Evaluation system for calibrating Rogowski coiI(RC) up to primary current of 40,000 A have been established. The system consists of 40,000 A AC high current source, current transformer(CT) comparator, standard CT, RC under test, voltage to current convertor(VCC), buffer and CT burden. An AC high cur...
Evaluation system for calibrating Rogowski coiI(RC) up to primary current of 40,000 A have been established. The system consists of 40,000 A AC high current source, current transformer(CT) comparator, standard CT, RC under test, voltage to current convertor(VCC), buffer and CT burden. An AC high current is applied to the primary windings of both the standard CT and the RC under test, and then the CT comparator measures the ratio error and the phase displacement by comparing the secondary current of the standard CT with output current of VCC. For testing of RC, we have evaluated two RCs under test of primary current ranges of 0 A ${\sim}$ 2,000 A and 0 A ${\sim}$ 40,000 A with the accuracy class of 1 %. The extended uncertainty is 0.02 % ${\sim}$ 0.23 % for ratio error and 0.29 min ${\sim}$ 1.93 min for phase displacement in the primary current ranges of 10 ${\sim}$ 40,000 A.
Evaluation system for calibrating Rogowski coiI(RC) up to primary current of 40,000 A have been established. The system consists of 40,000 A AC high current source, current transformer(CT) comparator, standard CT, RC under test, voltage to current convertor(VCC), buffer and CT burden. An AC high current is applied to the primary windings of both the standard CT and the RC under test, and then the CT comparator measures the ratio error and the phase displacement by comparing the secondary current of the standard CT with output current of VCC. For testing of RC, we have evaluated two RCs under test of primary current ranges of 0 A ${\sim}$ 2,000 A and 0 A ${\sim}$ 40,000 A with the accuracy class of 1 %. The extended uncertainty is 0.02 % ${\sim}$ 0.23 % for ratio error and 0.29 min ${\sim}$ 1.93 min for phase displacement in the primary current ranges of 10 ${\sim}$ 40,000 A.
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문제 정의
본 논문에서는 전력시장의 세계적인 추세와 국내 중전기기 수출업체의 국제 신뢰도 확보를 위해 필수적인 대전류 측정에 대한 평가 설비 구축 및 평가 방법을 제시하고, 이에 대한 유효성을 검증하였다. 또한 전력량의 증가에 따른 대전류 측정의 요구에 대응하여 대전류 측정 범위를 기존 20 kA에서 40 kA급으로 확장하였고, 이는 기존의 첨심형 변류기의 평가뿐만 아니라 전력 시스템의 디지털화에 적합한 전자식 변류기의 평가가 가능하다.
본 논문은 전자식 변류기를 평가할 수 있는 평가 시스템을 구성하고, 실제 전자식 변류기 평가에 적용하기위한 평가기술의 확립과 평가 결과의 유효성 검증을 위한 불확도 분석을 목표로 한다. 이를 위해 대표적인 전자식 변류기인 로고 스키 코일을 60 Hz의 상용주파수 대전류 40 kA의 범위까지 평가할 수 있는 시스템을 구축하여 로고스키 코일을 평가하는 방법을 연구하였다.
가설 설정
찾아야 한다. 비오차와 위상각 오차의 B형 표준 불확도의 자유도는 직각분포를 가지므로 무한대로서 가정하였다. 따라서 유효자유도는 9회 반복 측정한 A형 표준 불확도에 의해 결정된다.
제안 방법
대표적인 전자식 변류기인 로고스키 코일의 평가를 위해 40 kA 급 철심형 변류기 평가 시스템에 적분기, 버퍼, 전압-전류 변환기 등의 장비를 추가하여 로고스키 코일의 비오차 뿐만 아니라 위 상각 오차를 측정할 수 있다. 또한 로고스키 코일 평가 시스템을 구성하고 있는 표준 변류기, 변류기 비교기, 전압-전류 변환기를 함께 평가하여 최종적인 로고스키 코일의 오차를 얻는 방법을 개발하였다. 이를 활용한 로고스키 코일 평가로 청확도 1 % 급의 로고 스키 코일을 40 kA까지 평가하였고, 측정결과는 0.
본 연구에서 구축한 로고스키 코일 평가 시스템은 1차 전류의 최대 크기에 따라 5 k0 20 kA, 40 kA 시스템의 세 기.지로 나뉘고, 기존의 철심형 변류기의 평가에도 활용할 수 있다.
본 연구에서 설명한 로고스키 코일의 오차 평가 결과에 대한 유효성을 검증하기 위해 로고스키 코일의 오차 평가에 대한 측정 불확도를 분석하였다. 표 3은 로고스키 코일 평가의 비오차 및 위상각 오차의 불확도 분석의한 예로 1차전 류가 20 kA, 2차 전류가 1 A 일 때의 불확도 총괄표이다.
본 연구에서는 제조사에서 제시하고 있는 정확도가 1 % 인 로고스키 코일인 Chauvin Amoux사의 A100(최대 1차 전류 : 200 A, 2 kA)과 PEM사의 CWT300B(최대 1차 전류 : 60 kA)를 평가하였다. 정확도 1 %는 비오차의 경우 1 % 이내, 위상각 오차의 경우는 34.
87 %로 나타났다. 여기에 각각의 구성장비에 대한 불확도와 로고 스키 코일 평가시의 불확도 요인들을 분석하여 로고스키 코일 평가 시스템의 확장 불확도를 산출하여 그 유효성을 검증하였다. 로고스키 코일 평가 시스템을 이용하여 대전류 40 kA까지 정확도 1 % 인 로고스키 코일의 오차 평가시의 불확도는 비오차의 경우는 0.
목표로 한다. 이를 위해 대표적인 전자식 변류기인 로고 스키 코일을 60 Hz의 상용주파수 대전류 40 kA의 범위까지 평가할 수 있는 시스템을 구축하여 로고스키 코일을 평가하는 방법을 연구하였다. 국내의 경우 로고스키 코일의 비오차를 평가할 수 있는 시스템은 활용되고 있으나, 위상 각오 차를 평가할 수 있는 시스템이 전무한 상태에서 본 연구를 통해 비오차뿐만 아니라 위상각 오차까지 평가가 가능해졌다.
데이터처리
국내의 경우 로고스키 코일의 비오차를 평가할 수 있는 시스템은 활용되고 있으나, 위상 각오 차를 평가할 수 있는 시스템이 전무한 상태에서 본 연구를 통해 비오차뿐만 아니라 위상각 오차까지 평가가 가능해졌다. 최종적으로 본 논문에서 구축한 시스템의 유효성을 검증하기 위해 측정 불확도를 분석하였다.
표 1의 네 번째 열은 변류기 비교기에서 측정되는 로고스키 코일의 비오차, 다섯 번째 열은 전압-전류 변환기의 비오차, 여섯 번째 열은 표준 변류기의 비오차이다. 표준 변류기의 오차평가는 선행 연구되었던 변류기의 절대평가 기술과 2차 전류 범위 확장 기술을 이용하여 자체 평가하였다[3-5J. 표 1 의 마지막 열은 식 (1)을 이용하여 얻은 로고스키 코일의 비오차의 최종 평가 결과이다.
성능/효과
8679 % 이다. 두 로고 스키 코일에 대한 비오차 평가 결과는 제조사에서 제시하고 있는 비오차 정확도가 1 % 이내인 점을 고려하면, 제조사의 사양을 만족하고 있음을 알 수 있다
또한 전력량의 증가에 따른 대전류 측정의 요구에 대응하여 대전류 측정 범위를 기존 20 kA에서 40 kA급으로 확장하였고, 이는 기존의 첨심형 변류기의 평가뿐만 아니라 전력 시스템의 디지털화에 적합한 전자식 변류기의 평가가 가능하다. 대표적인 전자식 변류기인 로고스키 코일의 평가를 위해 40 kA 급 철심형 변류기 평가 시스템에 적분기, 버퍼, 전압-전류 변환기 등의 장비를 추가하여 로고스키 코일의 비오차 뿐만 아니라 위 상각 오차를 측정할 수 있다.
93 min 이다. 이는 정확도 사양 1 % 인 로고스키 코일을 최대 0.23 % 이내의 불확도로 평가가 가능함을 확인할 수 있다.
또한 로고스키 코일 평가 시스템을 구성하고 있는 표준 변류기, 변류기 비교기, 전압-전류 변환기를 함께 평가하여 최종적인 로고스키 코일의 오차를 얻는 방법을 개발하였다. 이를 활용한 로고스키 코일 평가로 청확도 1 % 급의 로고 스키 코일을 40 kA까지 평가하였고, 측정결과는 0.08 ~ 0.87 %로 나타났다. 여기에 각각의 구성장비에 대한 불확도와 로고 스키 코일 평가시의 불확도 요인들을 분석하여 로고스키 코일 평가 시스템의 확장 불확도를 산출하여 그 유효성을 검증하였다.
후속연구
불확도 분석 또한 필수적일 것이다. 본 연구를 통해 기존의 철심형 변류기와 전자식 변류기에 대한 40 kA 까지의 대전류측정이 가능해져서 철심형 변류기를 비롯한 대전류 션트, 로고스 : 키 코일 등 국내 중전기기업체의 대전류 측정 장비의 교정 지원에 활용 가능할 것이라 판단된다. 특히 전력 시스템이 디지털화되어가는 추세에서 전자식 변류기의 평가가 가능해져서 국내 중전기기 업체에서 제조하는 전자식 변류기에 대한 해외 수출 및 국제 신뢰성 확보에도 많은 도움을 주리라고 전망된다.
추후 연구 내용으로 동일한 로고스키 코일에 대한 해외 표준기관의 평가 결과와의 비교가 필요할 것으로 판단되며, 정확도가 1 % 급 이상인 높은 등급의 로고스키 코일을 평가하고 그에 대한 불확도 분석 또한 필수적일 것이다. 본 연구를 통해 기존의 철심형 변류기와 전자식 변류기에 대한 40 kA 까지의 대전류측정이 가능해져서 철심형 변류기를 비롯한 대전류 션트, 로고스 : 키 코일 등 국내 중전기기업체의 대전류 측정 장비의 교정 지원에 활용 가능할 것이라 판단된다.
참고문헌 (8)
장용무, "전력기기 디지털화를 위한 전자식 CT PT기술동향", 전기의 세계, 53-1, 2004
정재갑, 이상화, 강전홍, 김명수, 김윤형, 한상길, 한상옥, "20,000 A 전류변셩기 국가 표준 시스템 구축", 대한전기학회지, 57P(1호), 6-12, 2008
김윤형, 정재갑, 한상길, 구경완, 한상옥,"전류변성기의 비오차와 위상오차의 절대 평가 기술", 대한전기학회지, 57P(2호), 153-159, 2008
김윤형, 한상길, 정재갑, 한상옥, "철심형 전류변성기의 비오차 및 위상오차 절대 평가 기술의 확장: 1차 전류 5kA~4kA", 대한전기학회지, 57P(4호), 431-436, 2008
김윤형, 한상길, 정재갑, 한상옥, "전류변성기 두 대와 절대 평가 기술을 이용한 2차 전류 범위 확장", 대한전기학회지, 58P(1호), 72-78, 2009
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