중전압 케이블 크기 조정: 전류용량, 전압 강하 및 단락 검사

계산된 1차 전류가 84A인 13.8kV 변압기 피더가 있다고 가정합니다. 빠른 전류용량 표를 보면 #3 AWG 구리 도체를 제안할 수 있습니다. 그러나 현장에서의 일반적인 설치는 2/0 AWG 케이블로 끝나는 경우가 많습니다. 그 이유는 중압 케이블 크기 조정이 전류용량에서 멈출 수 없기 때문입니다.

올바른 크기는 또한 전압 강하 제한을 통과하고, 사용 가능한 단락 전류를 견뎌야 하며, 실제 최소 도체 크기를 준수하고, 토양 온도, 덕트 뱅크 및 병렬 회로와 같은 실제 설치 조건을 고려해야 합니다. 단일 조회 단계가 아닌 확인 루프로 처리하십시오.

MV 케이블의 "크기 조정"이 의미하는 것

중전압 케이블은 일반적으로 1kV 이상 35kV 이하의 정격 케이블을 의미합니다. 일반적인 전압 등급에는 3.6/6kV, 6/10kV, 8.7/15kV, 12/20kV 및 18/30kV가 포함됩니다. MV 케이블의 크기를 결정한다는 것은 케이블이 정상 부하 및 오류 조건 모두에서 전체 서비스 수명 동안 안전하게 작동할 수 있도록 하는 도체 단면적, 절연 수준 및 스크린 구성을 선택하는 것을 의미합니다.

연속적인 전류 전달 용량, 전압 강하, 단락 열 내성, 설치 조건에 따른 정격 감소 등 주요 점검 사항이 연속적으로 이루어집니다. 많은 산업 프로젝트에서 최종 크기는 전류량 검사보다는 단락 또는 전압 강하 검사에 의해 결정됩니다. 특히 피더가 길거나 결함 수준이 높은 경우에는 더욱 그렇습니다.

1단계 - 시스템 및 케이블 입력 정의

계산을 시작하기 전에 시스템 데이터를 수집하십시오. 공칭 상간 전압, 최대 연속 부하 전류, 케이블 위치의 최대 단락 전류 및 보호 해제 시간이 필요합니다. 설치 세부 사항도 중요합니다: 경로 길이, 주변 온도, 토양 열 저항력, 매설 깊이, 케이블이 덕트 뱅크, 케이블 트레이 또는 직접 매설되는지 여부.

작은 입력 오류로 인해 큰 크기 조정 오류가 발생합니다. 토양 온도를 20°C로 가정했지만 실제 현장은 30°C에서 작동하는 경우 한계 케이블은 설계 온도 이상으로 작동합니다. 병렬 피더 가열을 포함하는 것을 잊어버린 경우 실제 설치에서 동일한 케이블의 용량이 감소됩니다. 입력 데이터를 확인하는 데 소요되는 추가 시간은 항상 가치가 있습니다.

대부분의 배전 응용 분야에서는 구리 도체가 있는 XLPE 절연 케이블이 기본 선택입니다. 절연체는 높은 전기 강도, 낮은 유전 손실 및 우수한 열 성능을 제공합니다. 중전압 배전의 실제 참고 자료는 다음과 같습니다. 3.6/6kV ~ 26/35kV 정격의 XLPE 절연 전원 케이블 시리즈 .

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2단계 - 실제 조건으로 전류용량 계산

전류 용량은 절연체의 온도 정격을 초과하지 않고 케이블이 전달할 수 있는 최대 연속 전류입니다. XLPE 절연의 경우 최대 연속 도체 온도는 일반적으로 90°C인 반면, 구리 도체의 경우 단락 비상 온도는 250°C일 수 있습니다. 케이블 단면은 내부에서 생성된 열이 절연체 과열 없이 외부로 전달될 수 있도록 해야 합니다.

기본 전류용량 표에서 시작한 다음 주변 온도, 토양 열 저항력, 깊이, 케이블 간격 및 그룹화에 대한 보정 계수를 곱합니다. 데스크톱 계산에 사용되는 도체 크기는 로드된 다른 케이블과 병렬로 설치하면 뜨거워질 수 있습니다. 아래 표에는 일반적인 MV 설치에 대한 대표적인 경감 요소가 나와 있습니다.

모든 보정 계수를 적용한 후 보정된 전류용량을 전부하 전류와 비교합니다. 값이 두 개의 표준 도체 크기 사이에 있는 경우 나중에 확인하여 더 큰 도체를 강제하지 않는 한 다음으로 더 큰 크기를 선택하십시오.

3단계 - 긴 피더의 전압 강하 확인

MV 급전선의 길이가 수 킬로미터이거나 케이블 임피던스에 비해 부하가 높을 때 전압 강하가 지배적인 기준이 됩니다. 3상 전압 강하는 Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L로 근사화할 수 있습니다. 여기서 R과 X는 단위 길이당 유효 AC 저항 및 리액턴스이고 L은 경로 길이입니다.

중전압 회로의 경우 총 전압 강하는 일반적으로 소스에서 부하까지 5% 미만으로 유지되어야 합니다. 많은 시설에서는 변압기와 2차 도체에 여유를 남기기 위해 피더에만 3%라는 더 엄격한 제한을 적용합니다. 250A를 전달하는 33kV, 10km 피더의 경우 95mm² 구리 케이블의 전압 강하는 3.5%에 가까운 반면, 120mm² 케이블의 전압 강하는 3% 미만입니다. 그러한 경우에는 전류 용량이 아니라 전압 강하 제한에 따라 더 큰 케이블을 선택합니다.

33kV 피더에서는 인덕턴스가 저항보다 지배적인 경우가 많으므로 도체 단면적을 추가해도 개선 효과는 제한적입니다. 이 경우 더 높은 전압 레벨을 사용하거나 다르게 배선된 케이블을 사용하는 것이 더 효과적일 수 있습니다.

4단계 - 단락 내성 확인

고압 시스템의 케이블은 보호 장치가 결함을 제거할 수 있을 만큼 오랫동안 최악의 단락 전류를 견뎌야 합니다. 결함이 발생하는 동안 열이 빠르게 빠져나가지 못하기 때문에 도체 온도가 급격히 상승합니다. XLPE 절연 케이블의 경우 허용되는 단락 도체 온도는 구리의 경우 250°C, 알루미늄의 경우 200°C인 경우가 많지만 제조업체의 테스트 데이터 값을 사용해야 합니다.

내열성을 위한 최소 도체 단면적은 s = I * sqrt(t) / k로 추정할 수 있습니다. 여기서 I는 rms 결함 전류이고, t는 초 단위의 제거 시간이며, k는 도체 재료와 가정된 초기 및 최종 온도에 따라 달라지는 상수입니다. 0.2초 안에 20kA 오류가 해결된 13.8kV 시스템에는 전류용량 검사보다 더 큰 도체가 쉽게 필요할 수 있습니다. 이것이 단락 점검이 선택 사항이 아닌 이유입니다.

업스트림 릴레이 조정도 확인해야 합니다. 릴레이 클리어 시간이 케이블 열 제한보다 길면 차단기가 열리기 전에 케이블이 손상됩니다.

5단계 – 용량 감소 및 최소 크기 요구 사항 준수

기술 계산 외에도 코드 및 기계적 요구 사항으로 인해 최소 도체 크기가 강제되는 경우가 많습니다. 많은 중전압 피더는 전류용량 계산에서 더 작은 크기가 허용되는 경우에도 실제 최소값으로 #2 AWG 구리 도체를 사용합니다. 매우 얇은 MV 케이블에서는 대형 러그, 터미네이션 키트 및 당기는 힘이 모두 실용적이지 않습니다.

그룹화된 케이블 및 매립 설치에 대한 경감 요인은 기본 전류용량을 20% 이상 낮출 수 있습니다. 실제 전류용량은 기본 값에 적용 가능한 모든 요소를 ​​곱한 값입니다. 최종 값이 여전히 부하 전류보다 높으면 케이블은 연속 부하에 적합합니다. 그러나 엔지니어는 케이블이 스위치기어, 버스 또는 변압기 단자에 제대로 연결될 수 있는지도 확인해야 합니다.

6단계 – 비용, 가용성 및 향후 성장의 균형

모든 기술 점검이 완료된 후에도 경제적 문제는 남아 있습니다. 더 큰 도체는 I^2*R 손실을 줄이고 향후 부하 증가를 위한 여지를 남겨두지만, 첫 번째 비용이 증가하고 좁은 덕트에 설치가 복잡해질 수 있습니다. 긴 피더에서는 에너지 절감의 순현재가치가 추가 비용을 정당화할 수 있습니다. 짧은 피더에서는 더 큰 케이블이 필요하지 않을 수 있습니다.

광범위하게 제조된 단면을 선택하면 리드 타임이 줄어들고 비표준 종단 처리가 방지됩니다. 미터법 시스템의 일반적인 MV 크기에는 70, 95, 120, 150, 185 및 240mm²가 포함됩니다. 제품 옵션을 검토할 때, 6-35kV XLPE 전원 케이블 범위 일반적인 배전 회로의 정격 전압 및 구성 세부 사항에 대한 좋은 개요를 제공합니다.

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크기 조정 프로세스 통합

중압 케이블 크기 조정은 시스템 매개변수 정의, 전류용량 확인, 전압 강하 확인, 단락 내성 확인, 경감 및 최소 크기 규칙 적용 등의 체계적인 프로세스입니다. 이러한 점검이 통과된 후에야 비용과 가용성을 평가할 수 있습니다.

긴 피더 또는 결함 수준이 높은 산업 배전 시스템의 크기를 결정하는 경우 경감 요인 및 결함 전류 계산에 특히 주의하십시오. 언뜻 보기에 작동하는 케이블도 오류가 발생하거나 더운 여름날이 끝나면 작동하지 않을 수 있습니다. 단열재 온도 등급과 그것이 전류용량에 미치는 영향에 대한 자세한 내용은 MV90 vs MV105 케이블 용량 및 절연 비용 비교 유용한 출발점이 됩니다.