GPT의 한류저항기(CLR) 사용역할 ② - GPT 3차 오픈△단자측 제3고조파 발생을 방지하는 역할

GPT의 한류저항기(CLR) 사용역할 ② - GPT 3차 오픈△단자측 제3고조파 발생을 방지하는 역할

 

 

1. GPT 3차 오픈△단자측 제3고조파 발생을 방지하는 역할

1) 변압기류의 제3고조파

① 변압기류의 자화곡선과 히스테리시스 곡선 형성

○ 자화곡선 : 자기장 H[A/m]에 대해 철심 중의 자속밀도 B[Wb/m2]이 변화되는 상태. B-H 곡선

○ 히스테리시스곡선 : 그림(Fig01)의 (a)에서 DC전류를 가감하면 그림(Fig01)의 (c)와 같이 자속변화에 따라 자기장의 변화가 형성된다.

< Fig01. 변압기 철심의 자화곡선 및 히스테리시스 곡선 >

 

② 변압기류의 제3고조파의 발생

변압기류(Tr, PT, GPT등)의 자화특성은 직선적이 아니고 또한 히스테리시스현상이 있기 때문에 변압기에 정현파교류전압을 인가하는 여자전류는 많은 기수조고파를 함유한 왜곡파형이 된다. 그림(Fig02)의 (a)와 같은 정현파의 자속을 만들어내는 여자전류는 (c)와 같은 기수고조파를 포함한 대칭 왜형파 전류가 된다.

또한, 여자전류는 이 기수 고조파 중에서도 저차의 제3고조파 성분의 비율이 크다. 정현파의 전압을 유기하기 위해서는 자속이 정현파가 될 필요가 있으므로 (c)와 같은 제3고조파를 포함한 여자전류가 필요해 진다.

< Fig02. 변압기류 히스테리시스 특성곡선 >

 

변압기류에 의해 발생된 각 고조파의 크기는 철심의 재질과 자속밀도에 따라 다르지만 보통의 사용상태에서 대략 표1과 같이 된다.

 

< 표1. 변압기류 여자전류에 의한 고조파 예 >

고 조 파	열간압연 규소강판	냉간압연규소강판
기본파	1	1
제3조파	0.15～0.55	0.4～0.5
제5조파	0.03～0.25	0.10～0.25
제7조파	0.02～0.10	0.05～0.10
제9조파	0.005～0.02	0.03～0.06
제11조파	0.1 이하	0.01～0.03

표1에서 제3고조파 성분이 많다는 것을 알 수 있는데, 변압기 △권선을 둠으로써 제3고조파 전류는 △권선내를 순환하기 때문에 제3고조파 전류는 흡수된다.

제5고조파 이상의 성분은 아주 미량이기 때문에 문제가 되지 않는다.

 

2) GPT 3차측 각 상의 제3고조파 분석 및 합성

 

< Fig03. 각 상의 제3고조파 및 합성 >

 

3) CLR 저항이 설치 된 경우 제3고조파 흐름

그림(Fig04)에서와 같이 3고조파 전류는 GPT3차코일과 CLR저항을 흘러 GPT내부에서 환류(還流)하므로 계전기(OVGR, SGR)에 영향을 미치지 않는다.

즉 계전기 전압단자측으로는 제3고조파가 제외된 계전기 여자전류(ix(A))만이 흐르게 되는 것이다.

 

< Fig04. GPT3차측 고조파전류 흐름도 >

 

4) CLR 저항이 미설치 된 경우 제3고조파 흐름

3고조파 전류는 그림(Fig05)과 같이 계전기(OVGR, SGR 전원단자)의 여자전류ix(A)에 함류되어 흐르게 된다. 이는 계전기가 제3고조파 전류로 인해 오동작 할 수 있는 여건이 된다.

 

< Fig05. GPT3차측 고조파전류 흐름도 >

 

결론은 GPT 3차측에 CLR를 부설하므로서 계전기(SGR)측에 제3고조파 영향을 받지 않는 것이다.(CLR이 제3고조파 흡수 역할을 함.)

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2. 중성점 이상 전위진동, 중성점 불안정 이상현상 억제역할

1) CLR이 없는 경우

○ CLR이 없는 경우 계통의 전위중성점은 GPT내부 임피던스 및 케이블 길이에 따른 선로 충전용량에 의해 중성점이 결정이 된다.

그림(Fig06)는 CLR이 없는 상태의 회로도이며 선로 충전용량의 등가회로는 그림(Fig07)과 같다.

 

< Fig06. CLR이 미 취부된 비접지 회로 >

 

< Fig07. 선로충전용량 회로 및 벡터도 >

 

○ 만약 R상에서 지락이 된 뒤 다시 원상복구가 되었다고 한다면 R상의 대지정전용량C(㎌)는 상당기간동안(수 분 동안) 다른상(S, T상)에 비해 적다.

이는 선로 각상과 대지간의 절연이 공기 및 케이블절연체이기 때문에 R상이 지락이 되면 R상의 대지정전용량C(㎌)가 바로 0(㎌)이 되었다가 지락사고가 제거되거나 지락이 원상복구 되면 R상의 대지정전용량이 바로 원상복구가 되는 것이 아니고 수 분 동안에 거처 원상태로 되기 때문이다.

R상 대지정전용량C(㎌)가 변화된 기간동안 각 상의 대지정전용량은 R상에 의해 다르기 때문에 3상 중성점 이동이 불가피하게 된다.(그림(Fig08) 참조)

 

 

< Fig08. R상 지락복구시 대지정전용량 변화시간 및 복구시간동안의 영상전압 벡터도 >

 

2) CLR이 있는 경우

CLR를 1차로 등가변환하면 그림15처럼 대지정전용량C(㎌)와 병렬회로로 등가변환 할 수가 있다.

 

< Fig09. CLR 1차로 환산된 GPT1차 등가 회로 >

 

이 등가 회로에서 대지정전용량C(㎌)는 등가 변환된 CLR저항 r보다 값이 아주작은 값을 가지기 때문에 지락복구시(선로용량C(㎌) 변화) 영상전압은 거의 변화하지 않은 것이다.

따라서 CLR를 설비하므로서 중성점 이상 전위진동, 중성점 불안정 이상현상를 억제하게되는 것이다.