전력 계측 및 모니터링 시스템에서는 외부 변류기(CT)가 필요한 에너지 계측기가 어디에나 있습니다. 그것은 큰 전류를 정확하게 감지하는 우리의 "눈"입니다. 그러나 이 정교한 시스템에는 항상 따라야 하는 중요한 규칙이 있습니다. 변류기의 2차측은 개방-회로 조건에서 작동해서는 안 됩니다. 이 기사에서는 이 규칙 뒤에 숨은 원칙과 위험을 자세히 살펴보겠습니다.
변류기의 정상적인 작동 원리
변류기(CT)는 전자기 유도 원리를 기반으로 작동하는 특수한 유형의 변압기입니다. 핵심 설계는 '전류 감소'와 '절연'에 중점을 둡니다.
1. 구조: 일반적으로 폐쇄형 철심, 권수가 적은 1차 권선(주 회로와 직렬로 연결됨), 권수가 많은 2차 권선(에너지 측정기에 연결됨)으로 구성됩니다.
2. 이상적인 상태: 상시 폐쇄 회로에서 CT는 대략 "단락{1}}회로" 상태로 작동합니다. 앙페르의 회로 법칙과 전자기 유도 법칙에 따라 1차 전류 I1은 철심에 교류 자속 Φ를 생성하고, 이는 다시 2차측에 전류 I2를 유도합니다. 그들 사이의 관계는 다음과 같습니다.
I1 × N1=I2 × N2 + Im×N1
여기서 N1과 N2는 1차 권선과 2차 권선의 권선 수이고 Im은 여자 전류입니다. 설계의 큰 여기 임피던스로 인해 Im은 매우 작으므로 이상적인 경우 다음과 같이 단순화할 수 있습니다.
여기서 Kn은 정격변환비, 예를 들면 1000/5A이다. 이때 1차측의 큰 전류는 2차측의 작은 전류(보통 5A 또는 1A의 표준값)로 정확하고 비례적으로 변환되어 기기에 의한 안전한 측정이 가능합니다. 동시에 CT의 2차 회로 전위는 매우 낮아(보통 몇 볼트) 안전 범위 내에 있습니다.
2차측이 개방 회로인 경우의 원리 분석-
느슨한 단자, 단선 또는 테스트 중 우발적인 연결 끊김으로 인해 2차 회로가 개방되면 작동 상태가 치명적인 변화를 겪습니다.
| 작동 조건 | 평상시 닫힘 | 2차 개방 회로 |
|---|---|---|
| 2차 전류 I₂ |
현재, I₁에 비례 | I₂ = 0 |
| 코어 자속 Φ |
I₂에 의해 생성된 감자 자화 플럭스는 코어 플럭스를 효과적으로 억제하여 낮은 수준을 유지합니다. | 억제가 손실됩니다. 플럭스는 극도로 높은 수준으로 빠르게 포화됩니다. |
| 2차 전압 U₂ |
매우 낮음(몇 볼트) | 수 킬로볼트에서 최대 수십 킬로볼트 범위의 유도 고전압 |
| 물리적 성격 | 강한 결합, 깊은 부정적인 피드백: I₂는 Φ의 변화에 강력히 반대합니다. | 피드백 중단, 에너지 축적: 모든 1차 암페어-회전(I₁N₁)이 자화에 사용됩니다. |
핵심 물리적 프로세스는 다음과 같습니다👇:
1. 자기소거 피드백의 소멸:정상 작동 중에 2차 전류 I2에 의해 생성된 자속은 항상 1차 전류 I1에 의해 생성된 자속의 방향과 반대이므로 철심의 결과 자속을 낮은 수준으로 제한하는 강력한 "자기소거" 효과를 생성합니다. 회로가 열린 후 I2=0 및 감자 효과는 즉시 0으로 떨어집니다.
2. 자속의 급속한 포화:불균형 1차 암페어-회전 I1N1은 흥미로운 암페어-회전으로 완전히 변환됩니다. 철심 단면적-은 낮은 자속 밀도를 위해 설계되었으므로 철심은 빠르게 깊은 포화 상태에 들어갑니다.
패러데이의 전자기 유도 법칙에 따르면 교류 자속은 권선에 기전력을 유도합니다. 자속이 급격히 증가하면 매우 높은 전압 U2가 2차 권선에 유도됩니다.
3. 고전압 발생:전력 주파수 조건에서 수백 암페어의 1차 전류에 대해 개방형-2차 측의 유도 전압은 쉽게 수천 볼트에 도달할 수 있으며 극단적인 경우 10킬로볼트를 초과할 수 있습니다.
전류 변압기의 2차측 개방 회로의 위험성.
2차 개방{0}}회로로 인해 발생하는 고전압 및 관련 현상은 일련의 연쇄 반응 위험을 유발할 수 있습니다.-
1. 직원에 대한 감전 위험
2차 배선 단자에는 수천 볼트의 고전압이 존재하므로 심각한 감전 위험이 직접적으로 발생합니다. 유지보수 및 검사 담당자가 적절한 보호 장치 없이 실수로 이러한 단자를 만지면 감전될 수 있습니다.
2. 장비 손상
● 절연파괴: 고전압은 먼저 2차 권선 권선 사이, 층 사이 또는 2차 회로와 접지 사이의 절연을 손상시켜 CT의 영구적인 손상을 초래합니다.
● 과열 및 연소: 코어가 포화 상태가 되면 막대한 와전류 및 히스테리시스 손실이 발생하여 코어가 과열됩니다. 이는 권선 절연체를 태울 수 있으며 심지어 화재를 유발할 수도 있습니다.
● 아크 및 폭발: 개방-회로 지점(예: 느슨한 단자)은 고전압 하에서 지속적인 아크를 생성합니다. 아크의 높은 온도는 장비를 손상시키고, 주변의 가연성 물질을 발화시킬 수 있으며, 밀폐된 캐비닛에 축적된 고온-가스가 전기 폭발을 일으킬 수도 있습니다.
3. 시스템 운영에 대한 위험
측정 손실 및 고장: CT-형 전기 계량기의 경우 입력 전류가 0이 되어 전기를 측정할 수 없게 됩니다. 이로 인해 계량된 전력이 손실되고 무역 결제에 대한 분쟁이 촉발될 수 있습니다.
위험한 고전압 스파크: 이는 점화원 역할을 할 뿐만 아니라 생성되는 강렬한 전자기 펄스로 인해 근처 전자 장비에 간섭을 일으킬 수도 있습니다.
결론
변류기(CT)의 2차측에 있는 개방 회로는 전자기 에너지의 격렬한 축적을 유발하며, 이는 궁극적으로 고전압, 강한 아크 및 과열의 형태로 방출됩니다. 이는 물리적으로 치명적인 과정입니다. 따라서 CT 회로와 관련된 모든 작업에서는 "개방 회로 방지" 절차를 엄격히 준수해야 합니다.
동시에 에너지 미터에 연결된 변류기의 2차측도 접지되어야 합니다. 이는 '2차측 개방을 엄격히 금지'하는 것과 함께 CT 운용 및 유지보수에 있어 두 가지 핵심 철칙이다. 접지는 접지선을 통해 고전압을 신속하게 접지로 방전시켜 장비 손상이나 감전 사고를 유발할 수 있는 2차측 전위의 급격한 증가를 방지합니다.