Akım Trafosu Sekonder Yük Hesabı

Giriş

Orta gerilim koruma sistemlerinde, mükemmel şekilde belirlenmiş bir Akım Transformatörü bile sekonder yükün yanlış hesaplanması durumunda güvenilir arıza sinyalleri veremeyebilir. Sekonder yük - CT sekonder terminallerine bağlı toplam empedans - CT'nizin arıza koşulları sırasında doğruluğunu koruyup korumayacağını veya doyuma ulaşıp koruma rölelerinize bozuk sinyaller gönderip göndermeyeceğini doğrudan belirler. OG koruma şemaları tasarlayan elektrik mühendisleri ve endüstriyel trafo merkezleri veya elektrik şebekesi fiderleri için CT tedarik eden satın alma yöneticileri için yanlış yük hesaplaması, sahada en yaygın ancak en sonuç verici spesifikasyon hatalarından biridir. Bu kılavuz, sekonder döngüdeki her direnç bileşenini kapsayan CT sekonder yükünü hesaplamak ve bu hesaplamayı IEC 61869-2 uyarınca doğru bir CT spesifikasyonuna dönüştürmek için yapılandırılmış, mühendislik sınıfı bir metodoloji sağlar.

İçindekiler

• BT İkincil Yükü Nedir ve Neleri İçerir?
• Toplam İkincil Yük Adım Adım Nasıl Hesaplanır?
• İkincil Yük OG Koruması için BT Seçimine Nasıl Etki Eder?
• Koruma Devrelerinde En Sık Karşılaşılan Yük Hesaplama Hataları Nelerdir?

BT İkincil Yükü Nedir ve Neleri İçerir?

BT ikincil yükü CT sekonder sargısına sunulan toplam empedans (VA veya Ω olarak ifade edilir) İkincil döngüdeki tüm bağlı cihazlar ve iletkenler tarafından. Bu sadece röle bobini empedansı değildir - sekonder akımın geçmesi gereken her dirençli ve reaktif elemanın toplamıdır.

Başına IEC 61869-2¹, Bir koruma CT'sinin nominal yükü (Sₙ) nominal sekonder akımda (tipik olarak 1A veya 5A) ve nominal güç faktöründe (genellikle cos φ = 0,8) tanımlanır. CT, bu yük değerine kadar doğruluk sınıfını korumalıdır. Bu değer aşıldığında, etkin ALF düşer - potansiyel olarak sistem arıza seviyesi gereksiniminizin altına düşer.

BT İkincil Yükünün Bileşenleri

Toplam ikincil yük dört farklı unsurdan oluşmaktadır:

• Röle Yükü (S_relay): Bağlı tüm koruma rölelerinin VA tüketimi - aşırı akım, toprak hatası, diferansiyel, mesafe. Modern sayısal koruma röleleri² tipik olarak faz başına 0,1-0,5VA tüketir; elektromekanik röleler 3-10VA tüketebilir
• Kablo Yükü (R_cable): CT terminalleri ve röle paneli arasındaki ikincil kablolamanın direnci - saha kurulumlarında genellikle en büyük tek yük bileşeni
• Terminal Bloğu ve Bağlantı Direnci (R_terminal): Uzun ikincil zincirlerde küçük ancak ihmal edilemez; tipik olarak terminal bloğu çifti başına 0,01-0,05Ω
• CT İkincil Sargı Direnci (R_ct): CT'nin kendi iç sargı direnci - harici yükün bir parçası değildir ancak ALF hesaplaması için kritiktir; IEC standardına göre 75°C'de ölçülür

Onaylanması Gereken Temel Teknik Özellikler

• Nominal Sekonder Akım: 1A veya 5A - bu seçim kablo yükünü önemli ölçüde etkiler (5A sekonder, aynı direnç için 1A'dan 25 kat daha fazla kablo voltaj düşüşü üretir)
• Yalıtım Sistemi: Epoksi reçine döküm, IEC 61869 uyarınca 12kV / 24kV / 36kV olarak derecelendirilmiştir
• Doğruluk Sınıfı: Koruma devreleri için 5P veya 10P
• Nominal Yük Aralığı: Standart değerler - 2,5VA, 5VA, 10VA, 15VA, 30VA
• Çalışma Sıcaklığı: Sınıf E (120°C) veya Sınıf F (155°C) - Rct düzeltme faktörünü etkiler

Toplam İkincil Yük Adım Adım Nasıl Hesaplanır?

Titiz bir ikincil yük hesaplaması dört adımlı bir süreci takip eder. CT spesifikasyonu nihai hale getirilmeden önce her adım tamamlanmalıdır - herhangi bir adımın atlanması eksik spesifikasyon riskini beraberinde getirir.

Adım 1: Röle Yükünü Belirleyin

Bağlı her cihaz için röle üreticisi veri sayfalarından VA tüketimini elde edin:

$S_{relay} = \sum_{i=1}^{n} S_{relay,i}$

VA değerini nominal sekonder akımda dirence dönüştürün:

$R_{relay} = \frac{S_{relay}}{I_{2n}^2}$

Örnek: Sayısal aşırı akım rölesi = 0,3VA, toprak arıza rölesi = 0,2VA, toplam = 0,5VA
I₂ₙ = 5A'de: $R_{relay} = \frac{0.5}{25} = 0.02 , \Omega$
I₂ₙ = 1A'da: $R_{relay} = \frac{0.5}{1} = 0.5 , \Omega$

Adım 2: Kablo Direncini Hesaplayın

Bu, özellikle CT'lerin röle panellerinden uzakta bulunduğu kurulumlar için en kritik hesaplama adımıdır:

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

Nerede?

• $L$ = tek yönlü kablo uzunluğu (metre)
• $\rho$ = bakırın özdirenci³ = 0,0175 Ω-mm²/m (20°C'de)
• $A$ = kablo kesit alanı (mm²)
• Faktör 2 hem gidiş hem de dönüş iletkenleri için hesaplar

75°C'ye kadar sıcaklık düzeltmesi:

$R_{kablo,75} = R_{kablo,20} \times [1 + 0,00393 \times (75 - 20)]$

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

Örnek: 30 m kablo hattı, 2,5 mm² bakır:
$R_{kablo,20} = \frac{2 \times 30 \times 0.0175}{2.5} = 0.42 , \Omega$
$R_{kablo,75} = 0.42 \times 1.216 = 0.511 , \Omega$

Adım 3: Terminal ve Bağlantı Direnci Ekleyin

Tipik bir ikincil devre için 6 terminal blok çifti:

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

Adım 4: Toplam Dış Yükü Toplayın

$R_{burden,total} = R_{relay} + R_{kablo,75} + R_{terminal}$

$R_{yük,toplam} = 0.02 + 0.511 + 0.018 = 0.549 , \Omega$

Nominal sekonder akımda VA'ya dönüştürün:

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

→ CT nominal yükünü ≥ 15VA olarak belirtin (13,7VA'nın üzerindeki bir sonraki standart değer)

Yük Karşılaştırması: 1A vs 5A Ortaöğretim

Parametre	1A İkincil	5A İkincil
Kablo Direnci Darbe	Düşük (I² etkisi minimum)	Yüksek (25 kat daha fazla VA kaybı)
Röle Yükü (VA→Ω)	VA başına daha yüksek Ω	VA başına daha düşük Ω
Önerilen Kablo Çalışması	100 metreye kadar pratik	İdeal olarak 30 metrenin altında tutun
Standart Yük Derecelendirmesi	2,5VA-15VA tipik	10VA-30VA tipik
Çekirdek Boyutu	Daha küçük	Daha büyük
Uygulama	Uzak kurulumlar, uzun kablo hatları	Yerel panel kurulumları

Anahtar çıkarım: Röle panelinden 20 metreden daha uzak CT kurulumları için, 1A ikincil tercih sebebidir - 5A sekonder kablo yükü, röle bir sinyal bile almadan önce nominal VA bütçesinin tamamını tüketebilir.

Müşteri Vakası - Enerji Şebekesi EPC Yüklenicisi, 33kV Trafo Merkezi:
Güney Asya'daki bir EPC yüklenicisi, 33kV açık hava trafo merkezi için 5A ikincil CT'ler belirlemiş ve CT sıralama kutuları ana röle panelinden 45 metre uzağa yerleştirilmiştir. İlk yük hesaplaması (sadece röle) 8VA gösterdi - 15VA nominal yükün oldukça içinde. Ancak, Bepto'nun uygulama mühendisi kablo direnci de dahil olmak üzere yeniden hesaplama yaptı: 75°C'de 45m × 2,5mm² bakır eklendi 1,23Ω = 30,7VA yüke. Toplam yük 38VA'yı aşıyordu - CT değerinin iki katından fazla. Spesifikasyon, 15VA yük değerine sahip 1A sekonder CT'ler olarak revize edildi ve sorun üretimden önce çözüldü. Bu tek hesaplama, canlı bir şebeke fiderinde tam bir koruma sistemi arızasını önledi.

İkincil Yük OG Koruması için BT Seçimine Nasıl Etki Eder?

Toplam ikincil yük hesaplandıktan sonra, doğrudan üç CT spesifikasyon parametresini yönlendirir: nominal yük sınıfı, doğruluk sınıfı seçimi ve gerçek ALF'nin sistem arıza seviyesi gereksinimlerine göre doğrulanması.

Adım 1: Nominal Yük Sınıfını Seçin

Her zaman Hesaplanan toplam yükünüzün üzerindeki bir sonraki standart yük değeri:

• Hesaplanan yük = 13,7VA → Belirtin 15VA
• Hesaplanan yük = 22VA → Belirtin 30VA
• Asla hesaplanan yüke eşit nominal yüke sahip bir CT belirtmeyin - bu sıfır marj bırakır

Adım 2: Arıza Seviyesine Karşı Gerçek ALF'yi Doğrulayın

Nominal yük seçiliyken, gerçek ALF'yi kullanarak doğrulayın:

$ALF_{gerçek} = ALF_{rating} \times \frac{R_{ct} + R_{burden,rated}}{R_{ct} + R_{yük,gerçek}}$

Emin olun: $ALF_{gerçek} \geq \frac{I_{sc,max}}{I_{1n}} \times 1.1$

Adım 3: Uygulamaya Özel Yük Önerileri

• Endüstriyel OG Dağıtım (6-12kV): 5A sekonder, 15VA, Sınıf 5P20 - kompakt MCC panellerinde kısa kablo geçişleri
• Güç Şebekesi Trafo Merkezi (33-36kV): 1A sekonder, 15VA, Sınıf 5P30 - uzak röle odalarına uzun kablo geçişleri
• Güneş Çiftliği OG Toplama (33kV): 1A sekonder, 10VA, Sınıf 10P10 - daha düşük hata seviyeleri, maliyet optimizasyonu
• Kentsel Ring Ana Ünitesi (12kV): 1A sekonder, 5VA, Sınıf 5P20 - kompakt epoksi döküm CT, kısıtlı alan
• Deniz / Offshore Platform: 1A sekonder, 10VA, Sınıf 5P20, IP67 epoksi kapsülleme - korozif ortam

Doğru Yük Spesifikasyonunun Güvenilirlik Etkisi

• CT arıza sırasında doğrusal bölgede çalışır → röle doğru arıza akımı sinyali alır
• ✅ Koruma rölesi doğru zaman-akım karakteristiği içinde açılır
• ✅ Diferansiyel koruma, geçiş arızalarında kararlılığı korur
• ✅ Sistem güvenilirliği ve çalışma süresi tüm hata seviyesi aralığında korunur
• ❌ Aşırı yüklenmiş CT doyar → röle arıza akımını eksik okur → gecikmeli veya başarısız açma
• ❌ Belirtilenin altında yük değeri → etkin ALF azaltılmış → yüksek hata katlarında koruma kör noktası

Koruma Devrelerinde En Sık Karşılaşılan Yük Hesaplama Hataları Nelerdir?

Kurulum ve Doğrulama Kontrol Listesi

1. Gerçek kablo uzunluğunu ölçün - tasarım tahminlerini değil, as-built çizimleri kullanın; saha yönlendirmesi hesaplanan uzunluğa 15-25% ekler
2. Akım veri sayfasından röle yükünü elde edin - hafızadan veya önceki proje özelliklerinden değil; röle modelleri önemli ölçüde değişir
3. Rct ve kablo direncine sıcaklık düzeltmesi uygulayın - her zaman 75°C'de hesaplayın, ortam sıcaklığında değil
4. Tüm terminal blokları için hesap - özellikle birden fazla ara terminal şeridine sahip marshalling kiosklarında
5. Devreye alma sırasında yük ölçer ile doğrulayın - enerjilendirmeden önce gerçek sekonder döngü empedansını ölçün
6. Paralel röle bağlantılarını kontrol edin - aynı CT sekonderindeki çoklu röleler toplam yükü azaltır ancak ayrı doğrulama gerektirir

Koruma Arızalarına Neden Olan Yaygın Hatalar

• Sıcaklık düzeltmesi olmadan röle etiket VA değerini kullanma - elektromekani̇k röle bobi̇ni̇ di̇renci̇ çalişma sicakliğinda önemli̇ ölçüde artar
• Dönüş iletkeni direncinin dikkate alınmaması - kablo formülündeki 2 faktörü sıklıkla atlanmakta ve hesaplanan kablo yükünü yarıya indirmektedir
• Sayısal röle yükünün elektromekanik röle yüküne eşit olduğunu varsayarsak - sayısal röleler 10-50 kat daha az VA tüketir; aşırı yük belirtmek maliyeti boşa harcar, ancak eski röle değişimleri için yetersiz belirtmek hatalara neden olur
• Röle paneli yer değiştirdikten sonra yükün yeniden hesaplanmaması - İnşaat sırasında kablo uzunluğu değişiklikleri yaygındır ve yükün yeniden hesaplanmasını tetiklemelidir
• CT yükünün yalnızca röle odası mesafesine göre belirlenmesi - Ara bağlantı kutularının, marshalling kiosklarının ve test terminal bloklarının unutulması

Müşteri Vakası - Satın Alma Müdürü, Endüstriyel Petrokimya Tesisi:
Orta Doğu'daki bir petrokimya tesisinde çalışan bir satın alma müdürü, 1995 tarihli orijinal proje şartnamesine (5A sekonder, 15VA, Sınıf 5P20) dayanarak yedek CT'ler sipariş etti. Röle paneli, 2018'deki tesis genişletmesi sırasında yeniden konumlandırılmış ve kablo hatları 12 metreden 38 metreye uzatılmıştı. Kimse yükü yeniden hesaplamadı. CT değişiminden sonra, 11kV motor fiderindeki aşırı akım koruması fazdan faza bir arıza sırasında açmadı ve motor sargısında hasara neden oldu. Kaza sonrası analiz, gerçek yükün 28,4VA olduğunu ortaya çıkardı - 15VA CT değerinin neredeyse iki katı. Bepto şimdi şunları sağlıyor BT değişim danışmanlığının bir parçası olarak ücretsiz yük hesaplama incelemesi, Herhangi bir sipariş verilmeden önce spesifikasyonların doğruluğunu sağlamak.

Sonuç

CT ikincil yük hesaplaması bir formalite değildir - tüm OG koruma şemanızın arıza koşulları altında doğru çalışıp çalışmadığını belirleyen temel bir mühendislik adımıdır. Mühendisler, röle yükünü, çalışma sıcaklığındaki kablo direncini, terminal bloğu direncini sistematik olarak hesaplayarak ve sonucu CT nominal yükü ve ALF gerekliliklerine göre doğrulayarak, güç sisteminin korumaya en çok ihtiyaç duyduğu zamanlarda Akım Transformatörlerinin doğru ve güvenilir sinyaller vermesini sağlar. Orta gerilim güç dağıtımı, trafo merkezleri ve endüstriyel tesisler için doğru yük spesifikasyonu koruma güvenilirliğinin temelidir.

CT İkincil Yük Hesaplaması Hakkında SSS

1. Akım trafosu performans ve doğruluk kriterleri için resmi uluslararası standart. ↩

2. Eski elektromekanik modellere kıyasla önemli ölçüde daha düşük VA tüketimine sahip modern dijital cihazlar. ↩

3. İkincil kablolamada voltaj düşüşünü ve güç kaybını hesaplamak için kullanılan standart fiziksel sabit. ↩

4. CT'nin yüksek arıza akımları sırasında doğruluğu koruma yeteneğini belirleyen teknik parametre. ↩