KR20220126381A

KR20220126381A - 고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치 및 이를 구비한 고전압 전력 설비

Info

Publication number: KR20220126381A
Application number: KR1020210030557A
Authority: KR
Inventors: 김선우; 박윤택; 김길수; 이동주
Original assignee: 한국전력공사; 동우전기 주식회사
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-09-16

Abstract

본 발명의 고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치는, 고전압이 인가되는 선로 접속 단자에 일단이 연결되는 고압 저항; 일단이 상기 고압 저항의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 저압 저항; 상기 선로 접속 단자와 상기 접지 간의 상기 고압 저항과 상기 저압 저항의 직렬 연결에 의해 분압된 전압을 외부로 도출하는 측정 단자; 외부에서 상기 고압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 고압부 쉴드; 및 외부에서 상기 저압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하며, 상기 측정 단자에 전기적으로 연결되는 저압부 쉴드를 포함할 수 있다.

Description

고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치 및 이를 구비한 고전압 전력 설비{VOLTAGE MEASURING DEVICE FOR HIGH VOLTAGE POWER EQUIPMENT AND HIGH VOLTAGE POWER EQUIPMENT WITH THE SAME}

본 발명은 고전압 및 대전류 환경에서 사용되는 전력 설비에서의 고전압 전압을 계측하기 위한 전압 계측 장치 및 이를 구비한 고전압 전력 설비에 관한 것이다.

도 1은 개폐기 등에 적용될 수 있는 전압/전류 검출 수단이 구비된 연결 단자 영역을 도시한 단면도이다.

도시한 연결 단자 영역의 구조는 배전급 전력 설비에 적용되는 릴레이 수단(R)을 내장하며, 전류 검출 수단으로서 부하측 단자(2)에 CT(200)가 내장되며, 전압 검출 수단으로서 전원측 단자에 PT(300)를 내장하고 있다. 그런데, 상기 전압 검출 수단으로서 PT(300)는 부정확한 검출결과로 신뢰도가 매우 낮아, 부정확한 검출결과로 전력량에 대한 예측 산출이 어려워지고, 이로 인한 사용 손실이 발생할 수 있다. 이러한 오차를 발생시키는 주요 원인은 고전압 전계로 인한 간섭과 유전재료에 의한 커패시턴스 및 기생커패시턴스 성분에 의한 것이다.

또한, 이런 종류의 간섭과 오차 증가 원인은 사용 환경인 온도에 민감한 영향을 받아 부정확한 검출결과로 이어지게 된다. 도시한 바와 같이 오차 특성을 보정하기 위한 별도의 회로를 구비하여 오차를 보정하고 있으나, 환경 조건이 다른 각 사이트별로 일률적인 오차 보정이 용이하지 않다.

대한민국 등록공보 10-0305615호

본 발명은 저렴한 비용으로 전력 설비의 고전압을 외부 환경의 영향없이 측정할 수 있는 전압 계측 장치 및 이를 구비한 전력 설비를 제공하고자 한다.

본 발명은 전력 설비에서 모니터링하는 고전압 검출 신호를 별도의 보정 회로 없이 바로 전력 설비 모니터링 단말로 출력할 수 있는 전압 계측 장치 및 이를 구비한 전력 설비를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치는, 고전압이 인가되는 선로 접속 단자에 일단이 연결되는 고압 저항; 일단이 상기 고압 저항의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 저압 저항; 상기 선로 접속 단자와 상기 접지 간의 상기 고압 저항과 상기 저압 저항의 직렬 연결에 의해 분압된 전압을 외부로 도출하는 측정 단자; 외부에서 상기 고압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 고압부 쉴드; 및 외부에서 상기 저압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하며, 상기 측정 단자에 전기적으로 연결되는 저압부 쉴드를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 고압 저항과 상기 저압 저항을 전기적으로 연결하는 도전선재; 및 절연 재질로 상기 도전선재를 감싸는 형태로 상기 고압 저항과 상기 저압 저항 사이를 지지하며, 상기 저압부 쉴드와 체결되는 절연 지지대를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 고압 저항은 원통형 저항이며, 상기 고압부 쉴드는, 상기 원통형 저항의 상단에 체결되어 상기 원통형 저항의 상단 영역을 감싸는 컵 형상의 제1 쉴드; 및 상기 원통형 저항의 하단에 체결되어 상기 원통형 저항의 하단 영역을 감싸는 컵 형상의 제2 쉴드를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 절연 지지대와 고압부 쉴드 사이에 위치하는 상기 저압부 쉴드의 일 측면 부분이 상기 측정 단자에 맞닿도록 결합될 수 있다.

여기서, 상기 고압 저항과 상기 저압 저항을 전체로 하나의 원통형 저항으로 볼 때, 상기 고압부 쉴드는 상기 원통형 저항의 상단에 체결되어 상기 원통형 저항의 상단 영역을 감싸는 컵 형상이며, 상기 저압부 쉴드는 상기 원통형 저항의 하단에 체결되어 상기 원통형 저항의 하단 영역을 감싸는 컵 형상일 수 있다.

여기서, 상기 고압 저항과 상기 저압 저항 간의 연결지점에서의 분압된 전압 신호는, 상기 고압부 쉴드와 상기 저압부 쉴드 사이의 이격된 공간으로 배치된 도선으로 도출될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 고전압 전력 설비는, 전력 선로에 연결되는 하나 이상의 선로 접속 단자; 상기 선로 접속 단자에 일단이 연결되는 고압 저항; 일단이 상기 고압 저항의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 저압 저항; 상기 선로 접속 단자를 통한 전류를 측정하도록 상기 선로 접속 단자를 감싸는 고리 형상의 CT; 상기 선로 접속 단자와 상기 접지 간의 상기 고압 저항과 상기 저압 저항의 직렬 연결에 의해 분압된 전압 및 상기 CT에서 측정된 전류를 외부로 도출하는 측정 단자; 상기 고압 저항 및 상기 저압 저항을 둘러싸서 외부에서 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 쉴드부; 및 상기 고압 저항, 상기 저압 저항, 상기 CT 및 상기 쉴드부를 내장하여 보호하는 케이싱을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 쉴드부는, 외부에서 상기 고압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 고압부 쉴드; 및 외부에서 상기 저압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하며, 상기 측정 단자에 전기적으로 연결되는 저압부 쉴드를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 선로 접속 단자는, 부하가 연결된 선로에 접속되는 부하측 접속 단자; 및 계통으로부터의 전력이 공급되는 선로에 접속되는 전원측 접속 단자를 포함하고, 상기 고압 저항은 상기 전원측 접속 단자에 연결되고, 상기 CT는 상기 부하측 접속 단자에 대하여 설치될 수 있다.

상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 전압 계측 장치 및/또는 이를 구비한 전력 설비를 실시하면, 저렴한 비용으로 설비를 구성하며 전력 설비의 고전압을 외부 환경의 영향없이 측정할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 사상에 따른 전압 계측 장치 및/또는 이를 구비한 전력 설비는, 잡음 신호가 많은 열악한 환경에서도 별도의 보정 회로 없이 전력 설비의 고전압을 모니터링할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 사상에 따른 전압 계측 장치 및/또는 이를 구비한 전력 설비는, 고저압 차폐구조물간 간격과 고압차폐구조물과 저압저항과의 간격에 대한 구조를 핵심기술로 하는 신뢰성 높은 비율오차에 대한 설계기준을 확보하는 이점이 있다.

도 1은 개폐기 등에 적용될 수 있는 일반적인 전압/전류 검출 수단이 구비된 연결 단자부를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명 사상의 일 실시예에 따른 전압 계측 장치를 구비한 전력 설비의 연결 단자 부분을 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 전압 계측 장치의 고압 저항과 저압 저항의 연결 부분의 일 례를 상세히 도시한 단면도.
도 4는 도 2의 전압 계측 장치의 고압 저항과 저압 저항의 연결 부분의 다른 례를 상세히 도시한 단면도.
도 5는 본 발명 사상의 다른 실시예에 따른 전압 계측 장치를 구비한 전력 설비의 연결 단자 부분을 도시한 단면도.
도 6은 도 5의 전압 계측 장치의 쉴드부의 조립 구성들을 예시한 단면도들.
도 7은 저항 분압 원리 모식도로서 직렬 연결된 분압 저항의 회로도.
도 8은 본 발명의 사상에 따른 전압 계측 장치의 기생 커패시턴스 성분들을 함께 모사한 회로도.
도 9는 본 발명에서 제안하는 전압 계측 장치의 효과를 살펴보기 위한 오차 측정 회로도.
도 10은 고-저압 차폐구조간 간격에 의한 오차 특성을 테스트 분석한 결과.
도 11은 고압차폐구조물-저압저항간 간격에 의한 오차특성을 테스트 분석한 결과.

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 2는 본 발명 사상의 일 실시예에 따른 전압 계측 장치를 구비한 전력 설비의 연결 단자 부분을 도시한 단면도이다.

도 3은 도 2의 전압 계측 장치의 고압 저항과 저압 저항의 연결 부분의 일 구성을 상세히 도시한 단면도이다.

도 2에 도시한 전압 계측 장비는, 고전압이 인가되는 선로 접속 단자(10)에 일단이 연결되는 고압 저항(110); 일단이 상기 고압 저항(110)의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 저압 저항(120); 상기 선로 접속 단자(10)와 상기 접지간의 상기 고압 저항(110)과 상기 저압 저항(120)의 직렬 연결에 의해 분압된 전압을 외부로 도출하는 측정 단자(70); 외부에서 상기 고압 저항(110)에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 고압부 쉴드(130); 및 외부에서 상기 저압 저항(120)에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하며, 상기 측정 단자(70)에 전기적으로 연결되는 저압부 쉴드(140)를 포함할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 고압 저항(110)과 상기 저압 저항(120)은, 상기 고압 저항(110)과 상기 저압 저항(120)을 전기적으로 연결하는 도전선재(170); 및 절연 재질로 상기 도전선재(170)를 감싸는 형태로 상기 고압 저항(110)과 상기 저압 저항(120) 사이를 지지하며, 상기 저압부 쉴드(140)와 체결되는 절연 지지대(150)를 개재하여 연결될 수 있다.

도시한 실시예의 경우, 상기 고압 저항(110)은 원통형 저항이며, 상기 고압부 쉴드(130)는, 상기 원통형 저항의 상단에 체결되어 상기 원통형 저항의 상단 영역을 감싸는 컵 형상의 제1 쉴드(131); 및 상기 원통형 저항의 하단에 체결되어 상기 원통형 저항의 하단 영역을 감싸는 컵 형상의 제2 쉴드(132)를 포함할 수 있다.

상기 고압부 쉴드(130)는 별도의 절연물을 매개하지 않고 바로 상기 고압 저항(110)의 도전 영역에 연결되는 바, 고압부 쉴드(130)에 의한 도전 경로 형성을 차단하기 위해, 상기 제1 쉴드(131) 및 제2 쉴드(132) 사이에 충분한 거리를 이격시켰다.

다른 구현에서는, 고압부 쉴드를 절연물을 매개하여 고압 저항에 체결되도록 하는 구조를 가질 수도 있는데, 이러한 구현에서는 고압부 쉴드를 굳이 2개로 분리하지 않고 하나의 원통 형상(또는 동축케이블 쉴드 형상)으로 제작할 수도 있다.

도 4는 도 2의 전압 계측 장치의 고압 저항과 저압 저항의 연결 부분의 다른 구성을 상세히 도시한 단면도이다.

도시한 연결 구성에서는, 고압 저항(110)만을 도시하고 저압 저항의 도시는 생략하였다. 고압 저항(110)과 저압 저항의 연결부분은 별도의 신호선(79)을 통해 측정 단자 중 전압 측정 단자(71)에 연결된다. 한편, 도시한 전류 측정 단자(72)에는 CT가 연결될 수 있다.

도 4에서는, 상기 고압 저항(710)에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 고압부 쉴드(132); 및 외부에서 상기 저압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 저압부 쉴드로 구분할 수 있다. 저압차폐구조물인 저압부 쉴드의 경우 2차 출력을 위한 신호선을 서로 격리(분리)시킴으로서 저압차폐구조물에 유기된 전압에 의해 2차 출력특성에 대한 영향을 최소화할 수 있다.

도 5는 본 발명 사상의 다른 실시예에 따른 전압 계측 장치를 구비한 전력 설비의 연결 단자 부분을 도시한 단면도이다.

도 6은 도 5의 전압 계측 장치의 쉴드부의 조립 구성들을 예시한 단면도이다.

도시한 실시예에 따른 전압 계측 장치의 경우에도, 전류는 CT(200)를 이용하여 계측하며, 선로 접속 단자(10)와 접지간의 상기 고압 저항(710)과 상기 저압 저항(720)의 직렬 연결에 의해 분압된 전압을 계측한다. 그런데, 상기 고압 저항(710)과 상기 저압 저항(720)을 전체로 하나의 원통형 저항으로 볼 때, 상기 원통형 저항의 상단에 체결되어 상기 원통형 저항의 상단 영역(고압 저항이 속할 수 있음)을 감싸는 컵 형상의 제1 쉴드(731); 및 상기 원통형 저항의 하단에 체결되어 상기 원통형 저항의 하단 영역(저압 저항이 속할 수 있음)을 감싸는 컵 형상의 제2 쉴드(732)로 쉴드부를 구성함에 차이가 있다.

이 경우, 상기 고압 저항(710)은 주로 상기 제1 쉴드(731)에 의해 차폐되고, 상기 저압 저항(720)은 주로 상기 제2 쉴드(732)에 의해 차폐된다.

한편, 상기 고압 저항(710)과 상기 저압 저항(720)간의 연결지점에서의 분압된 전압 신호는, 상기 제1 쉴드(731)와 상기 제2 쉴드(732) 사이의 이격된 공간으로 배치된 도선으로 도출될 수 있다.

상기 제1 쉴드(731)와 상기 제2 쉴드(732)의 구체적인 구성들을 예시하면 도 6과 같으며, 상하로 위치하는 상기 제1 쉴드(731)와 상기 제2 쉴드(732)에 의해 형성되는 공간 내에 상기 고압 저항(710)과 상기 저압 저항(720)이 위치하며, 검출선이 상기 고압 저항(710)과 상기 저압 저항(720)의 연결점에서 인출됨을 알 수 있다.

도 2에 도시한 연결 단자 부분을 포함하는 고전압 전력 설비의 관점에서 살펴보면, 도시한 실시예에 따른 고전압 전력 설비는, 전력 선로에 연결되는 하나 이상의 선로 접속 단자; 상기 선로 접속 단자 중 하나(10)에 일단이 연결되는 고압 저항(110); 일단이 상기 고압 저항(110)의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 저압 저항(120); 상기 선로 접속 단자 중 다른 하나(20)를 통한 전류를 측정하도록 상기 선로 접속 단자(20)를 감싸는 고리 형상의 CT(200); 상기 선로 접속 단자(10)와 상기 접지간의 상기 고압 저항(110)과 상기 저압 저항(120)의 직렬 연결에 의해 분압된 전압 및 상기 CT(200)에서 측정된 전류를 외부로 도출하는 측정 단자; 상기 고압 저항 및 상기 저압 저항을 둘러싸서 외부에서 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 쉴드부(S); 및 상기 고압 저항(110), 상기 저압 저항(120), 상기 CT(200) 및 상기 쉴드부(S)를 내장하여 보호하는 케이싱(90)을 포함할 수 있다.

전류를 측정하는 CT(200)는 종래기술의 경우와 동일하며, 다만 CT(200)의 출력 신호도, 본 발명의 사상에 따른 전압 신호와 마찬가지로 별도의 보정회로 없이 바로 FRTU(500)로 입력될 수 있다.

상기 고전압 전력 설비의 도시한 부분은 본 발명의 사상에 따른 전압 검출 영역이며, 도시한 고전압 전력 설비는 개폐기(차단기)로서, 부하가 연결된 선로에 접속되는 부하측 접속 단자; 및 계통으로부터의 전력이 공급되는 선로에 접속되는 전원측 접속 단자(10)를 구비하며, 외부의 트립 신호 등에 의해 상기 부하측 접속 단자와 상기 전원측 접속 단자의 도전 경로를 차단하는 릴레이부(R)를 상기 케이싱(90) 내부에 구비할 수 있다. 도면에서는 상기 고압 저항(110)은 상기 전원측 접속 단자(10)에 연결되도록 설치되고, 상기 CT(200)는 상기 부하측 접속 단자(20)에 대하여 설치되어 있다.

외부의 선로나 다른 장비(FRTU)와의 연결을 위해, 상기 전원측 접속 단자(10), 상기 부하측 접속 단자(20) 및 상기 측정 단자(70)는, 일부가 상기 케이싱(90)의 외부로 노출된 형태로 구비될 수 있으며, 도 3에서 상기 측정 단자(70)는 상기 저압부 쉴드(140)와의 연결 부분만을 도시한 것임을 밝혀둔다.

외부에서 상기 고압 저항(110)에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 고압부 쉴드(130); 및 외부에서 상기 저압 저항(120)에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하며, 상기 측정 단자에 전기적으로 연결되는 저압부 쉴드(140)로 구분되어 있다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 사상이 적용된 전압 계측 장치는, 고전압을 검출하기 위해 고압저항을 측정가능 수준으로 Step down하는 고압 저항과, 정밀 출력을 확보하기 위한 저압 저항으로 구분된다.

단순히 전압 분배 회로만을 적용하는 경우 발생되는 문제들를 해결하기 위해, 고압 저항 및 저압 저항 출력특성에 영향을 미칠 수 있는 간섭계(전계, 자계등)를 차폐시킬 수 있는 별도의 차폐장치로서 쉴드부(S)를 구비하며, 상기 쉴드부(S)의 다양한 실시 형태에 대한 구조적인 설계를 제공할 수 있다.

추가적으로, 도시한 상기 쉴드부는, 외부 간섭계 차폐를 위해(전계에 의해 유기되는 전압을 효과적으로 제거하기 위해) 금속 재료를 사용할 수 있다.

이하, 본 발명에서 고전계에 의한 절연안정성과 출력특성을 동시에 만족시킬 수 있는 차폐구조물의 최적 간격을 얻기 위한 컴퓨터 시뮬레이션과 실험결과에 대하여 설명한다.

도 7은 저항 분압 원리 모식도로서 직렬 연결된 분압 저항의 회로도이다.

도시한 바와 같이 저항 R1(고압 저항), R2(저압 저항)에 의해서 선로의 전압이 저항에 의하여 분압 되고 R

에 걸리는 전압의 크기로서 측정된다. 이 전압의 크기는 저항 비(ratio)에 의하여 전압을 분압하는 방식으로 저항 오차 선정 및 절연특성이 매우 중요하다. 저항 분압기의 측정원리는 도시한 것과 같이 2차 저압저항 양단의 전압을 검출함으로써 1차측의 고전압을 측정할 수 있다. 이때, 무유도성 저항을 사용하여야 위상변화가 거의 없게 나타난다.

합성오차를 결정하는 모든 파라미터(Parameter)를 고려하여 저항을 선정해야 하는 것이 중요하다. 또한 측정시스템 내에 의도하지 않게 존재하는 일명 기생성분이라고 칭하는 부유용량(Stray Capacitance)를 고려하여 충분한 여유를 두고 선정할 필요가 있다. 즉, 부유용량(Stray Capacitance)의 최소화를 지향하여야 한다.

도 8은 본 발명의 사상에 따른 전압 계측 장치의 기생 커패시턴스 성분들을 함께 모사한 회로도이다.

측정시스템 내에 존재할 수 있는 부유용량(Stray Capacitance)은 도 8에 도시한 바와 같이 여러 가지 형태로 존재하며, 경우에 따라 더 많을 수도 있다.

시스템 외부의 대기에 존재하는 Stray Capacitance(Cas)는, 대기환경, 주로 습도에 의한 성분이며, 건조상태와 주수상태의 차이에 의해 약 0.2%의 합성오차 차이를 발생할 수 있다.

에폭시절연물 내부에 R1, R2에 병렬로 존재하는 Stray Capacitance(C1s, C2s)는, 에폭시수지의 비유전율(ε, 약 4)에 의해 발생되는 Capacitance이며 크지는 않겠지만 최종 R2 선정시 반영하는 것이 바람직하다.

차폐케이블에 의한 Stray Capacitance(C2ls)는, 차폐케이블의 접속부에서 발생할 수 있는 Capacitance이며 크지는 않겠지만 최종 R2선정시 반영하여야 한다.

도 8에 표시되는 파라미터들을 정리하면 다음과 같다.

- R1: 1차저항

- R2: 2차저항

- C1s: 에폭시절연물의 1차저항에 병렬로 존재하는 부유용량

- C2s: 에폭시절연물의 2차저항에 병렬로 존재하는 부유용량

- Cas: 에폭시몰딩部 외부의 대기조건(습도)에 따른 부유용량

- C2I: 차폐케이블(10m 길이)의 정전용량

- C2Is: 차폐케이블에서 발생되는 부유용량

- Zin: 표시장치部의 입력임피던스

도 9는 본 발명에서 제안하는 전압 계측 장치의 효과를 살펴보기 위한 오차 측정 회로도이다.

2차 전압은 하기 수학식 1과 같이 전압 분배에 따라 나타난다.

[수학식 1]

Vp : 1차 전압

Vs : 2차 전압

Z1 : 1차 임피던스

Z2 : 2차 임피던스

1차 임피던스는 하기 수학식 2와 같이 1차 저항과 1차측 전체 캐패시턴스로 이루어져 있으며 1차 저항은 일정한 값이나 1차측 전체 캐패시턴스는 부유용량 등으로 일정하지 않기 때문에 쉴드를 삽입하여 캐패시턴스가 일정한 값을 가지도록 하였다. 2차 임피던스는 하기 수학식 3과 같다.

[수학식 2]

[수학식 3]

R1 : 1차 저항

R2 : 2차 저항

C1 : 1차측 전체 캐패시턴스

C2 : 2차측 전체 캐패시턴스

캐패시턴스 C는 하기 수학식 4와 같으며, 쉴드를 이용하여 단면적과 도체간 거리를 일정하게 유지하고 거리를 조정하여 2차측에 출력되는 전압값을 조정할 수 있도록 하였다.

[수학식 4]

ε : the permittivity of the dielectric material between the plates

A : the surface area of each plate

d : the distance between the plates

도 10은 고-저압 차폐구조간 간격에 의한 오차 특성을 테스트 분석한 결과이며, 도 11은 고압차폐구조물-저압저항간 간격에 의한 오차특성을 테스트 분석한 결과이다.

도 10과 도 11의 ‘A’ 간격과 ‘B’ 간격은 캐패시턴스가 달라짐에 따라 비율오차와 위상오차가 변하는 것을 나타내며, 상대적으로 ‘B’ 간격의 비율오차와 위상오차가 더 큰 것을 알 수 있다. ‘A’ 간격은 외부 간섭을 차폐해야 하는 이유로 최대한 작게 해야 하지만 최소한의 절연거리를 유지해야하기 때문에 간격을 일정하게 고정하였고 ‘B’ 간격을 조정하여 캐패시턴스 값이 변하도록 하였다. B 간격의 변화는 커패시턴스가 2차 오차특성에 미치는 영향을 파악가능하며, 어느 정도 수준으로 해야 최적의 특성을 가질 수 있는가에 대해 분석한 것이다. 또한, B의 간격이 보편적으로 커지게 되면(일정 거리를 유지하게 되면) 비율오차와 위상오차가 상대적으로 줄어드는 경향을 보이는 것이 특징이며, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 다만, B의 간격은 임의대로 커 질 수는 없으며, 절연 및 작업성 등 여러 가지를 고려해야하며, 도 11의 표에 나타낸 것이 실험적으로 최적의 수치를 표현한 것이다.

‘B’ 간격은 도 11에서와 같이 B의 간격이 변압에 따라 저항체와 쉴드 사이의 단면적 및 거리가 변하여 캐패시턴스 값이 변하게 된다.

이를 측정하는 방법으로 도 9의 회로와 같이 표준PT와 비교하는 방법이 사용되다. 측정하고자 하는 RVD와 기준이 되는 표준PT에 동일한 1차전압이 가해지고 각각 2차전압이 출력되면 전압변성기 비교기에서 입력받아 전압과 위상을 비교해 비율오차와 위상오차를 표시한다.

하기 표 1은 상기 도 2의 전압 계측 장치를 적용하는 고전압 전력 설비의 일 례로서 개폐기의 요구 사양을 나타낸 것이다.

하기 표 2는 상기 표 1의 개폐기에 내장될 수 있는 본 발명의 사상에 따른 전압 계측 장치를 구현하는데 적용될 수 있는 고압 저항 및 저압 저항의 일 례를 나타낸다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같은 고압 저항 및 저압 저항은, Thick film 재질의 원통형 저항 제품으로 실시될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 선로 접속 단자 70 : 측정 단자
110 : 고압 저항 120 : 저압 저항
130 : 고압부 쉴드 140 : 저압부 쉴드
131 : 제1 쉴드 132 : 제2 쉴드
150 : 절연 지지대 170 : 도전선재

Claims

고전압이 인가되는 선로 접속 단자에 일단이 연결되는 고압 저항;
일단이 상기 고압 저항의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 저압 저항;
상기 선로 접속 단자와 상기 접지 간의 상기 고압 저항과 상기 저압 저항의 직렬 연결에 의해 분압된 전압을 외부로 도출하는 측정 단자;
외부에서 상기 고압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 고압부 쉴드; 및
외부에서 상기 저압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하며, 상기 측정 단자에 전기적으로 연결되는 저압부 쉴드
를 포함하는 고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 고압 저항과 상기 저압 저항을 전기적으로 연결하는 도전선재; 및
절연 재질로 상기 도전선재를 감싸는 형태로 상기 고압 저항과 상기 저압 저항 사이를 지지하며, 상기 저압부 쉴드와 체결되는 절연 지지대
를 더 포함하는 고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 고압 저항은 원통형 저항이며,
상기 고압부 쉴드는, 상기 원통형 저항의 상단에 체결되어 상기 원통형 저항의 상단 영역을 감싸는 컵 형상의 제1 쉴드; 및
상기 원통형 저항의 하단에 체결되어 상기 원통형 저항의 하단 영역을 감싸는 컵 형상의 제2 쉴드
를 포함하는 고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치.
제2항에 있어서,
상기 절연 지지대와 고압부 쉴드 사이에 위치하는 상기 저압부 쉴드의 일 측면 부분이 상기 측정 단자에 맞닿도록 결합되는 고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 고압 저항과 상기 저압 저항을 전체로 하나의 원통형 저항으로 볼 때,
상기 고압부 쉴드는 상기 원통형 저항의 상단에 체결되어 상기 원통형 저항의 상단 영역을 감싸는 컵 형상이며,
상기 저압부 쉴드는 상기 원통형 저항의 하단에 체결되어 상기 원통형 저항의 하단 영역을 감싸는 컵 형상인 고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치.
제5항에 있어서,
상기 고압 저항과 상기 저압 저항 간의 연결지점에서의 분압된 전압 신호는, 상기 고압부 쉴드와 상기 저압부 쉴드 사이의 이격된 공간으로 배치된 도선으로 도출되는 고전압 전력 설비에 대한 전압 계측 장치.
전력 선로에 연결되는 하나 이상의 선로 접속 단자;
상기 선로 접속 단자에 일단이 연결되는 고압 저항;
일단이 상기 고압 저항의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 저압 저항;
상기 선로 접속 단자를 통한 전류를 측정하도록 상기 선로 접속 단자를 감싸는 고리 형상의 CT;
상기 선로 접속 단자와 상기 접지 간의 상기 고압 저항과 상기 저압 저항의 직렬 연결에 의해 분압된 전압 및 상기 CT에서 측정된 전류를 외부로 도출하는 측정 단자;
상기 고압 저항 및 상기 저압 저항을 둘러싸서 외부에서 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 쉴드부; 및
상기 고압 저항, 상기 저압 저항, 상기 CT 및 상기 쉴드부를 내장하여 보호하는 케이싱
을 포함하는 고전압 전력 설비.
제7항에 있어서,
상기 쉴드부는,
외부에서 상기 고압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하는 고압부 쉴드; 및
외부에서 상기 저압 저항에 잡음 신호가 유입되는 것을 차단하며, 상기 측정 단자에 전기적으로 연결되는 저압부 쉴드
를 포함하는 고전압 전력 설비.
제7항에 있어서,
상기 선로 접속 단자는,
부하가 연결된 선로에 접속되는 부하측 접속 단자; 및
계통으로부터의 전력이 공급되는 선로에 접속되는 전원측 접속 단자
를 포함하고,
상기 고압 저항은 상기 전원측 접속 단자에 연결되고,
상기 CT는 상기 부하측 접속 단자에 대하여 설치되는 고전압 전력 설비.