변류기 포화 (Current Transformer Saturation)
쉽게 풀면
변류기는 계통의 큰 전류를 계전기가 다룰 수 있는 작은 전류로 줄여 주는 장치입니다. 그런데 고장이 나서 아주 큰 전류가 흐르거나 그 전류에 직류 성분이 섞이면 철심의 자속이 한계에 도달해 더 이상 늘어나지 못합니다. 그러면 2차 쪽으로 나오는 전류 파형이 잘려 나가 실제보다 작게 보이고, 이 값을 믿은 보호계전기가 잘못된 판단을 내릴 수 있습니다.
왜 중요한가
보호계전기가 보는 세상은 변류기가 보내 준 신호뿐이므로, 변류기가 왜곡된 신호를 보내면 아무리 좋은 계전 알고리즘도 소용이 없습니다. 실제 사고 조사에서 보호 오동작의 원인으로 자주 지목되며, 특히 양쪽 변류기의 포화 정도가 다를 때 차동 보호가 오동작하는 문제가 대표적입니다. 그래서 변류기 정격 선정과 포화 대응 알고리즘이 보호 설계의 필수 항목이 됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
포화로 인한 왜곡을 계전기 쪽에서 인식하고 오동작을 막도록 설계한 사례입니다.
조금 더 깊게 보면
철심이 견딜 수 있는 자속은 유한하므로, 2차 부담이 크거나 고장전류가 크거나 전류에 감쇠하는 직류 성분이 포함되면 포화가 빨라집니다. 특히 직류분은 자속을 한쪽 방향으로 계속 밀어 올려 대칭 전류일 때보다 훨씬 낮은 전류에서도 포화를 일으키고, 이전 고장으로 철심에 남아 있던 잔류 자속이 있으면 더욱 취약해집니다. 대책으로는 철심 단면적과 정격을 여유 있게 잡고 2차 회로의 부담을 줄이는 설계, 공극을 둔 철심 사용, 그리고 계전기 내부에서 파형의 왜곡을 검출해 판단을 보류하거나 보상하는 알고리즘이 쓰입니다. 로고스키 코일처럼 철심이 없는 측정 방식은 원리적으로 포화가 없습니다.
주의할 점
변류기 포화는 정상 부하 상태에서는 거의 나타나지 않고 고장이라는 가장 중요한 순간에 나타나므로, 평상시 정확도만 확인해서는 안 됩니다. 자성코어 포화가 일반적인 자성 소자의 포화 현상이라면, 이 항목은 보호 신뢰도라는 맥락에서 그 현상을 다룹니다.