DC 에너지 미터의 측정 범위 확장
소개
최근 몇 년 동안 직류 애플리케이션의 수가 지속적으로 증가하고 있습니다. 전기 자동차 및 태양광 발전 시스템용 충전소 외에도 고성능 배터리 시스템이 공급망에 점점 더 많이 통합되고 있습니다. 많은 경우, 에너지 비용은 시스템의 DC 측에서 청구되어야 합니다. MID 인증 DC 에너지 미터는 아직 출시되지 않았습니다. 대부분 국가 인증 기관에서 소수의 제품에 대해서만 국가 승인을 받았습니다. 담당 기관은 DC 에너지 미터에 대한 국제적으로 유효한 MID 인증이 언제 제공될지 아직 알려주지 않았습니다. 지금까지는 국가별 솔루션만 존재합니다. AC 에너지 미터의 경우처럼 제조업체가 계획을 예측할 수 없습니다.
최신 DC 에너지 미터 기술
해당 국가의 에너지 과금에 대해 국가 감독 당국의 승인을 받은 DC 계량기는 이미 시중에서 판매되고 있습니다. 국가 형식 인증이 존재합니다. 이러한 장치는 션트 모듈을 통해 최대 1000A의 DC 전류를 직접 처리할 수 있는 경우가 많습니다. 대부분의 경우 두 자리 µΩ 범위의 망가닌 측정 저항이 사용됩니다. 이러한 유형의 전류 측정은 비용 효율적이며 이미 잘 정립된 방법입니다. 전압은 간단한 전압 분배기를 사용하여 측정합니다.
중요한 표준 및 매개변수
DC 에너지 미터에 대한 IEC 표준 62053-41:2021은 2021년 6월부터 사용 가능합니다. 이 표준은 최대 1500V의 2극 DC 회로에 적용됩니다.
AC 에너지 미터의 국제 표준 IEC 62052-11에도 정의되어 있는 다음 매개변수를 이해하는 것이 중요합니다.
시동 전류(IST)는 이 전류 값에서 측정된 전류 값을 전력 계산에 포함해야 함을 의미합니다. 그러나 시작 전류보다 낮은 전류도 전력 계산에 포함될 수 있습니다. IEC 62053-41에 지정된 두 가지 정확도 등급 0.5 및 1의 경우 시작 전류는 공칭 전류(In)의 0.4%로 설정됩니다.
데이터 시트에 지정된 정확도 등급은 최소 전류(Imin)부터만 적용됩니다. 공칭 전류(In)의 0.5% 값은 두 정확도 등급 모두에 적용됩니다. 최소 전류 이하의 전류에 대한 정확도 값은 표준에 정의되어 있지 않습니다. 그러나 제조업체와 최종 고객 간에 합의가 이루어질 수 있습니다.
최대 전류(Imax)도 정의해야 합니다. 이 전류까지 미터는 지정된 정확도 등급으로 작동하며 최대 전류가 연속적으로 인가되더라도 손상되지 않습니다.
직접 측정 DC 미터의 등급은 다음 그림과 같이 정의되어 있습니다. 공칭 전류(In)는 100A로 지정되어 있습니다.
위의 예에서는 최대 전류Imax = 10 xIn을 가정하여 최대 1000A의 전류를 연속적으로 측정할 수 있습니다. 많은 직접 측정 미터에서는 망간으로 만들어진 두 자릿수 µΩ 범위의 션트가 사용됩니다. 측정 션트의 전력 손실은 최대 1kA까지 허용 범위 내에 유지됩니다. 이 표준은 물리적 및 측정 한계 외에도 전류 경로에서 발생하는 전력 손실의 최대값을 정의합니다. 허용되는 제한 값은 120mW/A xImax입니다. 위에서 언급한 최대 전류 1000A의 경우, 최대 허용 전력 손실은Imax에서 120W가 됩니다. 정의된 최대 값 외에 세 가지 현실적인 저항 값에 대한 최대 4000A의 전력 손실은 다음 다이어그램에 나와 있습니다.
실제로 1kA 이상의 DC 전류를 측정해야 하는 경우, 1차 회로에서 갈바닉 절연 기능이 있는 DC 전류 센서를 사용하는 것이 좋습니다. 저항 값이 매우 낮은 소형 저항기를 선택하더라도 마이크로볼트 범위의 측정 신호는 노이즈 플로어에 가깝습니다. 측정 지점이 MW 범위의 스위칭 컨버터에 매우 가깝기 때문에 간섭 없이 측정을 수행하는 것은 분명 기술적 과제입니다.
국가 감독 당국의 승인을 받기 위해 이러한 DC 전류 센서에 대해 국제 표준을 준수해야 하는지에 대한 질문은 다음에서 분석됩니다.
저전압 애플리케이션용 DC 변류기에 대한 표준이 누락되었습니다.
DC 에너지 미터의 최신 표준은 측정 범위를 확장할 수 있는 전류 센서를 다루지 않습니다. AC 애플리케이션의 경우 IEC 61869-2에 따른 기존 변류기가 거의 예외 없이 사용되며, 이는 청구 목적으로 특별히 승인되어야 합니다. 문제는 DC 변류기에 대한 제품 표준도 만들어졌는지 여부입니다. 현재 IEC 61869 시리즈에 대한 개요에서 제품 표준 61869-14를 찾을 수 있습니다.
이 표준은 DC 애플리케이션용 변류기를 명시적으로 다루고 있습니다. 그러나 이 표준은 1.5kV DC 시스템 전압 이상의 고전압 애플리케이션에만 적용되며 주로 HVDC 부문을 대상으로 합니다.
현재 진행 중인 61869-8이 해결책을 제공할 수 있습니다. 하지만 여기에서도 도움을 찾는 엔지니어는 크게 실망할 것입니다. 이 범위는 15~100Hz 주파수 범위의 전류 센서에만 적용됩니다. 또한 이 표준은 고전압 애플리케이션( > 1000 V AC)에만 적용하도록 되어 있습니다. 표준화 측면에서 이러한 접근 방식을 이해하려면 2015년과 2016년으로 거슬러 올라가야 합니다. 이 기간 동안 기존 IEC 61869 제품군 내에서 저전압 애플리케이션 전용 표준화 섹션을 개발해야 했습니다. 첫 번째 이정표는 'IEC 61869-201'이었습니다: 저전압 애플리케이션용 계기용 변압기에 대한 일반 요구 사항"이었습니다. 첫 번째 발행은 2019년 6월로 예정되어 있었습니다. 현재 IEC 웹사이트에 등재된 새로운 발행일은 2025년 3월 31일입니다.1 그러나 이 날짜도 비현실적인 것으로 보입니다. 워킹그룹 WG49의 코디네이터가 2021년에 사임했기 때문입니다. 새로운 코디네이터는 아직 찾지 못했습니다. 현재 활동은 보류된 상태입니다. 이러한 이유로 DC 전류 센서에 대한 경계 매개변수와 관련하여 독립적인 고려가 필요합니다.
DC 에너지 미터의 측정 범위 확장과 관련하여 국가 감독 당국이 수용할 수 있는 전반적인 솔루션을 만들려면 다음과 같은 경계 조건을 구현해야 합니다.
- 전류 센서와 미터 유닛의 측정 오차의 합계는 직접 측정 미터의 정확도 사양 내에 있어야 합니다.
- 센서의 에너지 소비량은 120mW/A xImax 사양을 준수해야 합니다.
- 현재 센서는 온도 드리프트가 적고 최소 10년 동안 안정적인 동작을 제공해야 합니다.
- 전류 센서의 정확도는 IEC 17025 인증 시험소에서 측정해야 센서 공급업체가 테스트된 계량기 확장
액세서리로 계량기 제조업체에 전류 센서를 제공할 수 있습니다.
또한 AC 에너지 미터는 일반적으로 과전압 카테고리 IV로 분류된다는 점에 유의해야 합니다. IEC 60664-1에서 찾을 수 있는 아래 표에 따르면, 시스템 전압이 400V인 3상 시스템용 AC 계량기는 과전압 카테고리 IV에 따라 6kV의 전압 임펄스를 견뎌야 합니다.
따라서 DC 변류기의 전압 공급은 과전압 카테고리 IV에 맞게 설계되어야 합니다. 따라서 DC 300V 시스템용 변류기 트랜스듀서 헤드의 절연은 6kV 서지에도 견딜 수 있어야 합니다. 일반적으로 과전압을 안정적으로 제한할 수 있는 과전압 보호 장치는 충전소 및 기타 DC 시스템에서 자주 사용됩니다. 예상 전압 피크를 낮추면 일반적으로 전원 공급 장치와 트랜스듀서 헤드의 플라스틱 하우징 설계를 단순화할 수 있습니다.
DC 계량용 DC 변류기
제로 플럭스 기술로 유명한 덴마크 기업 Danisense는 수십 년 동안 고정밀 전류 측정이 필요한 많은 실험실과 분야에 고정밀 AC-DC 전류 센서를 공급해 왔습니다. 센서의 정확도가 ppm 범위(10-6.)에 달하기 때문에 제로 플럭스 전류 트랜스듀서 없이는 전력 분석기의 측정 범위를 확장하는 것은 더 이상 생각할 수 없습니다. 고정밀 전류 센서는 이미 국가 감독 기관에서 기준 장치로 사용되고 있습니다. 2
고정밀 실험실 애플리케이션 외에도 Danisense는 향후 DC 에너지 미터의 측정 범위를 확장할 수 있는 전류 센서도 제공할 예정입니다.
또한 이 센서는 제로 플럭스 원리를 기반으로 하며 제로 플럭스 센서의 전기적 설계로 인해 온도 드리프트가 매우 낮습니다. IEC 17025 인증을 받은 테스트 필드는 추적 가능한 정확도 증명을 제공합니다.
측정 및 보정 지침의 예외 사항
교정 규정에서 명시적으로 제외된 더 높은 전류를 측정하고 계산해야 하는 경우 전체 절차를 간소화할 수 있습니다. 독일에서는 한도가 5kA입니다. 여기에서 교정 조례에 의해 보장되는 소비자 보호가 끝납니다. 3 두 계약 당사자는 전문 부문에 속하는 것으로 분류됩니다. 그런 다음 두 당사자가 신뢰할 수 있는 청구 시스템에 대해 독립적으로 합의할 수 있다고 가정할 수 있습니다.