KR101034243B1 - 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치에 대한 것으로 더욱 상세하게는 전력기기 및 케이블의 교정시험에 사용되는 부분방전용 교정펄스 발생기의 불확도를 계산하여 신뢰성을 검정하게 하는 것이며, 교정펄스의 발생 및 측정, 표준화를 일체화하여 편리하고 효율적으로 다양한 교정펄스의 불확도를 계산할 수 있는 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치에 대한 것이다.
본 발명의 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치는 부분방전 교정용 교정펄스 발생기의 표준화장치에 있어서, 부분방전 교정용 교정펄스를 출력하는 교정펄스 발생기, 상기 교정펄스 발생기에서 출력된 교정펄스의 특성을 측정하는 측정모듈, 상기 측정된 교정펄스의 특성을 이용하여 해당 교정펄스의 불확도를 계산하는 표준화모듈, 상기 측정된 교정펄스의 특성 및 상기 표준화모듈의 계산 결과를 포함하여 상기 표준화장치에서 발생된 데이터를 저장하는 데이터베이스, 상기 발생된 데이터를 출력하고 상기 교정펄스 발생기에서 출력될 교정펄스의 종류 등 발생시킬 교정펄스의 세부항목 및 측정모듈의 측정횟수와 방식을 조절하는 입출력모듈을 포함한다.
본 발명의 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치에 따르면 교정펄스의 특성 및 종류를 선택할 수 있고, 발생된 펄스의 측정 및 불확도의 계산이 하나의 시스템에서 이루어짐에 따라 다양한 교정펄스의 불확도를 편리하게 측정할 수 있으며, 교정펄스에 포함된 배경잡음을 고려하여 교정펄스의 불확도를 계산함에 따 라 해당 펄스의 불확도를 더욱 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
부분방전, 교정펄스, 표준화
Description
본 발명은 변압기, 차단기 등과 같은 전력기기에 대한 필수적인 부분방전 시험에 있어서, 교정펄스 발생기의 불확도를 측정하여 이를 표준화하는 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치에 대한 것이다.
현대 산업사회의 전기의 공급은 매우 중요하며 전력공급의 신뢰성 제고를 위하여 전력기기의 설계, 시험 및 제작기술의 향상과 운용기술의 고도화를 하고 있다. 이러한 현대 산업사회의 추세에 맞추어 전력기기를 시험하는 기술을 발전시키는데 많은 연구가 이루어지고 있다.
그 중 전력기기의 상태를 진단하는 부분방전 시험은 신뢰성을 높이는 데 직접적인 영향을 미치므로 최근 전력기기의 제작에 있어서 기기의 결함을 줄이기 위하여 부분방전량의 규제치가 IEC 등의 관련규격에서 규정되거나 그 기준이 강화되고 있다.
전력기기가 일반적인 제품과 달리 고신뢰성과 장시간 사용에 따른 유지 및 보수비용의 저감을 필요로 하는 상반된 특성을 요구하고 있으므로 전력기기의 품질제고에 필수적인 기술이 부분방전시험 및 평가기술이다. 또한 전력기기가 컴팩트화와 초고압화로 되어 부분방전의 억제와 허용기준이 매우 낮아지고 있으며 이의 평가에서 정밀도를 높여야 하고 불확도를 낮추어야 할 필요성이 크게 증대되고 있다.
변압기, 차단기 등과 같은 전력기기에 대한 필수적인 부분방전 시험에 있어서 IEC 60270에서는 부분방전량 측정을 위한 교정펄스기의 불확도를 규제하고 있으므로 이러한 규제에 적극적으로 대처하기 위해서는 교정기술의 표준화 시스템을 구축하는 것이 필수적이다.
종래 부분방전 시험에 사용되는 교정용 펄스발생기의 불확도를 측정하기 위해서 사람이 일일이 교정용 펄스발생기에서 발생한 펄스를 반복 측정하여 해당 펄스 발생기의 불확도를 측정하였으나 시험자에 의해 반복 시험이 이루어져 표준화의 정확도가 떨어지고 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 교정용 펄스를 발생시키는 교정용 펄스발생기와 측정장치 및 표준화장비를 일체화된 시스템으로 구성하여 교정용 펄스발생기의 표준화 작업을 정확하고 용이하게 할 수 있고, 배경잡음의 크기를 고려하여 교정용 펄스발생기의 불확도를 계산 함에 따라 그 정확성이 현저히 향상된 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치는 부분방전 교정용 교정펄스 발생기의 표준화장치에 있어서, 부분방전 교정용 교정펄스를 출력하는 교정펄스 발생기, 상기 교정펄스 발생기에서 출력된 교정펄스의 특성을 측정하는 측정모듈, 상기 측정된 교정펄스의 특성을 이용하여 해당 교정펄스의 불확도를 계산하는 표준화모듈, 상기 측정된 교정펄스의 특성 및 상기 표준화모듈의 계산 결과를 포함하여 상기 표준화장치에서 발생된 데이터를 저장하는 데이터베이스, 상기 발생된 데이터를 출력하고 상기 교정펄스 발생기에서 출력될 교정펄스의 종류 등 발생시킬 교정펄스의 세부항목 및 측정모듈의 측정횟수와 방식을 조절하는 입출력모듈을 포함한다.
또한, 상기 출력된 교정펄스에 포함된 배경잡음을 검출하는 잡음검출모듈을 더 포함한다.
또한, 상기 표준화모듈은 상기 교정펄스 발생기에서 발생된 교정펄스의 불확도의 계산 시 상기 잡음검출모듈에서 검출된 배경잡음의 크기를 계산하고 배경잡음에 의한 바이어스 오차를 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 교정펄스 발생기는 부분방전 교정에 사용되는 single pulse, double pulse, random pulse, oscillation pulse 및 long-duration pulse 중 어느 하나를 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표준화모듈에서 계산하는 불확도는 상기 교정펄스의 전하량, 펄스 상승 시간 및 펄스 지속 시간을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명은 다양한 교정용 펄스발생기의 불확도를 하나의 시스템에서 효율적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배경잡음의 영향을 고려하여 교정용 펄스발생기의 특성을 측정함에 따라 정확도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 교정용 펄스발생기에서 발생되는 펄스의 종류 및 특성을 간편하게 설정할 수 있어 다양한 교정용 펄스 발생기의 불확도를 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치의 개략적인 블록도이다.
본 발명의 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치는 다양한 교정용 펄스를 발생시키는 교정펄스 발생기(100)와 교정펄스 발생기(100)에서 출력된 교정펄스의 특성을 측정하는 측정모듈(200)과 교정펄스에 포함된 배경잡음을 검출하는 잡음검출 모듈(300)과 측정모듈(200)에서 측정된 교정펄스의 특성 및 잡음검출모듈(300)에서 검출된 배경잡음의 크기를 이용하여 해당 교정펄스의 불확도를 계산하는 표준화모듈(600)과 교정펄스의 특성값, 배경잡음의 크기 및 표준화모듈(600)에서 계산된 불확도 등 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치에서 발생한 데이터를 저장하는 데이터베이스(400)와 교정펄스의 종류 및 특성을 선택하고 측정모듈(200)의 측정횟수와 방식을 정하며 데이터베이스에 저장된 데이터를 디스플레이하는 입출력모듈(500)을 포함하여 이루어진다.
교정펄스 발생기(100)는 부분방전 시험을 위한 교정펄스를 출력하는 장치로서 부분방전 시험에 이용되는 다양한 종류의 교정펄스를 발생시킨다. 부분방전 시험에는 다양한 종류의 펄스가 이용되며 교정펄스 발생기(100)는 single pulse, double pulse, random pulse, oscillation pulse 및 long-duration pulse를 출력한다. 부분방전에 사용되는 위 펄스에 대해 상세히 설명하면 single pulse는 일정한 상승시간을 갖고 하강시간을 가변할 수 있는 펄스로 펄스발생을 1초당 1회에서 수백(650회)회까지 가변이 가능한 것이고, double pulse는 single pulse가 시간간격이 1㎲에서 ㎲수십(30㎲) 이내에 두 개의 펄스로 구성되며 이 두 펄스 묶음의 발생은 1초당 1회에서 수백회까지 가변이 가능한 것이고, random pulse는 single pulse 가 10㎲에서 약 100㎲ 이내의 간격으로 3개에서 10개정도까지의 펄스묶음으로 구성되며 이 펄스묶음의 발생은 1초당 100회 또는 120회이며 전원 위상 동기가 가능하고, oscillation pulse는 0.5㎒에서 8㎒ 범위의 진동성을 갖고 0.01에서 0.25정도 의 감쇄정수를 가지며 이 펄스발생은 1초당 1회에서 수백회까지 가변이 가능한 것이고, long-duration 펄스는 상승시간을 10㎱에서 100㎱ 정도까지 가변이 가능하며 이 펄스의 발생은 1초당 1회에서 수백회까지 가변이 가능한 것이다. 본 발명의 표준화장치는 이 교정펄스 발생기(100)의 불확도를 계산하여 표준화하는 장치로서 교정펄스 발생기(100)에서 발생된 펄스의 특성을 측정하여 해당 발생기의 불확도를 계산하게 된다.
IEC 60270의 7,2,3항에서는 부분방전 교정펄스에 대해 전하량, 펄스상승시간 및 펄스반복율에 대해 아래의 표 1과 같은 불확도를 요구하고 있다.
| Calibrator Uncertainty |
Items | Uncertainty requirement |
Note |
| Calibrator charge(q0) | ±5% or =1pC | IEC60270 (2000) Clause 7.2.3 |
|
| Pulse Rising time (tr) | ±10%(=60ns) | ||
| Pulse 반복주파수(N) | ±1% |
표 1
독일의 PTB(Physikalisch Technische Bundesan- stalt)에서는 아래의 표 2와 같은 불확도를 요구하고 있으며 IEC60270에서 측정하는 항목과는 다르지만, 실질적인 내용면에서 보면 펄스상승시간(IEC60270)과 표 2에서 규정한 펄스지속시간과 상한주파수가 대응된다. 그러나 펄스 반복주파수는 규정하고 있지 않다.
| Calibrator Uncertainty |
Items | Uncertainty requirement |
Note |
| Calibrator charge(q0) | ±(0.1pC + 0.03q) | - q는 방전량으로 1-500(pC) - Upper frequency limit는 PD측정기 주파수대역과 관계있음 |
|
| Pulse duration (td) | ±10% | ||
| Upper frequency limit | - |
표 2
도 2는 도 1에 도시된 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치의 입출력모듈의 출력화면을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 교정펄스 발생기(100)의 모델회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 표준화장치의 불확도 측정과정에 대해 상세히 설명한다.
도 2의 출력화면은 교정펄스의 종류 등 발생시킬 교정펄스의 세부항목을 설정하는 입력부(510)와 측정된 교정펄스의 특성에 대한 측정치가 표시하고 측정의 시작, 데이터의 저장 등 측정의 과정을 조절하는 출력부(520)로 이루어진다.
도 2는 oscillation pulse에 대한 불확도를 계산하는 것으로 출력부(520)의 중간부분의 그래프는 측정된 교정용 펄스에 대한 그래프(녹색)와 본 발명의 잡음검출모듈(300)에서 검출된 배경잡음을 고려하여 보정한 그래프(파란색)가 표시되어 있다. 이렇게 배경잡음을 고려하여 불확도를 계산함에 따라 그 표준화의 정확도가 현저히 향상되는 효과가 있게 된다.
입력부(510)의 하단에 create 버튼은 모의펄스를 상단의 윈도우에 그려주는 기능을 수행하고 이를 통해 미리 펄스의 모양을 시뮬레이트하여 발생될 펄스의 세 부항목을 손쉽게 조절할 수 있도록 한다. start 버튼은 실제 펄스를 발생시키는 버튼이고, stop 버튼은 펄스의 발생을 중지시키는 버튼이다. 그밖에 중간부분은 발생될 교정펄스의 세부항목을 설정하는 부분이다.
출력부(520)의 하단에 calculate 버튼은 측정을 시작하는 버튼이고, database 버튼은 현재의 측정치를 데이터베이스(500)에 저장하는 버튼이고, report 버튼은 측정된 결과를 출력하는 버튼이고, load 버튼은 데이터베이스(500)에 저장된 측정결과를 출력부(520)에 표시하는 버튼이다. 그밖에 부분은 측정된 결과를 표시하는 부분이다.
측정모듈(200)은 발생된 교정펄스의 특성을 측정하는 부분으로 일례로 디지털 오실로스코프의 입력저항에 인가되는 펄스의 전압파형을 충분한 분해능을 가질 수 있는 샘플링 조건으로 읽어서 저장장치에 저장한다.
잡음검출모듈(300)은 발생된 교정펄스에 포함된 배경잡음을 검출하는 부분으로 일례로 상기에서 측정된 펄스파형을 시간축으로 적분하고 베이스 라인 부분의 적분치의 값이 베이스라인을 벗어난 정도를 평가하여 측정된 파형값으로 보정함으로써 잡음의 제거가 가능하다.
도 3을 참조하여 본 발명의 불확도 측정 및 계산에 대해 설명한다. 도 3의 회로는 교정펄스 발생기(100)의 모델회로도로서 도 3의 각 구성은 Vs : Source Voltage of Pulses Generator. V : Output voltage of Pulses Generator. R1 : Output Impedance of Pulses Generator. R2 : Load Impedance of Module. C: Coupling Capacitance of Module. R3 : Input Impedance of Measuring Oscilloscope. i : current of R3와 같다.
모델 회로도에서 발생되는 펄스의 전하량은 다음의 식(1)과 같이 계산되며 이식을 적분하면 식(2)와 같이 표현된다.
q = V·C------------------------- (2)
식(2)는 펄스의 입력부분의 파라메터 함수로 되어 있는 데 출력된 파형을 측정부분에서 검토하면 다음 식(3)와 같다.
여기서 vn는 디지털 오실로스코프에서 샘플마다 읽는 전압값이며, ?T는 샘플시간 간격이다.
불확도의 평가에서 각 파라메터별로 불확도에 미치는 영향을 나타내는 감도 계수를 구하여 불확도의 양을 평가함으로 펄스발생기와 펄스발생회로의 감도계수는 식(2)로부터 구하면 식(4) - 식(6)으로 표현할 수 있다. 그리고 측정부분에서의 감 도계수를 구하면 식(7)와 식(8)과 같이 표현된다.
이상의 감도계수의 식으로부터 각 파라메터의 표준불확도 양인 u(xi)를 구하여 식 (9)에 대입하여 종합적인 표준불확도값을 구하고 각 파라메터의 데이터의 신뢰성을 나타내는 자유도로부터 식(10)을 사용하여 전체의 신뢰성을 나타내는 유효 자유도를 구하고 그로부터 식(11)을 사용하여 불확도 값의 신뢰구간을 결정하는 종합적인 커버리지 팩터(Coverage factor)를 구한다. 확장불확도는 커버리지 팩터와 종합적인 표준불확도값의 곱으로 나타난다. 따라서 최종적으로 시스템에서의 불 확도는확장불확도를 말한다.
이상과 같이 교정펄스 발생기(100)에서 발생되는 교정펄스의 불확도를 계산할 수 있으며 본 발명은 하나의 시스템에서 자동적으로 반복 측정을 수행할 수 있고, 다양한 교정펄스를 발생시킬 수 있으며 배경잡음의 영향을 고려하여 불확도를 계산함에 따라 그 정확도가 현저히 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치의 개략적인 블록도이고,
도 2는 도 1에 도시된 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치의 입출력모듈의 출력화면을 나타내는 도면이고,
도 3은 도 1에 도시된 교정펄스 발생기의 모델회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
교정펄스 발생기 : 100 측정모듈 : 200
잡음검출모듈 : 300 데이터베이스 : 400
입출력모듈 : 500 표준화 모듈 : 600
Claims (5)
- 부분방전 교정용 교정펄스 발생기의 표준화장치에 있어서,부분방전 교정용 교정펄스를 출력하는 교정펄스 발생기,상기 교정펄스 발생기에서 출력된 교정펄스의 특성을 측정하는 측정모듈,상기 측정된 교정펄스의 특성을 이용하여 해당 교정펄스의 불확도를 계산하는 표준화모듈,상기 측정된 교정펄스의 특성 및 상기 표준화모듈의 계산 결과를 포함하여 상기 표준화장치에서 발생된 데이터를 저장하는 데이터베이스,상기 발생된 데이터를 출력하고 상기 교정펄스 발생기에서 출력될 교정펄스의 종류 등 발생시킬 교정펄스의 세부항목 및 측정모듈의 측정횟수와 방식을 조절하는 입출력모듈을 포함하는 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치.
- 청구항 1에서,상기 출력된 교정펄스에 포함된 배경잡음을 검출하는 잡음검출모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치.
- 청구항 2에서,상기 표준화모듈은 상기 교정펄스 발생기에서 발생된 교정펄스의 불확도의 계산 시 상기 잡음검출모듈에서 검출된 배경잡음의 크기를 계산하고 배경잡음에 의한 바이어스 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치.
- 청구항 1에서,상기 교정펄스 발생기는 부분방전 교정에 사용되는 single pulse, double pulse, random pulse, oscillation pulse 및 long duration pulse 중 어느 하나를 출력하는 것을 특징으로 하는 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치.
- 청구항 1에서,상기 표준화모듈에서 계산하는 불확도는 상기 교정펄스의 전하량, 펄스 상승 시간 및 펄스 지속 시간을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 부분방전 교정펄스 발생기의 표준화장치.
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