[논문]EMTP-RV를 이용한 CT포화 모델링

강용철; 최재선; 정태영; 강해권; 장성일; 김용균; 유영식

[국내논문] EMTP-RV를 이용한 CT포화 모델링
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강용철 (전북대) , 최재선 (전북대) , 정태영 (전북대) , 강해권 (전북대) , 장성일 (전북대) , 김용균 ((주)한국 IED) , 유영식 (한국전력거래소)

A protection current transformer (CT) has been widely used for protection devices. When a fault occurs, a CT should provide the faithful reproduction of the primary fault current. However, a CT may saturates due to the magnitude of fault current, dc component primary time constant and the remanent flux of the iron core, and the secondary current of a CT is distorted. The distorted current can cause mal-operation or the operating time delay of a protection relay. This paper provides a modeling of CT saturation using EMTP-RV. The performance of the proposed CT saturation modeling was investigated under various fault conditions varying the fault distance, fault inception angle, and remanent flux of the iron core. The results indicate that the proposed EMTP-RV modeling can operate correctly, and the reasons for CT saturation are verified by EMTP-RV simulations.

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문제 정의

본 논문에서는 CT 포화현상을 분석하기 위한 모델링 방법을 소개하였다. 먼저, CT의 전류에 관한 식을 등가회로, 라플 라스 변환과 역 라플라스 변환을 거쳐 최종적으로 자속에 관한 식을 유도했다.
먼저, CT의 전류에 관한 식을 등가회로, 라플 라스 변환과 역 라플라스 변환을 거쳐 최종적으로 자속에 관한 식을 유도했다. 이 식을 통하여 CT포화의 원인을 알아보고 본 CT포화 모델링에서 이 원인에 의해 CT포화현상이 발현되 는지를 사례연구를 통하여 알아보았다.
사례1에서 사고거리를 짧게 한 근거리사고를 모의 하였다. 사고거리를 짧게 하여 단락전류의 크기에 대한 CT포화 여부를 판별할 수 있는 단락전류에 대한 사례이다. 그림 7a를 보면 1차 측 전류와 2차 측 전류가 포화 에 의해서 차이를 보임을 알 수 있다.
본 논문에서는 기존 EMTP-RV 이용하여 CT포화를 모델링 방법에 대하여 제시하였다, EMTP-RV의 Hysteresis fitter와 Hysteretic reactor를 이용해 CT포화 모델링을 여러 포화의 원 인에 따라 사례연구를 하였고 이를 통하여 본 모델링의 타당 성을 검증해 보았다.

가설 설정

사고 발생시 (이의 1차 전류는 식 (1)과 같이 나타낼수 있고 이를 이용해 CT의 자속을 구할 수 있다. 계산의 편의를 위해 권선저항과 누설인덕턴스가 없다고 가정한다. 구해진 자속 은 식 (1)과 같다.

제안 방법

본 논문에서는 CT 포화현상을 분석하기 위한 모델링 방법을 소개하였다. 먼저, CT의 전류에 관한 식을 등가회로, 라플 라스 변환과 역 라플라스 변환을 거쳐 최종적으로 자속에 관한 식을 유도했다. 이 식을 통하여 CT포화의 원인을 알아보고 본 CT포화 모델링에서 이 원인에 의해 CT포화현상이 발현되 는지를 사례연구를 통하여 알아보았다.
위와 같은 방법으로 CT의 포화모델링을 검증하기 위해서 그림 4와 같은 345kV 2모선 송전계통을 구성하여 A상 지락사 고를 통해서 모의해 보았다. 사고지점은 P모선 측 기준으로 변 경 하였으며 계통 주파수는 60Hz이며, 주기당 384샘플을 사용하였다.
사고지점은 P모선 측 기준으로 변 경 하였으며 계통 주파수는 60Hz이며, 주기당 384샘플을 사용하였다. CT는 등급 C400, 과전류정수 20, 포화점 1.512V& 2.047A인 CT를 사용하였고 모선양단에 각각 CT를 설치하여 CT의 포화를 알아보았다. EMTP-RV에서 모의 계통을 그림 5와 같이 모델링 하였다.
CT포화의 원인 중 단락전류의 크기에 따른 포화특성을 보 기 위해 사고거리를 달리하여 시뮬레이션 하였으며, DC offset 에 의한 특성을 고려하기 위해 사고위상각을 변경해 보았고, 초기 찬류자속을 변경하여 CT포화현상이 본 모델링에서 정확 히 발현되는지를 알아보았다. CT포화원인 중 1차시정수는 계 통이 정해지면 고정된 값을 갖게 되므로 모의에서 제외 하였다.
사례1에서 사고거리를 짧게 한 근거리사고를 모의 하였다. 사고거리를 짧게 하여 단락전류의 크기에 대한 CT포화 여부를 판별할 수 있는 단락전류에 대한 사례이다.

대상 데이터

위와 같은 방법으로 CT의 포화모델링을 검증하기 위해서 그림 4와 같은 345kV 2모선 송전계통을 구성하여 A상 지락사 고를 통해서 모의해 보았다. 사고지점은 P모선 측 기준으로 변 경 하였으며 계통 주파수는 60Hz이며, 주기당 384샘플을 사용하였다. CT는 등급 C400, 과전류정수 20, 포화점 1.

성능/효과

마지막으로 잔류자속에 의한 CT포화를 알아보는 사례 이다 1, 2차 측 전류 파형에서 포화현상을 알 수 있고, 그림 9b에서 자속 L714Vs로 포화점을 초과하고 역시 그림 9c에서 여자전류 최대 순시값은 19.527A로 포화점을 초과하여 포화현상이 나타남을 알 수 있다

후속연구

이러한 CT포화 모델링 방법은 계통보호계전기에서 사고 시 발생할 수 있는 왜곡된 측정 전류에 대한 보다 정확한 분석을 위하여 활용될 수 있을 것으로 기대 된다.

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