고압 수배전반 계기용변압기 PT 결선방식과 보호계전 적용방법｜Y-Y·V결선·오픈델타 비교
고압 및 특고압 수배전설비에서는 전압을 직접 계전기나 계측기에 연결할 수 없기 때문에 계기용변압기(PT, Potential Transformer)를 사용한다.
PT는 고압 전압을 계측기와 보호계전기가 사용할 수 있는 낮은 전압으로 변성하는 계기용변성기이다.
예를 들어 22.9kV 계통에서 수천 볼트의 전압을 보호계전기 입력단에 직접 인가할 수는 없다.
따라서 PT를 이용하여 1차측의 고압전압을 2차측의 낮은 정격전압으로 변환하고, 이 2차전압을 전압계·전력계·보호계전기 등에 공급한다.
하지만 PT는 단순히 전압을 낮추는 장치가 아니다.
수배전반에서 PT의 결선방식은 어떤 전압을 측정할 수 있는지뿐만 아니라 저전압계전기, 과전압계전기, 지락과전압계전기, 동기검출, 전력량계 등의 보호·계측 기능에 직접 영향을 준다.
특히 PT 결선이 잘못되거나 극성 및 위상관계가 맞지 않으면 정상적인 계통에서도 보호계전기가 비정상적인 전압을 인식할 수 있다.
따라서 PT를 선정할 때는 변압비만 확인할 것이 아니라 계통방식, 결선방식, 접지방식, 정격부담, 정확도, 보호계전기 입력방식 및 2차측 접지까지 함께 검토해야 한다.
PT와 일반 전력용 변압기는 무엇이 다른가
PT와 일반 변압기는 모두 전자유도 원리를 이용하지만 사용목적이 다르다.
일반 전력용 변압기는 부하에 전력을 공급하기 위해 전압을 변환하는 것이 목적이다.
반면 PT는 계측 및 보호를 위해 계통전압을 일정한 비율로 변성하여 계측기와 보호계전기에 전압 정보를 제공하는 것이 주된 목적이다.
따라서 PT의 2차측은 일반적인 전력공급용 변압기처럼 큰 부하를 공급하기 위한 회로가 아니다.
PT의 주요 목적은
전압 측정
전력 측정
전력량 측정
보호계전기 입력
동기검출
지락전압 검출
저전압 검출
과전압 검출
등에 필요한 전압 신호를 제공하는 것이다.
국제적으로 유도형 PT는 IEC 61869-3에서 계측기기 및 보호장치에 사용되는 계기용 변압기에 대한 추가 요구사항을 다룬다. IEC 61869-1은 계기용변성기의 일반 요구사항을 규정하는 상위 규격이다.
PT의 기본 변압비
PT의 가장 기본적인 사양은 변압비이다.
예를 들어 다음과 같은 PT를 생각해보자.
22,900 / 110V
이 경우 이상적인 변압비는
K = V1 / V2
K = 22,900 / 110
이다.
따라서 1차측에 22,900V가 인가되면 2차측에서는 약 110V가 발생하도록 설계된다.
2차전압은 계전기와 계측기가 사용할 수 있는 수준으로 낮아진다.
여기서 중요한 것은 PT의 정격전압과 계통의 실제 전압을 구분하는 것이다.
예를 들어 계통의 선간전압이 22.9kV라고 해서 PT의 각 권선에 무조건 22.9kV가 직접 인가되는 것은 아니다.
PT의 결선방식에 따라 각 상 권선이 받는 전압과 계전기에 전달되는 전압이 달라질 수 있다.
따라서 PT의 명판전압만 확인하지 말고
계통 선간전압
계통 상전압
PT 1차 권선 정격
PT 2차 권선 정격
PT 결선방식
계전기 입력전압
을 함께 확인해야 한다.
PT 결선방식을 결정하는 핵심은 계통의 전압관계이다
PT 결선방식을 이해하려면 먼저 선간전압과 상전압을 구분해야 한다.
3상 Y결선에서 평형계통이라면 선간전압과 상전압의 관계는
V_L = √3 × V_Ph
이다.
여기서
V_L = 선간전압
V_Ph = 상전압
이다.
예를 들어 선간전압이 22.9kV라면 이상적인 평형 Y계통에서 상전압은
V_Ph = 22.9 / √3
약 13.22kV
가 된다.
따라서 PT 결선을 선정할 때 22.9kV라는 계통 선간전압만 보고 PT를 선정해서는 안 된다.
PT가 선간전압을 측정하는지, 각 상의 대지전압을 측정하는지, 또는 영상전압을 검출하는지에 따라 필요한 결선과 정격을 구분해야 한다.
Y-Y 결선의 기본 구조
Y-Y 결선은 3상 PT를 각 상에 배치하여 1차와 2차를 모두 Y결선으로 구성하는 방식이다.
개념적으로
1차측
R상 PT
S상 PT
T상 PT
↓
Y결선
↓
2차측
r상
s상
t상
형태로 구성할 수 있다.
이 방식의 장점은 각 상 전압을 비교적 직접적으로 측정할 수 있다는 것이다.
3상 4선식 계통처럼 중성점이 중요한 시스템에서는 상전압 및 선간전압을 계측하는 데 활용할 수 있다.
또한 각 상의 전압을 보호계전기에 입력하여
저전압
과전압
전압불평형
전력
전력량
등의 기능에 사용할 수 있다.
다만 Y결선에서는 중성점과 접지 관계를 정확하게 이해해야 한다.
PT 2차측의 접지는 계통의 보호와 측정기준에 영향을 주므로 임의로 여러 지점을 접지하는 방식으로 구성해서는 안 된다.
V결선의 기본 원리
V결선은 3상 전압을 측정하기 위해 PT 2대를 사용하는 방식이다.
3상 3선식 계통에서 선간전압 측정이 주목적이라면 V결선을 활용할 수 있다.
V결선에서는 3상 중 두 개의 PT를 이용하여 필요한 선간전압을 얻는다.
예를 들어
R-S 전압
S-T 전압
등을 각각 측정하고 이를 이용하여 3상 계통의 전압관계를 확인할 수 있다.
V결선의 가장 큰 특징은 PT 3대를 사용하는 방식보다 PT 수를 줄일 수 있다는 것이다.
하지만 V결선은 모든 전압을 모든 상황에서 직접 제공하는 방식이 아니므로 필요한 계측 및 보호기능을 먼저 확인해야 한다.
특히 지락보호나 영상전압 검출이 필요한 경우에는 단순 V결선만으로 필요한 정보를 얻을 수 있는지 별도로 검토해야 한다.
Y-Y 결선과 V결선의 차이
Y-Y와 V결선은 단순히 PT 개수의 차이만 있는 것이 아니다.
Y-Y 결선은 각 상 전압을 이용하기 때문에 상별 전압 정보를 확보하는 데 유리하다.
반면 V결선은 3상 3선식 계통에서 선간전압을 얻는 용도로 사용할 수 있으며 PT 수를 줄일 수 있다.
따라서 선택기준은 다음과 같이 접근하는 것이 좋다.
상별 전압 측정이 필요한가
선간전압만 필요한가
3상 3선식인가
3상 4선식인가
중성점 전압이 필요한가
지락전압을 검출해야 하는가
보호계전기가 어떤 전압 입력을 요구하는가
계측기에서 어떤 전압값을 필요로 하는가
이 조건을 먼저 결정한 다음 PT 결선방식을 선정해야 한다.
오픈델타 결선과 영상전압 검출
PT 결선에서 특히 중요한 것이 오픈델타(Open Delta) 또는 잔류전압 검출을 위한 결선이다.
3상 계통에서 세 상의 전압벡터가 정상적인 평형상태라면 세 상 전압의 벡터합은 이상적으로 0이 된다.
이를 개념적으로 나타내면
V_R + V_S + V_T = 0
이다.
그러나 지락사고나 계통의 불평형이 발생하면 세 상 전압의 벡터합이 0이 되지 않을 수 있다.
이때 발생하는 잔류전압을 이용하여 지락사고를 검출할 수 있다.
이러한 원리를 이용하는 대표적인 방법이 PT의 오픈델타 결선이다.
오픈델타 결선의 출력은 계전기에서 지락과전압 또는 영상전압 검출에 활용될 수 있다.
다만 계전기의 명칭과 입력방식은 제조사마다 다를 수 있으므로 실제 설계에서는 계전기 회로도와 입력 정격을 반드시 확인해야 한다.
영상전압과 영상전류는 서로 다르다
PT 결선을 공부할 때 자주 혼동하는 것이 영상전압과 영상전류이다.
영상전류는 앞의 OCGR 글에서 설명한 것처럼 각 상 전류의 벡터합과 관련된 전류이다.
3I0 = I_R + I_S + I_T
반면 영상전압은 각 상 전압의 벡터합과 관련된 전압이다.
3V0 = V_R + V_S + V_T
따라서
CT → 영상전류
PT → 영상전압
이라는 기본적인 구분을 이해하면 보호계전기의 회로구성을 이해하기 쉬워진다.
예를 들어 OCGR은 영상전류를 이용할 수 있고, 지락과전압계전기는 PT의 영상전압을 이용할 수 있다.
물론 실제 보호방식에서는 계전기 종류와 계통 구성에 따라 다른 검출방식을 사용할 수 있으므로 보호기능 명칭만 보고 결선방식을 단정해서는 안 된다.
PT 오픈델타에서 중요한 것은 극성과 위상관계이다
오픈델타 결선은 단순히 PT 3개의 선을 연결하는 방식이 아니다.
각 PT의 극성과 위상관계를 정확하게 맞춰야 정상상태에서 불필요한 출력이 발생하지 않는다.
정상적인 평형계통에서 잔류전압이 거의 0이 되어야 하는데 PT의 극성이나 결선이 잘못되면 정상상태에서도 전압이 발생할 수 있다.
그러면 보호계전기가 실제 지락사고가 없는 상태에서도 지락전압을 검출할 가능성이 있다.
따라서 시운전에서는
PT 극성
PT 변압비
각 상 전압
위상각
오픈델타 출력
계전기 입력전압
을 함께 확인해야 한다.
PT 2차측 접지는 왜 중요한가
PT의 2차측은 저압 회로라고 해서 접지를 임의로 구성해도 되는 것이 아니다.
현행 KEC 322.4는 고압 및 특고압 계기용변성기의 2차측 전로에 대해 KEC 140에 따라 접지하도록 규정하고 있다.
과거의 전기설비기술기준에서는 계기용변성기 2차측 접지를 제1종·제3종과 같은 접지공사 종별로 표현하는 자료가 많았지만, 현재 KEC 체계에서는 과거 접지공사 종별 표현과 현행 접지시스템 기준을 구분해서 이해해야 한다.
따라서 오래된 전기기사 교재나 과거 자료의 “고압 PT 2차측은 제3종 접지”와 같은 표현을 현재 설계에 그대로 적용해서는 안 된다.
현재 설계에서는 KEC 322.4와 KEC 140의 현행 규정을 기준으로 확인해야 한다.
또한 PT 2차측을 여러 지점에서 임의로 접지하면 접지선을 통해 순환전류가 발생하거나 전압측정에 영향을 줄 수 있으므로 접지점의 구성도 회로도에서 명확하게 관리해야 한다.
PT 2차측 접지와 보호계전기 오동작
PT 2차측의 접지상태는 보호계전기 전압입력에 영향을 줄 수 있다.
예를 들어 PT 2차측에서 여러 지점을 접지하거나 서로 다른 보호반의 접지점이 의도하지 않게 연결되면 접지회로를 통해 예상하지 못한 전류가 흐를 수 있다.
또한 PT 2차회로의 배선오류가 발생하면 특정 상의 전압이 비정상적으로 측정될 수 있다.
이때 보호계전기는 실제 계통상태와 다른 전압을 입력받게 된다.
따라서 PT 회로에서 이상이 발생했을 때는
PT 자체 이상
PT 퓨즈 이상
PT 2차 배선
PT 접지
단자대 결선
계전기 입력
계전기 설정
을 순서대로 확인해야 한다.
PT 퓨즈의 역할
고압 수배전반의 PT 1차 및 2차 회로에는 보호와 회로분리를 위한 퓨즈 또는 적절한 보호장치가 적용될 수 있다.
PT는 일반적인 전력용 변압기와 달리 큰 부하를 공급하는 장치가 아니지만 PT 내부고장이나 2차측 회로 이상이 발생했을 때 계통과 PT를 적절하게 보호할 필요가 있다.
또한 PT 2차측 퓨즈가 단선되면 보호계전기에 공급되는 전압이 사라질 수 있다.
이 경우 실제 계통에는 아무 문제가 없는데도
저전압계전기
전압상실 검출
전압불평형 검출
동기검출
전력방향 판단
등에 영향을 줄 수 있다.
따라서 PT 퓨즈 단선은 단순한 계측 불량으로 생각해서는 안 된다.
보호계전기의 전압 입력 자체가 사라진 것이므로 해당 계전기의 보호기능과 차단논리에 어떤 영향을 미치는지 함께 확인해야 한다.
PT 퓨즈 단선과 계전기 오동작을 구분해야 하는 이유
PT 2차 퓨즈가 단선되면 계전기는 실제 계통의 전압이 떨어진 것으로 인식할 수 있다.
예를 들어 실제 계통전압은 정상인데 R상 PT 퓨즈가 단선되었다고 가정해보자.
그러면 계전기에서
R상 전압 감소
상간전압 불평형
전압불평형
또는 저전압
등이 검출될 수 있다.
따라서 보호계전기에서 이상 전압이 검출되었을 때는 실제 계통고장인지 PT 회로 이상인지 구분하는 과정이 필요하다.
이 때문에 일부 보호계전기에는 PT Fuse Failure 또는 VT Fuse Failure와 같은 전압회로 이상 검출기능이 제공되기도 한다.
구체적인 검출논리와 동작방식은 계전기 제조사 및 모델별로 다르므로 해당 계전기 기술자료를 확인해야 한다.
PT와 저전압계전기 27
ANSI 보호기능 번호에서 27은 저전압계전기를 의미한다.
PT에서 공급되는 전압이 설정값보다 낮아지면 계전기가 동작하도록 구성할 수 있다.
저전압계전기의 적용 목적은 설비와 계통에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어
전압상실 감시
모터 보호
자동절체
부하차단
계통 이상 감시
등에 활용할 수 있다.
그러나 27 계전기의 동작만 보고 실제 계통전압이 떨어졌다고 단정해서는 안 된다.
PT 퓨즈 단선
PT 2차회로 단선
계전기 입력 이상
PT 자체 이상
등도 동일한 저전압 신호를 발생시킬 수 있기 때문이다.
따라서 중요한 자동제어 회로에서는 PT 회로 이상과 실제 저전압을 구분하는 논리가 필요할 수 있다.
PT와 과전압계전기 59
ANSI 59는 과전압계전기이다.
PT에서 검출한 전압이 설정값을 초과하면 계전기가 동작한다.
과전압계전기는
계통 과전압
발전기 및 변압기 보호
전압 이상 감시
보호협조
등의 목적으로 사용될 수 있다.
59 계전기 역시 PT의 정확한 전압 입력이 전제되어야 한다.
따라서 PT 변압비가 잘못 설정되면 실제 계통전압과 계전기가 인식하는 전압 사이에 차이가 발생한다.
예를 들어 실제 계통전압은 정상인데 계전기 설정에서 PT 비율을 잘못 입력하면 계전기가 정상전압을 과전압으로 판단하거나 반대로 과전압을 정상으로 판단할 수 있다.
따라서 계전기 정정표에는 PT 비율을 명확하게 기록하는 것이 중요하다.
PT와 지락과전압계전기 59N
지락사고가 발생하면 계통의 접지방식과 사고조건에 따라 상전압의 관계가 변하고 영상전압이 발생할 수 있다.
이때 PT의 잔류전압 검출회로를 이용하여 지락사고를 검출하는 보호방식이 사용될 수 있다.
ANSI 기능번호 59N은 일반적으로 중성점 또는 영상전압 계열의 과전압 보호기능을 나타내는 데 사용된다.
다만 실제 계전기 제조사에 따라 기능 명칭과 입력구성이 달라질 수 있으므로 59N이라는 번호만 보고 회로를 단정해서는 안 된다.
중요한 것은
PT 결선
오픈델타 출력
영상전압 입력
계전기 정정값
접지방식
고장전압
을 하나의 보호계통으로 연결하여 검토하는 것이다.
PT 결선과 계통 접지방식의 관계
PT 결선방식은 계통의 접지방식과도 관련이 있다.
비접지계통
저항접지계통
직접접지계통
등은 지락사고가 발생했을 때 나타나는 전압과 전류 특성이 서로 다르다.
따라서 동일한 PT 결선이라고 하더라도 어떤 접지계통에서 사용하느냐에 따라 보호계전기의 검출특성과 정정방법이 달라질 수 있다.
예를 들어 지락사고 시 영상전압을 이용하는 보호방식에서는 계통의 정상상태 영상전압과 지락사고 시 영상전압의 크기를 함께 검토해야 한다.
따라서 PT 보호계전기 설계에서는 단순히 PT 결선도를 보는 것보다
수전계통 접지방식
중성점 처리
지락전류
PT 결선
영상전압 검출방식
을 함께 검토해야 한다.
PT 정격부담(Burden)의 의미
PT에도 정격부담이 있다.
PT 2차측에는 전압계, 전력계, 보호계전기, 계측장치 등이 연결될 수 있다.
이들 장치가 소비하는 부담이 PT의 정격부담을 초과하면 PT의 정확도에 영향을 줄 수 있다.
따라서 PT 선정 시에는 단순히
22,900 / 110V
와 같은 변압비만 확인해서는 부족하다.
다음 항목을 함께 확인해야 한다.
정격 1차전압
정격 2차전압
정확도 등급
정격부담
계측용인지 보호용인지
연결되는 계전기 수
연결되는 계측기 수
2차 배선길이
2차 배선의 부담
보호기능에서 요구하는 정확도
PT의 실제 부담은 연결된 기기의 입력부담과 배선 등을 종합하여 검토해야 한다.
PT 정확도와 보호계전기 정확도의 차이
PT는 계측용과 보호용에서 요구되는 특성이 다를 수 있다.
계측용 PT는 정상적인 운전범위에서 전압을 정확하게 변성하여 계측기가 올바른 값을 표시하는 것이 중요하다.
반면 보호용 PT는 계통 이상이나 사고상태에서 보호계전기가 판단할 수 있는 전압정보를 적절하게 제공하는 것이 중요하다.
따라서 PT의 정확도 등급을 단순히 하나의 숫자로만 판단하면 안 된다.
실제 적용에서는
정상전압
과전압
저전압
지락사고
보호계전기 입력범위
정격부담
과도상태
등을 고려하여 적절한 사양을 선정해야 한다.
IEC 61869-3은 유도형 전압변성기에 대한 추가 요구사항을 규정하며 전기 계측 및 보호장치에 사용되는 PT를 대상으로 한다.
PT 결선에서 위상각이 중요한 이유
PT는 단순히 전압 크기만 전달하는 장치가 아니다.
전력계와 보호계전기는 전압과 전류 사이의 위상관계를 이용하기 때문이다.
예를 들어 전력은 기본적으로
P = √3 × V × I × cosφ
와 같은 관계로 계산할 수 있다.
따라서 PT의 극성이나 위상관계가 잘못되면 전력계가 잘못된 유효전력을 계산할 수 있다.
보호계전기에서도 전압과 전류의 위상각을 이용하여 방향성을 판단하는 경우가 있다.
이때 PT 위상오류는 보호판단에 직접 영향을 줄 수 있다.
따라서 방향성 OCR이나 전력방향 관련 보호기능에서는 CT와 PT의 위상관계를 함께 확인해야 한다.
PT와 방향성 보호계전기
방향성 보호계전기는 전류의 크기뿐만 아니라 전압과 전류 사이의 위상관계를 이용하여 고장전류의 방향을 판단한다.
이때 CT가 전류정보를 제공하고 PT가 전압 기준을 제공한다.
개념적으로
CT → 전류 크기 및 위상
PT → 전압 크기 및 위상
계전기 → 전압과 전류의 위상관계 분석
이라는 구조가 된다.
따라서 방향성 보호계전기에서는 CT 극성과 PT 극성을 각각 정확하게 확인해야 한다.
CT는 정상인데 PT의 위상관계가 잘못되어도 방향판단이 틀릴 수 있다.
반대로 PT는 정상인데 CT 극성이 잘못되어도 방향판단이 잘못될 수 있다.
이 때문에 방향성 보호시험에서는 전류만 따로 확인하지 않고 전압과 전류를 동시에 인가하여 계전기의 동작방향을 확인해야 한다.
PT 결선오류가 발생했을 때 나타나는 현상
PT 결선오류는 다양한 형태로 나타날 수 있다.
대표적인 현상은 다음과 같다.
상전압 표시 이상
선간전압 표시 이상
전압 불평형
전력값 이상
전력량값 이상
역률 표시 이상
방향성 계전기 방향 오류
저전압계전기 오동작
과전압계전기 오동작
지락전압 검출 이상
동기검출 실패
따라서 계전기에서 이상한 전압값이 표시되면 계전기 자체만 의심하지 말고 PT 1차측과 2차측의 결선 및 위상관계를 함께 확인해야 한다.
PT 시운전 시 확인해야 할 시험항목
PT가 설치된 수배전반의 시운전에서는 다음 항목을 단계적으로 확인하는 것이 좋다.
PT 명판 확인
정격 1차전압 확인
정격 2차전압 확인
변압비 확인
PT 극성 확인
각 상 전압 확인
상간전압 확인
상전압 확인
위상각 확인
PT 2차 접지 확인
PT 2차회로 절연상태 확인
2차 배선 연속성 확인
퓨즈 상태 확인
계전기 입력전압 확인
오픈델타 출력 확인
저전압계전기 시험
과전압계전기 시험
지락과전압계전기 시험
방향성 계전기 시험
전압상실 검출기능 확인
Trip 및 Alarm 회로 확인
특히 PT 극성 및 위상시험은 보호계전기의 정상동작과 직접 연결되므로 중요하다.
PT 결선 검토의 실제 순서
수배전반 설계 단계에서 PT 결선을 검토할 때는 다음과 같은 순서로 접근하면 된다.
계통전압 확인
→ 계통의 선간전압 및 상전압 확인
→ 계통 접지방식 확인
→ 필요한 계측값 확인
→ 필요한 보호기능 확인
→ PT 설치 위치 결정
→ PT 변압비 선정
→ PT 결선방식 선정
→ 계측용·보호용 요구조건 검토
→ 정격부담 검토
→ PT 2차측 접지 검토
→ PT 퓨즈 및 보호장치 검토
→ 계전기 입력 확인
→ 위상관계 확인
→ 오픈델타 필요 여부 검토
→ 보호계전기 정정
→ 현장 시험
이 순서를 따르면 PT를 단순한 전압변환장치가 아니라 보호계통의 입력장치로 이해할 수 있다.
PT 결선에서 자주 발생하는 설계 오류
첫 번째는 PT 변압비만 보고 선정하는 것이다.
PT는 변압비 외에도 정확도, 부담, 결선방식 및 보호용도까지 함께 검토해야 한다.
두 번째는 계통 선간전압만 보고 PT 정격을 결정하는 것이다.
PT가 측정하는 전압이 선간전압인지 상전압인지에 따라 결선과 정격조건이 달라질 수 있다.
세 번째는 PT 2차 접지를 임의로 여러 곳에 연결하는 것이다.
PT 2차측 접지는 현행 KEC에 따라 적절하게 구성해야 하며 불필요한 다중 접지로 회로에 영향을 주지 않도록 해야 한다.
네 번째는 오픈델타 결선을 단순한 잔류전압 출력으로만 생각하는 것이다.
실제 보호계전기 입력방식과 PT 극성 및 위상관계를 함께 확인해야 한다.
다섯 번째는 PT 퓨즈 단선을 실제 저전압으로 오인하는 것이다.
PT 회로 자체의 이상과 실제 계통전압 이상을 구분해야 한다.
여섯 번째는 방향성 계전기에서 PT 위상관계를 확인하지 않는 것이다.
방향성 보호에서는 CT와 PT의 위상관계가 모두 정확해야 한다.
PT와 CT를 함께 이해하면 보호계전기 회로가 쉬워진다
앞선 34번과 35번에서는 CT와 변압기 보호를 중심으로 살펴보았다.
이번 36번에서는 PT를 살펴봤다.
이를 하나의 수배전설비로 연결하면 다음과 같다.
CT
→ 전류를 계전기용 신호로 변환
PT
→ 전압을 계전기용 신호로 변환
보호계전기
→ CT와 PT에서 받은 전류·전압을 분석
보호로직
→ 고장 여부와 방향 등을 판단
차단기
→ 실제 고장회로를 분리
즉,
CT = 전류 정보
PT = 전압 정보
계전기 = 판단
차단기 = 차단
이라는 구조로 이해할 수 있다.
특히 방향성 보호나 전력방향 보호에서는 CT와 PT가 함께 사용되기 때문에 두 계기용변성기의 결선과 극성을 함께 확인해야 한다.
핵심 정리
PT는 고압 및 특고압 전압을 계측기와 보호계전기가 사용할 수 있는 수준으로 변성하는 계기용변성기이다.
PT 선정에서는 단순히 변압비만 확인해서는 안 된다.
계통전압
계통 접지방식
PT 결선
정격부담
정확도
보호기능
PT 2차측 접지
퓨즈
계전기 입력
위상관계
를 함께 검토해야 한다.
Y-Y 결선은 각 상의 전압정보를 활용하기에 적합하며, V결선은 3상 3선식 계통에서 선간전압 측정 등에 활용할 수 있다.
오픈델타 결선은 3상 전압의 벡터합 관계를 이용하여 잔류전압을 검출하는 데 활용할 수 있으며, 지락보호의 전압입력으로 사용될 수 있다.
영상전압과 영상전류는 서로 다른 개념이다.
영상전류는 CT 계통에서 검출하고 영상전압은 PT 계통에서 검출할 수 있다.
또한 PT 2차측의 접지는 현행 KEC 322.4와 KEC 140을 기준으로 검토해야 하며, 과거의 제1종·제3종 접지공사라는 표현을 현재 KEC 설계에 그대로 적용해서는 안 된다.
보호계전기에서 이상 전압이 발생하면 계통 자체의 이상뿐만 아니라 PT 퓨즈, 2차배선, 접지, 극성, 결선 및 계전기 입력을 함께 확인해야 한다.
결국 PT는 단순한 전압 측정기기가 아니라 수배전설비의 보호계전기가 계통상태를 판단할 수 있도록 전압정보를 제공하는 핵심 보호요소라고 볼 수 있다.
FAQ
Q. PT와 VT는 같은 것인가요?
일반적인 수배전설비에서 PT와 VT는 계기용 전압변성기를 의미하는 용도로 사용되는 경우가 많다. 국제규격에서는 Voltage Transformer라는 표현이 일반적이며, 국내 현장에서는 PT라는 명칭도 널리 사용된다. 실제 설비의 명칭은 도면과 제조사 자료를 기준으로 확인하는 것이 좋다.
Q. PT 2차측 접지는 반드시 해야 하나요?
고압 및 특고압 계기용변성기의 2차측 전로는 현행 KEC 322.4에 따라 KEC 140의 접지 요구사항을 적용하여 검토해야 한다. 과거의 접지공사 종별과 현재 KEC의 접지시스템 표현은 구분해서 이해해야 한다.
Q. PT 2대를 사용하는 V결선과 PT 3대를 사용하는 Y-Y결선 중 어느 것이 더 좋은가요?
결선방식의 선택은 설비의 계측 및 보호 목적에 따라 달라진다. 상별 전압정보가 필요한지, 선간전압만 필요한지, 지락전압 검출이 필요한지, 계전기가 어떤 전압입력을 요구하는지를 먼저 확인해야 한다.
Q. PT 오픈델타는 왜 사용하는 건가요?
3상 전압의 벡터합이 정상적인 평형상태에서는 이상적으로 0이 되는 원리를 이용하여 잔류전압을 검출하기 위해 사용할 수 있다. 지락사고 시 발생하는 영상전압을 보호계전기의 입력으로 사용하는 경우가 대표적이다.
Q. PT 퓨즈가 끊어지면 저전압계전기가 동작할 수 있나요?
그럴 수 있다. PT 퓨즈가 단선되면 계전기에 공급되는 전압신호가 감소하거나 사라질 수 있기 때문이다. 따라서 실제 계통의 저전압과 PT 회로 이상을 구분할 수 있는 보호논리가 필요한 경우가 있다.
Q. 방향성 계전기에서 PT가 중요한 이유는 무엇인가요?
방향성 계전기는 전류뿐만 아니라 전압을 기준으로 전류의 방향을 판단하기 때문이다. CT가 전류정보를 제공하고 PT가 전압의 크기와 위상정보를 제공하므로 CT와 PT의 극성 및 위상관계가 정확해야 한다.
마무리
고압 수배전반에서 PT는 단순히 전압을 낮춰주는 장치가 아니다.
PT에서 만들어진 전압정보는 전압계와 전력계뿐만 아니라 저전압계전기, 과전압계전기, 지락과전압계전기, 방향성 보호계전기 등 다양한 보호기능의 판단기준으로 사용될 수 있다.
따라서 PT를 선정할 때는
계통전압
→ PT 변압비
→ 결선방식
→ 정확도
→ 정격부담
→ PT 2차측 접지
→ 보호계전기 입력
→ 위상관계
→ 현장시험
의 순서로 전체 회로를 연결해서 검토해야 한다.
특히 Y-Y, V결선, 오픈델타와 같은 PT 결선방식은 단순한 배선방법의 차이가 아니라 어떤 전압정보를 얻을 수 있는지와 어떤 보호기능을 적용할 수 있는지를 결정하는 중요한 설계요소이다.
또한 PT의 극성이나 위상관계가 잘못되면 정상적인 계통에서도 보호계전기가 잘못된 전압을 인식할 수 있으므로 시운전 단계에서 반드시 실제 전압과 위상관계를 확인해야 한다.
앞서 살펴본 CT가 전류를 보호계전기에 전달하는 장치라면 PT는 전압을 보호계전기에 전달하는 장치이다.
결국 수배전설비의 보호계전 시스템은
CT → 전류정보
PT → 전압정보
보호계전기 → 판단
차단기 → 사고회로 분리
라는 구조로 연결되며, 이 네 요소가 정확하게 연계되어야 보호시스템이 의도한 기능을 수행할 수 있다.
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