지락 과전류 계전기(OCGR) 잔류회로 방식 원리·배선·정정 기준 완벽 정리

지락 과전류 계전기(OCGR) 잔류회로 방식과
정정 기준 완벽 정리

🔴 고급 전기 안전·보호 > 보호 계전기 전기기술사 대비 글번호 #116

01 / 도입

지락 사고에서 OCGR이 트립되지 않는 이유

현장에서 고압 배전선로 지락 사고가 발생했음에도 OCGR(Over Current Ground Relay, 지락 과전류 계전기)이 동작하지 않아 변압기와 주요 설비가 소손되는 사례가 꾸준히 보고됩니다. 원인의 대부분은 잔류회로 배선 오류나 픽업 정정값 과다 설정에 있습니다. 지락 전류는 통상 정격전류의 수% 수준에 불과하므로, 일반 OCR(과전류 계전기) 설정으로는 검출 자체가 불가능합니다.

잔류회로 방식 OCGR은 3상 CT(변류기) 2차 전류를 병렬로 합산해 영상전류(Zero Sequence Current)를 검출하는 가장 경제적이고 널리 쓰이는 지락 보호 방식입니다. 그러나 CT 결선 극성 오류, 픽업 전류 과다 설정, 상위 OCR과의 협조 미흡이 복합적으로 작용하면 보호 기능이 완전히 상실됩니다. 본 글에서는 잔류회로 방식의 원리부터 배선, 정정 계산, KEC 기준까지 단계적으로 정리합니다.

⚠ 현장 주의 OCGR 잔류회로의 불평형 상태(CT 2차 잔류 전류 불균형)는 정상 운전 중에도 수 mA~수십 mA 수준의 잔류 전류를 발생시킵니다. 픽업을 너무 낮게 설정하면 불필요한 트립(오동작)이 발생할 수 있으므로 현장 실측을 반드시 병행해야 합니다.

02 / 개요

OCGR이란? — 지락 과전류 계전기 기본 개념

OCGR(Over Current Ground Relay)은 지락(1선 지락·2선 지락) 사고 시 흐르는 영상전류를 검출하여 차단기를 트립시키는 보호 계전기입니다. 일반 OCR이 선간 과전류를 감지하는 것과 달리, OCGR은 지락 경로를 통해 대지로 흐르는 미소 전류에 반응합니다. 고압 계통에서는 비접지 또는 저항 접지 방식을 채택하는 경우가 많아 지락 전류가 매우 작고, 이를 검출하려면 전용 감도 설정이 필수입니다.

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잔류회로 방식

3상 CT 2차를 잔류 결선(병렬 합산)해 영상전류(I₀)를 검출. 별도 ZCT 없이 구현 가능.

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ZCT 방식

영상변류기(ZCT)를 3상 전선이 관통하도록 설치. 고감도 검출 가능(수 mA 수준).

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GPT+OVGR 방식

접지형 계기용 변압기(GPT)로 영상전압(V₀)을 검출. 고압 비접지 계통에 주로 사용.

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적용 범위

특고압·고압 배전반 및 수전실의 주간선 보호에 적용. 저압은 ELB(누전차단기)로 대체.

[블록 다이어그램] OCGR 잔류회로 방식 시스템 전체 구성

03 / 원리

잔류회로 방식 동작 원리 — 영상전류 검출

영상전류(Zero Sequence Current)란?

3상 평형 계통에서는 각 상(A, B, C상)의 전류 벡터 합이 이론적으로 0이 됩니다. 그러나 1선 지락 사고가 발생하면 지락상 전류가 대지를 통해 흐르게 되어 3상 전류 합(IA + IB + IC)이 0이 아닌 값, 즉 영상전류(I₀ = (IA+IB+IC)/3)를 형성합니다. 잔류회로 방식은 이 불평형 잔류를 CT 2차 측에서 합산하여 OCGR에 입력하는 방식입니다.

정상 운전 시 이론적으로 잔류전류는 0A이지만, 실제로는 CT의 여자 임피던스 불균형, 부하 불평형, 케이블 정전용량 차이 등으로 인해 수십 mA~수백 mA의 불평형 잔류전류가 항상 존재합니다. 이 불평형 잔류전류는 OCGR 픽업 전류 설정의 최소 하한을 결정하는 기준이 됩니다. 픽업을 지나치게 낮게 설정하면 정상 상태에서도 오동작이 발생합니다.

📌 영상전류 계산식 I₀ (영상전류) = (IA + IB + IC) / 3
잔류전류 IR = IA + IB + IC = 3I₀
→ 1선 지락 시: IR ≠ 0 → OCGR 픽업 초과 시 트립 동작

[계통도 / 단선결선도 SLD] OCGR 보호 구간 주회로 계통도

04 / 배선도

잔류회로 배선 방법 — CT 2차 결선 상세

잔류회로 배선의 핵심은 3상 CT 2차 전류를 병렬로 합산하는 것입니다. 각 CT의 S1(K) 단자를 공통으로 묶어 OCGR의 입력 단자에 연결하고, S2(L) 단자도 공통으로 묶어 중성선(N) 또는 접지에 연결합니다. 이때 극성(폴라리티) 방향을 반드시 일치시켜야 하며, 하나의 CT라도 극성이 반전되면 3상 합산이 왜곡되어 정상 상태에서 전류가 흐르는 것처럼 오인됩니다.

CT 2차 배선은 2.5mm² 이상 단심 IV 전선을 사용하고, 배선 경로 전체를 별도 덕트 또는 전선관으로 보호합니다. CT 2차 회로는 절대 개방(Open) 상태가 되어서는 안 됩니다. CT 2차를 개방하면 1차 전류에 의해 2차 측에 수천 볼트의 고전압이 유기되어 CT 절연 파괴 및 감전 위험이 발생합니다. 점검 시에는 반드시 CT 2차 단락(Short) 후 회로를 분리합니다.

[배선도] OCGR 잔류회로 CT 2차 결선 배선도 (단자대 연결 포함)

🚨 CT 2차 절대 개방 금지 CT 1차에 전류가 흐르는 상태에서 2차 회로를 개방하면 수천 볼트의 고전압이 유기됩니다. 반드시 CT 2차 단락(쇼트) 후 작업하며, LOTO(잠금·꼬리표) 절차를 준수합니다.

05 / 회로도

OCGR 제어회로 — 트립 동작 시퀀스 회로도

OCGR 제어회로는 OCGR 동작 접점 → 차단기 트립 코일(TC) 여자 → VCB 개방의 순서로 동작합니다. 계전기 동작 접점(NO 접점)이 닫히면 트립 코일에 전류가 흘러 차단기가 개방됩니다. 트립 코일의 동작 후에는 반드시 수동 리셋(Reset) 또는 자동 복귀 여부를 설계 조건에 따라 결정합니다. 경보(Alarm) 접점은 별도 신호를 구성하여 중앙 감시반 또는 SCADA에 표시합니다.

보호 계전기 제어 전원은 DC 110V 또는 DC 24V 별도 보조전원(UPS 또는 축전지)을 사용합니다. 상용 교류 전원이 정전되더라도 보호 계전기가 동작할 수 있도록 하기 위함입니다. 트립 코일과 경보 회로는 각각 독립된 퓨즈 또는 MCCB로 보호합니다.

[회로도] OCGR 지락 보호 제어회로 (IEC 60617 심볼)

06 / 정정 기준

OCGR 정정 기준 — 픽업 전류와 시간 배율

OCGR 픽업 전류(Pickup Current)는 계전기가 동작을 시작하는 최소 전류 설정값입니다. 잔류회로 방식에서는 CT 정격 2차 전류(In)의 10~30%를 픽업 기준으로 적용합니다. 예를 들어 200/5A CT를 사용하는 경우, CT 2차 정격은 5A이며 픽업은 0.5A~1.5A 범위로 설정합니다. 비접지 고압 계통의 경우 지락 전류가 수 A 수준으로 매우 작으므로 픽업을 가능한 한 낮게(10~15%) 설정하는 것이 유리합니다.

시간 배율(Time Multiplier Setting, TMS 또는 TD)은 반한시 동작 곡선의 기울기를 결정합니다. TMS가 낮을수록 동작이 빠르고, 높을수록 느립니다. 수전실 OCGR의 시간 배율은 일반적으로 0.5~2.0 범위에서 설정하며, 상위 OCR(선로 보호)보다 반드시 낮게(빠르게) 설정하여 선택 협조를 확보합니다. 협조 시간 마진은 최소 0.3~0.4초 이상 확보하는 것이 권장됩니다.

설정 항목	적용 범위	일반 설정 예	비고
픽업 전류 (Ip)	CT In × 10~30%	5A × 20% = 1.0A	비접지계통은 하한 적용
시간 배율 (TMS)	0.5 ~ 2.0	TMS = 0.5 (수전실)	상위 OCR과 협조 필수
동작 특성	반한시(IEC SI/VI/EI)	SI (Standard Inverse)	IEC 60255-151 기준
순시 요소 (Inst.)	CT In × 8~12배	5A × 10 = 50A	필요 시 추가 적용
동작 시간(Ip × 10배)	0.1s ~ 2.0s	약 0.3s (TMS=0.5, SI)	협조 마진 ≥ 0.3s 확보
복귀 전류 (Ir)	Ip × 95% 이상	0.95A (Ip=1.0A 시)	계전기 복귀 특성 확인
CT 2차 정격 (In)	5A 또는 1A	5A (200/5A CT)	계전기와 CT 정격 일치 필수

반한시 특성 곡선 — IEC 60255 기준

[접속도 / 특성 그래프] OCGR 반한시 동작 곡선 (TMS별 비교)

07 / 협조

보호 협조 — 상위 OCR과의 시간 협조 설계

보호 협조(Protection Coordination)는 사고 발생 시 사고 구간에 가장 가까운 보호 계전기만 동작하고, 상위 계전기는 동작하지 않도록 각 계전기의 동작 시간을 조정하는 작업입니다. 수전실 OCGR은 한전 배전선로 OCR(상위)보다 빠르게 동작해야 하며, 동시에 아래 분기 회로의 ELB(누전차단기)보다는 느리게 동작하도록 설계합니다. 이 시간 차이를 협조 마진(Coordination Margin)이라 하며, 최소 0.3~0.4초 이상 확보해야 합니다.

한전 배전선로의 리클로저(Recloser) 동작 시간은 일반적으로 0.5초 내외이므로, 수전실 OCGR은 이보다 0.3초 이상 빠른 0.2초 이하에서 동작하도록 정정합니다. 이를 위해 픽업과 TMS를 낮게 설정하되, 정상 불평형 잔류전류(부하 불평형, CT 오차)에 의한 오동작이 발생하지 않도록 현장 실측을 통해 최적값을 찾습니다.

보호 계전기	위치	픽업 기준	동작 시간(기준)	협조 마진
한전 배전 OCR	계통 최상위	100% In 이상	0.5~2.0s	— (최상위)
수전실 OCGR	수전 인입구	10~30% In	0.1~0.4s	≥ 0.3s (한전 대비)
분기 OCGR	변압기 1차측	10~20% In	0.05~0.2s	≥ 0.3s (수전 대비)
저압 ELB(누전차단기)	변압기 2차측	30mA (감도형)	0.03s 이내	≥ 0.2s (분기 대비)
개인 보호용 ELB	콘센트 분기	15mA 이하	0.1s 이내	최하위 보호

08 / KEC 기준

한국전기설비규정(KEC) 관련 조항 정리

한국전기설비규정(KEC)은 2021년부터 기존 전기설비기술기준의 판단기준을 대체하여 시행 중이며, IEC 국제 표준에 부합하는 방식으로 전면 개편되었습니다. OCGR 지락 보호와 관련된 주요 조항은 212조(과전류에 대한 보호), 213조(지락에 대한 보호) 및 구 전기설비기술기준 제21조가 있습니다. 보호 계전기 선정 시 관련 조항의 최신 개정본을 반드시 확인해야 합니다.

KEC 212

과전류 보호

과전류 보호 장치(OCR, MCCB 등)의 선정 기준과 설치 위치를 규정. 보호 협조 요구 포함.

KEC 213

지락 보호

지락 전류로부터 기기 및 인체 보호를 위한 보호 장치(OCGR, ELB, GPT+OVGR 등) 설치 기준 규정.

KEC 321

고압 수전설비

고압 수전실 주회로 기기(VCB, CT, PT 등) 및 보호 계전기의 구성과 설치 기준을 규정.

IEC 60255

보호 계전기 성능

OCGR을 포함한 보호 계전기의 동작 특성(SI, VI, EI), 시험 방법 및 정확도 기준을 규정.

📘 KEC 213 지락 보호 주요 요구 사항 ① 지락 사고 발생 시 자동으로 회로를 차단할 것
② 비접지 또는 저항 접지 고압 계통에서는 지락 전류가 수 A 수준이므로 감도 높은 지락 계전기 설치
③ 잔류회로 방식 또는 ZCT 방식 적용 가능
④ 지락 보호 장치의 동작 시간은 보호 협조를 고려하여 설정

09 / 실전 적용

현장 적용 단계별 가이드

1

CT 규격 및 극성 확인

3상 CT의 1차/2차 정격전류(예: 200/5A), 정확도 등급(Class 5P20), 부담(VA), S1/S2 극성 방향을 설계 도면과 현장에서 교차 확인합니다. 극성 표시 방향이 동일해야 잔류 합산이 정상 동작합니다.

2

잔류 결선 배선 시공

3상 CT 2차 S1 단자를 공통 모선으로 연결하고, S2 단자도 공통 접지 모선에 연결합니다. 배선 완료 후 클램프 전류계로 정상 상태의 잔류 전류를 측정합니다. 측정값이 CT 정격의 5% 초과 시 결선 오류를 확인합니다.

3

픽업 전류 초기 설정

측정된 정상 잔류 전류의 150~200% 이상을 픽업으로 설정합니다. 일반적으로 CT In의 20%(예: 5A × 20% = 1.0A)를 초기값으로 사용하고, 현장 실측 후 조정합니다. 설정값이 너무 낮으면 오동작, 너무 높으면 지락 미검출 위험이 있습니다.

4

협조 곡선으로 TMS 조정

보호 협조 곡선(Time-Current Characteristic Curve)을 작성하고, 상위 OCR과의 협조 마진(≥ 0.3s)을 확보하는 TMS 값을 결정합니다. 수전실 OCGR의 TMS는 통상 0.5 이하로 설정합니다.

5

2차 주입 시험으로 동작 확인

계전기 시험기(Secondary Injection Tester)로 OCGR의 픽업 전류, 한시 동작 시간, 순시 동작을 검증합니다. 시험 성적서를 작성하고 설계 정정값과의 오차가 ±5% 이내인지 확인합니다.

10 / 주의사항

흔한 실수와 안전 수칙

자주 발생하는 오류와 해결 방법

실수 유형	증상	원인	해결 방법
CT 극성 반전	정상 운전 중 OCGR 오동작	CT S1/S2 방향 불일치	클램프 미터로 각 상 전류 방향 확인 후 재결선
픽업 과다 설정	지락 사고 시 OCGR 미동작	정격의 30% 초과 설정	10~20%로 하향 조정 후 재시험
CT 2차 부담 초과	CT 포화 → 오차 급증	CT 2차 배선 저항 과다	2.5mm² 이상 전선, 배선 길이 최소화
TMS 불일치	상위 OCR과 동시 트립	협조 마진 미확보	협조 곡선 재작성, TMS 차이 ≥ 0.3s 확보
CT 2차 개방	CT 절연 파괴, 감전	점검 중 단자대 해체	작업 전 CT 2차 단락 후 분리
보조전원 미확보	정전 시 OCGR 무동작	AC 전원 단일 공급	DC UPS 또는 축전지 보조전원 설치

OCGR 작업 안전 수칙

🔒

LOTO 절차 준수

작업 전 정전 확인, 잠금(Lock) 및 꼬리표(Tag) 부착 후 작업 시작. 무허가 투입 방지.

⚡

CT 2차 단락 후 작업

CT 1차 전류 차단 또는 CT 2차 단락 완료 확인 후 단자대 분리. 개방 금지.

🧤

절연 보호구 착용

절연 장갑, 안전화, 절연 공구 사용 필수. 고압 활선 근방 작업 시 방호 커버 설치.

📋

작업 전 도면 확인

최신 설계 도면 기준으로 단자 번호, 결선 방향 확인. 구형 도면 사용 금지.

💡 현장 팁 — 불평형 잔류전류 측정 방법 OCGR 픽업 설정 전에 반드시 정상 운전 상태에서 잔류 전류를 실측합니다. 클램프 전류계(AC/DC 겸용, 분해능 1mA)를 잔류 결선 공통 선로에 연결하여 측정합니다. 측정값이 픽업의 50% 이하여야 안정적입니다.

FAQ

자주 묻는 질문

Q1. 잔류회로 배선은 어떻게 구성하나요?

3상 CT(A, B, C상) 2차의 S1(K) 단자를 공통으로 묶어 OCGR P1 단자에 연결하고, S2(L) 단자도 공통으로 묶어 OCGR P2 단자(또는 중성선/접지)에 연결합니다. 이때 3상 CT의 극성(폴라리티) 방향이 모두 동일해야 하며, 극성 반전 시 정상 상태에서 오동작이 발생합니다. 배선 완료 후 클램프 전류계로 잔류 전류를 측정하여 정상 여부를 확인합니다.

Q2. OCGR 픽업 전류는 몇 %로 설정해야 하나요?

CT 2차 정격전류(In)의 10~30% 범위로 설정하는 것이 일반적입니다. 비접지 고압 계통에서는 지락 전류가 작으므로 10~15% 하한을 적용하고, 부하 불평형이 큰 계통에서는 20~30%로 설정하여 오동작을 방지합니다. 반드시 현장 실측값(정상 잔류전류)의 150% 이상으로 픽업을 설정해야 불필요 트립을 막을 수 있습니다.

Q3. KEC의 OCGR 관련 기준은 어떻게 되나요?

한국전기설비규정(KEC) 213조에서 지락 보호 장치의 설치와 성능 기준을 규정하고 있으며, 321조에서 고압 수전설비의 보호 계전기 구성을 다루고 있습니다. 계전기 자체의 성능은 IEC 60255 시리즈를 준용하며, 동작 특성(SI, VI, EI), 정확도 등급, 시험 방법을 규정합니다. 최신 KEC 개정본을 반드시 확인하시기 바랍니다.

Q4. 상위 OCR과 협조는 어떻게 맞추나요?

보호 협조 곡선(TCC, Time-Current Characteristic Curve)을 작성하여 수전실 OCGR이 한전 배전선로 OCR보다 최소 0.3초 이상 빠르게 동작하도록 TMS를 설정합니다. 수전실 OCGR의 TMS는 통상 0.5 이하로 설정하며, 하위 분기 ELB보다는 느리게 동작하도록 전체 협조 체계를 검토합니다. 협조 마진 0.3~0.4초 미만 시 동시 트립 위험이 있습니다.

Q5. 전기기술사 시험에 OCGR이 출제되나요?

네, 전기기술사 필기 및 실기 시험에서 지락 계전기 정정 계산, 보호 협조 설계, 잔류회로 방식 원리 등이 꾸준히 출제됩니다. 특히 실기에서는 영상전류 계산식(I₀ = IA+IB+IC), 픽업 전류 산정, 반한시 특성 곡선 그래프 해석 문제가 출제됩니다. KEC 관련 법규 조항과 IEC 60255 규격도 함께 정리해 두는 것이 유리합니다.

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