KR100745161B1 - 표준저항부담을 이용한 전류변성기 비교측정 장치의 직선성평가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리액턴스 성분을 무시할 수 있는 저항부담을 사용하여 전류변성기(current transformer) 비교측정 장치에서 측정된 비오차와 위상각 오차의 직선성을 평가 할 수 있는 장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 표준저항부담을 이용한 전류변성기 비교측정 장치의 직선성 평가장치에 관한 것으로, 표준 전류 변성기 및 피측정 전류 변성기의 1차측에 동일한 전류가 흐르게 공급하고 두 전류 변성기의 2차측 전류들을 전류 변성기 비교 측정장치로 비교측정하여 피측정 전류 변성기의 비오차와 위상각 오차를 측정하는 전류 변성기 비오차 측정장치에 있어서, 상기 피측정 전류 변성기의 2차측의 표준부담 저항은 각각 0.01 Ω, 0.1 Ω, 0.2 Ω, 0.4 Ω, 0.6 Ω, 1 Ω, 2 Ω, 4 Ω, 10 Ω이고, 2차측의 표준부담 저항의 리액턴스 성분이 저항성분과 비교하여 10^{- 5}이하 이며, 정격용량이 10 W 인 것이 특징이며;

피측정 전류변성기의 2차측에 저항값의 직-교류 차이가 거의 없는 표준저항으로 구성된 부담을 연결하여 전류변성기 비교 측정 장치의 비오차와 위상각 오차의 직선성을 평가할 수 있는 효과를 제공한다.

표준저항, 전류 변성기, 비교측정, 직선성, 비오차, 위상각 오차

Description

표준저항부담을 이용한 전류변성기 비교측정 장치의 직선성 평가장치{On-Site Evaluation Unit for Current Transformer Using a Stand Resistance Road}

도 1은 외부부담 저항이 있을때의 전류 변성기의 등가회로 구성도.

도 2는 본 발명에 적용되는 전류 변성기 비교측정 시스템 구성도.

도 3은 본 발명을 이용한 표준저항 부담의 저항값에 따른 비오차 변화 그래프.

도 4는 본 발명을 이용한 표준저항 부담의 저항값에 따른 위상각 오차의 변화 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 표준 전류 변성기

20: 피측정 전류 변성기

30: 비오차 측정장치

40: 대전류 발생원

본 발명은 표준저항부담을 이용한 전류변성기 비교측정 장치의 직선성 평가장치에 관한 것으로, 특히 리액턴스 성분을 무시할 수 있는 저항부담을 사용하여 전류변성기(current transformer) 비교측정 장치의 비오차와 위상각 오차의 직선성을 평가 할 수 있는 장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 표준저항부담을 이용한 전류변성기 비교측정 장치의 직선성 평가장치에 관한 것이다.

일반적으로 중전기기 산업체에서는 전류변성기 비교측정 장치를 이용하여 피측정 전류변성기(current transformer, CT)의 비오차와 위상각 오차를 측정한다. 전류변성기 비교 측정 장치는 작은 범위의 오차(±0.1 %이내)를 갖는 피측정 CT의 오차를 비교적 정확하게 측정할 수 있다.

그러나 ±0.1 % 이상의 큰 범위의 오차를 갖는 피측정 CT를 측정할 때 비교측정 장치의 오차 측정 눈금이 약간 틀어져 있다면 정확한 측정이 어려워 보정(correction)을 요한다.

이를 위해서 전류변성기 비교 측정 장치에서 측정된 작은 범위의 오차 측정값이 넓은 범위까지도 직선성을 그대로 유지하고 있는가를 평가하는 것은 아주 중요하고, 이는 곧 측정 장치 교정(calibration)의 중요한 핵심기술이다.

한편 산업체에서 활용되고 있는 전류변성기 비교 측정시스템은 크기가 크고, 무거워서 운반하기기 힘들뿐만 아니라, 제품의 품질관리 및 교정시험용으로 빈번히 사용되기 때문에 이 장치를 교정시험기관으로 운반하여 성능을 평가(교정)받기는 거의 불가능하다.

이러한 이유에서 산업체의 전류변성기 비교 측정시스템의 평가를 위해서는 이동이 용이한 현장용 표준기를 개발하여 이를 산업체로 가져가서 현장에서 직접 전류변성기 측정장치를 평가하는 방법이 요구된다.

즉, 전류 변성기의 비오차를 정확히 측정하여야만 해당 피측정기의 1차측 전류를 정확하게 알아낼 수 있는바, 만약에 변류기의 비오차를 정확하게 측정하지 못한다면, 상기 변류기에 의해 측정된 피측정기의 1차측 전류를 정확하게 알아 낼 수가 없어, 이러한 피측정기를 이용하는 산업체의 대전류 정밀측정에는 오차요인이 많이 발생하게 된다.

본 발명은 산업체의 전류변성기 비교 측정 장치에 적용하여 비교 측정장치의 직선성을 평가토록 하기 위한 것으로, 리액턴스 성분을 무시할 수 있는 저항부담을 사용하여 전류 변성기(current transformer) 비교측정 장치의 비오차와 위상각 오차의 직선성을 평가할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 피측정 CT의 2차측에 리액턴스 성분이 저항성분과 비교하여 10^-5 이하로 무시할 수 있는 순수한 저항성분으로 이루어진 정밀저항부담(precise resistance burden)을 직렬로 연결하여 전류변성기 비교 측정 장치에서 측정된 비오차와 위상각 오차의 직선성을 평가할 수 있도록 하는 것이 특징이다.

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

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 외부부담 저항이 있을때의 전류 변성기의 등가회로 구성도.

도 2는 본 발명에 적용되는 전류 변성기 비교측정 시스템 구성도.

도 3은 본 발명을 이용한 표준저항 부담의 저항값에 따른 비오차 변화 그래프.

도 4는 본 발명을 이용한 표준저항 부담의 저항값에 따른 위상각 오차의 변화 그래프이다.

먼저, 전류변성기의 외부 부담 저항(Z_b)가 있을 때 등가회로는 도면 1과 같다. 도면 1에서 N₁과 N₂는 각각 1차측 및 2차측 권선수이고, N은 전류변성기의 정격 권선비(rated transformation ratio) 이다.

외부 부담 저항(Z_b)이 있을 때의 전류 변성기의 비오차(ratio error, α_b)와 위상각 오차(phase angle error, β_b)는 아래와 같이 쓸 수 있다.

α_b=-[G_m(R₂+R_b)+B_m(X₂+X_b)] -----------------(1)

β_b=B_m(R₂+R_b)-G_m(X₂+X_b) -----------------(2)

수학식(1)와 수학식(2)의 각 인자들은 아래와 같다.

Z₁=R₁+jX₁ : 전류변성기의 1차 누설 임피던스(primary leakage impedance)

Z₂=R₂+jX₂ : 전류변성기의 2차 누설 임피던스(secondary leakage impedance)

Z_m=R_m+jX_m : 자화임피던스(magnetizing impedance)

Z_b=R_b+jX_b : 외부부담의 임피던스

G_m=R_m/(R² _m+X² _m) : 컨덕턴스(conductance)

B_m=X_m/(R² _m+X² _m) : 서셉턴스(susceptance)

본 발명은 외부부담의 임피던스값을 최소화하여 적용토록 하는바, 외부부담의 임피던스(Z_b=R_b+jX_b)는 리액턴스 성분이 저항성분과 비교하여 10^-5 이하로, 즉 (X_b/R_b)＜10^-5인 영국 Tinsley 사의 표준저항을 사용하면 수학식(1)와 수학식(2)에서 X_b는 무시할 수 있다.

또한 전류변성기의 2차전류를 일정하게 유지하고 외부부담 R_b만을 변화시킬때 G_m, B_m, R₂, X₂ 는 상수이다. 따라서 부담이 있을때의 비오차와 위상각 오차는 아래와 같이 쓸 수 있다.

α_b≒-(G_mR₂+B_mX₂+G_mR_b) = constant - G_mR_b --------------------------(3)

β_b≒B_mR₂-G_mX₂+B_mR_b = constant + B_mR_b ---------------------------(4)

수학식(3)의 부담이 있을 때의 비오차(α_b)와 수학식(4)의 부담이 있을 때의 위상각 오차(β_b)는 부담의 저항값에 선형적으로 비례한다(~R_b).

따라서 R_b의 값을 변화시켜 가면서 얻은 α_b와 β_b를 R_b의 함수로 피팅하여 국내 회사에서 보유하고 있는 전류변성기 비교 측정 장치의 비오차와 위상각 오차의 직선성을 평가할 수 있다.

국내 산업체 등에서 사용하고 있는 전류 변성기 비교 측정장치의 구성도를 도 2에 나타내었다.

도 2에 도시한 바와 같이, 표준 전류 변성기(stand current transformer, 10)와 피측정 전류 변성기(20)의 1차측에 동일한 전류를 직렬로 공급하고, 두 전류 변성기의 2차측 전류들을 전류 변성기 비오차 측정장치(30)로 비교측정하여 피측정 전류 변성기의 비오차를 평가한다.

도시한 바와 같이, 표준 전류변성기(reference current transformer, 10)와 피측정 전류변성기(test current transformer, 20)의 1차측에 대전류 발생원(40)을 이용하여 동일한 대전류를 직렬로 공급하고, 두 전류변성기(10, 20)의 2차측의 전류를 비오차 측정자치(30)를 이용하여 비교한다

이 방법은 피측정 전류 변성기(20)와 비교하여 비오차와 위상각 오차를 무시할 수 있는 표준 전류 변성기(10)를 기준으로 피측정 전류변성기(20)의 비오차와 위상각 오차를 측정한다.

KS 규정에 의해 피측정 전류변성기(20)의 2차측 단자에 직렬로 부담(Z_b)을 도 2와 같이 연결하여 측정하도록 되어있는 것이다.

국내 회사에서 활용하고 있는 전류변성기 비교 측정 장치는 모두 외국회사의 제품으로 미국 Knopp사, 스위스 Tettex사, 일본이 Soken사 등의 제품을 사용하고 있다.

국내 회사에서 보유하고 있는 전류변성기 비교 측정 장치의 비오차와 위상각 오차 눈금의 직선성을 피측정 전류변성기의 2차측에 연결하는 표준저항부담(Z_b=R_b)을 변화하여 평가하였다.

여기서 비오차와 위상각 오차의 직선성은 각각 수학식(3)과 수학식(4)를 이용하여 평가하였는바, 사용한 표준저항부담은 영국 Tinsley사의 제품으로서 정격이 각각 0.01Ω, 0.1Ω, 0.2Ω, 0.4Ω, 0.6Ω, 1Ω, 2Ω, 4Ω, 10Ω이고, 정격용량은 모두 10 W이다.

여기서 사용한 피측정 전류변성기는 YEW사의 모델 2242를 사용하였고, 전류정격비는 1차측 전류가 100 A인데 2차측 전류 5 A 로서, 2차 전류를 1 A 로 유지하 면서 측정하였다.

그리고, 본 발명에서 선택 적용코자 하는 표준저항부담중에서 저항값이 제일 큰 10 Ω의 표준저항의 경우, 정격용량이 10 W이고 이에 해당하는 1 A의 전류를 가하면서 측정하며, 10 Ω 이하의 다른 표준저항에서도 10 Ω 표준저항과 동일한 전류에서 측정해야 되기 때문에 1 A로 통일하여 측정을 하였다.

국내 2개 회사에서 보유하고 있는 전류변성기 비교 측정 장치에서 표준저항으로 구성된 부담값을 변화시켜가면서 측정한 피측정 전류변성기의 비오차에 대한 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에서 표준저항부담 0.01 Ω ~ 10 Ω 범위에서 측정된 비오차의 범위는 -0.686 % ~ +0.01 %이고, 도 3의 두 실선은 수학식(3)을 이용하여 최소제곱법으로 분석한 결과이다.

A사의 경우 부담저항이 0.01 Ω ~ 2 Ω까지는 직선성이 잘 유지되다가 4 Ω에서 윗방향으로 +0.014 % 벗어나기 시작하여, 10 Ω에서 윗방향으로 +0.052 % 크게 벗어난다는 것을 알 수 있다. B사의 경우 A사와 유사하게 부담저항이 0.01 Ω ~ 2 Ω까지는 직선성이 잘 유지되다가 10 Ω에서 윗방향으로 0.035 % 크게 벗어난다는 것을 알 수 있다.

두 회사의 경우 비오차가 작은 범위에서는 직선성이 잘 유지되다가, 비오차가 커지면서 직선성이 점점 크게 벗어난다는 것을 알 수 있다. A사와 B사의 경우 전류변성기 비교 측정 장치에서 측정된 비오차를 상기의 벗어난 만큼 아랫방향으로 (도 3의 화살표 방향) 보정해야 하며, 보정값을 도 3의 괄호안에 나타내었다.

국내 2개 회사에서 보유하고 있는 전류변성기 비교 측정 장치에서 표준저항으로 구성된 부담값을 변화시켜가면서 측정한 피측정 전류변성기의 위상각 오차에 대한 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에서 표준저항부담 0.01 Ω ~ 10 Ω 범위에서 측정된 위상각 오차의 범위는 0.00023 rad ~ 0.00631 rad이고, 도 4의 두 실선은 수학식(4)을 이용하여 최소제곱법으로 분석한 결과이다.

A사의 경우 부담저항이 0.01 Ω ~ 1 Ω까지는 직선성이 잘 유지되다가 2 Ω에서 아래방향으로 +0.00015 rad 벗어나기 시작하여, 4 Ω에서 아래방향으로 +0.00062 rad 벗어나고 10 Ω에서 아래방향으로 0.00295 rad 크게 벗어난다는 것을 알 수 있다.

B사의 경우 A사와 유사하게 부담저항이 0.01 Ω ~ 1 Ω까지는 직선성이 잘 유지되다가 2 Ω에서 아래방향으로 +0.00014 rad 벗어나기 시작하여, 10 Ω 에서 아래방향으로 0.00234 rad 크게 벗어난다는 것을 알 수 있다.

결국, 두 회사의 경우 위상각 오차가 작은 범위에서는 직선성이 잘 유지되다가, 위상오차가 커지면서 직선성이 점점 크게 벗어난다는 것을 알 수 있다.

A사와 B사의 경우 전류변성기 비교 측정 장치에서 측정된 위상각 오차를 상기의 벗어난 크기만큼 윗방향으로(도 4의 화살표 방향) 보정해야 하고, 보정값을 도 4의 괄호안에 나타내었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 정밀저항부담은 작고 무게가 가벼워, 이를 산업체로 운송하여 현장에서 측정 장치를 평가할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 피측정 전류변성기의 2차측에 저항값의 직-교류 차이가 거의 없는 표준저항으로 구성된 부담을 직렬로 연결하여 전류변성기 비교 측정 장치의 비오차와 위상각 오차의 직선성을 평가할 수 있는 기술을 제공한다.

이 방법을 산업체에서 보유하고 있는 전류변성기 비교 측정 장치에 적용한 결과 A사의 경우 비오차가 -0.663 % 에서 최대 +0.052 %의 보정이 필요하고, 위상 각 오차가 0.00568 rad에서 최대 +0.00295 rad의 보정이 필요함을 알수 있었다. 또한, B사의 경우 비오차가 -0.686 %에서 최대 +0.035 %의 보정이 필요하고, 위상각 오차가 0.00631 rad에서 최대 +0.00234 rad의 보정이 필요함을 알수 있었다.

이에 따라, 표준저항부담을 이용한 전류변성기 비교측정 장치의 직선성 평가장치는 산업체의 비오차 시험기의 직선성 평가에 유용하게 적용되어 관련제품의 품질향상에 크게 기여할 것으로 확신한다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (1)

1. 표준전류 변성기 및 피측정 전류 변성기의 1차측에 동일한 전류가 흐르게 공급하고 두 전류 변성기의 2차측 전류들을 전류 변성기 비교 측정장치로 비교측정하여 피측정 전류 변성기의 비오차와 위상각 오차를 측정하는 전류 변성기 비교 측정장치에 있어서,

   상기 피측정 전류 변성기의 2차측의 표준부담 저항은 각각 0.01 Ω, 0.1 Ω, 0.2 Ω, 0.4 Ω, 0.6 Ω, 1 Ω, 2 Ω, 4 Ω, 10 Ω이고, 2차측의 표준부담 저항의 리액턴스 성분이 저항성분과 비교하여 10^{- 5}이하 이며, 정격용량이 10 W 인 것을 특징으로 하는 표준저항부담을 이용한 전류변성기 비교측정 장치의 직선성 평가장치.

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