KR100684267B1

KR100684267B1 - 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기 및 이를 이용한전압변성기 비교측정장치의 비오차 선형성 측정장치

Info

Publication number: KR100684267B1
Application number: KR1020040065971A
Authority: KR
Inventors: 권성원; 정재갑
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2007-02-20
Also published as: KR20060017323A

Abstract

본 발명은 전압변성기(voltage transformer, VT)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전압변성기 비교 측정장치에서 측정된 비오차의 선형성을 평가할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 이를 위해, 기준 전압변성기(40)와 피측정 전압변성기(50)의 1차측에 동일한 전압을 병렬로 공급하고, 상기 두 전압변성기(40, 50)의 2차측 전압을 전압 변성기 비교 측정장치(60)를 이용하여 비교하는 측정장치에 있어서, 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기를 사용하여, 고정된 권선수를 갖는 2차측; 및 1차측의 권선수를 가변할 수 있는 가변수단이 제공된다. 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기는 -3% ~ +3%범위에서 권선비에 의한 이론적인 비오차의 계산값과 측정값이 정확히 일치하도록 제작한 것으로서, 이를 이용하여 전압변성기 비교측정장치에서 측정된 비오차값의 선형성을 평가할 수 있다.

전압변성기, 비교측정장치, 비오차, 선형성, 1차측, 2차측, 권선수

Description

넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기 및 이를 이용한 전압변성기 비교측정장치의 비오차 선형성 측정장치{A wide ratio error voltage transformer and ratio error linearity measurement of the voltage transformer comparator using thereof}

도 1은 전압변성기의 등가회로도이다.

도 2는 국내 산업체에서 보유하고 있는 전압 변성기 비교 측정장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기의 내부결선도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

10 : 교류전원장치,

20 : 1차측,

30 : 2차측,

32 : 전압변성기의 누설 출력 임피던스,

40 : 기준 전압변성기,

50 : 피측정 전압변성기,

60 : 전압변성기 비교 측정장치.

본 발명은 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기(voltage transformer, VT)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전압변성기 비교 측정장치에서 측정된 비오차의 선형성을 평가할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전압변성기를 생산하는 산업체나 교정시험기관에서는 전압변성기의 특성을 평가 또는 교정 시험하기 위하여 전압변성기 비교 측정장치(오차 측정장치)를 사용하여 피측정 전압변성기의 비오차(ratio error)를 측정한다. 피측정 전압변성기는 오차의 등급에 따라 0.1 급, 0.2 급, 0.5 급, 1급 및 3급의 총 5개 등급으로 나누고 있으며, 상기의 등급에 따라 허용되는 오차는 각각 약 ±0.1 %, ±0.2 %, ±0.5 %, ±1 % 및 ±3 % 정도이다.

전압변성기 비교 측정장치는 앞서 언급한 ±3% 범위까지 오차를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 한편 전압변성기 비교 측정장치는 작은 범위의 오차를 갖는 피측정 전압변성기의 오차는 비교적 정확하게 측정할 수 있는데 반해, 큰 범위의 오차를 갖는 피측정 전압변성기를 측정할 때 오차 측정 눈금이 약간 틀어져 있다면 정확한 측정이 어려워 보정을 요한다. 이를 위해서 전압변성기 비교 측정장치에서 측정된 작은 범위(±0.2% 이내)의 오차 측정값이 넓은 범위까지도 선형성을 그대로 유지하고 있는가를 평가하는 것은 아주 중요하고, 이는 곧 측정장치 교정의 중요한 핵심기술이다.

국내 산업체에서 보유하고 있는 전압 변성기 비교 측정장치의 구성도를 도 2에 나타내었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 전압변성기(40)와 피측정 전압변성기(50)의 1차측에 동일한 전압을 병렬로 공급하고, 두 전압변성기(40, 50)의 2차측 전압들을 전압 변성기 비교 측정장치(60)를 이용하여 비교한다. 여기서 전압변성기 비교 측정장치(60)는 비오차를 측정하는데, 두 전압변성기(40, 50)의 2차측 전압들을 비교하여 비오차 다이얼로 평형을 맞추어 피측정 전압변성기(50)의 비오차를 측정한다. 국내 회사에서 활용하고 있는 전압변성기 비교 측정장치(60)는 모두 외국회사의 제품으로 미국의 놉(Knopp)사, 스위스의 테텍스(Tettex)사, 일본의 소켄(Soken)사 등이고 측정원리와 방법은 서로 유사하다.

그러나, 위에서 언급한 산업체 등에서 활용되고 있는 전압변성기 비교 측정장치는 크기가 크고, 무거워서 운반하기가 힘들 뿐만 아니라, 제품의 품질관리 및 교정시험용으로 빈번히 사용되기 때문에 이 장치를 교정시험기관으로 운반하여 성능을 평가(교정)받기는 거의 불가능하다.

이러한 이유에서 산업체의 전압변성기 비교 측정 시스템의 평가를 위해서는 이동이 용이한 현장용 표준기를 개발하여 이를 산업체로 가져가서 현장에서 직접 전압변성기 비교측정장치를 평가하는 방법이 절실히 요구되고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은 무게가 가벼운 넓은 범위의 오차를 갖는 전압변성기를 산업체로 운송하여 현장에서 측정장치를 평가할 수 있는 전압변성기 비교측정장치의 비오 차 선형성 측정장치에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 기준 전압변성기(40)와 피측정 전압변성기(50)의 1차측에 동일한 고전압을 병렬로 공급하고, 상기 두 전압변성기(40, 50)의 2차측 전압들을 전압 변성기 비교 측정장치(60)를 이용하여 비교하는 측정장치에 있어서,

피측정 전압변성기(50) 측에 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기를 사용하고,

고정된 권선수를 갖는 2차측; 및

1차측의 권선수를 가변할 수 있는 가변수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전압변성기 비교측정장치의 선형성 측정장치에 의해 달성된다. 즉 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기의 측정된 비오차에 대해 정확히 계산된 이론값과 실험값을 비교하여, 비오차의 선형성을 평가하는 방법이다.

그리고, 고정된 권선수를 갖는 2차측의 전압은 110V 인 것이 바람직하다.

또한, 고정된 권선수를 갖는 2차측의 정격변환비(N)는 60 인 것이 가능하다.

아울러, 가변수단은, 1차측 전압이 6805V, 6666V, 6633V, 6600V, 6567V, 6534V, 6408V중 하나가 되도록 직렬 권선되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 목적은, 또한, 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기로서,

고정된 권선수를 갖는 2차측; 및

1차측에 서로 다른 복수의 권선수가 구비되고, 각 권선수에 해당하는 단자와 선택적으로 접촉될 수 있는 가변수단으로 구성되고,

가변수단은, 상기 1차측 전압이 6805V, 6666V, 6633V, 6600V, 6567V, 6534V, 6408V중 하나가 되도록 해당 단자의 접촉을 통해 직렬 권선되는 것을 특징으로 하는 전압변성기에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하 본 발명에 따른 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기 및 이를 이용한 비오차 선형성 측정장치의 동작원리와 구성에 관하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

우선, 본 발명에 따른 전압변성기의 비오차에 관한 이론적인 배경을 이하에서 설명하도록 한다.

전압변성기는 철심에 1차 코일과 2차 코일을 감은 변압기의 일종으로서, 도 1은 전압변성기의 등가회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, Z₀는 전압변성기의 누설 출력 임피던스이다. 내부오차가 전혀 없을 때 2차측 저전압(Vs)에 대한 1차측 고전압(Vp)의 비는 2차측 권선수(n2)에 대한 1차측 권선수(n1)의 비와 같고, 이는 [수학식 1]로 쓸 수 있다.

그러나 [수학식 1]은 오차가 전혀없는 이상적인 전압변성기에 해당하고, 실제는 전압변성기가 오차(δ)를 가지고 있기 때문에 [수학식 2]와 같이 쓸 수 있다.

또는

그리고, 실제 전압변성기는 철심에 자기 포화 현상과, 1차측(20)과 2차측(30)에서 누설 임피던스가 발생하여 전압강하가 일어나기 때문에 비오차(ratio error, RE)를 가지고 있다.

전압변성기의 비오차(ratio error RE)는 [수학식 4]와 같이 정의된다.

여기서 N은 전압변성기의 정격변환비 혹은 권선비이고, [수학식 3]을 이용하여 [수학식 4]를 다시 쓰면, [수학식 5]와 같다.

상기 [수학식 5]에서, 우변의 첫번째 항은 권선비에 의한 비오차이고, 두번째 항은 자체 비오차로서 각각 아래와 같다.

본 발명에 따른 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기는 권선비에 의한 비오차가 영인 정격 변환비를 갖는 단자와, 이 단자의 변환비에서 2차측의 권선수를 고정시키고 1차측의 권선수를 달리하여 의도적으로 넓은 범위의 권선비에 의한 비오차를 갖도록 제작한 것이다. 이 전압변성기는 -3% ~ +3% 범위에서 이론적인 권선비에 의한 비오차의 계산값과 측정값이 정확히 일치하도록 제작한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기의 내부결선도 이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 권선비에 의한 비오차가 0인 단자의 경우는 [수학식 6]에 의해 정격 변환비는 N = 60 으로서 2차측의 권선수 110T(turn)에 대하여 1차측의 권선수는 6600T에 해당된다. 다른 단자의 경우는 2차측의 권선수는 110T으로 고정시키고, 1차측의 권선수를 각각 6805T, 6666T, 6633T, 6567T, 6534T, 6408T가 되도록 권선하였다. 이들 단자들의 권선비에 의한 비오차는 [수학식 6]을 이용하여 계산하면 각각 -3.01%, -0.99%, -0.50%, 0%, +0.50%, +1.01%, 3.00% 가 된다. 이 계산된 권선비에 의한 비오차(이론값)를 [표 1]의 두 번째 열과 도 3의 괄호 안에 함께 나타내었다.

한편 본 발명에 따른 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기의 비오차를 변성기 비교측정장치로 측정한 값을 [표 1]의 세 번째 열에 나타내었다. 본 발명에 따른 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기에서 측정된 비오차는 [수학식 5]와 같이 두 가지 요인으로 나타낼 수 있다. 즉 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기의 비오차 측정값은 권선비에 의한 비오차와 자체 비오차의 합이다.

자체 비오차는 앞서 설명한 자기 포화현상과, 1차측과 2차측의 누설 임피던스에 의해 생기는 내부오차로서, -0.03% 로 측정되었다. 이러한 내부오차는 권선비에 의한 비오차가 전혀 없는 전압변성기가 자체적으로 가지고 있는 비오차로서, 2차측 권선수에 대한 1차측 권선수의 비가 6600T / 110T 인 권선비에서 측정된 오차 에 해당한다. 이는 [수학식 7]에서

에 해당되므로, 여기서 δ를 계산하면 δ=0.018% 이다. 다른 단자에서도 자체 비오차를 δ=0.018과 [수학식 7]을 이용하여 계산하면에 동일한 값의 자체 비오차를 가지고 있다. 따라서 권선비에 의한 비오차(측정값)는 [수학식 5]에 의해 [넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기의 비오차 측정값-(-0.03)] 이므로, 이를 계산하여 [표 1]의 네 번째 열에 나타내었다.

결론적으로 전압변성기 비교측정장치가 정확하다면, 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기의 각 단자의 권선비에 의한 비오차의 측정값은 이론값과 동일해야 한다. 이 두 값의 차이, 즉 [권선비에 의한 비오차(이론값)-권선비에 의한 비오차(측정값)]가 계기용 전압변성기 비교측정장치에 대한 보정값을 의미하는 것이며, 이를 [표 1]의 마지막 열에 나타내었다.

권선비 (n1/n2)	권선비에 따른 비오차^a (이론값)	비오차 (측정값)	권선비에 따른 비오차^b (측정값)	보정값^c (a-b)
6805/110	-3.01	-3.07	-3.04	+0.03
6666/110	-0.99	-1.03	-1.00	+0.01
6633/110	-0.50	-0.53	-0.50	0.00
6600/110	+0.00	-0.03	+0.00	0.00
6567/110	+0.50	+0.47	+0.50	0.00
6534/110	+1.01	+0.97	+1.00	+0.01
6408/110	+3.00	+2.93	+2.96	+0.04

a : [수학식 6]에 의해 계산된 권선비에 대한 비오차

b : 권선비에 의한 비오차(측정값)으로서, [수학식 5]에 의해 [넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기의 비오차 측정값 - 자체 비오차]

c : 전압변성기 비교측정장치의 보정값으로서 [표 1]에서 (a-b)

[표 1]에서 보는 바와 같이 권선비에 의한 비오차의 이론값이 + 0.5% 및 -0.5% 에서는 이론값과 측정값이 일치하기 때문에 보정할 필요가 없으나, 권선비에 의한 비오차의 이론값이 +1.01%와 -0.99% 인 경우는 모두 양의 방향으로(윗방향) +0.01% 만큼 보정해야 하며, 권선비에 의한 비오차의 이론값이 3.00%와 -3.01% 인 경우도 모두 양의 방향(윗방향)으로 각각 +0.04% 와 +0.03% 만큼 보정해야 한다.

이론적인 권선비에 의한 비오차 계산값과 정확히 일치하고, 넓은 범위의 비오차를 갖도록 제작한 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기를 이용하여 -3% ~ + 3% 까지의 전압변성기 비교측정장치의 비오차의 선형성을 평가할 수 있는 기술을 최초로 개발했다. 이는 각 권선비에 의한 비오차의 이론값과 측정값을 비교 분석하여 전압변성기 비교측정장치의 비오차의 선형성을 평가할 수 있는 교정기술이다. 이 두 값의 차이 즉 [권선비에 의한 비오차(이론값)-권선비에 의한 비오차(측정값)]은 전압변성기 비교측정장치의 보정값을 의미한다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기 및 이를 이용한 선형성 측정장치에 의하면, 이 방법을 적용하여 전압변성기 비교측정장치의 비오차 선형성을 평가한 산업체의 경우 권선비에 의한 비오차의 이론값이 +0.5% 및 -0.5% 에서는 이론값과 측정값이 일치하므로 보정할 필요가 없으나, 권선 비에 의한 비오차의 이론값이 +1.01% 및 -0.99% 인 경우는 모두 양의 방향(윗방향)으로 +0.01% 만큼 보정해야 하며, 권선비에 의한 비오차의 이론값이 +3.00% 및 -3.01% 인 경우도 모두 양의 방향(윗방향)으로 각각 +0.04% 와 +0.03% 만큼 보정해야 한다.

일반적으로 전압변성기 비교측정장치는 크고, 무거워서 운반이 쉽지 않으며, 생산제품의 품질관리 또는 교정시험용으로 빈번히 사용되기 때문에 이 장비를 외부의 교정시험기관에 보내서 교정을 받기는 여러 가지로 애로 사항이 많다. 그러나 본 발명의 일실시예에 따른 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기 방식에 의한 전압변성기 비교측정장치의 비오차 선형성 평가기술은 이동이 용이한 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기를 산업체로 이동하여 현장에서 비교측정장치의 선형성을 평가할 수 있는 장점이 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims

기준 전압변성기(40)와 피측정 전압변성기(50)의 1차측에 동일한 전압을 병렬로 공급하고, 상기 두 전압변성기(40, 50)의 2차측 전압을 전압 변성기 비교 측정장치(60)를 이용하여 비교하는 측정장치에 있어서,

상기 피측정 전압변성기(50) 측에 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기를 사용하고,

고정된 권선수를 갖는 2차측; 및

1차측의 권선수를 가변할 수 있는 가변수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전압변성기 비교측정장치의 비오차의 선형성 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 고정된 권선수를 갖는 2차측의 전압은 110V 인 것을 특징으로 하는 전압변성기 비교측정장치의 비오차의 선형성 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 고정된 권선수를 갖는 2차측의 정격변화비(N)는 60 인 것을 특징으로 하는 전압변성기 비교측정장치의 비오차의 선형성 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 가변수단은, 상기 1차측 전압이 6805V, 6666V, 6633V, 6600V, 6567V, 6534V, 6408V중 하나가 되도록 권선되는 것을 특징으로 하는 전압변성기 비교측정장치의 비오차의 선형성 측정장치.
제 4 항에 있어서, 상기 1차측 권선중 각 전압에 해당하는 권선들은 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전압변성기 비교측정장치의 비오차의 선형성 측정장치.
넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기로서,

고정된 권선수를 갖는 2차측; 및

1차측의 권선수를 가변할 수 있는 가변수단으로 구성되고,

상기 가변수단은, 상기 1차측 전압이 6805V, 6666V, 6633V, 6600V, 6567V, 6534V, 6408V중 하나가 되도록 직렬 권선되는 것을 특징으로 하는 전압변성기.