전속(D) 센서에 의한 비접촉식 광대역 전압 측정 장치의 설계 및 제작 (Design and Fabrication of Non-contact Wide-frequency Voltage Measurement Device with D-dot Sensor)

서지정보

· 발행기관 : 한국철도학회
· 수록지 정보 : 한국철도학회논문집 / 25권 / 9호 / 621 ~ 629페이지
· 저자명 : 김선규, 김동언, 김남훈, 김성욱, 길경석

초록

본 논문에서는 철도 전력 선로 및 기기 등 설비에서 기존 계기용 변압기(PT)와 용량성 분압기(CPD)를 대체할 수 있는 D-dot 센서 기반의 비접촉식 고정도 전압 검출 방법과 장치를 제안하였다. 시제작 전압 측정 장치는 정격 25.8 kV용으로 상도체 외부의 에폭시 절연물에 플렉시블 PCB의 D-dot 센서를 내장하고, 센서의 출력 전압을 원신호로 복원하기 위한 능동성 적분기로 구성하였다. IEC 60044-7에 규정에 따라 전압 측정 장치의 분압비 오차와 위상차를 평가하고, 멀티심(Multisim)으로 주파수 대역을 분석하였다. 정격 전압 13.2 kV의 80%~120%에서 분압비 최대 오차는0.05% 이하였으며, 위상차는 2 s 이하로 측정용 최고 정확도 0.1급을 만족하였다. 또한 –0.1 dB의 주파수 대역이 4 Hz~20 kHz로 전력 계통의 모든 고조파에 대해서도 분압비 오차 0.1% 이내로 측정할 수 있다. 본 전압 측정 장치는 현재의 스마트 그리드 및 변전소 디지털화의 높은 정확도, 안전성 및 소형화 요구에 충분히 대응이 가능하여 광범위한 활용이 기대된다.

영어초록

Non-contact high-accuracy voltage measurement method and device with a D-dot sensor were proposed, in this paper, to replace conventional potential transformer (PT) and capacitive potential divider (CPD) in the power facilities of a railway. The prototype voltage measurement device (VMD) was installed on an epoxy insulator outside the phase conductor, rated for 25.8 kV, and is composed of a D-dot sensor on a flexible printed circuit board (PCB) and an active integrator to restore output voltage of sensor to the original signal. The voltage ratio error and the phase error of the voltage measurement device were evaluated based on IEC 60044-7; the frequency response was analyzed using Multisim. The maximum error of the voltage ratio was below 0.05% at 80% to 120% of the rated 13.2 kV and the phase deviation was below 2 s. From the results, the non-contact wide-frequency voltage measurement device proposed in this paper was satisfactory, with 0.1 of the highest accuracy class specified in the IEC 60044-7. Furthermore, its frequency range of –0.1 dB is 4 Hz to 20 kHz and voltage can be measured for all harmonics of the power system with voltage ratio error of 0.1%. It is expected that the voltage measurement device will be widely used because it can respond sufficiently to the demands for high accuracy, safety and miniaturization of the smart grid and substation digitization.

참고자료

· 없음