변류기

변류기(CT)는 교류(AC)를 줄이거나 증배하는 데 사용되는 변압기의 한 종류입니다.프라이머리 전류에 비례하는 세컨더리 전류를 생성합니다.

전류 변압기는 전압 또는 전위 변압기와 함께 계측기 변압기입니다.계측기 변압기는 전압 또는 전류의 큰 값을 계측기 및 보호 릴레이에 다루기 쉬운 표준화된 작은 값으로 조정합니다.계측기 변압기는 측정 또는 보호 회로를 기본 시스템의 고전압으로부터 격리합니다.변류기는 1차 전류에 정확히 비례하는 2차 전류를 공급합니다.변류기는 프라이머리 ^[1]회로에 무시할 수 있는 부하를 가합니다.

변류기는 전력 시스템의 전류 감지 장치이며 발전소, 변전소 및 산업 및 상업 전력 배전에 사용됩니다.

기능.

변류기에는 1차 권선, 코어 권선 및 2차 권선이 있지만, 변류기를 포함한 일부 변압기는 공기 코어를 사용합니다.물리적 원리는 동일하지만, "전압" 변압기와 비교한 "전류" 변압기의 세부 사항은 애플리케이션의 다른 요구 사항 때문에 다릅니다.변류기는 정의된 범위에 걸쳐 1차 회로와 2차 회로 내 전류 간의 정확한 비율을 유지하도록 설계되었습니다.

1차 전류는 코어에서 교류 자기장을 생성하고, 2차 전류에서 교류 전류를 유도합니다.프라이머리 회선은 CT 삽입의 영향을 거의 받지 않습니다.정확한 전류 변압기는 2차 전류가 넓은 전류 범위에서 1차 전류와 비례하도록 1차 전류와 2차 전류 사이에 긴밀한 결합이 필요합니다.세컨더리의 전류는 프라이머리(1회전 프라이머리라고 가정)의 전류를 세컨더리의 회전수로 나눈 값입니다.오른쪽 그림에서 'I'는 1차 전류, 'B'는 자기장, 'N'은 2차 전류, 'A'는 AC 전류계입니다.

전류 변압기는 일반적으로 오른쪽 그림과 같이 구리 와이어가 많이 회전하는 실리콘강 링 코어 권선으로 구성됩니다.1차 전류를 전달하는 도체는 링을 통과합니다.따라서 CT의 주 기능은 단일 '회전'으로 구성됩니다.1차 '권선'은 전류 변압기의 영구적인 부분, 즉 노심을 통해 전류를 전달하는 무거운 구리 막대일 수 있습니다.윈도우형 변류기도 일반적입니다.이 변류기는 회로 케이블이 코어의 개구부 중앙을 통과하여 1차 권선을 1회 회전시킬 수 있습니다.정확성을 높이기 위해 1차 도체는 조리개 중앙에 위치해야 합니다.

CT는 프라이머리부터 세컨더리까지의 현재의 비율로 지정됩니다.정격 2차 전류는 보통 1암페어 또는 5암페어로 표준화됩니다.예를 들어 4000:5 CT 2차 권선은 기본 권선의 전류가 4000암페어일 때 5암페어의 출력 전류를 공급합니다.이 비율은 변압기의 한쪽에서 임피던스 또는 전압을 구할 때도 사용할 수 있으며, 다른 한쪽에서 적절한 값을 얻을 수 있습니다.4000:5 CT의 경우 2차 임피던스는 Z = NZ_P = 800Z이고_SP 2차 전압은_S V = NV_P = 800V입니다_P.경우에 따라서는 2차 임피던스가 1차 측으로 참조되어 Zµ = NZ로²_P 확인되기도_S 합니다.임피던스를 참조하려면 초기 2차 임피던스 값에 전류비를 곱하면 됩니다.CT의 2차 권선에는 탭이 있어 비율의 범위를 제공할 수 있습니다.일반적으로 ^[1]5개의 탭이 있습니다.

현재의 변압기의 모양과 크기는 최종 사용자 또는 스위치 기어 제조원에 따라 달라집니다.저전압 단비 계측용 변류기는 링형 또는 플라스틱 성형 케이스입니다.

스플릿 코어 변류기에는 2부 코어 또는 분리 가능한 섹션이 있는 코어가 있습니다.이를 통해 먼저 도체를 분리할 필요 없이 도체 주위에 변압기를 배치할 수 있습니다.분할 코어 전류 변압기는 일반적으로 휴대형, 배터리 작동형 및 휴대용 저전류 계측기에 사용됩니다(오른쪽 아래 그림 참조).

사용하다

전류 변압기는 전류를 측정하고 전력 그리드의 작동을 모니터링하는 데 광범위하게 사용됩니다.전압 리드와 더불어 수익 등급의 CT는 많은 대형 상업 및 산업용 공급 장치에서 전기 유틸리티의 전력 소비량 미터를 구동합니다.

고압 변류기는 자기 또는 고분자 절연체에 장착되어 지면에서 격리됩니다.일부 CT 구성은 고전압 변압기 또는 회로 차단기의 부싱 주변에서 미끄러져 도체를 CT 창 안에 자동으로 배치합니다.

변류기는 전력 변압기의 저전압 또는 고전압 리드에 장착할 수 있습니다.경우에 따라서는 버스 바의 일부를 제거하여 변류기를 교체할 수 있습니다.

많은 경우 여러 CT가 다양한 용도로 "스택"으로 설치됩니다.예를 들어 보호장치 및 수익계측에서는 별도의 CT를 사용하여 계측회선과 보호회선 간의 분리를 제공할 수 있으며 장치에 다른 특성(정확도, 과부하 성능)을 가진 전류변압기를 사용할 수 있습니다.

NEC(National Electrical Code)는 주방과 욕실 등 '습한' 장소에 설치된 콘센트와 실외에 설치된 내후성 콘센트를 보호하기 위해 상업용 및 가정용 전기 시스템에 잔류 전류 장치를 요구합니다.이러한 장치, 가장 일반적으로 접지 고장 회로 차단기(GFCI)는 일반적으로 120V 통전 도체와 중성 리턴 도체를 모두 전류 변압기를 통해 작동하며, 2차 코일은 트립 장치에 연결됩니다.

정상 상태에서는 두 회로 와이어의 전류가 동일하고 반대 방향으로 흐르기 때문에 CT를 통해 순 전류가 0이 되고 보조 코일에 전류가 흐르지 않습니다.공급 전류가 세 번째(접지) 회로 도체(예: 전동 공구의 접지된 금속 케이스가 120V 도체와 접촉하는 경우) 또는 접지(예: 사람이 120V 도체와 접촉하는 경우)로 다운스트림으로 리디렉션되면 중립 리턴 전류가 공급 전류보다 낮아져 양의 순 전류가 흐릅니다.CT를 통해서요.이 순 전류 흐름은 2차 코일에 전류를 유도하여 트립 장치를 작동시키고 회로에 전원을 차단합니다(일반적으로 0.2초 ^{[citation needed]}이내).

부하(로드) 임피던스는 2차 전압이 전류 변압기의 한계를 초과하지 않도록 지정된 최대값을 초과하지 않아야 합니다.전류 변압기의 1차 전류 정격을 초과해서는 안 됩니다.그렇지 않으면 노심이 비선형 영역에 들어가 최종적으로 포화 상태가 될 수 있습니다.이 문제는 프라이머리 AC 사인파의 각 절반(양 및 음)의 전반 종료 부근에서 발생하며 ^[1]정확도가 저하됩니다.

안전.

전류 변압기는 고전압에서 고전류 또는 전류를 모니터링하는 데 자주 사용됩니다.현행 변압기를 사용하는 설비의 안전을 보장하기 위해 기술 표준 및 설계 관행이 사용됩니다.

세컨더리 변압기는 전류를 유효 무한 임피던스로 계속 구동하려고 시도하여 고전압을 발생시켜 작업자의 안전을 해치기 때문에 세컨더리 변압기의 세컨더리를 1차 전류에 있는 동안에는 부하에서 분리해서는 안 됩니다.특정 변류기의 경우 이 전압이 몇 킬로볼트에 도달하여 아크가 발생할 수 있습니다.2차 전압을 초과하면 변압기의 정확도가 저하되거나 파괴될 수 있습니다.1차 플럭스가 2차 플럭스에 의해 취소되지 않기 때문에 개방 동작 시의 출력 전압은 코어 포화도에 의해 제한됩니다.소형 변류기는 명목상 동작 시에 실제로 위험한 전압이 발생하지 않을 수 있습니다.그러나 부하가 켜지는 등의 빠른 과도 전류는 여전히 높은 전류 기울기로 인해 위험한 전압 레벨을 유발할 수 있습니다.^[1]

정확성.

CT의 정확도는 다음과 같은 여러 요소에 의해 영향을 받습니다.

• 부담
• 부담등급/포화등급
• 등급 계수
• 로드
• 외부 전자장
• 온도
• 물리 구성
• 다중 비율 CT의 경우 선택한 탭
• 상변화
• 프라이머리와 세컨더리 사이의 용량성 결합
• 1차 및 2차 저항
• 노심 자화 전류

2차 회로(부하)의 표준 부하와 다양한 유형의 측정에 대한 정확도 등급은 IEC 61869-1에서 등급 0.1, 0.2s, 0.2, 0.5s, 1 및 3으로 정의된다.클래스 지정은 CT 정확도의 대략적인 측정값입니다.클래스 1 CT의 비율(프라이머리 전류와 세컨더리 전류) 오차는 정격 전류에서 1%이며, 클래스 0.5 CT의 비율 오차는 0.5% 이하입니다.위상 오차도 특히 전력 측정 회로에서 중요합니다.각 클래스에는 지정된 로드 ^[1]임피던스에 대해 허용되는 최대 위상 오류가 있습니다.

보호 계전기용으로 사용되는 변류기 또한 시스템 고장 시 릴레이의 정확한 성능을 보장하기 위해 정상 정격을 초과하는 과부하 전류에서 정확도 요건을 갖습니다.등급이 2.5인 CTL400은 정격 2차 전류의 20배(일반적으로 5A × 20 = 100A) 및 400V(IZ 강하)의 2차 권선의 출력을 사용하여 출력 정확도가 2.5% 이내가 되도록 명시합니다.

부담

변류기의 2차 부하를 1차 부하와 구별하기 위해 "부담"이라고 합니다.

CT 미터링 전기 네트워크에서의 부담은 주로 2차 권선에 나타나는 저항 임피던스입니다.IEC CT의 일반적인 부하 등급은 1.5VA, 3VA, 5VA, 10VA, 15VA, 20VA, 30VA, 45VA 및 60VA입니다.ANSI/IEEE 부담 등급은 B-0.1, B-0.2, B-0.5, B-1.0, B-2.0 및 B-4.0입니다.즉, 부하 등급이 B-0.2인 CT는 세컨더리 회선상에서 최대 0.2Ω의 정밀도를 유지합니다.이 사양 다이어그램은 CT의 정격 부담에서 크기 및 위상각 오차 스케일이 포함된 그리드의 정확도 평행사변형을 보여줍니다.전류 측정 회로의 부하에 기여하는 항목은 스위치 블록, 미터 및 중간 도체입니다.과도한 부담 임피던스의 가장 일반적인 원인은 미터와 CT 사이의 도체입니다.변전소 미터가 미터 캐비닛에서 멀리 떨어져 있는 경우 케이블 길이가 너무 길면 큰 저항이 발생합니다.이 문제는 2차 전류가 낮은 두꺼운 케이블과 CT(1A)를 사용함으로써 줄일 수 있습니다.이러한 케이블과 CT는 모두 CT와 미터링 ^[1]장치 사이의 전압 강하를 줄입니다.

무릎점 코어 포화 전압

변류기의 무릎 지점 전압은 출력 전류가 선언된 정확도 내에서 입력 전류를 선형적으로 따르지 않는 2차 전압의 크기입니다.테스트에서 전압이 보조 단자에 인가되면 무릎 지점에 도달할 때까지 인가 전압에 비례하여 자화 전류가 증가합니다.무릎 지점은 인가 전압이 10% 증가하면 자화 전류가 ^[2]50% 증가하는 전압으로 정의됩니다.무릎 지점보다 큰 전압의 경우 2차 단자에 걸쳐 전압이 약간 증가하더라도 자화 전류가 상당히 증가합니다.무릎 지점 전압은 일반적으로 정확도가 훨씬 높지만 전류 변압기 정격의 매우 작은 범위(일반적으로 정격 전류의 1.2배 ~ 1.5배) 내에서 제한되기 때문에 계측 변류기에 덜 적용됩니다.단, 무릎 지점 전압의 개념은 보호 전류 변압기가 정격 ^[3]전류의 20배~30배에 해당하는 고장 전류에 노출되기 때문에 보호 전류 변압기와 매우 관련이 있다.

위상 편이

이상적으로는 변류기의 1차 전류와 2차 전류가 일치해야 합니다.실제로는 불가능하지만 일반 전원 주파수에서는 10분의 2, 3도의 위상 편이가 가능한 반면 단순한 CT에서는 최대 ^[4]6도의 위상 편이가 있을 수 있습니다.전류 측정의 경우 전류계는 전류의 크기만 표시하므로 위상 편이는 중요하지 않습니다.그러나 와트미터, 에너지미터 및 역률미터에서는 위상 편이 오류가 발생합니다.전력 및 에너지 측정의 경우 단일 역률에서는 오차가 무시할 수 있는 것으로 간주되지만 역률이 0에 가까워질수록 오차는 더욱 심각해집니다.역률이 0일 경우 표시된 전력은 전적으로 변류기의 위상 ^[4]오류에 기인합니다.전자 전력 및 에너지 계량기의 도입으로 전류 위상 오차를 ^[5]교정할 수 있게 되었습니다.

건설

막대형 변류기에는 1차 회로의 전원 및 부하 연결을 위한 단자가 있으며, 변류기의 본체는 1차 회로와 접지 사이에 절연 기능을 제공합니다.오일 절연 및 자기 부싱을 사용하여 이러한 변압기를 최고 전송 ^[1]전압으로 인가할 수 있습니다.

링형 변류기는 버스바 또는 절연 케이블 위에 설치되며 2차 코일의 절연 수준이 낮습니다.비표준 비율 또는 기타 특수한 목적을 위해 프라이머리 케이블을 여러 번 링에 통과시킬 수 있습니다.케이블 재킷에 금속 실드가 있는 경우 정확성을 보장하기 위해 링을 통과하는 순 피복 전류가 없도록 실드를 절단하여 순 피복 전류가 링을 통과하지 않도록 해야 합니다.3상 설비와 같이 접지 결함(제로 시퀀스) 전류를 감지하는 데 사용되는 변류기는 링을 통과하는 3개의 1차 도체를 가질 수 있습니다.순 불균형 전류만 2차 전류를 생성합니다. 이 전류는 통전된 도체에서 접지까지의 고장을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.링형 변압기는 일반적으로 건식 절연 시스템을 사용하며, 2차 권선 위에 딱딱한 고무 또는 플라스틱 케이스를 씌웁니다.

일시적인 접속의 경우, 스플릿 링 타입의 변류기를 분리하지 않고 케이블에 미끄러뜨릴 수 있습니다.이 유형은 케이블 위에 설치할 수 있는 힌지 섹션이 있는 라미네이트 철심입니다. 이 코어는 1차 회전으로 생성된 자속을 여러 번의 회전을 통해 2차 권선에 연결합니다.힌지 세그먼트(segment)의 갭은 부정확성을 초래하기 때문에, 이러한 디바이스는 통상, 수익 계측에 사용되지 않습니다.

변류기, 특히 고전압 변전소 서비스를 위한 변류기는 2차 권선에 여러 개의 탭이 있어 동일한 장치에 여러 개의 비율을 제공할 수 있습니다.이는 스페어 유닛의 인벤토리를 줄이거나 설비의 부하 증가를 허용하기 위해 수행할 수 있습니다.고전압 변류기에는 동일한 1차 권선을 가진 여러 개의 2차 권선이 있어 별도의 계량 및 보호회로를 허용하거나 다른 유형의 보호장치에 접속할 수 있다.예를 들어 분기 과전류 보호를 위해 1개의 2차 권선을 사용하고, 버스 차동 보호 스킴에서 2차 권선을 사용하고, 전력 및 ^[1]전류 측정에 3차 권선을 사용할 수 있다.

특수 유형

펄스 전력 시스템 내에서 고주파 또는 펄스 전류의 파형을 측정하기 위해 특별히 제작된 광대역 변압기(일반적으로 오실로스코프와 함께)도 사용됩니다.전원 회로에 사용되는 CT와 달리 광대역 CT는 1차 전류의 암페어당 출력 전압으로 정격화됩니다.

부하 저항이 측정 주파수에서 2차 권선의 유도 임피던스보다 훨씬 낮으면 2차 권선의 전류가 1차 전류를 추적하고 변압기가 측정된 전류에 비례하는 전류 출력을 제공합니다.한편, 이 조건이 참이 아닌 경우, 변압기는 유도성이며 차동 출력을 제공합니다.Rogowski 코일은 이 효과를 사용하며 측정된 전류에 비례하는 전압 출력을 제공하기 위해 외부 적분기가 필요합니다.

표준

최종적으로 고객의 요건에 따라 현재의 변압기가 설계되는 주요 표준은 두 가지가 있습니다.IEC 61869-1 (과거 IEC 60044-1) 및 IEEE C57.13 (ANSI) (캐나다와 호주 표준도 ^[1][6]인정된다)

고전압 타입

변류기는 고압 변전소 및 전기 그리드의 보호, 측정 및 제어를 위해 사용됩니다.개폐장치 내부 또는 기기 부싱에 전류 변압기를 설치할 수 있지만, 독립형 실외 변압기가 사용되는 경우가 매우 많습니다.스위치야드에서 활탱크 변류기는 인클로저의 상당 부분에 라인 전압으로 통전되며 절연체에 장착되어야 합니다.데드 탱크 변류기는 측정된 회로를 인클로저로부터 격리합니다.1차 도체가 짧기 때문에 안정성이 향상되고 단락 전류 정격도 높아지므로 활선 탱크 CT가 유용합니다.1차 권선은 자기 코어 주위에 균등하게 분포되어 과부하 및 과도기에 대한 성능이 향상됩니다.활탱크 변류기의 주요 절연체가 1차 도체의 열에 노출되지 않기 때문에 절연수명과 열안정성이 ^[1]향상된다.

고전압 변압기에는 각각 다른 목적(계량 회로, 제어 또는 보호 ^[7]등)을 위해 2차 권선이 있는 여러 개의 코어를 포함할 수 있습니다.중성전류변압기는 변압기의 와이 중성점에서 중성선을 통과하는 고장전류를 측정하기 위해 접지고장보호용으로 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 인스트루먼트
• 트랜스포머 타입
• 전류 감지 기술

레퍼런스

• Guile, A.; Paterson, W. (1977). Electrical Power Systems, Volume One. Pergamon. p. 331. ISBN 0-08-021729-X.

외부 링크

• 전류 변압기
• 전류 변압기 테스트