과전류계전기 정정과 보호협조: CT비 환산·동작시간 계산기
과전류계전기(OCR)는 고장전류의 크기에 따라 동작 시간을 달리하는 장치이고, 상위와 하위 계전기가 서로 시간 간격을 두고 동작하도록 정정하는 것이 보호협조입니다. 이 글은 OCR과 지락계전기(OCGR)의 정정 원리를 정리하고, CT비 환산, 동작시간, 협조 시간 간격을 직접 계산해 볼 수 있는 계산기 3개를 담았습니다.
1. 보호계전기가 하는 일
보호계전기는 고장이 생겼을 때 이를 감지해 차단기를 열어 고장 구간을 분리하는 장치입니다. 과전류계전기(OCR)는 단락과 과부하 같은 과전류를, 지락과전류계전기(OCGR)는 지락 사고를 주로 감지합니다. 고장이 났을 때 고장 구간만 정확히, 그리고 빠르게 분리하고 건전한 구간은 계속 운전하게 하는 것이 목표입니다.
2. OCR의 동작 특성
| 특성 | 동작 방식 |
|---|---|
| 정한시 | 정정값을 넘으면 전류 크기와 관계없이 정해진 시간 뒤에 동작 |
| 반한시 | 전류가 클수록 빨리, 작을수록 느리게 동작 |
| 순시 | 정정값을 넘으면 의도적인 지연 없이 즉시 동작 |
반한시 특성은 국제 규격(IEC 60255)에서 다음 식으로 정의된 곡선을 많이 씁니다. 이 식에서 t는 동작시간(초), TMS는 시간 레버, I는 고장전류, Is는 정정 전류(픽업)입니다.
t = TMS × k ÷ ((I ÷ Is)α − 1)
| 곡선 | k | α |
|---|---|---|
| 보통 반한시(NI) | 0.14 | 0.02 |
| 매우 반한시(VI) | 13.5 | 1 |
| 극히 반한시(EI) | 80 | 2 |
| 장시간 반한시(LTI) | 120 | 1 |
k와 α는 IEC 규격을 설명한 자료에서 확인한 값이며 규격 원문으로 직접 확인하지는 않았습니다. 계전기 제조사의 곡선 정의가 다를 수 있으므로 실제 정정은 해당 계전기의 설명서를 따라야 합니다.
3. 정정 순서와 CT비 환산
- 보호할 회로의 최대 부하전류를 파악합니다.
- 부하전류에 여유를 두어 정정 전류(1차 기준)를 정합니다. 여유 계수는 설비와 기준에 따라 달라 이 글에서 정하지 않았습니다.
- CT비로 계전기에 입력되는 2차 전류로 환산해 계전기 탭에 맞춥니다.
- 시간 레버(TMS)와 곡선을 정해 고장전류에서의 동작 시간을 확인합니다.
- 필요하면 순시 요소를 단락전류보다 작고 부하의 돌입전류보다 큰 값으로 정합니다.
CT비와 계전기 설정값의 관계는 CT비 글에서 자세히 다뤘습니다.
4. 계산기 ① 정정 전류의 CT비 환산
400/5A, 250A, 1.25는 사용법을 보여 주는 예시입니다. 여유 계수는 설비와 기준에 따라 정해야 합니다.
5. 계산기 ② 반한시 곡선의 동작시간
숫자는 모두 예시입니다. 고장전류가 정정 전류보다 커야 계산됩니다.
6. 지락계전기(OCGR)와 영상전류 검출
지락 사고에서는 세 상의 전류 합이 0이 되지 않고 영상전류가 생깁니다. 이를 검출하는 방식은 크게 두 가지입니다.
| 방식 | 검출 방법 | 특징 |
|---|---|---|
| ZCT(영상변류기) | 세 상의 전선을 하나의 변류기에 함께 통과시켜 합성 전류를 직접 검출 | 작은 지락전류도 검출하기 좋고 구성이 간단합니다. |
| 3CT 잔류회로 | 각 상의 CT 2차를 병렬로 연결해 합성 전류를 검출 | 상전류 CT를 함께 쓰지만 CT 특성 차이로 오차가 생길 수 있습니다. |
OCGR의 정정은 계통 접지 방식과 지락전류의 크기, 건전한 회로의 충전전류, 하위 회로와의 협조를 함께 보고 정합니다. 지락전류의 개념은 지락전류 글을 참고하세요.
7. 보호협조
고장이 난 가장 가까운 보호장치가 먼저 동작하고, 더 상위 보호장치는 그것이 실패했을 때를 대비해 늦게 동작하도록 정정합니다. 이를 위해 각 계전기의 시간-전류 특성(TCC) 곡선을 한 그래프에 겹쳐 그려, 같은 고장전류에서 상위와 하위의 동작시간 차이가 충분한지 확인합니다.
필요한 시간 간격은 하위 차단기의 차단시간, 계전기의 동작 오차, 상위 계전기의 복귀 시간과 안전 여유를 합쳐 정합니다. 구체적인 값은 설비와 계전기에 따라 달라서 이 글에서 정하지 않았고, 계산기에 직접 넣도록 했습니다. 한전 계통과 연계되는 수전설비는 전력공급자와의 협조 조건도 확인해야 합니다.
8. 계산기 ③ 두 계전기의 협조 확인
0.3초를 포함한 모든 숫자는 예시입니다. 실제 시간 간격은 차단기와 계전기의 사양으로 정해야 합니다.
9. 자주 묻는 질문
보호계전기의 정정은 설비의 안전과 정전 범위에 직접 영향을 줍니다. 이 글은 원리를 설명하는 참고 자료이며 정정값 산정의 근거가 아닙니다. 정정 작업은 자격을 갖춘 전문가가 법령과 절차에 따라 수행해야 합니다.
10. 참고한 자료와 한계
- 반한시 곡선 식과 k, α 값은 IEC 60255 계열을 설명한 자료에서 확인한 값이며 규격 원문으로 직접 확인하지는 않았습니다. 이 글의 작성자는 전기 실무 전문가가 아니며, 글은 AI의 도움을 받아 작성되었습니다.
- 여유 계수, 협조 시간 간격, 순시 정정 기준 같은 구체적인 값은 확인하지 못해 싣지 않았고, 계산기의 숫자는 모두 예시입니다.
- 계산기는 IEC 반한시 곡선만 다루며, 제조사 고유 곡선과 정한시, 순시 요소, 방향성 계전기는 다루지 않았습니다.
- 마지막 확인일: 2026-10-22
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