가스절연개폐장치의 스페이서 내장형 전자식 변류기의 개발에 관한 연구

Abstract

변전소의 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switchgears, GIS)에는 별도의 탱크 내에 전류 측정을 위해 대형의 철심형 변류기를 설치하고 있다. 본 논문에서는 가스절연개폐장치의 성능 향상, 친환경화 및 소형화를 위한 스페이서 내장형 전자식 변류기 연구를 수행하였다. 전자식 변류기(Electronic Current Transformer, eCT)는 스페이서에 내장 가능한 로고우스키 전류센서(Rogowski Current Sensor, RCS), 차동증폭기(Differential amplifier)와 능동성 적분기(Active integrator)로 구성된다. 로고우스키 전류센서는 스페이서 운전 중 진동과 충격에도 견딜 수 있고, 중심도체로부터 절연거리를 확보할 수 있는 수직 구조의 PCB 형태로 제작하였다. 시제작 전자식 변류기의 주파수 대역은 –3dB에서 5Hz ∼ 20kHz이며, 감도는 1.21[mVrms/A]이다. 정격 전류 4,000A의 200A(5%), 800A(20%) 및 1000A(25%)에서, 분류비 오차는 0.55%, 0.35%, 및 0.33%, 위상차는 57min, 27.2min 및 25.9min이었다. 로고우스키 전류센서 출력전류의 온도변화에 따른 임피던스(R, L)의 오차값 변화를 측정하였다. 스페이서에 로고우스키 전류센서를 내장하고 전류가 인가된 상태에서 온도변화에 따른 출력전압(Vrms)을 관측하였다. 25∼80까지 온도를 변화시켜 임피던스는 최대 22.81% 증가하였으며, 전기적 파라미터의 변화로 출력전압이 최대 6.79% 감소했다. 로고우스키 전류센서는 부하전류의 영향을 받을 수 있으며, 전자식 변류기는 정확도 0.2급과 0.5급에서 온도상승에 따른 로고우스키 전류센서의 출력변화를 보정하여 정확도 개선이 가능하다. 결과적으로 IEC 60044-8에 규정된 정격 전류의 20%∼120%에서 정확도 0.5급을 만족하는 결과이다. 철심형 변류기를 대체하면 가스절연개폐장치의 길이 약 33% 축소와 절연가스 SF6 충진량을 줄이는 효과(약 12%)가 있을 것으로 기대한다.