전기설비에서 영상전류는 왜 발생하며 어디에 사용되나요?

Question

전기기사 전력공학과 보호계전기를 공부하다 보면 영상전류라는 개념이 나오는데, 정상 상태에서는 거의 없고 지락사고가 발생했을 때 중요하다고 해서 궁금합니다. 3상 전류의 합과 관련 있다고 배우긴 했는데 실제로 어떤 원리인지 잘 이해되지 않습니다. 평형 상태에서는 세 상 전류의 합이 0이 된다고 하는데, 왜 지락이 발생하면 영상전류가 생기는지도 알고 싶습니다. 또한 영상변류기라는 장치를 이용해 누전이나 지락을 검출한다고 하는데, 일반 CT와는 어떤 차이가 있는지도 궁금합니다. 실제 현장에서는 지락계전기나 누전차단기가 영상전류를 어떻게 이용하는지, 그리고 고압 계통과 저압 계통에서 지락 검출 방식이 어떻게 다른지도 자세히 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

결론부터 말씀드리면 영상전류는 3상 전류의 합이 0이 아닌 상태에서 발생하는 전류이며, 주로 지락이나 누전 같은 이상 상태를 검출하는 데 사용됩니다. 정상적인 3상 회로에서는 각 상 전류가 균형을 이루고 있기 때문에 세 전류의 벡터합이 0이 됩니다. 즉 R상으로 들어간 전류와 S상, T상으로 흐르는 전류가 서로 균형을 이루면서 중성점 기준 합이 없어집니다.

하지만 지락사고가 발생하면 일부 전류가 대지로 빠져나갑니다. 예를 들어 한 상이 금속 외함이나 대지와 접촉하면 전류 일부가 원래 돌아와야 할 경로 대신 접지 방향으로 흐르게 됩니다. 그러면 세 상 전류 합이 더 이상 0이 아니게 되고, 이 차이 전류가 영상전류입니다.

영상변류기는 세 상 전선을 한 개의 CT 안에 함께 통과시키는 방식으로 설치합니다. 정상 상태에서는 세 상 전류 합이 0이므로 자속이 서로 상쇄되어 출력이 거의 없습니다. 하지만 지락이 발생하면 합이 0이 아니게 되어 자속 불균형이 생기고, CT 2차측에 전류가 유도됩니다. 이 신호를 이용해 지락계전기나 누전차단기가 동작합니다.

저압에서는 누전차단기가 영상전류를 이용해 감전 보호를 수행합니다. 인체에 위험한 수준의 누설전류가 흐르면 매우 짧은 시간 안에 차단합니다. 고압 계통에서는 지락계전기가 영상전류와 영상전압을 이용해 지락 방향과 사고 여부를 판단합니다. 결국 영상전류는 정상 상태에서는 거의 없지만, 지락 검출에서는 가장 중요한 기준이 되는 전류입니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

영상전류는 세 상의 전류 평형이 깨지는 지락 사고 시 흐르는 합산 전류로 사고를 감지하는 핵심 신호입니다. 일반 CT는 각 상의 전류를 재지만 영상변류는 세 선을 한꺼번에 통과시켜 평상시 0인 합계가 사고 시 변하는 것을 잡내어 차단기를 동작시키죠. 저압은 누전차단기가 바로 작동하고 고압은 지락계전기가 이 신호를 받아 정교하게 제어하니 참고하세요.