ground fault
(interest period : 250 cycles)
Fig. 8. Primary current and secondary current during ground fault according to voltage
switching angle