KR100880395B1 - 산업체 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중전기기 산업체에 구비되어 전압변성기의 비오차와 위상각 오차를 측정하는 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업체에서 활용되고 있는 전압변성기 비교 측정 장치가 올바로 작동이 되는지를 평가하기 위해 이동이 용이한 표준기를 이용하여 전압변성기 비교측정 장치를 구성하고 있는 산업체의 표준 전압변성기와 전압비교기 및 전압변성기용 부담을 각각 현장에서 직접 평가할 수 있는 방법에 관한 것이다.
전압변성기, 중전기기, 비교측정 장치, 부담, 현장
Description
도 1은 전압변성기 비교 측정 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 이동용 표준 전압변성기의 사진,
도 3은 표준저항 부담의 사진,
도 4a는 표준저항 부담의 저항값에 따른 비오차의 변화를 나타낸 그래프,
도 4b는 도 4a의 0.01Ω-1 근처에서 확대한 표준저항 부담값에 대한 비오차를 나타낸 그래프,
도 5는 표준저항 부담의 저항값에 따른 위상각 오차의 변화를 나타낸 그래프,
도 6은 광범위 비오차 표준 전압변성기의 사진,
도 7은 계단식저항기가 추가된 전압변성기 비교 측정 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 8은 계단식저항기의 사진,
도 9는 계단식저항기의 저항값의 변화에 따른 전압변성기의 비오차의 측정결과를 나타낸 그래프,
도 10은 계단식저항기의 저항값의 변화에 따른 전압변성기의 위상각 오차의 측정결과를 나타낸 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10: 표준 전압변성기 20: 피측정 전압변성기
30: 전압비교기 40: 부담
50: 계단식저항기
본 발명은 중전기기 산업체에 구비되어 전압변성기의 비오차와 위상각 오차를 측정하는 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전압변성기(voltage transformer)를 생산하는 산업체에서는 전압변성기의 특성을 평가 또는 교정 시험하기 위하여 전압변성기 비교 측정장치(오차 측정장치)를 사용하여 피측정 전압변성기의 비오차(ratio error)와 위상각 오차(phaseangle error)를 측정한다. 피측정 전압변성기는 오차의 등급에 따라 0.1급, 0.2급, 0.5급, 1급 및 3급의 총 5개 등급으로 나누고 있으며, 상기의 등급에 따라 정격전압에서 허용되는 오차는 각각 약 ±0.1 %, ±0.2 %, ±0.5 %, ±1 % 및 ±3 % 정도이다.
전압변성기 비교 측정장치는 앞서 언급한 범위까지 오차를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 한편 전압변성기 비교 측정장치는 작은 범위의 오차를 갖는 피측 정 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 범위의 오차 측정값이 넓은 범위까지도 선형성을 그대로 유지하고 있는가를 평가하는 것은 아주 중요하고, 이는 곧 측정장치 교정의 중요한 핵심기술이다.
실제 전압변성기는 1차측과 2차측에서 누설 인덕턴스와 권선저항이 존재하여 전압강하가 일어나고, 또한 자화전류와 철손의 의해서 오차가 발생한다. 전압변성기를 생산하는 산업체나 교정시험기관에서는 전압변성기의 특성을 평가 또는 교정 시험하기 위하여 전압변성기 비교 측정 장치(오차 측정 장치)를 사용하여 피측정 전압변성기의 비오차(ratio error)와 위상각 오차(phase angle error)를 측정한다.
그러나, 종래의 전압변성기 비교 측정장치는 크기가 크고, 무거워서 운반하기가 힘들뿐만 아니라, 제품의 품질관리 및 교정시험용으로 빈번히 사용되기 때문에 이 장치를 국가표준기관으로 운반하여 성능을 평가(교정)받기는 거의 불가능하다.
이러한 이유에서 산업체의 전압변성기 비교 측정시스템의 평가를 위해서는 이동이 용이한 현장용 표준기를 개발하여 이를 산업체에 가져가서 현장에서 직접 전압변성기 비교 측정장치를 구성하고 있는 산업체의 표준 전압변성기와 전압비교기 및 전압변성기용 부담을 각각 평가하는 방법이 절실히 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 국내 산업체에서 사용되는 전압변성기 비교측정 장치를 현장조건에 적합하게 교정하여 품질관리효율을 향상시키도록 현장에서 직접 평가할 수 있는 방법인 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 1차측에 동일한 고전압을 공급받는 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기와, 상기 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기의 2차측에 연결된 전압비교기와, 상기 피측정 전압변성기의 2차측에 전압비교기와 병렬로 연결된 부담을 포함하여 구성된 산업체 전압변성기 비교 측정장치의 표준 전압변성기의 현장평가 방법에 있어서, 더욱 상세하게는 산업체에서 활용되고 있는 전압변성기 비교 측정 장치가 올바로 작동이 되는지를 평가하기 위해 이동이 용이한 표준기를 이용하여 전압변성기 비교측정 장치를 구성하고 있는 산업체의 표준 전압변성기와 전압비교기 및 전압변성기용 부담을 각각 현장에서 직접 평가할 수 있는 방법에 의해 달성되며, 본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자 신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하되, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 하며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
국내 산업체에서 보유하고 있는 전압변성기 비교 측정 장치는 도 1과 같이 표준 전압변성기(standard voltage transformer)(10)와 피측정 전압변성기(voltage transformer under test)(20)의 1차측(10a,20a)에 동일한 고전압을 공급하고, 상기 표준 전압변성기(10)와 피측정 전압변성기(20)의 2차측(10b,20b)의 전압을 전압비교기(voltage comparator)(30)를 이용하여 비교한다. 이 방법은 피측정 전압변성기(20)와 비교하여 비오차와 위상각 오차가 0.1 % 이하로 작은 표준 전압변성기(10)를 기준으로 피측정 전압변성기(20)의 비오차와 위상각 오차를 측정한다. KS C 1706에 의해 피측정 전압변성기(20)의 2차측(20b) 단자에 병렬로 부담(40)을 연결하여 측정하도록 되어 있다.
따라서, 이하에서는 1차측(10a,20a)에 동일한 고전압을 공급받는 표준 전압변성기(10)와 피측정 전압변성기(20)와, 상기 표준 전압변성기(10)와 피측정 전압변성기(20)의 2차측(10b,20b)에 연결된 전압비교기(30)와, 상기 피측정 전압변성기(20)의 2차측(20b)에 전압비교기(30)와 병렬로 연결된 부담(40)을 포함하여 구성된 전압변성기 비교 측정장치 중 산업체의 표준 전압변성기(10)의 비오차 및 위상각오차를 현장에서 평가하는 방법을 개시한다.
우선, 본 발명은 산업체의 표준 전압변성기(10)를 현장에서 평가하기 위해 1차측 전압(VP)의 범위는 110 V ~ 550 V, 1,100 V ~ 6,600 V, 11,000 V ~ 22,000 V, 33,000 V ~ 66,000 V 중 선택되는 어느 하나이고, 2차측 전압(VS)은 110 V 이며, 정확도 등급은 0.01 ~ 0.02급이고, 정격부담은 5 VA인 이동용 표준 전압변성기를 구비한다.
또한, 상기 이동용 표준 전압변성기의 비오차 및 위상각 오차를 산업체에 가져가기 전 외부에서 미리 정밀하게 측정하는 단계를 실시하고, 상기 이동용 표준 전압변성기를 산업체로 운반하여 산업체의 전압변성기 비교 측정장치의 피측정 전압변성기(20)의 위치에 연결하여 비오차 및 위상각 오차를 측정하는 단계를 실시한다.
그리고 산업체 표준 전압변성기의 비오차 및 위상각 오차는 아래에 개시한 <수학식 1,2>을 근거로 계산하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 
: 외부에서 측정한 이동용 표준 전압변성기의 비오차,
이와 같은 방법은 상기 전압변성기 비교 측정장치 중 산업체의 표준 전압변성기(10)를 현장에서 평가할 수 있는 방법이며 이를 보다 구체적으로 설명하면, 이동용 표준 전압변성기를 도 1의 피측정 전압변성기(20)에 연결하고, 전압비교기(30)를 이용하여 산업체의 표준 전압변성기(10)와 비교함으로써 이동용 표준 전압변성기의 비오차 및 위상각 오차를 측정한다. 이동용 표준 전압변성기의 비오차 및 위상각 오차는 산업체의 전압비교기(30)에서 측정된 비오차 및 위상각 오차 측정값에 산업체의 표준 전압변성기(10)의 비오차 및 위상각 오차의 값을 각각 더함으로써 얻어진다. 따라서 이는 상기 <수학식 1,2>와 같이 나타낼 수 있게 된다.
여기서, 산업체 현장에서 이동용 표준 전압변성기를 측정하기 전에 이동용 표준 전압변성기의 비오차와 위상각 오차는 별도로 정확히 평가하여 그 값을 알고 있어야 한다. 따라서, 상기에서 외부란 이동용 표준 전류변성기의 비오차와 위상각 오차를 미리 측정할 수 있는 곳으로 "한국표준과학연구원"일 수 있다.
상기 <수학식 1>과 <수학식 2>에서 산업체의 표준 전압변성기(10)의 비오차(
)와 위상각 오차(
)는 각각 외부에서 미리 측정된 이동용 표준 전압변성기의 비오차(
)와 위상각 오차(
)값에서 산업체의 전압비교기(30)에서 측정된 비오차(
)와 위상각 오차(
)를 빼면 얻어지며, 상기 전압변성기 비교 측정장치의 부담(40)은 이동용 표준 전압변성기의 비오차 및 위상각 오차를 미리 측정하는 단계에서 사용되는 부담과 동일한 것이어야 한다.
한편, 아래의 표는 이동용 표준 전압변성기를 이용한 산업체의 표준 전압변성기의 비오차와 위상각 오차의 평가결과의 예를 나타내었다.
| 정격변환비 | 외부에서 측정한 이동용 표준 전압변성기의 비오차(αx) | 산업체의 전압비교기에서 측정한 이동용 표준 전압변성기의 비오차(αr) | 산업체 표준 전압변성기의 비오차:(αs) |
| 110V : 110V | -0.041 | -0.008 | -0.033 |
| 220V : 110V | -0.047 | -0.018 | -0.029 |
| 440V : 110V | -0.030 | -0.004 | -0.026 |
| 550V : 110V | -0.030 | -0.002 | -0.028 |
| 정격변환비 | 외부에서 측정한 이동용 표준 전압변성기의 위상각 오차(βx) | 산업체의 전압비교기에서 측정한 이동용 표준 전압변성기의 위상각 오차(βr) | 산업체 표준 전압변성기의 위상각 오차(βs) |
| 110V : 110V | 1.54 | 1.24 | 0.30 |
| 220V : 110V | 1.53 | 1.35 | 0.18 |
| 440V : 110V | 1.38 | 1.22 | 0.16 |
| 550V : 110V | 1.21 | 1.09 | 0.12 |
<표 1a>의 단위는 %이며, 이동용 표준 전압변성기를 이용한 산업체 표준 전압변성기(10)의 비오차를 평가한 것이고, <표 1b>의 단위는 min이며, 이동용 표준 전압변성기를 이용한 산업체 표준 전압변성기(10)의 위상각 오차를 평가한 것이다.
이하에서는 1차측(10a,20a)에 동일한 고전압을 공급받는 표준 전압변성기(10)와 피측정 전압변성기(20)와, 상기 표준 전압변성기(10)와 피측정 전압변성기(20)의 2차측(10b,20b)에 연결된 전압비교기(30)와, 상기 피측정 전압변성기(20)의 2차측(20b)에 전압비교기(30)와 병렬로 연결된 부담(40)을 포함하여 구성된 산업체 전압변성기 비교 측정장치 중 전압비교기(30)의 비오차 및 위상각 오차 직선성을 현장에서 평가하는 방법을 개시한다.
표준저항부담을 이용한 전압비교기의 비오차 및 위상각 오차의 평가를 위하여 도 1의 전압변성기용 부담으로, 리액턴스성분이 저항성분과 비교하여 10- 5이하로 무시할 수 있는, 즉 
인 표준저항을 사용하면 외부 부담 Zb가 있을 때의 전압변성기의 비오차(
)와 위상각 오차(
)는 아래와 같이 쓸 수 있다.
여기서, 상기 각각의 인자들은 다음과 같다.
상기 <수학식 3> 및 <수학식 4>에서 전압변성기의 2차전압을 일정하게 유지하고 외부부담 만을 변화시킬때 
는 상수이다. 따라서 <수학 식 3>의 부담이 있을 때의 비오차(
)와 <수학식 4>의 부담이 있을 때의 위상각 오차(
)는 부담의 저항값에 반비례(
)한다. 따라서 
의 값을 변화시켜 가면서 얻은 
와 
를 
의 함수로 피팅하여 산업체의 전압비교기의 비오차와 위상각 오차의 직선성을 평가할 수 있다.
산업체의 전압비교기의 비오차와 위상각 오차 눈금의 직선성 평가를 위해 사용한 표준저항부담은 도 3에 나타낸 바와 같이 영국 Tinsley 사의 제품으로서 정격저항이 각각 100 Ω, 1 kΩ, 10 kΩ, 100 kΩ, 1 MΩ이고, 정격전력은 모두 10 W이다. 여기서 사용한 피측정 전압변성기는 YEW사의 모델 2262를 사용하였고, 1차측 전압이 6600 V 이고, 2차측 전압은 110 V로서, 2차 전압을 30 V로 유지하면서 측정하였다. 30 V에서 측정한 이유는 100 Ω 표준저항의 정격전력이 10 W이기 때문에 30 V 이상의 전압을 가할 수가 없고, 100 Ω 이상의 다른 표준저항에서도 동일한 전압에서 측정해야 되기 때문에 30 V로 통일하여 측정을 하였다.
국내 4개 회사에서 보유하고 있는 전압변성기 비교측정 장치를 이용하여 표준저항으로 구성된 부담값을 변화시켜가면서 측정한 피측정 전압변성기의 비오차에 대한 결과를 도 4a에 나타내었다. 도 4a에서 표준저항부담 100 Ω ~ 1 MΩ 범위에서 측정된 비오차의 범위는 -1.57 % ~ +0.16 % 이고, 도 4a의 실선들은 <수학식 3>을 이용하여 최소제곱법으로 분석한 결과이다. 부담저항이 1 MΩ ~ 1 kΩ(x = 0.000 001 Ω-1 ~ 0.001 Ω-1)까지는 직선성이 잘 유지되다가 100 Ω 즉 x = 0.01 Ω-1에서 직선성이 약간 벗어나 있다. 이를 명확하게 보기 위하여 도 4a의 x = 0.01 Ω-1인 부분을 확대하여 도 4b에 나타내었다. 부담저항이 100 Ω(비오차가 대략 -1.5 % 에 해당)에서 A 사, B 사, C 사, D 사의 경우 각각 비오차의 값이 직선성으로부터 각각 +0.023 %, -0.01 %, -0.013 %, +0.015 % 정도 벗어나 있다. 따라서 비오차가 약 -1.5 %에서 각각 상기의 벗어난 크기의 반대방향(화살표 방향)으로 보정해야 한다.
도 5는 국내 4개 회사에서 보유하고 있는 전압변성기 비교측정 장치를 이용하여 표준저항으로 구성된 부담을 변화시키면서 측정한 피측정 전압변성기의 위상각 오차를 나타낸 것이다. 도 5의 실선들은 <수학식 4>를 이용하여 피팅한 결과를 보여주는데 부담저항이 1 MΩ ~ 1 kΩ(x = 0.000 001 Ω-1 ~ 0.001 Ω-1)까지는 직선성이 잘 유지되다가 부담저항 100 Ω (x = 0.01 Ω-1) 에서 직선성이 약간 벗어나 있다는 것을 알 수 있다. 부담저항 100 Ω(위상각 오차가 약 -0.5 % 근처에 해당)에서 A 사, B 사, C 사, D 사의 경우 위상각 오차의 값이 직선성으로 부터 각각 +0.014 %, +0.017 %, +0.065 %, +0.212 % 정도 벗어나 있다. 따라서 위상각 오차눈금 -0.5 % 에서 각각 상기의 벗어난 크기의 반대방향(화살표 방향)으로 보정해야 한다.
이하에서는 1차측(10a,20a)에 동일한 고전압을 공급받는 표준 전압변성기(10)와 피측정 전압변성기(20)와, 상기 표준 전압변성기(10)와 피측정 전압변성기(20)의 2차측(10b,20b)에 연결된 전압비교기(30)와, 상기 피측정 전압변성기(20)의 2차측(20b)에 전압비교기(30)와 병렬로 연결된 부담(40)을 포함하여 구성된 전압변성기 비교 측정장치 중 전압비교기(30)의 비오차 직선성을 현장에서 평가하는 방법을 개시한다.
상기 전압비교기(30) 비오차의 직선성을 평가하기 위하여 전압변성기의 권선수에 의한 비오차의 이론적인 계산값을 정확히 알고 있는 넓은 범위의 비오차를 갖는 전압변성기(wide ratio error VT, WRE VT)를 제작하여 이를 이용하였다. 권선수에 의한 전압변성기의 비오차(
)는 다음과 같다.
여기서, 
은 정격 변환비이고, 
과 
는 각각 1차권선수와 2차권선수이다. 도 6은 본 발명에 따른 WRE VT의 실물사진이다.
WRE VT는 명목 비오차를 0 %, ±0.005 %, ±0.01 %, ±0.03 %, ±0.1 %, ±0.3 %, ±1 %, ±3 %, ±5 %, -9 % 및 +11 %가 되도록 하였으며, 이론적인 권선비에 의한 비오차의 계산값과 측정값이 일치하도록 제작한 것이다. <수학식 5>의 권선수에 의한 비오차가 영인 단자와, 이 단자에서 2차측의 권선수를 고정시키고, 1측의 권선수를 달리하여 의도적으로 넓은 범위의 권선수에 의한 비오차를 갖도록 제작한 것이다. WRE VT를 도 1의 피측정 전압변성기로 사용하여 -9 % ~ +11 % 범위의 전압비교기의 비오차 직선성을 평가하였다. 산업체 전압비교기 비오차 직선성 평가의 예를 표 2에 나타내었다. 1차권선수에 대한 2차권선수를 표2의 두 번재 열에 나타내었고, -9 % ~ 11 %의 명목 비오차에서 권선수에 의한 비오차 이론값은 <수학식 5>를 이용하여 계산하여 표 2의 세 번째에 나타내었다. 산업체에서 측정값은 표 2의 네 번째 열에 나타내었고, 마지막 열에는 이론값과 측정값의 차이 즉 산업체의 전압비교기가 보정해 주어야 할 값을 나타내었다.
| 명목 비오차 (%) | 권선비 (n 1/n 2) | 권선비에 의한 비오차 이론값(e) | 권선비에 의한 비오차 측정값(f) | 보정값 (e-f) |
| -9 | 22016/167 | -9.0843 | -9.0773 | -0.0070 |
| -5 | 21016/167 | -4.7583 | -4.7547 | -0.0035 |
| -3 | 20616/167 | -2.9104 | -2.9101 | -0.0002 |
| -1 | 20216/167 | -0.9893 | -0.9888 | -0.0005 |
| -0.3 | 20076/167 | -0.2989 | -0.2991 | +0.0002 |
| -0.1 | 20036/167 | -0.998 | -0.1002 | +0.0004 |
| -0.03 | 20022/167 | -0.0300 | -0.0303 | +0.0003 |
| -0.01 | 20018/167 | -0.0100 | -0.0105 | +0.0005 |
| -0.005 | 20017/167 | -0.0050 | -0.0055 | +0.0005 |
| 0.000 | 20016/167 | 0.0000 | 0.0000 | 0.0000 |
| +0.005 | 20015/167 | +0.0050 | +0.0045 | +0.0005 |
| +0.01 | 20014/167 | +0.0100 | +0.0096 | +0.0004 |
| +0.03 | 20010/167 | +0.0300 | +0.0296 | +0.0004 |
| +0.1 | 19996/167 | +0.1000 | +0.0997 | +0.0003 |
| +0.3 | 19956/167 | +0.3007 | +0.2994 | +0.0013 |
| +1 | 19816/167 | +1.0093 | +1.0081 | +0.0012 |
| +3 | 19416/167 | +3.0902 | +3.0877 | +0.0025 |
| +5 | 19016/167 | +5.2587 | +5.2545 | +0.0042 |
| +11 | 18016/167 | +11.1012 | +11.0933 | +0.0079 |
표 2에서 보는 바와 같이 권선비에 의한 명목 비오차가 -3 % ~ +0.1 % 범위에서는 이론값과 측정값의 차이가 ±0.0005 % 이하이고, 명목 비오차 +0.3 % 및 +1 % 에서는 이론값과 측정값의 차이가 최대 +0.0013 % 이다. 전압비교기의 불확도가 ±0.002 % 이므로 위의 비오차 범위에서는 전압비교기의 비오차를 보정할 필요가 없다. 명목 비오차가 큰 범위에서는 차이가 점점 증가하여, -9 %에서는 -0.0070 % 만큼, +11 %에서는 +0.0079 % 만큼 전압비교기 비오차의 측정값을 보정해 주어야 정확한 측정결과를 얻을 수 있다.
이하에서는 1차측(10a,20a)에 동일한 고전압을 공급받는 표준 전압변성기(10)와 피측정 전압변성기(20)와, 상기 표준 전압변성기(10)와 피측정 전압변성기(20)의 2차측(10b,20b)에 연결된 전압비교기(30)와, 상기 피측정 전압변성기(20)의 2차측(20b)에 전압비교기(30)와 병렬로 연결된 부담(40)을 포함하여 구성된 전압변성기 비교 측정장치 중 부담(40)을 현장에서 평가하는 방법을 개시한다.
계단식저항기를 이용한 전압변성기용 부담측정 장치의 구성도를 도 7에 나타내었다. 도 7에서와 같이 부담(Zb)을 측정하기 위해서 계단식저항기 Rs를 피측정 전압변성기 2차측에 직렬로 연결하였다. 표준 전압변성기와 비교기는 미국 Knopp 사의 제품으로 모델은 각각 WP-14000-4 와 Knopp KVTs 이다. 여기서 사용한 피 측정 전압변성기는 일본 Yokogawa사의 모델 2261를 사용하였고, 1 차측 전압이 440 V 이고, 2 차측 전압은 110 V로 유지하면서 측정하였다.
저항의 직류-교류 차이가 0.1 % 이하인 즉 
인 계단식 저항기(Rs)를 피측정 전압변성기의 2 차측에 직렬로 연결하면 아래와 같이 쓸 수 있다.
어떤 특정한 부담과 무 부담에서 <수학식 6>과 <수학식 7>의 
가 상수이므로, <수학식 6>의 비오차, 
와 <수학식 7>의 위상각 오차, 
는 모두 계단식 저항기의 저항값(
)에 비례한다. 따라서 
의 값을 변화시켜 가면서 측정한 
와 
를 의 1차 함수로 피팅하여 기울기를 얻으면 부담의 
와 서셉턴스(
)가 된다. 이렇게 얻어진 컨덕턴스(
)와 서셉턴스(
)로부터 부담의 부담값과 역률은 아래의 관계에 의해 얻어진다.
여기서 Vb는 멀티미터를 이용하여 부담 양단의 전압을 측정하여 얻는다. 직렬로 연결된 계단식 저항기의 저항을 변화시키면서(1 Ω ∼ 100 Ω) 피 측정 전압변성기의 비오차와 위상각 오차를 측정한다. 계단식저항기의 실물사진은 도 8과 같다.
부담 값 15 VA, 역률 0.8, 60 Hz, 110 V 에서의 비오차와 위상각 오차의 측정결과의 예를 각각 도 9와 도 10에 나타내었다.
여기서 2차 측이 개방되어있는 무 부담일때 측정된 피측정 전압변성기의 비오차 α0 = 0.178 % 이고, 도 9에서 피팅한 직선 A + Bx 에서 기울기는 <수학식 6>에 의해 
이다. 따라서 부담의 컨덕턴스를 구할 수 있다. <수학식 7>에 따라 도 10에서 피팅된 직선 A + Bx 에서 기울기 B가 부담의 서셉턴스(
)임을 알 수 있다. 위와 같은 방법으로 부담 값 1.25 VA, 2.5 VA, 5 VA, 10 VA에서 측정한 부담의 컨덕턴스(
)와 서셉턴스(
)의 측정결과를 정리하여 15 VA의 결과와 함께 표 3의 두 번째와 세 번째 열에 각각 나타내었다. 부담의 부담값과 역률은 각각 <수학식 8>과 <수학식 9>에 의해 구할 수 있고, 상기범위에서 구한 부 담값과 역률을 정리하여 표 3의 마지막 두 열에 나타내었다.
| 부담의 정격/역률 | 컨덕턴스(Gb) | 서셉턴스(Bb) | 부담값 | 역률 |
| 1.25 VA/0.8 | 0.0000795 | 0.0000627 | 1.226 VA | 0.785 |
| 2.5 VA/0.8 | 0.0001605 | 0.0001233 | 2.449 VA | 0.793 |
| 5 VA/0.8 | 0.0003263 | 0.0002421 | 4.917 VA | 0.803 |
| 10 VA/0.8 | 0.0006575 | 0.0004917 | 9.934 VA | 0.801 |
| 15 VA/0.8 | 0.0009658 | 0.0007342 | 14.679 VA | 0.796 |
전술한 바와 같은 본 발명은 이동용 표준 전압변성기를 이용하여 전압변성기 비교측정 장치에 구성된 산업체의 표준 전압변성기를 절대 평가할 수 있고, 저항의 직류-교류 차이가 거의 없는 정밀저항 부담을 이용하여 비교적 좁은 범위(약 ±1 %)의 전압비교기의 비오차와 위상각 오차의 직선성을 동시에 평가할 수 있고, 권선수에 의한 비오차값을 알고 있는 광범위 비오차 표준 전압변성기를 이용하여 넓은 범위(약 ±10 %)의 전압비교기의 비오차 직선성을 평가할 수 있다. 또한, 계단식저항기를 이용하여 전압변성기용 부담을 현장 평가할 수 있는데 이는 전압비교기에 연결되어 있는 케이블의 임피던스의 값과 전압비교기의 입력 임피던스를 직접 측정할 수 있어 현장교정에 적합한 효과가 있다.
이상 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위 는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (7)
1차측에 동일한 고전압을 공급받는 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기와, 상기 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기의 2차측에 연결된 전압비교기와, 상기 피측정 전압변성기의 2차측에 전압비교기와 병렬로 연결된 부담을 포함하여 구성된 산업체 전압변성기 비교 측정장치의 표준 전압변성기의 비오차 및 위상각오차에 대한 현장평가 방법에 있어서,
1차측 전압(VP)의 범위는 110 V ~ 550 V, 1,100 V ~ 6,600 V, 11,000 V ~ 22,000 V, 33,000 V ~ 66,000 V 중 선택되는 어느 하나이고, 2차측 전압(VS)은 110 V 이며, 정확도 등급은 0.01 ~ 0.02급이고, 정격부담은 5 VA인 이동용 표준 전압변성기의 비오차 및 위상각 오차를 산업체에 가져가기 전 외부에서 미리 정밀하게 측정하는 단계와;
상기 이동용 표준 전압변성기를 산업체의 전압변성기 비교 측정장치의 피측정 전압변성기의 위치에 연결하여 비오차 및 위상각 오차를 측정하는 단계와;
산업체 표준 전압변성기의 비오차 및 위상각 오차를 <수학식 1,2>을 근거로 계산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산업체 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법.
<수학식 1>
<수학식 2>
여기서, 
: 외부에서 측정한 이동용 표준 전압변성기의 비오차,
제 1항에 있어서,
상기 전압변성기 비교 측정장치의 부담은 이동용 표준 전압변성기의 비오차 및 위상각 오차를 미리 측정하는 단계에서 사용되는 부담과 동일한 것이 특징인 산업체 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법.
1차측에 동일한 고전압을 공급받는 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기와, 상기 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기의 2차측에 연결된 전압비교기와, 상기 피측정 전압변성기의 2차측에 전압비교기와 병렬로 연결된 부담을 포함하여 구성된 산업체 전압변성기 비교 측정장치의 전압비교기의 비오차 및 위상각오차 직선성에 대한 현장평가 방법에 있어서,
상기 부담으로, 리액턴스 성분이 저항성분과 비교하여 10-5 이하로 무시할 수 있는 즉,
인 표준저항을 사용하여 외부 부담
이 있을 때 전압변성기의 비오차(
)와 위상각 오차(
)를 <수학식 3>과 <수학식 4>로 산출하는 단계와;
상기 <수학식 3>의 부담이 있을 때의 비오차(
)와, <수학식 4>의 부담이 있을 때의 위상각 오차(
)는 부담의 저항값에 반비례(
)함으로 
의 값을 가변하면서 얻은 비오차(
)와 위상각 오차(
)를 
의 함수로 피팅하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산업체 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법.
<수학식 3>
<수학식 4>
여기서, 상기 각각의 인자들은 다음과 같다.
1차측에 동일한 고전압을 공급받는 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기와, 상기 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기의 2차측에 연결된 전압비교기와, 상기 피측정 전압변성기의 2차측에 전압비교기와 병렬로 연결된 부담을 포함하여 구성된 산업체 전압변성기 비교 측정장치의 전압비교기의 비오차 직선성의 현장평가 방법에 있어서,
<수학식 5>로 산출하여 상기 전압변성기의 권선수에 의한 비오차를 갖는 광범위 비오차 표준 전압변성기를 제작하는 단계와;
상기 광범위 비오차 표준 전압변성기를 피측정 전압변성기의 위치에 연결하여 전압비교기의 비오차 직선성을 평가하는 것을 특징으로 하는 산업체 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법.
<수학식 5>
여기서, 
은 정격 변환비이고, 
과 
는 각각 1차권선수와 2차권선수이다.
제 4항에 있어서,
상기 광범위 비오차 표준 전압변성기는 2차권선수를 고정하고 1차권선수를 조정하여 권선수에 의한 비오차가 -9% ~ +10%의 값을 갖도록 구성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 산업체 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법.
1차측에 동일한 고전압을 공급받는 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기와, 상기 표준 전압변성기와 피측정 전압변성기의 2차측에 연결된 전압비교기와, 상기 피측정 전압변성기의 2차측에 전압비교기와 병렬로 연결된 부담을 포함하여 구성된 산업체 전압변성기 비교 측정장치의 부담의 현장평가 방법에 있어서,
상기 피측정 전압변성기의 2차측에 계단식저항기(
)를 직렬로 연결하고, 비오차(
)와 위상각 오차(
)를 <수학식 6>과 <수학식 7>로 산출하는 단계와;
상기 비오차(
)와 위상각 오차(
)는 계단식저항기의 저항값(
)에 비례함으로, 
의 값을 가변하면서 측정한 
와 
를 
의 1차 함수로 피팅하여 기울기를 산출하는 단계와;
상기 기울기 즉, 부담의 
와 서셉턴스(
) 그리고 컨덕턴스(
)와 서셉턴스(
)로부터 부담의 부담값과 역률을 <수학식 8>과 <수학식 9>로 산출하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산업체 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법.
<수학식 6>
<수학식 7>
<수학식 8>
<수학식 9>
제 6항에 있어서,
상기 계단식저항기(
)는 직류-교류의 차이가 0.1% 이하인 즉, 
인 계단식저항기(
)를 피측정 전압병성기의 2차측에 직렬로 연결한 것을 특징으로 하는 산업체 전압변성기 비교측정 장치의 현장 평가 방법.
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