MV 보호 시스템을 위한 계기 변압기 부담 계산 가이드

소개

부하 계산은 고압 보호 시스템 설계에서 가장 자주 오해되고 가장 중요한 엔지니어링 작업 중 하나입니다. CT 또는 VT 2차 회로에 연결된 모든 장치는 임피던스를 추가하며, 총 부하가 변압기의 정격 VA를 초과하면 정확도가 저하되고 코어가 포화되며 보호 계전기가 왜곡된 신호를 수신하여 위험한 오작동을 일으킬 수 있습니다.

정답: 계측기 변압기 부담은 2차 회로에 부과되는 총 볼트-암페어 부하이며, 정확도 등급 준수와 안정적인 고장 감지를 보장하려면 항상 변압기의 정격 부담 이내로 유지해야 합니다.

MV 스위치기어를 지정하는 전기 엔지니어 및 EPC 계약업체에게 부하를 잘못 계산하는 것은 사소한 교정 문제가 아니라 시스템 수준의 신뢰성 장애가 발생할 수 있다는 것을 의미합니다. 이 가이드는 완전한 부하 계산 방법론, 일반적인 함정 및 선택 기준을 안내하여 CT 및 VT 설치가 설계된 대로 정확하게 작동하도록 보장합니다.

목차

• 기기 변압기 부담이란 무엇이며 어떻게 정의되나요?
• CT 및 VT 부담은 단계별로 어떻게 계산하나요?
• 부담은 CT 정확도 등급 및 보호 성능에 어떤 영향을 미치나요?
• MV 시스템에서 가장 흔한 부담금 계산 실수는 무엇인가요?

기기 변압기 부담이란 무엇이며 어떻게 정의되나요?

부담은 총 외부 임피던스로 다음과 같이 표현됩니다. 볼트 암페어(VA) 또는 옴(Ω) - 계측기 변압기의 보조 단자에 연결됩니다. 변압기가 정격 정확도를 유지하면서 구동해야 하는 모든 부하의 합을 나타냅니다. CT의 경우 여기에는 2차 루프에 있는 모든 장치와 도체가 포함됩니다. VT의 경우 병렬로 연결된 모든 측정 및 보호 장비를 포함합니다.

부담감을 이해하는 것은 부담감이 표현되는 두 가지 방식을 이해하는 것에서 시작됩니다:

• VA 부담: 정격 2차 전류 또는 전압에서 2차 회로가 소비하는 총 피상 전력
• 임피던스 부담(Ω): 세부 계산에 사용되는 2차 회로의 총 저항 및 리액턴스

당 CT 부담을 관리하는 주요 기술 매개 변수 IEC 61869-2¹:

• 등급 부담: 명시된 정확도 등급을 유지하면서 CT가 공급할 수 있는 최대 VA(예: 15VA, 30VA)
• 평점 보조 전류²: 1A 또는 5A의 표준 값 - 이 값의 제곱에 따라 부담 임피던스가 스케일링됩니다.
• 정확도 등급: 계량의 경우 0.2, 0.5, 보호의 경우 5P, 10P - 각 부담 범위가 정의되어 있습니다.
• 부담의 역률: 보호 등급의 경우 일반적으로 0.8 지연, 저항성 부하의 경우 1.0 지연
• 정격 정확도 제한 계수(ALF³): 실제 부담에 반비례 - 부담이 감소할수록 증가합니다.
• 절연 수준: MV 애플리케이션을 위한 12㎸/24㎸/36㎸ 클래스
• 열 연속 전류 정격: 정격 1차측 전류 ≥1.2배
• 크리피지 거리: 표준 실내 환경(IEC 60815)의 경우 ≥25mm/kV

중요하지만 종종 간과되는 부분입니다: 릴레이만으로는 부담이 해결되지 않습니다.. 보조 케이블 저항, 단자 접촉 저항, 직렬로 연결된 모든 장치의 결합 임피던스가 모두 영향을 미칩니다. 케이블 부하를 무시하는 것은 현장 설치에서 정확도 등급 위반의 가장 흔한 원인입니다.

CT 및 VT 부담은 단계별로 어떻게 계산하나요?

부담금 계산은 구조화된 프로세스를 따릅니다. 다음은 MV 보호 및 계량 CT 회로에 사용되는 전체 방법론입니다.

1단계: 모든 보조 회로 장치 나열

CT 보조 루프에 연결된 모든 장치를 식별합니다:

• 보호 릴레이(거리, 과전류, 차동)
• 에너지 미터 또는 전력 품질 분석기
• 트랜스듀서 또는 트랜스미터
• 전류계(해당되는 경우)
• CT 삽입(해당되는 경우)

2단계: 각 디바이스에 대한 VA 또는 임피던스 등급 얻기

각 장치 제조업체는 정격 2차 전류에서 부담 등급을 제공합니다. 모든 값을 다음과 같이 변환합니다. 임피던스(Ω) 사용 중입니다:

$Z = \frac{VA}{I_s^2}$

어디 $I_s$ 는 정격 2차 전류(1A 또는 5A)입니다.

예 - 5A 2차 회로:

장치	정격 부담(VA)	임피던스(Ω)
거리 보호 릴레이	1.0 VA	0.040 Ω
과전류 릴레이	0.5 VA	0.020 Ω
에너지 미터	1.5 VA	0.060 Ω
보조 케이블(2× 30m, 2.5mm²)	—	0.432 Ω
단자 접점 저항	—	0.010 Ω
총 부담	—	0.562 Ω

총 임피던스를 다시 VA로 변환합니다: $VA_{총계} = Z_{총계} \times I_s^2 = 0.562 \times 25 = 14.05\ VA$

3단계: 케이블 부담 계산

케이블 저항은 다음과 같이 계산됩니다:

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

Where:

• $L$ = 단방향 케이블 길이(미터)
• $rho$= 구리의 저항률 =$0.0172\ \오메가 \cdot mm^2/m$
• $A$ = 케이블 단면적(mm²)

2.5mm² 구리로 30m 단방향 실행: $R_{케이블} = \frac{2 \times 30 \times 0.0172}{2.5} = 0.413\ \오메가$

4단계: 정격 부담금 대비 확인

계산된 총 부담금이 충족되어야 합니다: $VA_{actual} \leq VA_{rated}$

실제 부담금이 정격 부담금을 초과하는 경우 다음과 같은 옵션이 있습니다:

• 케이블 단면적 증가(저항 부담 감소)
• 더 높은 등급의 부담 CT 지정
• 직렬로 연결된 디바이스 수 줄이기
• 5A에서 1A 보조로 전환(케이블 부담 25배 감소)

5단계: 효과적인 ALF 확인

실제 ALF는 부담에 따라 변경됩니다. IEC 61869-2에 따른 관계는 다음과 같습니다:

$ALF_{actual} = ALF_{rated} \times \frac{VA_{rated} + VA_{internal}}{VA_{actual} + VA_{내부}}$

어디 $VA_{내부}$ 는 CT 자체의 내부 와인딩 부담입니다(데이터시트에서). 이 단계는 다음과 같은 경우에 중요합니다. 거리 보호⁴ 및 차등 보호 애플리케이션.

CT와 VT 부담 계산 비교

매개변수	CT 부담 계산	VT 부담 계산
회로 토폴로지	시리즈 루프	병렬 연결
부담 표현식	VA 또는 Ω(직렬 임피던스)	VA 또는 Ω(병렬 임피던스)
케이블 영향	높은 직렬 저항이 직접 추가됩니다.	낮은 - 병렬 부하가 지배적
보조 표준	1A 또는 5A	100V 또는 110V
주요 위험	과도한 부담으로 인한 코어 포화	전압 강하 및 정확도 손실
관리 표준	IEC 61869-2	IEC 61869-3

고객 사례 - 33kV 피더 보호 패널의 부하 계산 오류:
북아프리카의 한 EPC 회사의 조달 관리자는 새로 시운전한 33kV 피더 보호 시스템이 에너지 계량에서 지속적인 정확도 오류를 보이자, 지속적으로 3-4% 낮게 측정되는 것을 보고 연락을 취했습니다. 조사 결과, 2차 케이블 길이가 45미터(원래 설계에서 20미터로 가정한 것보다 더 긴)로, 0.62Ω의 설명되지 않은 저항 부담이 추가된 것으로 나타났습니다. 설치된 CT의 정격은 15VA였지만 실제 부담은 22VA에 달해 CT가 0.5 정확도 등급 범위를 벗어났습니다. 벱토는 사양이 일치하는 30VA 정격 CT를 교체 공급했고, 계량 정확도는 청구 등급 요구 사항에 훨씬 부합하는 0.2% 이내로 회복되었습니다.

부담은 CT 정확도 등급 및 보호 성능에 어떤 영향을 미치나요?

부담과 CT 성능 사이의 관계는 선형적이지 않으며 임계값 효과입니다. 정격 부하 내에서 CT는 명시된 정확도 등급을 유지합니다. 정격 부하를 초과하면 오류 조건에서 오류가 빠르게 증가합니다, 코어 채도⁵ 는 ALF 사양이 가정하는 것보다 일찍 발생합니다.

특히 거리 보호의 경우, 이는 운영상 직접적인 영향을 미칩니다:

• 부담이 적습니다: 유효 ALF 증가 - 일반적으로 이점이 있지만 릴레이 입력 임피던스는 여전히 충족되어야 합니다.
• 정격 부담금 기준: 정확도 등급 사양에 따라 정확하게 작동하는 CT
• 과부하(110-150% 정격): 복합 오류가 클래스 제한을 초과하고 계량이 잘못 판독됨
• 심각한 과부하(>150% 등급): 고장 조건에서 코어 포화, 보호 계전기가 클리핑된 파형을 수신, 임피던스 계산 실패, 거리 계전기가 구역 1을 트립하지 않을 수 있음

부담 수준별 보호 신뢰도에 미치는 영향

부담 수준	계량 정확도	보호 CT 동작	거리 릴레이 응답
<80% 평점	클래스 내	효과적으로 더 높은 ALF	안심 구역 1 여행
80-100% 등급	클래스 내	사양별	안심 구역 1 여행
100-130% 등급	한계 오류	유효 ALF 감소	가능한 구역 1 지연
>150% 평가	중대한 오류	조기 포화	오작동 위험

보호가 중요한 애플리케이션을 위한 실용적인 권장 사항입니다: 최대 75-80%의 정격 부하로 설계되었습니다., 를 사용하여 향후 릴레이 추가 또는 저항을 증가시키는 케이블 재라우팅을 위한 여유를 보존합니다.

고객 사례 - 과도한 부담으로 인한 보호 오작동 추적:
동남아시아의 한 전력 유틸리티 계약업체는 22kV 가공선 거리 계전기가 1구역 내에서 지속적으로 근접 결함을 제거하지 못하고 2구역으로 기본값(400ms 지연)을 설정하는 데 실패했다고 보고했습니다. 자세한 시운전 분석 결과 CT 2차 회로에는 3개의 계전기, 변환기, 38미터 케이블이 포함되어 있었으며, 15VA 정격 CT에 대해 총 28VA의 부하가 걸리는 것으로 나타났습니다. CT는 정격 전류의 약 8배에서 포화 상태였으며, 이는 5P20 사양의 정격 부하에서 20배 용량에 훨씬 못 미치는 수치였습니다. 벱토 5P20 30VA CT로 교체하자 구역 1 타이밍 문제가 완전히 해결되었습니다.

MV 시스템에서 가장 흔한 부담금 계산 실수는 무엇인가요?

설치 및 시운전 체크리스트

1. 실제 케이블 길이 측정 - 부담금 계산에 설계 도면 추정치를 사용하지 마십시오.
2. 도체 저항 측정 전원을 공급하기 전에 저저항 저항 저항계 사용
3. 각 릴레이의 실제 입력 부담 확인 카탈로그 요약이 아닌 제조업체 데이터시트에서 제공
4. 정격 2차측 전류에서 총 부하 계산하기 CT VA 등급을 지정하기 전에
5. 2차 주입 테스트 수행 시운전 시 CT 비율, 극성 및 정확도 확인
6. 준공 시 부담금 문서화 향후 유지보수 참조를 위해

신뢰성을 저해하는 일반적인 실수

• 케이블 부담 무시: 5A 2차 회로에서 30m 케이블을 사용하면 8-15VA가 발생하여 릴레이 부하를 초과하는 경우가 많습니다.
• 1A 및 5A 장치 혼합: 5A 정격 릴레이를 1A CT 2차측에 연결하면 심각한 과부하 및 잠재적인 릴레이 손상이 발생할 수 있습니다.
• 릴레이 부담은 총 부담과 같다고 가정합니다: 미터, 트랜스듀서 및 단자 저항을 잊어버리는 것은 매우 흔한 일입니다.
• 부담금 변경 후 ALF를 다시 계산하지 않습니다: 시스템 업그레이드 중에 효과적인 ALF를 다시 확인하지 않고 릴레이를 추가하는 것은 숨겨진 보호 위험입니다.
• CT에 VT 부담 계산 방법 사용: 직렬 토폴로지와 병렬 토폴로지 - 계산 방식이 근본적으로 다릅니다.
• 온도 효과 무시: 구리 저항은 °C당 약 0.4% 증가 - 주변 온도가 높은 설치 환경에서 60°C에서의 케이블 부담은 20°C에서보다 측정 가능하게 높습니다.

결론

정확한 부담 계산은 선택적인 엔지니어링 개선이 아니라 고압 배전에서 계기 변압기 정확도 등급 준수 및 보호 시스템 신뢰성을 위한 기본 요건입니다. 핵심 사항: 항상 케이블 저항을 포함한 총 2차 부하를 계산하고, 보호 애플리케이션에 효과적인 ALF를 확인하고, 안정적인 고장 감지를 유지하기 위해 최대 75-80%의 정격 CT 부하로 설계하세요. 벱토 일렉트릭에서 공급하는 모든 CT에는 전체 데이터시트 부하 사양과 내부 권선 저항 값이 포함되어 있어 엔지니어링 팀이 첫날부터 정확한 부하 계산을 수행하는 데 필요한 모든 것을 제공합니다.

계측기 변압기 부담 계산에 관한 자주 묻는 질문

1. 변류기 요구 사항을 관리하는 국제 표준에 대해 자세히 알아보기 ↩

2. 보조 출력 레벨 선택이 시스템 부담에 미치는 영향 이해 ↩

3. 포화 제한이 보호 변압기의 정확도에 미치는 영향 파악 ↩

4. 계산된 임피던스로 배전선로의 고장 위치를 식별하는 방법 살펴보기 ↩

5. 변압기 코어 자기 제한으로 인한 신호 왜곡 방지 ↩