KR20070048485A

KR20070048485A - 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치

Info

Publication number: KR20070048485A
Application number: KR1020050105615A
Authority: KR
Inventors: 박영태
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2025-11-04
Also published as: KR100724097B1

Abstract

본 발명은 전력량계 시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치에 관한 것이다. 이를 위해, 송전선과 피시험 계기의 전력량계(10) 사이에서 병렬로 연결되어 전압을 감압하는 변압기(VT); 변압기(VT)와 연결된 전자식 표준전력량계(80); 변압기(VT)와 연결되고, 피시험 계기의 전력량계(10)와 전자식 표준전력량계(80)에 대해 위상을 조절하므로서 동일한 위상의 전류를 공급하는 전류공급수단(30); 전자식 표준전력량계(80)의 출력에 대한 피시험 계기의 전력량계(10) 출력의 에러를 검출하는 에러검출수단(90);으로 구성되고, 그리고 전류공급수단(30), 전자식 표준전력량계(80) 및 에러검출수단(90)은 이동 가능한 케이스 내부에 구비된다.

전력량, 현장, 이동식, 에러검출, 전류공급원, 위상

Description

현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치{On-site transportable instrument for test of watt-hour meter}

도 1은 본 발명에 따른 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치의 개략적인 블럭도,

도 2는 도 1에 도시된 블럭도중 전자식 표준 전력량계(80)의 전자회로도이며,

도 3은 도 1에 도시된 블럭도중 위상 조절기능을 가진 전류공급원(30)의 전자회로도이며,

도 4는 도 1에 도시된 블럭도중 오차검출기(90)의 전자회로도이며,

도 5는 도 4에 도시된 오차 검출기(90)의 동작 순서를 나타내는 흐름도,

도 6은 본 발명에 따른 전력량계 시험장치에 대하여 역률 1, 전압 220 V, 전류 0.5 A에서 10 A 변화에 대한 전자식 표준전력량계(80)의 측정에러를 나타낸 그래프이고,

도 7은 본 발명에 따른 전력량계 시험장치에 대하여 역률 0.5(리드, 래그), 전압 220 V, 전류 0.5 A에서 10 A 변화에 대한 전자식 표준전력량계(80)의 측정에러를 나타낸 그래프이고,

도 8은 본발명에 따른 전자식 표준전력량계(80)의 외관 촬영사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 피시험 계기의 전력량계(WHM),

20 : 부하,

30 : 전류공급원,

40 : 전원장치,

50 : 레벨 제어기,

60 : 위상 조정기,

70 : 전류 증폭기,

80 : TDM 형 전자식 표준 전력량계,

90 : 에러 연산 및 표시부(에러 검출부),

100 : 현장용 전력량계 시험장치,

110 : 범위 선택 스위치,

150 : 전자적으로 보상되는 2단 CT,

200 : 범위 선택 스위치.

본 발명은 전력량계 시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치에 관한 것이다.

국가 경제의 성장과 더불어 국민의 생활수준이 향상됨에 따라 전기기기의 대 형화로 전기사용량이 매년 증가 추세에 있다. 전기거래에 사용되는 전력량계도 소비전력의 증가 추세에 대응하여 부하전류의 계량 범위가 확대되고 있다. 전력 수급계기는 주로 유효 전력량계, 무효 전력량계 및 최대 수요전력계의 3 종류가 주종을 이루고 이중 가장 수량이 많은 것은 유도형의 보통 전력량계이고 현재 약 1000만대에 이르고 있다. 이 보통 전력량계는 각종 가전제품의 발달과 함께 수반되는 수용가의 전력 사용량에 대한 신뢰도와 전력거래의 공정성을 기하기 위한 높은 정밀도의 요구가 절실함에 따라 전력량계도 성능 개선에 눈부시게 변모하여 왔다.

전력량계는 설계기술의 발전뿐 아니라 재료 기술, 공작 기술, 측정 기술, 전자 기술의 발전에 힘입어 낮은 가격, 높은 정밀도, 내구성의 방향으로 성능개선이 이루어져 왔으며 발전의 특징은 성능면의 발달이라 할 수 있다. 유도형 전력량계의 성능면의 발달은 측정 정밀도, 측정 정밀도를 보증하는 부하전류의 범위, 내구성 등이 있으나 근래에는 원리, 구조상으로 정밀도 향상과 다기능화에 한계가 있어 전자식 전력량계의 개발 및 생산이 비약적으로 발전되고 있다. 특히 0.5급, 1.0급의 전자식 전력량계의 실용화도 이루어 졌고 0.2급의 전자식 표준 전력량계도 전력량계의 측정 및 시험에 활용되고 있다. 또한 전자식 전력량계는 단지 사용 전력량의 정밀 계량뿐만 아니라 반도체의 기술, 컴퓨터 기술의 활용으로 검침이 자동화 또한 감시, 제어 등의 다기능화 계량시대로 변천되고 있다.

국내에서 계량기 제작은 1962년경부터Ⅰ형계기의 제작이 시작되었고, 1975년에 Ⅱ형계기로 발전 하였으며, Ⅲ형계기는 1974년 12월 KS 규격이 제정되어 Ⅲ형계기 시대가 시작되어 점차적으로 전기종이 Ⅲ형화 되었다. 90년대에 들어서서 Ⅳ형 의 계기시대가 시작되어 현재에는 Ⅲ형, Ⅳ형 및 전자식 계량기 혼용 시대라고 볼 수 있다. 계기는 수용가에 취부하여 장시간 사용하는 동안에 경년과 더불어 점차 에러가 변화하게 된다. 계기의 경년변화는 계기 관리의 방법과 밀접한 관계가 있으며 계기의 수명관리 방법으로 검정제도가 있고 현재 Ⅲ형의 경우 검정유효기간이 7년으로 실효계기는 일제히 수리조정하고 재검정하여 사용토록 되어 있다.

각 국마다 다르지만 미국은 8년, 영국 20년, 독일 16년, 일본 7년과 10년 두 종류가 있으며 프랑스 10년, 스위스 15년, 노르웨이 18년, 중국 5년의 검정유효기간을 정해 두고 있다. 일반적으로 산업화된 선진국의 경우 검정유효기간이 긴 반면 산업화 과정에 있는 나라의 경우 검정유효기간이 짧은 이유는 계기의 신뢰성에 기인된다고 할 수 있다. 한국의 경우 기계식이나 전자식 전력량계 모두 성능 면에서 과거의 것에 비해 월등하고 신뢰성에서도 많이 향상되고 있다.

실제로, 검정유효기간이 되면 전력량계를 수거하여 에러시험 등 일정의 시험을 거치면서 문제가 발생되는 계기는 수리 혹은 폐기 등이 결정된다. 이 과정에서 성능 면에서 문제가 없는 계기는 재사용 되는데 이것을 현장에서 직접 시험을 통하여 결정할 수 있다면 인적, 경제적 손실에 대해 효율적인 대책을 마련할 수 있으리라 판단된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 온-라인 상에서 전력량계의 양부를 결정할 수 있는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은, 본 발명의 목적은, 송전선과 피시험 계기의 전력량계(10) 사이에서 병렬로 연결되어 전압을 감압하는 변압기(VT);

변압기(VT)와 연결된 전자식 표준전력량계(80);

변압기(VT)와 연결되고, 피시험 계기의 전력량계(10)와 전자식 표준전력량계(80)에 대해 위상을 조절하므로서 동일한 위상의 전류를 공급하는 전류공급수단(30);

전자식 표준전력량계(80)의 출력에 대한 피시험 계기의 전력량계(10) 출력의 에러를 검출하는 에러검출수단(90);으로 구성되고, 그리고

전류공급수단(30), 전자식 표준전력량계(80) 및 에러검출수단(90)은 이동 가능한 케이스 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 에러검출수단(90)은 검출된 에러를 표시하는 표시수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.

아울러, 에러검출수단(90)은 피시험 계기의 전력량계(10)가 기계식인 경우 원판의 회전수를 광학센서로 감지하고, 광학센서의 출력신호를 펄스파형으로 카운트하는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 에러검출수단(90)은 피시험 계기의 전력량계(10)가 전자식인 경우 적외선 펄스센서를 이용하여 카운트하는 것이 더욱 바람직하다.

아울러, 전류공급수단(30)은,

변압기(VT)와 연결되어 전압의 크기를 조정하는 레벨제어기(50);

레벨제어기(50)와 직렬로 연결된 위상 조정기(60);

위상 조정기(60)와 직렬로 연결된 전류증폭기(70);

2차측이 피시험 계기의 전력량계(10)와 전자식 표준전력량계(80) 사이에 연결되고, 1차측의 일단이 전류증폭기(70)와 연결되는 변류기(CT);

1차측의 타단과 전류증폭기(70) 사이에 직렬로 연결되는 범위선택스위치(110)와 전자증폭기(A6);로 구성되는 것이 가장 적합할 수 있다.

뿐만 아니라, 정밀한 전류 공급과 측정을 위하여 변류기(CT)의 2차측에 직렬로 연결되는 또 다른 변류기(CT1);

또 다른 변류기(CT1)에 1차측 출력신호를 증폭하는 전자증폭기(A7)를 더 포함하고,

전자증폭기(A&)에 의해 증폭된 신호는 전자증폭기(A4)로 피드백되는 것이 가장 적합할 수 있다.

여기서, 범위선택스위치(110)는 0.1, 1, 5, 10 A 중 하나와 연결 가능하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

시험 장치는 전자식 표준전력량계, 위상 변화를 조정할 수 있는 전류공급원, 에러검출기 등, 3 부분으로 나누어 개발하였다. 전자식 표준전력량계는 TDM(Time Division Multiplier) 방식으로 개발하였으며 정확도는 0.1 % 보다 우수한 성능을 가지고 있다. 전류 공급원은 피시험 전력량계에 공급되는 전압을 변압기를 통하여 저전압으로 변환한 후 허부하(Phantom load) 방법을 사용한 전류공급원(30)을 개발하여 10 A 까지 출력할 수 있게 하였다. 에러검출기는 전자식 표준전력량계(80)와 피시험용 전력량계(10)의 출력을 비교하여 에러를 나타내는 것으로 이 값을 통하여 전력량계(10)의 양부를 결정한다. 에러 검출기(90)는 기계식과 전자식 전력량계 모두를 시험할 수 있게 피시험 전력량계(10)의 회전 혹은 펄스를 감지할 수 있는 센서를 사용한다.

현장용 전력량계 시험 장치는 도 1과 같이 기본적으로 전자식 표준전력량계(80), 위상 변화를 조정할 수 있는 전류공급원(30), 에러검출기(90)로 구성하였다. 도 1에 도시된 바와 같이 피시험 계기의 전력량계(WHM)(10)의 입력 전압은 송전선에 연결한 채로 두고 입력전류 부분은 전류공급원(30)의 출력 소자인 변류기(CT)에 연결한다. 변류기(CT)에서 공급되는 전류는 피시험 계기의 전력량계(10) 입력 전류단을 통과하여 전자식 표준전력량계(80)의 입력전류단에 연결된다. 이때 피시험 계기의 전력량계(10)에 공급되는 전력량은 송전선에서 공급되는 송전선 전압, 전류공급원(30)에서 공급되는 전류, 그리고 위상 조정기(60)에 의한 역률, 그리고 사용 시간의 곱으로 계산된 양만큼 출력된다. 피시험 계기의 전력량계(10)에 공급되는 전력량 WHM(Wh)는 [수학식 1]이 된다.

여기서 V 는 송전선 전압이고 cosφ와 t는 각각 위상 조정기(60)에 의한 역률과 전력이 공급되는 시간을 나타내었다. 출력된 양은 피시험 계기의 전력량계(10)에 부착된 센서를 통하여 에러검출기(90)에 공급되고 전자식 표준전력량계(80)의 출력과 비교하여 에러의 정도를 나타낸다. 피시험 계기의 전력량계(10)가 기계식인 경우 원판의 회전 수 만큼 출력되고 디지털 전력량계인 경우 펄스로 변환하여 출력된다.

전자식 표준전력량계(80)에 공급되는 전력량도 피시험 계기의 전력량계(WHM)(10)에 공급되는 전력량과 동일한 조건이 되어야 한다. 전송선에서 공급된 전류는 변압기(VT)에서 작은 신호 전압(Va)으로 변환되어 전류공급원(30)의 전류신호원으로 사용되고 다시 전자식 표준전력량계(80)의 측정 입력전압(Va=V/n)으로 사용된다. 전자식 표준전력량계(80)에 공급되는 전력량 STD(Wh)는 [수학식 2]와 같다.

여기서 n은 1차 권선과 2차 권선의 비를 나타낸다. 그리고 정의에 의하여 전력량의 에러는 다음과 같이 나타낸다.

변압기(VT)가 이상적인 경우 전자식 표준전력량계(80)에 공급되는 전력량과 피시험 계기의 전력량계(WHM)(10)에 공급되는 전력량은 [수학식 1]과 [수학식 2]를 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.

변압기의 권선비(n)에 (1/n) 만큼 전자식 표준전력량계(80)의 출력에 곱해주면 이상적인 경우의 측정에러값을 얻을 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 전자식 표준전력량계에 관하여 설명한다. 전자식 전력측정을 위하여 전류 입력에는 일반적으로 변류기(CT)를 사용한다. 변류기(CT)는 많은 수의 코일을 감아야하기 때문에 부담(burden)이 작을 때일지라도 에러가 크게 발생한다. 이것은 변류기(CT) 내부 부담을 무시할 수 없기 때문이다. 2단 변류기(CT)를 사용하면 변류기(CT)의 내부 부담에 의하여 발생되는 문제를 해결할 수 있다. 변류기(CT)의 에러 원인은 두 가지이다.

그중 하나는 자화전류(Magnetizing current)이고 다른 하나는 1차와 2차권선 사이의 불완전한 커플링에 의하여 발생된다. 첫번째 에러는 2단 변류기(CT) 기술을 적용하면 많이 줄일 수 있지만 두번째 문제는 전자적인 보상을 기본으로 한 2단 변 류기(CT)를 사용하여야만 해결이 가능하다. 본 발명의 일실시예에서 실시하고 있는 변류기(CT)는 입력전류에 의한 손실을 줄이기 위하여 궤환 권선을 이용하고 있다. 변류기(CT)는 1차 권선, 2차측 감지권선, 궤환 권선, 그리고 감지 권선에서 감지된 신호를 증폭하여 궤환 권선에 공급해 주는 증폭기로 구성되며 부하 저항 양단에 걸리는 전압이 변류기(CT)의 출력이 된다.

변류기(CT)의 코어 분로 손실 임피던스에 의하여 입력 전류가 2차측으로 충분히 전달되지 못하고 손실을 발생시키지만 궤환 권선과 전자증폭기, 능동필터, 그리고 보상 코일을 통하여 손실만큼 에러를 보상하게 된다. 따라서 변류기(CT) 내부에 자기적 평형을 이루게 하여 분로 손실 임피던스에 의한 손실을 보상할 수 있으며 부하 저항에 따라 발생되는 전압의 감소를 개선할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에서 적용하고 있는 전자식 표준전력량계의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전자적으로 보상된 2단 변류기(CT)(150), 전류, 전압, 그리고 전압과 전류 사이의 위상을 TDM 방식으로 승산하는 전력측정회로와 전력량을 나타내기 위한 펄스 발생회로로 구성되었다. 전력측정회로의 전류, 전압 입력단은 전자증폭기(A5, A6)를 사용하여 전자적으로 보상한 2단 변류기(CT)를 전류 측정에 사용하고 저항과 전류증폭기(A1)를 사용하여 전압 측정에 사용한다.

TDM 방식은 펄스-폭 변조회로(PWM)와 펄스-높이 변조회로(PHM)로 구성된다. 펄스-폭-높이 승산기는 순차 펄스 폭, 혹은 듀티 사이클을 조절하는 입력전압(e)과 순차 펄스의 크기에 비례하여 만들어지는 다른 입력전압(i)을 기본으로 한다. 그리고 순차 펄스의 DC 성분을 얻기 위하여 저역필터를 사용한다. 저역필터의 출력은 e와 i의 곱에 비례하는 DC 출력이 얻어진다. 여기에서 제작된 전자식 표준전력량계는 0.2%의 정확도를 가지는 Tomota-Sugiyama-Yamaguchi 승산회로를 개선하여 0.1%의 정확도를 가지는 표준전력량계로 개발하여 사용하였다.

입력전압 범위 120, 240 V, 입력전류 범위 0.1, 1, 5, 10 A에서 동작되며 출력은 펄스 형태를 가진다. 계기정수는 10 pulse/kWh 이다. 계기정수는 출력 펄스의 값이 입력 전압과 전류의 크기에 결정되며 240 V, 5 A( 1200 W)에서 pulse/Ws가 된다. 본 실시예에서의 출력 펄스는 오픈 컬렉터 방식이며 외부의 입력 전압은 직류 5 V 내지 30 V 이다. 그리고, 전력량에 대한 특성은 IEC 1036에 준하여 측정한다.

이하에서는 본 발명에 따른 전류공급원(30)에 대해 설명한다. 자동조절이 가능한 전류공급원(30)을 일명 트랜스컨덕턴스 증폭기라고 하는데, 이는 입력전압에 비례하고 부하(20) 단의 전압에 무관하게 전류를 공급한다. 이러한 전류공급원은 안정된 전류원이 요구되는 교정과 계측기들의 시험 등에 유용하다. 정밀 전력교정 및 시험 기술은 최근 피측정 장비에 허부하 전력원(phantom load source power)을 공급하기 위하여 안정된 전압과 전류 증폭에 중점을 두고 있다. 특히 역률 조정이 필요한 교정이나 시험에서 위상 천이 문제는 허부하 전력원을 사용함으로써 해결한다.

피시험 계기의 전력량계(10)와 전자식 표준전력량계(80)에 동일한 위상과 함께 위상을 조절할 수 있는 전류를 공급하기 위하여 도 3과 같이 허부하 전력원을 사용한 전류 공급원을 제작하였다. 변압기(VT)를 통하여 변환된 전압(Va)은 전자증폭기(A1)에서 전류로 변환되며 전자증폭기(A2)에서 전압으로 증폭시켜 전압의 크기 를 조절하는 레벨 제어기(50) 기능을 한다. 전자증폭기(A3)와 입력단의 저항, 그리고 캐패시터는 위상을 조절하는 위상 조정기(60) 기능을 한다. 여기에서 위상은 피시험 계기의 전력량계(10)와 전자식 표준전력량계(80)에 공급되는 전압과 전류 사이의 위상을 말한다. 전력량계 에러시험은 역률 pf=1과 pf=0.5에서 하도록 고정한다.

전자증폭기(A4)의 입력 신호는 전자증폭기(A3)의 출력신호와 출력전류(I) 사이의 미소한 위상 변화와 진폭차를 보상해 주는 것으로 변류기(CT1)를 통하여 출력전류에 대한 위상과 진폭을 측정한다. 전력증폭기(A5)는 LM12(National semiconductor, 150 W) 전자증폭기 4개를 병렬 연결하였으며 허부하 출력전류는 범위 선택 스위치(200)의 선택에 따라 변류기(CT)의 2차 측에 0.1, 1, 5, 10 A가 출력된다. 변류기(CT)는 자화전류와 1차와 2차권선 사이의 불완전한 커플링 때문에 1차와 2차 사이에 위상과 진폭 변화가 발생된다. 정밀한 전류 공급과 측정을 위하여 변류기(CT)의 2차 측에 보상용 변류기(CT1)를 부가하여 출력의 변화를 감지하여 전자증폭기(A7, A4)로 피드백시켜 보상한다.

이하에서는 본 발명에 따른 에러검출기(90)에 대해 설명한다. 에러검출기(90)는 전자식 표준전력량계(80)와 피시험용 전력량계(10)의 출력을 비교하여 에러를 나타내는 것으로 이 값을 통하여 전력량계의 양부를 결정한다. 에러검출기(90)는 기계식과 전자식 전력량계 모두를 시험할 수 있게 피시험 전력량계의 회전 또는 펄스를 감지할 수 있는 광학센서를 사용한다. 도 4는 에러검출기(90)의 전자회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 피시험용 전력량계(10)가 기계식일 경우 원판의 회전수를 광학센서로 감지하고 감지된 회전수에 대응되는 펄스를 CON4에 공급한다. U3A에서 파형을 정형하여 마이크로프로세서 AT89C51 핀12에 공급한다. CON3은 전자식 표준전력량계(80)에서 출력되는 기준펄스를 받아들여 AT89C51 핀14와 핀15에 연결한다. CON4에 받아들일 수 있는 펄스의 최대 주파수는 60 MHz이고 CON3에 받아들일 수 있는 펄스의 최대 주파수는 100 MHz이다. 도 4의 오른쪽에 나타낸 스위치들은 에러검출기(90)의 기능을 입력할 수 있는 키이다. 피시험용 전력량계(10)가 전자식일 경우 펄스센서(IR센서)를 통하여 검출한다.

도 5는 에러검출기(90)의 에러연산과 표시에 대한 처리과정을 나타내는 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 피시험용 전력량계(10)의 출력펄스의 주파수는 0.01 ~ 1 Hz 정도인데 만약 수 Hz 이상인 경우 주파수 분배기를 통하여 조절이 가능하다. 주파수 분배는 소프트웨어적으로 조절되며 1:10, 1:100, 1:1,000, 1:10,000, 1:100,000 까지 분배가 가능하도록 구성된다. 피시험용 전력량계(10)의 계기정수와 리셋시킬 수(Reset No)를 계산하여 N으로 설정한다. 그 다음, 전자식 표준전력량계(80)의 기준펄스 수(Nr)를 카운트하여 마이크로프로세서에서 N과 Nr를 [수학식 3]과 같이 연산하여 에러로 나타낸다.

이하에서는 전자식 표준전력량계(80)에 대해 설명한다. IEC 1036의 규격에서 권장하는 특성을 만족하는 본 발명의 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치의 구성에 대해 설명하도록 한다. 도 6은 전압 220 V, 역률 1, 전류 0.1 A ~ 10 A까지 변화시켜가면서 측정한 에러의 결과를 나타낸 그래프이다. 또 도 7은 전압 220 V, 역률 0.5(래그), 0.5(리드), 전류 0.1 A ~ 10 A까지 변화시켜 가면서 측정한 에러 의 결과를 나타낸 그래프이다. 특성 측정에는 power and energy calibrator (Rotek: 8000)과 power and energy standard (Radian research : RD31, 정확도 0.005%), 그리고 에러 연산과 표시부(90)를 사용한다.

도 6과 도 7에 나타낸 IEC 한계(pf=1, pf=0.5)은 IEC 1036에서 규정하고 있는 에러의 한계를 상한선, 하한선으로 나타내었고 개발된 전자식 표준전력량계(80)의 특성을 중간에 나타내었다. 일반적으로 표준전력량계의 입력전압은 220 혹은 240 V, 입력전류 5 A가 되도록 검정시스템을 제작하고 있으며, 최대 전압과 전류의 측정범위를 명목범위의 20 %까지 되도록 하고 있다. Power and energy calibrator (Rotek: 8000)에 의해 전압, 전류 및 위상을 공급하고, power and energy standard (Radian research : RD31)와 본원의 전자식 표준전력량계(80)를 전류는 직렬, 전압은 병렬로 각각 연결하였으며 각각의 출력을 에러연산과 표시부(90)를 통하여 측정하였다.

도 6과 도 7의 실험예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 0.1 A에서부터 10 A 까지 에러가 ±0.05 %보다 더 우수한 결과를 나타내었다. 이러한 결과는 IEC 1036에서 규정하고 있는 에러의 한계를 비교해 볼 때 정확도 0.1급(±0.1%) 계기에 속하는 것으로 평가된다. 도 8은 이와 같이 본원에 따른 전자식 표준전력량계(80)의 외관 촬영사진의 일예이다.

이하에서는 전류공급원(30)의 구체적인 실험 데이터에 대해 설명한다. 본원의 일실시예에 따른 전류공급원(30)의 구성과 성능은 다음과 같다. 예를 들어:

1) 변류기(CT) 1차에서 최대 출력전류 : 5 Arms

2) 변류기(CT) 2차에서 최대 출력전류 : 10 Arms

3) 출력 주파수 : 30 Hz ~ 1 kHz

4) 컴플라이언스(compliance) 전압 : 3 Vrms ( 5 A에서)

5) 출력 옵셋 전류 ≤ 0.2 mA

6) 위상천이(입력전압과 출력전류 사이) : 181 deg ( 60 Hz)

단기 안정도를 평가하기 위하여 power and energy standard (Radian research : RD31, 정확도 0.005%)를 사용하였다. 2시간 동안 예열 시킨 후 5 분에 걸쳐 진폭비 안정도는 0.005 % 보다 적었고 위상비 안정도는 80 μ rad이었다.

이하에서는 에러검출기(90)의 구체적인 데이터에 관해 설명한다. 본원의 에러검출기(90)의 특성을 측정하기 위하여 power and energy standard (Rotek MSB 100, 정확도 0.005%)와 power and energy calibrator (Rotek: 8000)를 이용하였다. Rotek: 8000을 이용하여 전압 220 V, 전류 5 A, 역률 1을 MSB100에 공급하고 MSB100의 출력 펄스를 에러 검출기(90)의 CON3과 CON4에 동시 공급한다. CON4에 공급되는 신호는 1: 100,000의 주파수 분배기를 통하여 공급되도록 하여 피시험용 전력량계(10)의 출력 펄스로 가상의 시험을 하였다.

도 5에 나타난 순서도에 따라 에러를 시험한 결과 측정에러는 0 %의 결과를 얻었다. 그리고 역률 0.5 (리드, 래그)에서도 위와 동일한 결과를 얻었다. 이 실험의 결과에 따르면 에러검출기(90) 자체의 에러는 0 %인 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 현장용 전력량계 시험 장치(100)는 기본적으로 전자식 표준전력량계(80), 위상 변화를 조정할 수 있는 전류공급원(30), 에러검출기(90)로 구 성하였으며 각각의 특성을 측정하였다. 각각의 장치를 조합하여 전체적인 현장용 전력량계 시험장치(100)의 특성을 시험하였다. 시험은 현장용 전력량계 시험장치와 power and energy standard (Radian research : RD31, 정확도 0.005%)를 사용하여 측정하였다. [표 1]은 전력량계 시험장치(100)의 특성 평가를 위하여 사용된 시스템에 대한 불확도를 나타내었다.

번호	측정요소	불확도
1	전자식 표준전력량계 에러	0.1 %
2	전류공급원의 진폭비 단기 안정도	0.005 %
3	전류공급원의 위상비 단기 안정도	0.008 %
4	에러 검출기의 에러	0 %
5	전력과 전력량 표준기(RD31)	0.01 %
6	전력과 전력량 교정기(ROTEK8000)의 단기안정도	0.002 %
7	반복 측정에 의한 요인	0.01 %
	합성 불확도	약 0.1 %
	확장 불확도(k=2)	0.2 %

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 현장에서 전력량계의 특성을 온-라인 상에서 시험할 수 있으며, 검정유효기간이 만료된 전력량계를 현장에서 직접 시험하여 양부를 결정함으로서 인적, 경제적 가치 판단에 매우 큰 도움이 된다. 본 발명의 시험 장치는 전자식 표준전력량계(80), 위상 변화를 조정할 수 있는 전류공급원(30), 에러검출기(90) 등으로 나누어져 있으며, 시험 장치는 전압 240 V, 전류 0.1 ∼ 10 A, 역률 1, 0.5(리드, 래그) 측정 범위를 가지며 신뢰수준 약 95%(k=2)에서 0.2 %의 불확도를 가지는 우수한 성능을 가지고 있음을 알 수 있다.

따라서, 현장에서의 전자식 표준전력량계를 사용하여 원격검침용 전자식 전력변환기의 시험 및 교정에 활용할 수 있고, 위상 변화를 조정할 수 있는 전류공급원을 이용하여 전력계, 전압계, 전류계를 시험하는 전력 공급원으로도 활용할 수 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims

송전선과 피시험 계기의 전력량계(10) 사이에서 병렬로 연결되어 전압을 감압하는 변압기(VT);

상기 변압기(VT)와 연결된 전자식 표준전력량계(80);

상기 변압기(VT)와 연결되고, 피시험 계기의 전력량계(10)와 전자식 표준전력량계(80)에 대해 위상을 조절하므로서 동일한 위상의 전류를 공급하는 전류공급수단(30);

상기 전자식 표준전력량계(80)의 출력에 대한 상기 피시험 계기의 전력량계(10) 출력의 에러를 검출하는 에러검출수단(90);으로 구성되고, 그리고

상기 전류공급수단(30), 전자식 표준전력량계(80) 및 에러검출수단(90)은 이동 가능한 케이스 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치.
제 1 항에 있어서,

상기 에러검출수단(90)은 검출된 에러를 표시하는 표시수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치.
제 1 항에 있어서,

상기 에러검출수단(90)은 상기 피시험 계기의 전력량계(10)가 기계식인 경우 원판의 회전수를 광학센서로 감지하고, 상기 광학센서의 출력신호를 펄스파형으로 카운트하는 것을 특징으로 하는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치.
제 1 항에 있어서,

상기 에러검출수단(90)은 상기 피시험 계기의 전력량계(10)가 전자식인 경우 적외선 펄스센서를 이용하여 카운트하는 것을 특징으로 하는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전류공급수단(30)은,

상기 변압기(VT)와 연결되어 전압의 크기를 조정하는 레벨제어기(50);

상기 레벨제어기(50)와 직렬로 연결된 위상 조정기(60);

상기 위상 조정기(60)와 직렬로 연결된 전류증폭기(70);

2차측이 상기 피시험 계기의 전력량계(10)와 상기 전자식 표준전력량계(80) 사이에 연결되고, 1차측의 일단이 상기 전류증폭기(70)와 연결되는 변류기(CT);

상기 1차측의 타단과 상기 전류증폭기(70) 사이에 직렬로 연결되는 범위선택스위치(110)와 전자증폭기(A6);로 구성되는 것을 특징으로 하는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치.
제 5 항에 있어서,

정밀한 전류 공급과 측정을 위하여 상기 변류기(CT)의 2차측에 직렬로 연결 되는 또 다른 변류기(CT1);

상기 또 다른 변류기(CT1)에 1차측 출력신호를 증폭하는 전자증폭기(A7)를 더 포함하고,

상기 전자증폭기(A&)에 의해 증폭된 신호는 전자증폭기(A4)로 피드백되는 것을 특징으로 하는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치.
제 5 항에 있어서, 상기 범위선택스위치(110)는 0.1, 1, 5, 10 A 중 하나와 연결 가능한 것을 특징으로 하는 현장 시험용 이동식 전력량계 시험장치.