[논문]132 kV 초정밀 전압변성기(PT) 개발 및 안정도 평가

권성원; 이상화; 정재갑; 김문석; 김재영; 이성하

132 kV 초정밀 전압변성기(PT) 개발 및 안정도 평가
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권성원 (한국표준과학연구원(주)) , 이상화 (한국표준과학연구원(주)) , 정재갑 (한국표준과학연구원(주)) , 김문석 (한국표준과학연구원(주)) , 김재영 (시티이텍) , 이성하 (시티이텍)

High accurate and stable 132 kV potential transformers (PTs) including 66 kV & 22 kV PT with stability of less than 0.0033 % for 13 month and with ratio error within $\pm$ 0.024 % at full rated voltage have been developed. The PTs are useful as the reference PT of the PT comparator system in the voltage range of 11 kV to 132 kV PT.

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문제 정의

본 논문에서는 전압변성기의 1차 전압이 최대 132 kV, 66 kV 및 22 kV이고 비오차가 최대 ± 0.044 % 이하인 초정밀 표준용 PT의 설계제작, 특성평가 결과와 활용방안을 기술하였다.
본 연구에서는 전압변성기(PT) 오차측정시스템의 기준용 PT 또는 대전력 변압기의 전력손실 평가시스템의 기준기로 활용할 수 있는 1차 정격전압이 최고 132 kV, 66 kV 및 22 kV 인 초정밀 표준용 PT를 설 계 제작하고 오차특성과 그 안정도를 평가하였다. 이들 3종의 PT의 비 오차는 정격전압에서 ± 0.

제안 방법

오차측정시스템의 기준기 및 대전력 변압기의 손실측정시스템 등에서 기준기로 활용하기 위한 표준용 PT는 비오차의 크기뿐만 아니라 그 안정도가 매우 중요하다. 22 kV 및 66 kV PT의 안정도를 부담 5VA의 조건에서 매월 1회씩 13개월 동안 측정하였으며, 132 kV PT는 매주 1회씩 측정하여 5주일 동안 단기안정도를 평가하였다. 그림 5, 6 및 7은 각각 3종의 PT 안정도를 나타낸 것이다.
이렇게 제작된 2단 PT를 원통형의 외함 속에 설치하고 절연유를 채웠으며, 절연유의 누유를 방지하기 위하여 외함의 밑 부분과 받침대 윗면의 닿는 원형의 연결부위를 콜크 판재로 실링하였다. 원통형 외함은 전기적 절연강화와 누유를 방지하기 위하여 유리 섬유강화플라스틱(FRP)과 에폭시수지를 혼용하여 제작하였으며, 고전압 전극(u2) 주위에 알루미늄 코로나방전 흡수링을 설치하였다.
1차전압 132 kV는 오른쪽의 U₂및 V₁ 사이에 공급되고 (사진의 상부가 U₂), 2차전압 110 V는 왼쪽의 u_1-1 및 V₁ 사이 (110 kV/110 V 탭), 그리고 u_1-2 및 V₁ (132 kV/110 V 탭) 단자(사진의 하부)에서 얻는다. 이렇게 제작된 2단 PT를 원통형의 외함 속에 설치하고 절연유를 채웠으며, 절연유의 누유를 방지하기 위하여 외함의 밑 부분과 받침대 윗면의 닿는 원형의 연결부위를 콜크 판재로 실링하였다. 원통형 외함은 전기적 절연강화와 누유를 방지하기 위하여 유리 섬유강화플라스틱(FRP)과 에폭시수지를 혼용하여 제작하였으며, 고전압 전극(u2) 주위에 알루미늄 코로나방전 흡수링을 설치하였다.
표 2는 3종의 고전압 PT의 비오차 및 위상각 오차를 나타낸 것으로 서, 시험전압은 2차 전압을 기준으로 하여 30 V, 80 V, 110 V (100 %), 및 120 V로 하였다. 22 kV PT의 비오차는 13개월 동안 25 ppm 이하의 변화를 보였으며, 66 kV PT는 13개월 동안 33 ppm 이하의 변화를 보 였고, 또 132 kV PT의 비오차는 5주 동안 15 ppm 이하의 변화를 보였 다.

성능/효과

0442 % 이하로 나타났다. 13개월 동안 평가한 66 kV 및 22 kV PT의 비오차 안정도는 33 ppm 이하로 나 타났고, 132 kV PT는 15 ppm 이하로써 매우 안정된 특성을 보였다. 또한 위상각 오차는 약 ± 3 min 이하였고, 측정기간 중의 최대 변동 폭은 0.
표 2는 3종의 고전압 PT의 비오차 및 위상각 오차를 나타낸 것으로 서, 시험전압은 2차 전압을 기준으로 하여 30 V, 80 V, 110 V (100 %), 및 120 V로 하였다. 22 kV PT의 비오차는 13개월 동안 25 ppm 이하의 변화를 보였으며, 66 kV PT는 13개월 동안 33 ppm 이하의 변화를 보 였고, 또 132 kV PT의 비오차는 5주 동안 15 ppm 이하의 변화를 보였 다. 이러한 안정도는 매우 우수한 결과로써 선진국 제품수준의 고전압 PT를 국산화한 것이다.
또 위상각 오차도 ± 3 min 범위에 있으며, 그 안정도도 우수하게 나타났다.
본 연구에서 개발한 3종의 PT는 비오차와 그 안정도가 우수하여 국 가표준기로 활용해도 충분한 것으로 평가되었으며, 외국산 제품에 비하여 크기가 작고 무게가 가벼워서 이들 PT를 산업체의 품질관리현장으 로 운반하여 11 kV ～ 132 kV의 전압범위에서 PT 오차측정시스템, 고전압 분압기 등의 현장교정을 실시할 때 이동용 표준기로 활용하고 있다.
당 연구원에서는 최대 시험전압 240 kV인 PT 오차측정시스템을 활용하고 있으며, 이 시스템의 기준기는 독일의 표준기관인 연방물리기술 청(PTB)에서 인증받은 PT를 활용한다. 이 시스템의 측정불확도는 약 0.005 % 이고 분해능은 0.0001 %로써 선진국 수준으로서, 개발한 PT의 비오차 및 위상각 오차와 그 안정도를 평가하기에 적합한 성능을 갖고 있다.
이상의 평가결과에서 보는 바와 같이 3대의 PT의 비오차는 정격전압 의 (27 ～ 110) % 범위인 약 (6 ～ 144) kV 범위에서 ± 0.0442 % 이하이고, 그 장기안정도는 33 ppm 이하로 아주 우수하여 표준용 PT로 활용하기에 충분한 성능임이 확인된 것이다.

후속연구

02 % 이하의 비오차를 갖는 초정밀 표준용 고전압 PT를 국산화함으로써, 수입대체효과와 함께 관련 중전기 기업체의 품질관리 능력향상에 큰 도움을 주리라 확신한다. 또한 3종의 표준 PT와 함께, 이미 개발한 비오차가 0.005 % 이하인 10 A ～ 20 kA 범위의 초정밀 전류변성기(CT)는 몽골, 말레이시아 등 해외표준기 관의 교류 고전압 대전류 표준 확립에도 큰 도움을 주리라 생각한다.

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