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보호 및 계측용 전류변성기 설계 가이드
전류변성기(CT)는 계전기와 계측기에 사용할 수 있도록 1차 전류를 표준 2차 값으로 정밀하게 변환하는 장치입니다. CT 설계는 다양한 운전 조건에서도 정확도 요구사항을 충족하기 위해 자기적 성능, 열 한계 및 기계적 견고성을 균형 있게 고려해야 합니다.
빠른 정의: 전류변성기 설계란 1차 전류를 축소된 2차 값으로 정확하게 재현하기 위해 코어 소재, 권선 구성 및 절연 시스템을 선택하는 공학적 과정입니다.
주요 프로젝트 핵심 요약
- CT 설계는 정확도, 안전성 및 시험 측면에서 IEC 61869-2 및 IEEE C57.13 표준에 부합해야 합니다.
- 고장 시 CT의 신뢰성은 코어 포화, 부담 크기 및 열 성능에 의해 결정됩니다.
- Enwei Electric은 보호, 계측 및 디지털 변전소 애플리케이션에 맞춤화된 설계된 CT를 제공합니다.
- IEC, IEEE 및 NERC의 외부 기준은 사양, 테스트 및 유지보수 절차를 안내합니다.
설계 목표 정의
설계자는 먼저 CT가 보호, 계측 또는 양 용도 중 어느 하나에 사용되는지를 명확히 합니다. 보호용 CT는 고장 시 포화를 방지하기 위해 과도 응답 성능과 높은 무릎포인트 전압을 우선시합니다. 계측용 CT는 부하 범위 전반에 걸친 정확성을 중심으로 합니다. 환경 조건, 장착 제한 사항 및 개폐기와의 통합은 형상 및 절연 선택에 영향을 미칩니다.
자기 회로 기본 원리
CT 코어는 일차 전류에 의해 발생한 자속을 유도하는 자기 회로를 형성합니다. 코어의 단면적과 자기 경로 길이는 자화 전류와 포화 특성을 결정합니다. 설계자들은 자화 전류를 최소화하고 이차 전류가 일차 파형을 정확히 따르도록 높은 투자율을 가진 재료를 사용합니다.
에어 갭은 일반적으로 바람직하지 않지만, 특수 CT에서 포화를 제어하기 위해 의도적으로 도입될 수 있습니다. 그러나 에어 갭은 자화 전류를 증가시키고 정확도를 저하시키므로 신중하게 모델링되어야 합니다.
표준 부합 및 참고 자료
- IEC 61869-2:2012 — 정확도 등급, 열 한계 및 시험 절차를 제공합니다. 출처: IEC
- IEEE C57.13-2016 — 북미 지역의 계기용 변성기 요구사항을 다룹니다. 출처: IEEE
- NERC PRC-005 — 보호 시스템 구성 요소의 유지보수 주기를 명시합니다. 출처: NERC
준수 여부는 CT가 글로벌 정확도 기대치 및 규제 감사 요건을 충족함을 보장합니다.
코어 설계 계산
설계자는 선택한 재료에 대해 허용되는 최대 자속 밀도를 기준으로 코어 단면적을 계산하며, 여기에는 1차 전류, 권선 비율 및 주파수를 고려합니다. 자속 밀도는 피크 고장 조건 하에서도 포화 임계값 이하로 유지되어야 합니다.
무릎점 전압은 코어 특성과 권선 비율로부터 계산되며, 보호용 CT가 2차 회로에 높은 부하가 걸렸을 때에도 출력을 유지할 수 있도록 합니다. 엔지니어는 또한 지정된 등급 내에서 정확도를 검증하기 위해 자화 전류와 여자 곡선을 결정합니다.
권선 및 부하 고려사항
2차 권선 설계는 원하는 비율을 달성하고 열 부하를 견딜 수 있도록 도체 게이지와 권선 수를 선택하는 것을 포함합니다. 권선 저항과 누설 리액턴스는 전체 부하에 영향을 미치므로 최소화되어야 합니다.
부하는 계측기, 릴레이와 같은 연결된 장치들과 리드 저항을 포함합니다. 정확도를 유지하기 위해 총 부하는 정격 값 이하로 유지되어야 합니다. 일부 설계에서는 별도의 보호 및 계측 회로를 위해 다중 2차 권선을 포함합니다.
코어 및 권선 재료 선정
보호용 CT는 포화 자속 밀도를 높이기 위해 일반적으로 곡물 배향 실리콘 강판 또는 나노결정질 소재를 사용합니다. 계측용 CT는 저전류 영역에서 정확도를 향상시키기 위해 비정질 합금을 사용할 수 있습니다. 2차 권선 절연은 에나멜 코팅 동선을 사용하며, 전압 등급에 따라 에폭시, 마일러(Mylar) 또는 노멕스(Nomex) 층으로 추가 보강합니다.
기계적 설계에는 단락 전류에 견딜 수 있도록 지지 구조물, 클램핑 프레임 및 수지 캡슐화가 포함됩니다. 옥외용 CT는 내환경성 외함이 필요하며, 실내용 CT는 개폐기반과 통합됩니다.
열 및 기계적 성능
전류변성기(CT)는 구리 손실과 코어 히스테리시스를 통해 열을 발생시킨다. 열 모델링을 통해 온도 상승이 IEC 기준의 허용 범위 내에 있도록 보장한다. 설계자는 열을 효과적으로 방출하기 위해 주조 에폭시 또는 오일 임머전 방식의 외함을 사용할 수 있다.
단락 전류로 인한 힘은 특히 고전류 응용 분야에서 수 kN을 초과할 수 있다. CT 프레임, 지지 브래킷 및 절연재는 변형이나 절연 파손을 방지하기 위해 기계적 응력을 견딜 수 있어야 한다.
시험 및 검증
프로토타입 CT는 정기 시험, 형식 시험 및 특수 시험을 거친다: 비율 정확도 시험, 극성 점검, 절연 시험, 단시간 전류 내구 시험 및 부분 방전 측정 등이다. 여자 곡선(excitation curves)을 통해 무릎점 전압(knee-point voltage)을 확인하며, 온도 상승 시험을 통해 열 설계를 검증한다.
유한 요소 해석(FEA)과 같은 디지털 모델링 도구는 물리적 시험 전에 자기 플럭스 분포와 기계적 응력을 검증하는 데 도움을 준다. Enwei Electric의 실험실에서는 고객 사양 및 국제 표준 준수를 인증하기 위한 데이터를 수집한다.
전류변성기 설계를 위한 엔지니어 체크리스트
- 적용 분야 확인: 보호, 계측 또는 복합 용도.
- 포화 방지를 위해 코어 재질을 선택하고 단면적을 결정함.
- 권선 비율, 무릎점 전압 및 자화 전류 계산.
- 연결된 장치 및 배선을 포함한 부하(Burden) 평가.
- 운용 환경에 맞는 절연 구조, 열 관리 및 기계적 지지대 설계.
- IEC 61869-2 및 IEEE C57.13에 따른 검증 테스트 계획 수립.
Enwei Electric의 CT 설계 전문성
Enwei Electric은 사용자 정의 가능한 변류비, 정확도 등급 및 절연 시스템을 갖춘 중·저압 CT를 제조합니다. 제품 옵션은 다음에서 확인하세요: https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. 개폐장치(Switchgear)와의 통합 ( https://www.enweielectric.com/products/switchgear) 및 변압기( https://www.enweielectric.com/products/transformers)는 시스템 성능의 일관성을 보장합니다.
전류변성기 설계에 관한 기술 FAQ
고장 시 변류기 포화를 방지하는 방법은 무엇입니까?
적절한 철심 재료를 선택하고, 권선 수를 늘리며, 부하를 정격 한도 내에서 관리하여 높은 무릎점 전압을 위한 설계를 하십시오.
단일 변류기가 보호와 계측 모두를 수행할 수 있습니까?
예, 서로 다른 정확도 등급을 위해 설계된 이중 2차 권선을 사용하면 가능하지만, 상호 간섭을 피하기 위해 부하 관리를 주의 깊게 해야 합니다.
Enwei Electric은 어떤 설계 지원을 제공합니까?
Enwei Electric은 보호 또는 계측 요구사항에 맞춘 변류기 제공을 위해 응용 엔지니어링, 변류비 선정 및 검증 테스트를 지원합니다.
행동 요청: Enwei Electric과 함께 정밀 변류기를 설계하십시오
정확한 측정과 신뢰할 수 있는 보호를 위해서는 견고한 전류변성기(CT) 설계가 필수적입니다. 엔웨이 일렉트릭과 함께 설계된 CT 솔루션, 시험 및 시스템 통합 지원을 제공받으십시오. 오늘 당사에 문의하여 전류변성기 설계 프로젝트를 가속화하세요.
프로젝트 적용 사례
Enwei Electric 제품 허브에서 실제 적용 사례 및 갤러리 하이라이트를 확인하세요:
- 배전 및 산업용 프로젝트를 위한 변압기 솔루션 배전 및 산업용 프로젝트를 위한.
- 스위치기어 포트폴리오 중저압 제어실을 커버합니다.
- 전류변성기 범위 정밀 계측 및 보호 기능을 지원합니다.
- 프리패브 서브스테이션 변압기, 개폐장치 및 패널을 통합하는 장치.
