DC 전자전류변환기의 보정 기술 도전과 대책

현대 전력 시스템에서 DC 전자형 전류변압기는 중요한 역할을 합니다. 이들은 고정밀 전류 측정뿐만 아니라 그리드 최적화, 고장 감지, 에너지 관리의 주요 도구로도 사용됩니다. 고전압 직류(HVDC) 송전 기술의 급속한 발전과 이를 전 세계적으로 널리 배포함에 따라 DC 전류변압기의 성능 요구사항은 더욱 엄격해졌으며, 특히 측정 정확성과 시스템 호환성 측면에서 그렇습니다. 따라서 DC 전자형 전류변압기의 교정 기술은 전력 시스템의 안전하고 안정적이며 효율적인 운영을 보장하는 핵심 요소가 되었습니다.

1 DC 전자형 전류변압기의 교정 기술 분석
1.1 교정의 기본 원리

DC 전자형 전류변압기의 교정은 자기 변조 DC 전류 비교기와 광섬유 디지털 동기화 기술을 기반으로 합니다. 그 중 자기 변조 DC 전류 비교기는 자기 변조 기술을 이용하여 DC 전류의 크기를 측정합니다. 이 기술은 전류가 발생시키는 자기장이 철심의 자기 특성에 미치는 영향을 근거로 합니다. 실제 응용에서는 전류가 주 도체를 통과하면 주변의 철심을 자화시킵니다. 자화된 철심은 그 변화를 통해 부속 코일의 전류에 영향을 미치며, 이러한 영향은 주 도체의 전류 크기를 측정하는 기초로 사용될 수 있습니다.

1.2 교정 시스템 구성

DC 전자형 전류변압기의 교정 시스템은 주로 DC 전류 소스, 표준 장치와 테스트 대상 장치의 연결 및 동기화 구성을 포함하며, 고정밀 데이터 수집 장치로 구성됩니다. 각 부분의 설계와 기능은 교정 과정의 정확성과 신뢰성에 결정적인 역할을 합니다.

• DC 전류 소스는 교정을 위한 안정적이고 조절 가능한 전류를 제공하는 역할을 합니다. 그 설계는 높은 안정성과 낮은 리플 출력을 요구하며, 다양한 전류 조건 하에서 전류변압기의 성능을 모방하기 위해 필요합니다. 이를 달성하기 위해 전류 소스는 일반적으로 정밀 전력 전자 부품과 폐루프 피드백 제어 시스템을 채택하여 실시간으로 출력을 조정하고 전류의 안정성을 유지합니다. 부하가 변경되거나 전원 공급이 변동되더라도 출력 전류의 정확성을 보장할 수 있습니다.

• DC 전류 소스가 기본 전류를 제공할 때, 표준 장치와 테스트 대상 장치의 올바른 연결 및 동기화는 교정 결과의 정확성을 보장하는 핵심 단계입니다. 표준 장치는 일반적으로 국가 인증을 받은 고정밀 기기로, 알려진 정확도를 가진 전류 값을 참조값으로 제공합니다. 테스트 대상 장치는 검사할 전류변압기입니다. 교정 과정에서 표준 장치와 테스트 대상 장치는 엄격하게 동기화되어 모든 측정 데이터가 동일한 작동 조건 하에서 얻어질 수 있도록 해야 합니다.

1.3 교정 방법

DC 전자형 전류변압기의 교정 과정에서 교정 방법의 선택은 측정 결과의 정확성과 신뢰성에 결정적인 역할을 합니다. 현장 교정과 실험실 교정은 각각 고유한 장점과 단점을 가지고 있으며, 고정밀 디지털 직접 측정 방법은 효과적인 교정 수단을 제공합니다. 아날로그 및 디지털 출력에 대한 교정 방법은 서로 다른 출력 유형의 전류변압기에 맞게 조정되어 다양한 적용 시나리오에 적응할 수 있습니다.

(1) 현장 교정과 실험실 교정의 비교

두 가지 방법은 방법과 환경 측면에서 상당한 차이가 있습니다:

• 현장 교정: 전류변압기가 설치된 위치에서 직접 수행되며, 온도, 습도, 전자기 간섭 등 환경 요인의 영향을 반영할 수 있습니다. 이는 설치 위치를 쉽게 이동할 수 없거나 성능 확인이 필요한 대형 장비에 적합합니다. 그러나 현장에서 많은 불리한 요인이 존재하고 환경 변수를 효과적으로 제어할 수 없는 경우, 교정 정확성이 저하될 가능성이 있습니다.

• 실험실 교정: 환경을 효과적으로 제어할 수 있으며, 테스트 조건을 정밀하게 조절할 수 있어 교정의 재현성과 정확성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 실험실 환경은 현장 작업 상황을 완전히 모방할 수 없으며, 현장 환경이 장비 성능에 미치는 영향을 포괄적으로 분석하기 어렵습니다.

(2) 고정밀 디지털 직접 측정 방법

고정밀 디지털 측정 장비를 활용하여 전류변압기의 출력을 직접 읽고 알려진 표준 값과 비교하여 빠르고 효율적으로 교정 결과를 얻을 수 있으며, 중간 단계에서 발생할 수 있는 오차를 줄일 수 있습니다.

(3) 아날로그 및 디지털 출력에 대한 교정 방법

이 방법의 장점은 다양한 유형의 전류변압기의 출력 특성을 충분히 고려한다는 점에 있습니다:

• 아날로그 출력 방법: 고정밀 전류 측정 기기를 사용하여 출력 값을 읽고, 이를 표준 값과 비교하여 교정하여 아날로그 신호 변환 및 측정의 정확성을 보장합니다.

• 디지털 출력 방법: 교정 과정에서 분석 소프트웨어와 동기화 기술을 결합하여 데이터 전송 및 처리를 수행하여 교정 정확성이 요구 사항을 충족하도록 합니다. 이는 디지털 출력을 가진 전류변압기의 교정 요구 사항에 적합합니다.

2 DC 전자형 전류변압기 교정 기술 적용 시의 도전과 대책
2.1 현장에서의 간섭 방지

DC 전자형 전류변압기의 현장 교정 시 심각한 전자기 간섭이 발생합니다. 이는 고전압 그리드의 전자기 환경에서 발생하며, 케이블/장비의 복사와 시스템 생성 노이즈를 포함합니다. 이러한 간섭은 측정 정확성을 저하시키며, HVDC 시스템에서 교정 데이터의 편차를 초래하고 심지어 구성 요소를 손상시킬 수 있습니다. 즉각적인 오류와 장기적인 안정성 및 신뢰성 문제를 야기합니다.

이를 해결하기 위해 자기 차폐 구조를 최적화하는 것이 핵심입니다. 원리는 고순도 자성 물질을 사용하여 민감한 부위 주변에 차폐층을 형성하여 외부 자기장을 차단하는 것입니다. 설계 시 실제 환경(간섭 유형, 강도, 주파수)을 평가해야 합니다. 이러한 요소는 차폐 효과에 영향을 미칩니다. 다층 구조와 다양한 순도의 물질을 사용하면 더 효과적입니다. 예를 들어, 외부 층은 대부분의 자기장을 흡수하는 고순도 물질을, 내부 층은 잔여 자기장을 차단하는 고저항 물질을 사용합니다. 최적화된 자기 차폐 설계 데이터는 표 1에 나와 있습니다.

2.2 디지털 동기화 정밀도

DC 전자형 전류변압기의 교정에서 동기화 정밀도는 중요합니다. 교정은 종종 여러 장소에 분산된 여러 장치 및 데이터 소스를 동기화해야 합니다. 데이터의 정밀도와 신뢰성은 시간 동기화에 크게 의존하며, 작은 편차도 불확실성을 초래하여 전력 시스템의 효율성과 안전성을 저하시킬 수 있습니다. 동기화 기술의 선택과 최적화, 광섬유와 GPS 동기화의 비교가 중요합니다.

선택과 최적화에서의 도전은 복잡한 전력 환경과 넓은 지리적 분포를 제어하여 정확한 동기화를 달성하는 것입니다. 강한 간섭 환경에서는 전통적인 방법이 실패할 수 있습니다. 해결책으로 IEEE1588 정밀 시간 프로토콜을 도입하고, 정밀 타임스탬핑과 현대 통신을 사용하여 동기화하는 것이 있습니다.

광섬유 동기화는 높은 속도와 간섭 저항력을 가지고 있어 고정밀 시나리오(예: 데이터 센터)에 적합합니다. 전자기 간섭에 영향을 받지 않아 신호의 순수성을 보장하지만, 배포 비용이 높습니다. GPS 동기화는 비용 효율적이며 넓은 지역을 커버하며, 분산된 네트워크에 적합합니다. 위성 신호를 사용하여 타임스탬프를 생성하지만, 강한 간섭 하에서는 안정성이 떨어집니다. 다양한 간섭 하에서의 동기화 정밀도 비교는 도표 1에 나와 있습니다.

이러한 도전을 해결하기 위해 응용 환경과 교정 요구 사항에 따라 적절한 동기화 기술을 선택해야 합니다. 저 EMI, 고정밀 시나리오에서는 광섬유 동기화를 우선 고려해야 합니다. 지리적으로 분산된 전력망의 경우에는 GPS 동기화를 고려하고, 수신기 배치를 최적화하여 신호 간섭을 줄여야 합니다. 두 가지를 결합하여 중복성을 추가하면 동기화 정밀도와 시스템 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

3 결론

결론적으로, DC 전자형 전류변압기의 교정 기술과 그 응용에 대한 심도 있는 연구는 전류변압기의 성능과 신뢰성 향상뿐만 아니라 전력 시스템의 기술 혁신과 지속 가능한 발전을 촉진하는 핵심 요소입니다. 향후에는 교정 기술을 계속 최적화하면서, 실제 응용에서 이러한 기술의 성능에도 주목하여 현대 전력망의 고표준 요구 사항을 충족할 수 있도록 해야 합니다.