전류 변압기 2차 부담 계산

소개

고압 보호 시스템에서는 완벽하게 지정된 변류기라도 2차 부하를 잘못 계산하면 안정적인 고장 신호를 전달하지 못할 수 있습니다. CT 2차 단자에 연결된 총 임피던스인 2차 부담은 장애 조건에서 CT가 정확도를 유지할지, 아니면 포화 상태로 손상된 신호를 보호 릴레이로 보낼지를 직접 결정합니다. MV 보호 체계를 설계하는 전기 엔지니어와 산업 변전소 또는 전력망 피더용 CT를 조달하는 구매 관리자에게 잘못된 부담 계산은 현장에서 가장 흔하면서도 가장 치명적인 사양 오류 중 하나입니다. 이 가이드는 2차 루프의 모든 저항 구성 요소를 포괄하는 CT 2차 부하 계산을 위한 구조화된 엔지니어링 등급 방법론을 제공하며, 해당 계산을 IEC 61869-2에 따라 올바른 CT 사양으로 변환합니다.

목차

• CT 2차 부담금이란 무엇이며 어떤 항목이 포함되나요?
• 총 2차 부담금은 단계별로 어떻게 계산하나요?
• 2차 부담금이 MV 보호를 위한 CT 선택에 어떤 영향을 미치나요?
• 보호 회로에서 가장 흔한 부담 계산 오류는 무엇인가요?

CT 2차 부담금이란 무엇이며 어떤 항목이 포함되나요?

CT 2차 부담은 CT 2차측 권선에 제공되는 총 임피던스(VA 또는 Ω으로 표시) 2차 루프에 연결된 모든 디바이스 및 컨덕터에 의해 측정됩니다. 이는 단순히 릴레이 코일 임피던스가 아니라 2차 전류가 통과해야 하는 모든 저항 및 반응성 요소의 합계입니다.

당 IEC 61869-2¹, 에서 보호 CT의 정격 부하(Sₙ)는 정격 2차측 전류(일반적으로 1A 또는 5A)와 정격 역률(일반적으로 cos φ = 0.8)로 정의됩니다. CT는 이 부담 값까지 정확도 등급을 유지해야 합니다. 이를 초과하면 유효 ALF가 떨어지고 시스템 오류 수준 요구 사항보다 낮아질 수 있습니다.

CT 2차 부담금의 구성 요소

총 2차 부담금은 네 가지 요소로 구성됩니다:

• 릴레이 부담(S_relay): 연결된 모든 보호 릴레이의 VA 소비량 - 과전류, 접지 오류, 차동, 거리. 현대 수치 보호 릴레이² 일반적으로 위상당 0.1-0.5VA를 소비하며, 전기 기계식 릴레이는 3-10VA를 소비할 수 있습니다.
• 케이블 부담(R_cable): CT 단자와 릴레이 패널 사이의 2차 배선 저항 - 현장 설치에서 가장 큰 단일 부하 구성 요소인 경우가 많습니다.
• 단자대 및 연결 저항(R_terminal): 작지만 긴 2차 체인에서 무시할 수 없는 수준, 일반적으로 단자대 쌍당 0.01~0.05Ω
• CT 2차 권선 저항(R_ct): CT 자체의 내부 권선 저항 - 외부 부담의 일부가 아니지만 ALF 계산에 중요하며 IEC 표준에 따라 75°C에서 측정됨.

확인해야 할 주요 기술 사양

• 정격 보조 전류: 1A 또는 5A - 이 선택은 케이블 부담에 큰 영향을 미칩니다(5A 2차는 동일한 저항에서 1A보다 25배 더 많은 케이블 전압 강하를 생성합니다).
• 단열 시스템: 에폭시 수지 주조, IEC 61869에 따른 정격 12kV/24kV/36kV
• 정확도 등급: 보호 회로용 5P 또는 10P
• 정격 부담 범위: 표준값 - 2.5VA, 5VA, 10VA, 15VA, 30VA
• 작동 온도: 클래스 E(120°C) 또는 클래스 F(155°C) - Rct 보정 계수에 영향을 줍니다.

총 2차 부담금은 단계별로 어떻게 계산하나요?

엄격한 2차 부담금 계산은 4단계 프로세스를 따릅니다. 각 단계는 CT 사양이 확정되기 전에 완료되어야 하며, 한 단계라도 건너뛰면 사양 미달의 위험이 발생합니다.

1단계: 릴레이 부담 결정하기

연결된 각 디바이스의 릴레이 제조업체 데이터시트에서 VA 소비량을 확인합니다:

$S_{릴레이} = \sum_{i=1}^{n} S_{릴레이,i}$

VA를 정격 2차 전류에서 저항으로 변환합니다:

$R_{릴레이} = \frac{S_{릴레이}}{I_{2n}^2}$

예시: 수치 과전류 계전기 = 0.3VA, 접지 오류 계전기 = 0.2VA, 총 = 0.5VA
I₂ₙ = 5A에서: $R_{릴레이} = \frac{0.5}{25} = 0.02 , \오메가$
I₂ₙ = 1A에서: $R_{릴레이} = \frac{0.5}{1} = 0.5 , \오메가$

2단계: 케이블 저항 계산

이는 특히 CT가 릴레이 패널에서 멀리 떨어진 곳에 위치한 설치의 경우 가장 중요한 계산 단계입니다:

$R_{케이블} = \frac{2 \times L \times \rho}{A}$

Where:

• $L$ = 단방향 케이블 길이(미터)
• $\rho$ = 구리의 저항률³ = 0.0175 Ω-mm²/m (20°C 기준)
• $A$ = 케이블 단면적(mm²)
• 요인 2 발신 및 수신 컨덕터 모두에 대한 계정

75°C로 온도 보정:

$R_{케이블,75} = R_{케이블,20} \times [1 + 0.00393 \times (75 - 20)]]$

$R_{케이블,75} = R_{케이블,20} \times 1.216$

예시: 30m 케이블 길이, 2.5mm² 구리:
$R_{케이블,20} = \frac{2 \times 30 \times 0.0175}{2.5} = 0.42 , \오메가$
$R_{케이블,75} = 0.42 \times 1.216 = 0.511 , \오메가$

3단계: 터미널 및 연결 저항 추가

터미널 블록 쌍이 6개인 일반적인 2차 회로의 경우:

$R_{terminal} = 6 \times 0.03 = 0.18 , \Omega$

4단계: 총 외부 부담금 합계

$R_{부담,총} = R_{릴레이} + R_{케이블,75} + R_{터미널}$

$R_{부담,총} = 0.02 + 0.511 + 0.018 = 0.549 , \Omega$

정격 보조 전류에서 VA로 변환합니다:

$S_{부담,총} = R_{부담,총} \I_{2n}^2 = 0.549 \times 25 = 13.7 , VA$

→ CT 정격 부하 ≥ 15VA 지정 (다음 표준 값은 13.7VA 이상)

부담 비교: 1A vs 5A 보조

매개변수	1A 보조	5A 보조
케이블 저항 영향	낮음(I² 효과 최소화)	높음(VA 손실 25배 증가)
릴레이 부담(VA→Ω)	VA당 더 높은 Ω	VA당 낮은 Ω
권장 케이블 길이	최대 100m 실용성	30m 이하로 유지하는 것이 이상적
표준 부담금 등급	2.5VA-15VA 일반	10VA-30VA 일반
코어 크기	더 작게	더 크게
애플리케이션	원격 설치, 긴 케이블 연결	로컬 패널 설치

핵심 요점: 중계 패널에서 20미터 이상 떨어진 곳에 CT를 설치하는 경우, 1보조가 강력히 선호됩니다. - 5A 보조의 케이블 부담은 릴레이가 신호를 수신하기도 전에 전체 정격 VA 예산을 소모할 수 있습니다.

고객 사례 - 전력망 EPC 계약업체, 33kV 변전소:
남아시아의 한 EPC 계약업체는 CT 마샬링 박스가 주 계전기 패널에서 45미터 떨어진 33kV 실외 변전소에 5A 보조 CT를 지정했습니다. 초기 부담 계산(계전기만)에서는 8VA로 나타나 15VA 정격 부담에 훨씬 못 미치는 것으로 나타났습니다. 그러나 벱토의 애플리케이션 엔지니어는 케이블 저항을 포함하여 다시 계산했습니다: 75°C에서 45m × 2.5mm² 구리 추가 1.23Ω = 30.7VA 에 대한 부담이 커졌습니다. 총 부담이 38VA를 초과하여 CT 정격의 두 배가 넘었습니다. 사양이 15VA 부담 정격의 1A 보조 CT로 수정되어 제조 전에 문제가 해결되었습니다. 이 한 번의 계산으로 라이브 그리드 피더에서 완전한 보호 시스템 장애를 방지할 수 있었습니다.

2차 부담금이 MV 보호를 위한 CT 선택에 어떤 영향을 미치나요?

총 2차 부하가 계산되면 정격 부하 클래스, 정확도 클래스 선택, 시스템 오류 수준 요구 사항에 대한 실제 ALF 검증이라는 세 가지 CT 사양 매개변수를 직접 구동합니다.

1단계: 등급별 부담금 등급 선택

항상 계산된 총 부담금보다 높은 다음 표준 부담금 값입니다:

• 계산된 부담 = 13.7VA → 지정 15VA
• 계산된 부담 = 22VA → 지정 30VA
• 계산된 부담과 동일한 정격 부담으로 CT를 지정하면 마진이 0이 됩니다.

2단계: 실제 ALF와 결함 수준 비교 확인

정격 부담을 선택한 상태에서 다음을 사용하여 실제 ALF를 확인합니다:

$ALF_{actual} = ALF_{rated} \times \frac{R_{ct} + R_{부담,정격}}{R_{ct} + R_{부담,실제}}$

확인합니다: $ALF_{actual} \geq \frac{I_{sc,max}}{I_{1n}} \times 1.1$

3단계: 애플리케이션별 부담 권장 사항

• 산업용 MV 배전(6-12kV): 5A 보조, 15VA, 클래스 5P20 - 컴팩트한 MCC 패널의 짧은 케이블 길이
• 전력망 변전소(33-36kV): 1A 보조, 15VA, 클래스 5P30 - 원격 중계실까지 긴 케이블 연결
• 태양광 발전소 MV 컬렉션(33kV): 1A 2차측, 10VA, 클래스 10P10 - 낮은 고장 수준, 비용 최적화
• 어반 링 메인 유닛(12kV): 1A 보조, 5VA, 클래스 5P20 - 컴팩트 에폭시 캐스트 CT, 공간 제약적
• 해양/해양 플랫폼: 1A 2차, 10VA, 클래스 5P20, IP67 에폭시 캡슐화 - 부식성 환경

올바른 부담 사양의 안정성 영향

• ✅ CT는 고장 시 선형 영역 내에서 작동 → 계전기는 정확한 고장 전류 신호 수신
• ✅ 정확한 시간-전류 특성 내에서 보호 릴레이 여행
• ✅ 차동 보호 기능으로 장애 발생 시 안정성 유지
• ✅ 전체 장애 수준 범위에서 시스템 안정성 및 가동 시간 유지
• 과부하 CT 포화 → 릴레이 과소 판독 고장 전류 → 트립 지연 또는 실패
• 규정된 부담 등급 미달 → 유효 ALF 감소 → 높은 고장 배수에서 보호 사각지대 발생

보호 회로에서 가장 흔한 부담 계산 오류는 무엇인가요?

설치 및 확인 체크리스트

1. 실제 케이블 길이 측정 - 설계 추정치가 아닌 준공 도면 사용; 현장 라우팅은 계산된 길이에 15-25%를 추가합니다.
2. 현재 데이터시트에서 릴레이 부담 얻기 - 메모리 또는 이전 프로젝트 사양이 아닌 릴레이 모델은 크게 다릅니다.
3. Rct 및 케이블 저항에 온도 보정 적용 - 항상 상온이 아닌 75°C에서 계산합니다.
4. 모든 단자대에 대한 설명 - 특히 여러 개의 중간 단말기 스트립이 있는 마샬링 키오스크의 경우
5. 시운전 중 부하 측정기로 확인 - 통전 전 실제 2차 루프 임피던스 측정
6. 병렬 릴레이 연결 확인 - 동일한 CT 보조에 여러 개의 릴레이를 사용하면 총 부담은 줄지만 개별 확인이 필요합니다.

보호 실패를 유발하는 일반적인 오류

• 온도 보정 없이 릴레이 명판 VA 사용 - 작동 온도에서 전기 기계식 릴레이 코일 저항이 크게 증가합니다.
• 리턴 컨덕터 저항 무시 - 케이블 공식에서 2의 계수는 종종 생략되어 계산된 케이블 부담이 절반으로 줄어듭니다.
• 수치적 릴레이 부하가 전기기계적 릴레이 부하와 같다고 가정할 경우 - 수치형 릴레이는 10~50배 적은 VA를 소비하며, 부담을 과도하게 지정하면 비용이 낭비되지만 레거시 릴레이 교체를 위해 과소 지정하면 오류가 발생합니다.
• 릴레이 패널 재배치 후 부담금 재계산 실패 - 시공 중 케이블 길이 변경은 일반적이며 부담금 재계산을 트리거해야 합니다.
• 중계실 거리만을 기준으로 CT 부담 지정하기 - 중간 배선함, 마샬링 키오스크, 테스트 단자대는 잊어버리세요.

고객 사례 - 산업 석유화학 플랜트 조달 관리자:
중동의 한 석유화학 시설의 조달 관리자는 원래 1995년 프로젝트 사양(5A 2차, 15VA, 클래스 5P20)에 따라 교체용 CT를 주문했습니다. 이 릴레이 패널은 2018년 공장 확장 중에 재배치되어 케이블 길이가 12m에서 38m로 연장되었습니다. 아무도 부담을 다시 계산하지 않았습니다. CT 교체 후 11kV 모터 피더의 과전류 보호 기능이 상간 고장 시 트립되지 않아 모터 권선이 손상되었습니다. 사고 후 분석 결과 실제 부담은 28.4VA로, 15VA CT 정격의 거의 두 배에 달했습니다. 벱토는 이제 다음을 제공합니다. CT 교체 상담의 일환으로 무료 부담금 계산 검토, 를 통해 주문하기 전에 사양의 정확성을 보장합니다.

결론

CT 2차 부하 계산은 형식적인 절차가 아니라 전체 MV 보호 체계가 고장 조건에서 올바르게 작동하는지 여부를 결정하는 기초 엔지니어링 단계입니다. 엔지니어는 계전기 부하, 작동 온도에서의 케이블 저항, 단자대 저항을 체계적으로 고려하고 결과를 CT 정격 부하 및 ALF 요구 사항에 대해 검증함으로써 전력 시스템에 보호가 가장 필요할 때 변류기가 정확하고 안정적인 신호를 전달하도록 보장합니다. 고압 배전, 변전소 및 산업 설비의 경우 올바른 부하 사양은 보호 신뢰성의 기반입니다.

CT 2차 부담금 계산에 관한 자주 묻는 질문

1. 변류기 성능 및 정확도 기준에 대한 공식 국제 표준입니다. ↩

2. 기존 전자 기계식 모델에 비해 VA 소비량이 현저히 낮은 최신 디지털 장치. ↩

3. 보조 케이블의 전압 강하 및 전력 손실을 계산하는 데 사용되는 표준 물리 상수입니다. ↩

4. 높은 오류 전류에서 정확도를 유지하는 CT의 기능을 결정하는 기술 파라미터입니다. ↩