KR200205845Y1 - 전류 변환기 보호 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전류 변환기(CT:Current Transformer)에 관한 것으로, 전류 변환기의 2차측 과부하 차단을 위한 전류 변환기 보호 회로가 개시된다.

이를 위한 본 고안은, 2차 전로의 무부하 상태를 검출하고, 상기 무부하 검출 결과에 기초하여 상기 2차 전로의 출력 단자를 쇼트시키는 보호 소자를 구비하되, 상기 보호 소자는 2차 전로의 출력 단자에 병렬 접속된 TNR로 구성하므로서, 전류 변환기의 2차측 부하를 무부하 상태로 유지할 경우, 1차 전로로부터 코아로 작용하는 기전력이 저하되도록 2차 전로의 양단이 쇼트되도록 보호 회로를 구비함에 따라, 전류 변환기의 점검시 2차 전로에 접속되는 회로를 매번 단락해야 하는 불편함이 해소될 뿐만 아니라, 전류 변환기를 보호할 수 있는 효과를 얻는다.

Description

전류 변환기 보호 회로{CIRCUIT FOR PROTECTING THE CT}

본 고안은 전류 변환기(CT:Current Transformer)에 관한 것으로, 보다 상세히는 전류 변환기의 2차측 과부하 차단을 위한 전류 변환기 보호 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 계기용 변성기(Instrument Transformer)는 고전압, 대전류의 1차적인 전기량을 측정계기, 전력계 또는 보호 계전기 등의 접속 장치에 적합한 2차적인 전압 및 전류로 바꾸어 주는 전기 기기로써, 변류기-전류 변환기 (Current Transformer : CT), 계기용 변압기(Potential Transformer : PT) 및 계기용 변압 변류기(Combined Voltage and Current Transformer : PCT)로 구분된다.

여기서 상기 변류기에 관해 살펴 보면, 우선 변류기의 종류로 권선형 계기용 변류기, 막대형 계기용 변류기, 관통형 계기용 변류기, 공심형 변류기 및 영상 변류기로 나뉘어져 있다. 상기 다수 종의 계기용 변류기는 1차측 권선(Primary winding) 과 2차측 권선(Secondary winding) 및 철심으로 구성된다. 1차측 권선은 계기용 변성기의 1차측 권선으로 측정 대상인 고전압 또는 대 전류가 공급되며, 2차측 권선은 계기용 변성기의 2차측 권선으로 계측에 적당한 전압 예컨대, 110, 110/3 .. 볼트 또는 5, 1 암페어로 변성하여 2차측 회로에 공급한다. 상기 1차측 권선과 2차측 권선은 상기 철심을 중심으로 각각 권취되어 있으며, 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 권선형 변류기를 도 1b는 관통형 변류기를 나타내며, 상기 두 변류기의 동작 원리는 상호 동일하다.

먼저 도 1a 및 도 1b를 참조한 변류기는, 사각 형상의 코아(103), 상기 코아(103)의 일측단으로 1차 전원이 공급되는 1차 전로(101)를 권취하여 소정의 턴 수를 갖는 1차 권선(N1)을 형성하고, 상기 1차 전로(101)와 대향되는 상기 코아 (103)의 타측단으로 2차 전원이 유기되도록 2차 전로(105)를 권취하여 상기 턴 수 보다 작은 턴 수를 갖는 2차 권선(N2)을 형성한 권선형 변류기로 구현된다.

한편, 상기 코아(103)를 원형으로 구성한 원형 코아(107)를 구비하고, 상기 원형 코아 (107)의 중앙으로 관통시킨 1차 전로(109) 및 상기 원형 코아(107)의 일측으로 2차 권선(N2)을 구비한 관통형 변류기를 일예로 하여 그 구조를 도시하고 있으며, 이하 설명될 구성에 따른 작용은 상기 권선형 변류기에 국한하여 설명 한다.

<작용 설명>

상기 전류 변환기(CT)의 1차측 전류와 2차측 전류는 다음과 같은 수학식에 의해 1차 권선(N1)으로부터 2차 권선(N2)로의 유도 전류가 형성된다.

여기서, A는 권수비,

Y0는 여자 어드미탄스,

(Z')₂은 2차 임피던스,

Z'는 부하 임피던스,

K는 보정 계수이다.

상기 전류 변환기는 1차 전류의 일부가 철심 중에 자속을 만들기 위해 여자 전류로써 작용하며, 통상의 상태에서 2차 권선(N2)에 유기되는 전압이 낮으므로 철심 중에 자속밀도가 낮고, 손실이 적다. 이 때, 상기 2차 권선(N2)가 오픈 즉, 단락이 되어 있다든지, 측정 부하가 존재하지 않을 경우에는 상기 1차 권선(N1)이 극도로 포화되는데, 수학식 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 마이너스(-)는 1차측 전류로부터 유기되는 2차측 전류가 렌쯔의 법칙에 의거 상호 반전된 전류의 방향을 형성하기 때문이다. 그리고,

여기서, 1차측 전류(I1)은 1차측 부하 전류(I'1) 및 여자 전류(I0)로 구성됨에 따른 것이다.

따라서, 1차측 전류(I1)와 2차측 전류(I2)와의 관계는.

로 표현된다.

결국, 2차 전로(105)가 오픈 상태에서는 상기 2차측 전류(I2)는 0이므로, 1차측 전류(I1)가 전부 여자 전류(I0)로 작용한다. 그리하여, 상기 코아(103)를 구성하는 철심에는 큰 기자력이 작용함에 따라, 극도로 포화되며, 2차 유도 기전력이 매우 크게 되어 권선의 절연이 파괴되거나, 상기 2차측 회로를 개로의 상태로 장시간 유지할 경우 철심이 과열될 위험이 발생한다.

따라서 전류 변환기의 사용중에는 2차 전로(105)를 반드시 단락하거나, 1차측 전원을 차단하여 전류가 흐르지 않게 하고 출력단자를 오픈해야 하는 불편한 점이 야기된다.

본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 고안의 목적은 2차 전로의 오픈시 전류 변환기를 보호할 수 있는 전류 변환기 보호 회로를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 전류 변환기 보호 회로는, 2차 전로의 무부하 상태를 검출하고, 상기 무부하 검출 결과에 기초하여 상기 2차 전로의 출력 단자를 쇼트시키는 보호 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 보호 소자가 상기 2차 전로의 출력 단자에 병렬 접속된 TNR 인 것을 특징으로 한다.

도 1a는 종래 전류 변환기를 일예로 나타낸 구성도이다.

도 1b는 도 1a의 또 다른 일예로 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 고안에 따른 전류 변환기를 나타낸 구성도이다.

도 3은 도 2에 사용되는 TNR의 특성을 나타낸 그래프이다.

<주요 도면에 대한 부호의 설명>

201 : 코아 203 : 1차 전로

205 : 2차 전로 207 : 보호 회로

이하, 본 고안을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 전류 변환기 보호 회로를 나타낸 구성도이다. 도 2를 참조하면, 코아(201), 상기 코아(201)를 중심으로 일단에 1차 전로(203)가 권취되고, 타단으로 상기 1차 전로(203)에 대향되는 2차 전로(205)가 구비되며, 상기 2차 전로(205)의 양단으로 보호 소자(207)가 접속된다.

그리고, 상기 보호 소자(207)와 병렬로 검출 단자(209)가 마련되며, 상기 검출 단자(209)에는 계측 부하가 연결된다.

<작용 설명>

상기 1차 전로(203)로 유입되는 대 전류 고 전압은 코아(201)를 매개체로 하여 상기 2차 전로(205)로 소 전류 저 전압을 유기시킨다. 여기서 상기 유기된 전압을 측정하기 위해 상기 2차 전로(205)에는 5암페어(A), 110볼트(V)로 변환되도록 상기 1차 전로(203)와 2차 전로(205)의 권선비를 설정 제작한다.

상기와 같이 제작된 전류 변환기의 검출 단자(209)를 통해 출력되는 전류 전압을 측정하여 상기 1차 전로(203)에 흐르는 대 전류 고 전압을 측정한다. 따라서 상기 상기 검출 단자(209)에는 계측 기기(미도시함)가 항시 접속되는데, 상기 전류 변환기의 고장 여부를 검출할 경우에는 상기 계측 기기를 분리한다.

상기 계측 기기의 분리는 2차 전로(205)를 오픈 즉, 무부하 상태로 절환시키는 것으로, 상기 무부하 상태에서는 상기 보호 회로(207)가 동작하여, 2차 전로 (205)의 출력단을 쇼트시킨다.

2차 전로의 무부하 상태를 검출하고, 상기 무부하 검출 결과에 기초하여 상기 2차 전로의 출력 단자를 쇼트시키는 것으로, 상기 2차 전로(205)는 폐회로를 형성한다. 2차 전로(205)의 폐회로는 1차 전로(203)로부터 유기되는 유기 전압이 상기 2차 전로(205)로 인가될 수 있는 여건이 형성되는 것이다.

따라서 상기 수학식 4에서 나타낸 바와 같이,

2차측으로 유기되는 전류(I2)가 존재하게 됨에 따라, 1차측 전류(I1)는 모두 여자 전류(I0)로 사용되지 못하는 것이다. 상기 수학식에서 설명되다시피, 2차측 전류(I2)의 생성은 상기 여자 전류(I0) 량을 줄이는 것으로, 코아(201)에 작용하는 기자력을 저하시키며, 이는 2차 유도 기전력을 감소시키는 것이다.

한편, 상기 보호 소자는 TNR을 사용하여, 상기 2차 전로(205)의 출력 단자에 병렬시켜 사용한다. 상기 TNR은 비선형적인 동작을 갖으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 2차 전로(205)의 양단에 가해지는 전압이 기준치를 초과하면 2차 전로(205)의 양단 전류를 도통시키는 것이다.

여기서 상기 TNR은 금속 산화 저항기(Metal Oxide Varistor)로 사용함이 본 고안의 요지에 부합된다.

이상 설명된 바와 같이, 전류 변환기의 2차측 부하를 무부하 상태로 유지할 경우, 1차 전로로부터 코아로 작용하는 기전력이 저하되도록 2차 전로의 양단이 쇼트되도록 보호 회로를 구비함에 따라, 전류 변환기의 점검시 2차 전로에 접속되는 회로를 매번 단락해야 하는 불편함이 해소될 뿐만 아니라, 전류 변환기를 보호할 수 있는 효과를 얻는다.

이상에서 본 고안을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 실용신안 등록 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 일단에 1차 전원이 공급되는 1차 전로를 권취하여 소정의 권수를 갖는 1차 권선이 형성되고, 타단에 2차 전원이 유기되도록 2차 전로를 권취하여 상기 1차측 권 수보다 작은 권 수를 갖는 2차 권선이 형성된 코아;

   상기 코아의 2차 전로의 양단에 병렬로 접속된 기전력 저하 소자를 포함하고,

   여기서, 상기 기전력 저하 소자는 상기 2차 전로가 무부하 상태인 경우, 상기 2차 전로의 출력 단자를 쇼트시켜 1차 전로로부터 상기 코아로 작용하는 유도 기전력를 저하시키는 것을 특징으로 하는 전류 변환기 보호 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기전력 저하 소자는 금속 산화 저항기(MOV)인 것을 특징으로 하는 전류 변환기 보호 회로.