⚡ 전기 안전·보호 / 보호 계전기

OCR(과전류계전기) 동작 원리와
순시/한시 정정 계산 완벽 가이드

🎯 난이도: 🔴 고급 👤 현장 전기기술자 · 전기기사 수험생 📐 KEC 212 기준 반영

01 / 도입

왜 OCR 정정이 중요한가?

수전실에서 과전류계전기(OCR, Over Current Relay)가 제대로 동작하지 않거나, 반대로 정상 운전 중 불필요하게 트립되는 사례는 현장에서 빈번하게 발생합니다. 이런 문제는 단순히 설비 정지를 유발하는 것을 넘어, 보호 협조가 무너져 상위 계통 차단기까지 연쇄 트립시키는 대형 사고로 확대될 수 있습니다.

OCR 오작동의 근본 원인은 대부분 픽업 전류(Pickup Current) 설정 오류나 순시·한시 정정값 계산 미숙에 있습니다. 현장 기술자라면 부하 특성과 CT 비율을 토대로 올바른 정정값을 산출하고, 협조 곡선(Time-Current Curve)으로 상위 보호기기와의 선택성을 반드시 확인해야 합니다.

이 글에서는 OCR의 기본 동작 원리부터 순시·한시 정정 공식, CT 연결 계통도, 제어회로 배선도, 협조 곡선 분석까지 현장 실무에 바로 적용할 수 있도록 단계별로 설명합니다.

📌 용어 정리 OCR(Over Current Relay): 과전류계전기 | CT(Current Transformer): 변류기 | Pickup: 동작 시작 전류 설정값 | TDS(Time Dial Setting): 한시 시간배율 | I²t: 에너지 기반 동작 특성

02 / 동작 원리

OCR 동작 원리 — 순시형과 한시형

OCR의 기본 동작 원리는 변류기(CT)가 검출한 2차 전류가 미리 설정한 픽업 전류값을 초과하면 계전기 코일이 여자(exciting)되어 출력 접점을 개방하고, 연결된 차단기(CB)에 트립 신호를 인가하는 방식입니다. 현대의 디지털 OCR은 이 과정을 마이크로프로세서로 연산하여 더욱 정밀한 시간-전류 특성을 구현합니다.

OCR은 크게 순시 요소(Instantaneous Element)와 한시 요소(Time-Overcurrent Element)의 두 기능을 복합적으로 수행합니다. 순시 요소는 단락(Short Circuit)과 같은 큰 전류를 즉각 차단하며, 한시 요소는 과부하(Overload)처럼 비교적 작은 과전류에 대해 시간 지연 후 트립합니다. 두 요소를 함께 정정하여 부하를 선택적으로 보호하는 것이 핵심입니다.

⚡

순시형 (Instantaneous)

설정값 초과 즉시(~0.05초) 트립. 단락 보호 목적. 정격전류의 5~10배로 설정.

⏱

한시형 (Time-Overcurrent)

전류 크기에 반비례하여 시간 지연 후 트립. I²t 역시간 특성. 과부하 보호 목적.

🔄

복합형 (Combined)

대부분의 현장 OCR은 두 기능을 동시에 탑재. 순시+한시 협조로 선택성 확보.

🖥

디지털 OCR

마이크로프로세서 기반. IEC 60255 특성 곡선 소프트웨어 선택. 자기진단 기능 내장.

03 / 블록 다이어그램

OCR 시스템 구성 — 블록 다이어그램

아래 블록 다이어그램은 3상 수전계통에서 CT → OCR → 차단기 트립까지의 신호 흐름을 나타냅니다. 주회로 전류는 CT에서 변성(변류비 예: 200/5A)되어 OCR의 전류 입력단에 연결되며, OCR 내부에서 순시·한시 비교 연산 후 트립 접점을 구동합니다. 트립 신호는 제어회로를 통해 차단기 트립 코일(TC)을 여자시켜 차단기를 개방합니다.

[블록 다이어그램] OCR 신호 흐름도

04 / 계통도 (SLD)

수전계통 CT·OCR 연결 단선결선도

아래 단선결선도(SLD)는 22.9kV 수전 → 메인 변압기 → 저압 분전반까지의 주요 보호기기 연결 흐름을 나타냅니다. 고압 측에는 PF(전력퓨즈)와 DS(단로기) 이후 VCB(진공차단기)가 위치하며, 변압기 저압 측에는 MCCB와 함께 각 피더에 CT–OCR 조합이 설치됩니다. 각 CT의 변류비는 부하 전류 크기에 따라 선정하며, OCR 픽업은 최대 부하 전류의 1.2배 이내로 설정합니다.

보호 협조의 기본 원칙은 하위 계전기가 먼저 동작하고 상위 계전기는 백업 보호 역할을 하는 것입니다. 따라서 각 계층 OCR의 한시 시간배율(TDS)은 하위로 내려갈수록 낮게 설정하여 최소 0.3초 이상의 협조 시간 차를 확보해야 합니다.

[계통도] 22.9kV 수전 CT-OCR 단선결선도 (SLD)

05 / 순시 정정

순시 정정 — 단락 보호 설정 방법

순시 정정(Instantaneous Setting)은 단락 전류처럼 매우 큰 과전류가 발생했을 때 시간 지연 없이 즉각 차단기를 트립시키는 기능입니다. 순시 동작 시간은 일반적으로 0.05초(50ms) 이하이며, 이를 통해 단락 사고 시 기기 손상과 화재를 최소화합니다. 순시 픽업은 너무 낮게 설정하면 전동기 기동 돌입전류에 의한 오동작이 발생하고, 너무 높으면 보호 사각지대가 생깁니다.

현장에서 순시 배율은 정격전류의 5~10배로 설정하는 것이 일반적입니다. 전동기 회로의 경우 기동 돌입전류(기동전류의 6~8배)보다 높게 설정해야 하므로 10~12배까지 올리는 경우도 있습니다. 단락 전류 계산값보다 낮은 범위 내에서 선정해야 선택성을 유지할 수 있습니다.

순시 픽업 전류 계산 예시

순시 픽업 전류 계산

I_inst = k × I_rated

I_inst : 순시 픽업 전류 [A]
k : 배율 (일반 부하 5~7배, 전동기 10~12배)
I_rated: CT 1차 정격전류 [A]

✅ 순시 설정 실무 팁 CT 1차 200A 회로에서 일반 부하를 보호하는 경우 → I_inst = 7 × 200 = 1,400A. 단락전류 계산값(예: 5,000A)보다 낮으므로 단락 보호 유효. 상위 OCR 순시 픽업(예: 3,000A)보다 낮으므로 선택성 확보.

부하 유형	권장 순시 배율	근거	주의사항	비고
일반 부하 (저항성)	5~7배	돌입전류 없음	하위 CB 단락전류 이하	조명·히터
유도전동기 (소형)	8~10배	기동 돌입 6~8배	기동전류 초과 설정	5.5kW 이하
유도전동기 (대형)	10~12배	기동 돌입 8배	변압기 여자 돌입 고려	11kW 이상
변압기 피더	12~16배	여자 돌입전류	2nd 고조파 억제 기능 활용	고압 측
커패시터 뱅크	15~20배	투입 돌입전류 대	리액터 삽입 여부 확인	역률 개선

06 / 한시 정정

한시 정정 — 역시간 특성 곡선과 IEC 공식

한시 정정(Time-Overcurrent Setting)은 과부하처럼 정격전류보다 약간 큰 전류가 지속될 때, 전류 크기에 반비례하는 시간 지연 후 차단기를 트립시키는 기능입니다. 이 특성을 역시간 특성(Inverse Time Characteristic)이라 하며, IEC 60255-151 표준에 따라 Standard Inverse(SI), Very Inverse(VI), Extremely Inverse(EI) 등 여러 곡선 유형이 정의되어 있습니다. 부하 특성과 보호 협조 요건에 따라 적절한 곡선을 선택합니다.

한시 정정의 두 가지 핵심 파라미터는 픽업 전류(Ipickup)와 시간 배율(TDS, Time Dial Setting)입니다. 픽업 전류는 일반적으로 최대 부하 전류의 1.05~1.2배로 설정하며, TDS는 하위 계전기와의 협조 시간 차이를 고려하여 0.5~2.0 범위에서 조정합니다. 두 값을 잘못 설정하면 불필요 트립이나 과도한 보호 지연이 발생합니다.

IEC 60255 한시 동작 시간 공식

한시 동작 시간 계산 (IEC 60255-151)

t = TDS × [ K / ( (I / Ipickup)^α - 1 ) ]

t : 동작 시간 [s]
TDS : 시간 배율 (Time Dial Setting)
I : 측정 전류 [A]
Ipickup : 픽업 전류 설정값 [A]
K, α : 곡선 특성 상수 (아래 표 참조)

곡선 명칭	K 값	α 값	특징	적용 사례
Standard Inverse (SI)	0.14	0.02	완만한 반한시	일반 배전 피더
Very Inverse (VI)	13.5	1.0	중간 경사	전동기 보호
Extremely Inverse (EI)	80.0	2.0	급격한 경사	변압기, 퓨즈 협조
Long Time Inverse (LTI)	120.0	1.0	장시간 과부하	케이블 열적 보호
Definite Time (DT)	-	-	일정 시간 동작	협조 단순화 요구 시

📐 계산 예시 조건: CT 200/5A, 부하 전류 160A → CT 2차 = 4A. Ipickup = 160×1.2 / (200/5) = 192/40 = 4.8A. Very Inverse 곡선, TDS=0.5 적용 시, I/Ipickup = 2.0(두 배 과전류)이면 t = 0.5 × [13.5 / (2.0^1.0 - 1)] = 0.5 × 13.5 = 6.75초.

07 / 제어회로 배선도

OCR 제어회로 배선도 — 트립 접점 연결

OCR 제어회로 배선도는 OCR 출력 접점이 어떻게 차단기 트립 코일(TC)을 여자시키는지를 단자번호 기준으로 표현합니다. 일반적으로 제어전원(DC 110V 또는 AC 220V)이 OCR 전원 단자에 인가되며, OCR 트립 접점(NO 접점)이 닫히면 TC 코일에 전류가 흘러 차단기가 트립됩니다. 또한 CB 보조 접점(52a/52b)을 이용해 트립 상태를 표시반이나 알람 회로에 연결합니다.

[제어회로 배선도] OCR 트립 회로 단자대 연결도

08 / 협조 곡선

시간-전류 협조 곡선 분석

보호 협조(Protective Coordination)란 상위와 하위의 OCR이 동일한 사고에 대해 하위 계전기가 먼저 동작하고, 하위가 동작하지 않을 경우 상위가 백업 보호하는 선택성을 갖추는 것입니다. 협조 분석은 시간-전류 특성 곡선(TCC, Time-Current Curve)을 동일 로그-로그 그래프에 중첩하여 각 곡선이 겹치지 않고 일정 시간 간격을 유지하는지 확인합니다.

협조가 확보되었다고 판단하는 기준은 동일 전류에서 하위 OCR 동작시간과 상위 OCR 동작시간의 차이가 최소 0.3초 이상이어야 합니다. 이 0.3초는 차단기 동작시간(0.05~0.1초), OCR 과주행 오차(0.1초), 안전 마진(0.1초)을 합산한 값입니다. 협조가 깨지는 구간이 발생하면 상위 TDS를 높이거나 하위 픽업을 낮춰 재조정합니다.

[협조 곡선 그래프] OCR-1(상위) vs OCR-2(하위) 시간-전류 특성

⚠️ 협조 실패 시 대처 곡선이 교차(크로스)하는 구간이 발생하면 상위 OCR의 TDS 또는 픽업을 재조정하거나, 하위 OCR 순시 배율을 낮춰 교차 전류값 이하에서 협조가 이루어지도록 수정합니다. 협조 재검토 시에는 반드시 전문 보호협조 소프트웨어(ETAP, SKM 등)를 활용하여 정확한 검증을 수행하십시오.

09 / 실전 적용 가이드

OCR 정정 실전 5단계 프로세스

OCR 정정 작업은 설계 단계의 계산에서 끝나는 것이 아니라, 현장 설치 후 실제 부하 전류를 측정하고 트립 시험을 통해 최종 검증하는 과정까지 포함합니다. 아래 5단계 프로세스를 따르면 과전류 오동작 및 미동작을 방지하는 정확한 OCR 정정이 가능합니다.

1

CT 비율 및 최대 부하 전류 확인

변류기(CT) 변류비(예: 200/5A)와 해당 회로의 최대 부하 전류를 측정 또는 계산합니다. CT 포화를 방지하기 위해 최대 부하 전류가 CT 1차 정격의 80% 이하인지 확인합니다.

2

픽업 전류 설정 — 최대 부하의 1.2배

한시 픽업(Ipickup)을 최대 부하 전류의 1.05~1.2배로 설정합니다. CT 2차 환산값으로 입력하며, 예) 부하 160A / CT 200/5A → 2차 4A → 픽업 = 4×1.2 = 4.8A.

3

순시 배율 설정 — 5~10배 (부하 특성 고려)

부하 종류에 따라 순시 배율을 선정하고, 단락전류 계산값보다 낮은 범위 내에서 설정합니다. 전동기 기동 돌입전류를 초과하도록 설정하여 오동작을 방지합니다.

4

한시 TDS 설정 및 협조 시간 확보

TDS를 조정하여 협조 곡선 그래프에서 상위 OCR과 최소 0.3초 이상의 시간 차이를 확보합니다. 협조 분석 소프트웨어 또는 수기 계산으로 전 전류 범위에서 검증합니다.

5

1차 주입 시험 또는 모의 트립 시험

정전·LOTO 후 2차 주입 시험기로 설정한 픽업 및 시간 특성이 올바르게 동작하는지 확인합니다. 순시 동작 전류·시간과 한시 동작 시간을 기록하고 설계값과 비교합니다.

10 / KEC·법규

KEC 및 법규 기준 — OCR 정정 관련 규정

한국전기설비규정(KEC) 212조는 과전류 보호장치의 설치 원칙과 정정 기준을 규정하며, 전기설비기술기준 제21조는 보호 협조와 선택성에 관한 요건을 명시합니다. 수변전설비 설계 및 시운전 시 이 기준을 반드시 준수해야 하며, 수전 용량이나 계통 구성 변경 시에는 OCR 정정값도 재검토해야 합니다.

KEC 212.3 — 과전류 차단

저압 회로의 과전류 보호장치는 최대 부하 전류에 적합하게 정정하고, 단락전류 차단 용량을 확보해야 합니다.

KEC 341.2 — 고압 보호기기

고압 수전설비의 OCR은 변류기 비율, 최대 부하 전류, 단락전류를 고려한 픽업 및 시간 정정이 요구됩니다.

전기설비기준 제21조

보호기기 간 선택 차단(선택성) 확보를 원칙으로 하며, 협조 곡선 분석을 통해 동작 선택성을 검증합니다.

IEC 60255-151 (OCR 특성)

디지털 OCR의 역시간 특성 곡선(SI, VI, EI)에 대한 수식과 파라미터(K, α)를 국제 표준으로 정의합니다.

항목	기준 규정	요구사항	비고
픽업 전류 상한	KEC 212.3	최대 부하 전류의 125% 이하	저압 회로
순시 배율 (저압)	KEC 212	단락전류 범위 이내	선택성 확보
협조 시간 차	전기설비기준 21조	0.3초 이상 권장	보호협조
CT 오차 고려	IEC 60044-1	5P10 이상 정밀도 등급	보호용 CT
OCR 시험 주기	전기안전관리법	정기 점검 시 동작 시험	1~3년 주기

11 / 안전 수칙

OCR 정정 작업 시 안전 수칙

OCR 정정 및 시험 작업은 고압 및 저압 전기 설비에 직접 접근하는 작업으로, 반드시 정전 및 LOTO(잠금·태그아웃) 절차를 완전히 이행한 후 수행해야 합니다. 특히 CT 2차 회로 작업 시 CT 개방 상태에서는 매우 높은 전압이 발생하므로 단락(Short) 상태를 유지하는 것이 필수적입니다. 안전 절차를 무시한 작업은 감전 사망 사고로 직결될 수 있습니다.

⛔ LOTO 의무 이행

정전 후 잠금·태그아웃을 실시하고, 검전기로 무전압을 확인한 후 작업을 시작합니다.

⛔ CT 2차 개방 금지

CT 2차측을 개방하면 과도 고전압이 발생합니다. 반드시 단락 후 OCR을 분리하십시오.

⛔ 활선 상태 정정 금지

디지털 OCR 설정 변경이라도 반드시 회로 분리 후 수행하거나 허가된 전문 인원만 접근하십시오.

✅ 2인 1조 작업

OCR 시험 및 정정 작업은 반드시 2인 1조로 수행하고, 한 명은 감시자 역할을 맡아야 합니다.

FAQ

자주 묻는 질문

OCR 순시 정정은 보통 몇 배로 설정하나요?

단락 보호 목적으로 정격전류의 5~10배에 즉시 동작하도록 설정합니다. 전동기처럼 기동 돌입전류가 큰 부하는 10~12배까지 높일 수 있으며, 반드시 단락전류 계산값과 상위 계전기 순시 정정값 사이에 위치해야 선택성이 확보됩니다.

한시 정정 시간은 어떻게 계산하나요?

IEC 60255 기준의 t = TDS × [K / ((I/Ipickup)^α − 1)] 공식을 사용하며, Very Inverse 곡선의 경우 K=13.5, α=1.0을 적용합니다. 계전기 특성 곡선 유형(SI·VI·EI)에 따라 K와 α 값이 달라지므로, 제조사 매뉴얼에서 해당 파라미터를 반드시 확인하십시오.

KEC에서 OCR 정정 관련 기준이 있나요?

KEC 212조(보호장치)와 전기설비기술기준 제21조에서 과전류 보호 협조 및 픽업 전류 설정 기준을 규정합니다. 저압 회로는 최대 부하 전류의 125% 이하로 픽업을 설정해야 하며, 고압 수전 설비는 KEC 341.2조를 추가로 참조해야 합니다.

협조가 안 될 때 어떻게 재조정하나요?

협조 곡선이 교차하는 경우 상위 OCR의 TDS를 높이거나, 하위 OCR 순시 배율을 낮춰 교차 구간 전류에서 선택성이 회복되도록 조정합니다. 재조정 후에는 반드시 전 전류 범위에서 협조 곡선 재검증이 필요하며, ETAP 등 전문 소프트웨어 활용을 권장합니다.

전기기사 실기에서 OCR 문제가 자주 나오나요?

네, 전기기사 실기 시험에서 보호 계전기 정정 계산과 트립 곡선 분석 문제는 매년 출제됩니다. 순시 픽업 전류 계산, 한시 동작 시간 계산, 협조 시간 차 확인 등이 주요 출제 유형이므로 IEC 60255 공식과 CT 변류비 환산을 반복 연습하는 것이 중요합니다.

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