[논문]전압변성기용 부담특성 정밀분석용 자동평가시스템의 개발

권성원; 김문석; 정재갑; 이성하; 김명수

문제 정의

본 연구에서는 PT부담의 부담값과 역률을 정확하게 측정하여 부담의 설계값을 쉽게 수정할 수 있는 자동평가 시 스템을 개발하였으며, 산업현장에서 애로를 겪고 있는 측정 불확도의 분석을 포함한 평가 결과 보고서를 측정 완료와 동시에 출력할 수 있도록 프로그램을 개발하였다.
본 연구에서는 부담의 부담값과 역률을 자동으로 측정하기 위한 평가시스템을 개발하였으며, 부담에서의 전압, 전류 및 전력을 측정하여 그 값들로부터 계산할 수 있도록 하였다. 이 시스템은 부담값과 역률을 최소 0.

제안 방법

본 연구에서는 부담의 부담값과 역률을 자동으로 측정하기 위한 평가시스템을 개발하였으며, 부담에서의 전압, 전류 및 전력을 측정하여 그 값들로부터 계산할 수 있도록 하였다. 이 시스템은 부담값과 역률을 최소 0.5 %의 "불확도로 평가하고, 그 결과를 이용하여 부담의 저항과 인덕턴스를 60 Hz에서 자동 계산함으로써 부담 소자의 설계치를 용이하게 수정하여 제작에 반영할 수 있도록 하였다. '또 부담과 역률의 측정 결과를 그래프화하여 실시간으로 그 결과를 관찰할 수 있도록 하였고, 또한 각종 불확도 요인들에 대한 상세한 분석을 통하여 산업현장에서 애로를 겪고 있는 측정 불확도를 포함한 평가 결과 보고서를 측정 완료와 동시에 출력할 수 있도 록 프로그램을 개발하였다.
5 %의 "불확도로 평가하고, 그 결과를 이용하여 부담의 저항과 인덕턴스를 60 Hz에서 자동 계산함으로써 부담 소자의 설계치를 용이하게 수정하여 제작에 반영할 수 있도록 하였다. '또 부담과 역률의 측정 결과를 그래프화하여 실시간으로 그 결과를 관찰할 수 있도록 하였고, 또한 각종 불확도 요인들에 대한 상세한 분석을 통하여 산업현장에서 애로를 겪고 있는 측정 불확도를 포함한 평가 결과 보고서를 측정 완료와 동시에 출력할 수 있도 록 프로그램을 개발하였다.
자동평가시스템은 정밀교류 전압 발생기, 전력측정기 및 피시험 부담과 시스템 제어기로 구성된다. 교류전압 발생기는 정확도가 0.09 % 이하인 YEW model 2558을, 전력측정기는 교류전압, 전류, 전력 및 주파수를 동시에 측정할 수 있는 YEW model WT 2030를 사용하였다 시스템 제어기는 개인용 컴퓨터이며, 구동 프로그램은 비주얼 베이직으로 작성하였다.
55 A범위로서, 안정도 등의 특성이 우수한 교류전압 발생기는 전류공급 능력의 부족으로 사용할 수 없다. 따라서 60 Hz의 교류 전압을 220 V까지 공급하고, 최대 20 A까지의 부하전 류를 공급할 수 있는 3.5 디지트의 계수식 전압전류계를 부착한 가변전압 변압기 (variable voltage transformer)를 제작하여 사용하였다.
식(12)에서 보는 바와 같이 역률의 불확도는 부담의 불확도 요인들과 전력 측정에 따른 불확도 요인들로부터 얻을 수 있음을 알 수 있다. 따라서 표 1에서 얻은 부담의 표준 불확도 이외에 전력측정에 따른 불확도 요인들을 추가하여 표2의 역률의 불확도 총괄표를 얻었다.
측정이 완료되면 측정 대상 장비의 내역, 측정 조건, 부담값과 역률의 명목치에 대한 상대 오차 및 그 상대 불확도 등을 포함하는 부담 평가 보고서를 즉시 출력할 수 있도록 하여 부담 특성평가와 보고서 작성을 한 번에 끝낼 수 있도록 하였다. 또한 측정자료를 쉽게 찾을 수 있도록 자료 파일, 이름을 평가보고서에 추가하여 고객의 요구에 쉽게 응할 수 있도록 하였고, 평가보고서의 출력 일자도 함께 기록되도록 하여 고객관리 및 평가보고서 관리의 효율을 기하도록 하였다(표 3 참조).
부담값을 계산하기 위하여 부담양단의 전압과 부담에 흐르는 전류를 측정한다. 이 경우 부담 저항 (RBn)과 사용한 전압측정기의 입력저항(Rem)의 크기에 따라서 측정 전 압(K 식(16과 같이 부하효과(loading effect)의 영향을 받는다.
8) 단자를 60 Hz에서 1분 간격으로 60회 반복 측정한 평가결과 보고서의 한예 이다. 부담양단의 전압, 부담 전류, 전력 및 주파수의 평균값과 표준편차를 측정값으로부터 계산하였으며, 부담값과 역률의 계산 결과 및 그 상대 불 확도, 그리고 측정값들의 명목치에 대한 상대 오차를 함께 보여준다. 또 측정 결과로부터 식(1)을 이용하여 60 Hz에서 계산한 부담의 저항값과 인덕턴스값을 함께 보였는데, 부 담 값과 역률이 명목치에 대한 상대 오차가 각각 +0.
측정이 완료되면 측정 대상 장비의 내역, 측정 조건, 부담값과 역률의 명목치에 대한 상대 오차 및 그 상대 불확도 등을 포함하는 부담 평가 보고서를 즉시 출력할 수 있도록 하여 부담 특성평가와 보고서 작성을 한 번에 끝낼 수 있도록 하였다. 또한 측정자료를 쉽게 찾을 수 있도록 자료 파일, 이름을 평가보고서에 추가하여 고객의 요구에 쉽게 응할 수 있도록 하였고, 평가보고서의 출력 일자도 함께 기록되도록 하여 고객관리 및 평가보고서 관리의 효율을 기하도록 하였다(표 3 참조).
표준용 PT부담이 10 VA, 15 VA 및 25 VA이므로 부담 전류는 약 91 mA〜227 mA 범위로서, 이 조건을 만족시키기 위해서 110 V에서 전류고급능력(compliance current)이 300 mA인 교류전압 발생기를 사용하였다. 한편 일반계기용 PT부담은 50 - 500 VA이므로 부담 전류가 약 0.

성능/효과

반복 측정에 의한 표준 불확도 "*4 ()는 표준편차S(V) 및 측정회수(彩에 따라 u(\7A) = s(V)/y/n 와 같이 계산한다. 60회 반복 측정한 결과 0.199 %의 표준편차를 얻었으므로 표준 불확도는 0.0257 %이고, 자유도는 V vA = w— 1 = 59 이다.
본 시스템의 개발로 PT용 부담에 대한 부담값과 역률을 최소 0.5 %(신뢰수준 95.5 %)의 상대 불확도로 평가할 수 있는 시스템을 확보하였으며, 이로써 부담값과 역률 및 그 명목치에 대한 오차, 부담의 저항과 인덕턴스를 포함하 는 부담특성을 정밀하게 분석할 수 있게 되었다. 상용의 정밀부담의 정확도가 ± 3 % 인 점을 고려하면 본 시스템을 이용한 측정 결과는 우수하다고 판단되며, 부담을 설계제작 하는 현장에서 그 유용성이 높을 것으로 판단된다.
본 자동평가 프로그램의 특징은 전압, 전류 및 전력의 측정값을 이용하여 부담값과 역률을 실시간으로 계산하고, 도표화하여 부담의 평가 결과를 쉽게 점검할 수 있도록 하였다. 그림4는 1분 간격으로 60회 자동평가한 실시간 그래프의 예로써, 왼쪽의 부담에서 보는 바와 같이 Y축의 한 눈금 이 1 %로써 1시간 동안의 최대 변화폭은 2.
39 %로 나타났다. 상용외국 산 부담의 정확도가 약± 3 % 인 점을 고려하면 본 부담의 성능은 우수한 것으로 판단되며, 부담값과 역률의 상대 불확도가 0.5 % 이하로써 실용상 우수한 것으로 판단된다.
5 %)의 상대 불확도로 평가할 수 있는 시스템을 확보하였으며, 이로써 부담값과 역률 및 그 명목치에 대한 오차, 부담의 저항과 인덕턴스를 포함하 는 부담특성을 정밀하게 분석할 수 있게 되었다. 상용의 정밀부담의 정확도가 ± 3 % 인 점을 고려하면 본 시스템을 이용한 측정 결과는 우수하다고 판단되며, 부담을 설계제작 하는 현장에서 그 유용성이 높을 것으로 판단된다.

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