전력 트랜듀서

전력 트랜스듀서 해설 용어 해설 어플리케이션 알림

[해설] 용어 해설

(1) 입력 기기
계기용 변압기 VT (Voltage Transformer)
PT (Potential Transformer) 라고도 부른다

고전압 회로의 전압을 계측할 경우 절연된 110V의 전압을 얻기 위해 사용하는 변압기.
일반적으로 1차 측 과전압과 2차 측 단락 시 (쇼트) 에 보호를 위해 퓨즈가 설치되어 있다.

계기용 변류기(CT: Current Transformer)
VT비 (PT비)

VT의 1차 전압을 2차 전압으로 나눈 값. 2차 측 정전압을 통해 1차 전압을 쉽게 알 수 있다.

GPT (Grounding Potential Transformer)
GVT라고도 부른다

비접지계인 3상 전원 회로에서 (배전선 등) 지락 (누전) 을 검출하기 위한 전용 VT. 계기용 변압기로도 사용할 수 있도록 2차 측과 3차 측이 설치되어 있어, 3차 측에 오픈델타 접속을 하여 영상 전압을 검출할 수 있다. 지락을 검출하기 위해 접속되는 계기에는 ‘고속 응답’ ‘최대값 유지’ 등의 기능이 요구된다.

V0 (브이 제로)

영상 전압을 의미. 비접지계에서의 지락 (누전) 검출에 사용하는 신호.

I0 (아이 제로)

영상 전류를 의미. 지락 (누전) 을 검출한다. V0와의 위상차를 계측하여 지락 지점을 판정할 수 있게 된다. (방향 지락 검출)

 
계기용 변류기 (CT: Current Transformer)

대전류 회로의 전류를 계측할 경우 절연을 확보한 5A (1A) 의 전류 신호를 얻기 위해 사용하는 변압기.
1차 측은 측정 또는 제어하는 전류 통로와 직렬로 접속한다. 또한 고전압 전류를 저전압 전류로 변성할 수도 있다. 변류기라고도 한다. 1차, 2차 모두 철심에 감는 권선 타입과 1차를 직선상 도체로서 철심을 관통하는 관통 타입이 있다. 1차 측에 전류가 흐르고 있는 상태 (활선상태) 에서 2차 측을 개방하면 단자 간에는 고전압이 발생하여 절연파괴 후 소손될 가능성이 있다. 따라서 접속되는 기기에는 2차 개방 방지 기능이 요구된다. 당사의 플러그인 타입 트랜스듀서에서는 2차 측 개방 방지를 위해 CT 프로텍터가 구비되어 있다.

계기용 변류기(CT: Current Transformer)
CT비

CT의 1차 전류를 2차 전류로 나눈 값. 2차 측 정전류를 통해 1차 전류를 쉽게 알 수 있다.

ZCT(Zero Phase Current Transformer)

영상 전류를 검출하는 전용 CT. 1차 측 영상 전류 (누전 전류) 가 200mA일 때 2차 측에 1.5mA의 신호를 얻을 수 있다. 일반적인 1차 측 전류는 수백 A~수 kA로 크기 때문에 200mA를 검출하기 위해 전선 위치를 고정으로 하여 성능을 향상시킨 것이 많다. 영상 전류를 간단히 측정할 경우에는 3CT 방식에서 CT의 2차 측을 직렬 접속하여 검출할 수도 있다.

VCT(Voltage and Current Transformer)

인입구 부근에 전력 회사가 설치하는 전력 수급용 계기용 변압 변류기, 거래 계기용 변성기.

분로 저항

큰 전류를 작은 전압으로 변환하는 저항기. CT 대신 사용한다.
단, 절연이 없으므로 주의해야 한다. 풀 스케일 200mV가 일반적이다.

배율기

전압 미터용 VT. 제조업체의 전용 기기인 경우가 많다.

합성 변성비 (전력비)

CT비와 VT비를 곱하여 계산한 값. 2차 전력값을 통해 1차 전력값을 쉽게 알 수 있다.

(2) 입력 파형
실효값 (rms)

직류 회로의 전압, 전류의 동작과 같은 결과가 되는 교류 전압·전류의 값을 실효값이라 한다.

실효값(rms)

직류 100V DC 전원에 100W인 전구를 접속하면 전류가 1A 흐른다. 이 전구의 밝기가 같아지도록 교류 전압을 조정하면 교류 전압은 100V가 된다. 이 교류 전압값 100V AC를 실효값이라 한다. 이때 흐르는 전류값이 실효값 1A AC이다.

평균값

신호의 플러스 측 (마이너스 측) 의 면적과 같은 면적인 직사각형의 높이를 평균값이라 한다.

평균값
고조파

기본 주파수의 정수배인 주파수 성분을 가진 전압, 전류. JIS C 1111의 규격에서는 실효값 연산 방식은 제3 고조파 15%에서의 성능 보증이 요구된다 (100%의 50Hz 성분에 15%의 150Hz 성분을 중첩한다).

인버터 (Inverter)

·범용 인버터
직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 장치. 역변환 장치라고도 한다. 정류 장치와 조합하면 교류 전원의 주파수를 임의의 주파수로 변환할 수 있다. ‘고캐리어 PWM 제어 방식’을 채택한 제조업체가 대부분이며, 인버터의 1차, 2차에서 전압 전류 파형이 크게 다르다. 우선 1차 측의 전압 파형은 전력 계통 그대로이므로 고조파가 조금 포함된 정도이지만, 전류 파형은 인버터의 원리에 따라 다르긴 하지만 고조파 성분이 상당히 포함된 파형이다. 2차 측의 전압은 원리적으로 펄스의 연속으로 고주파 성분이 많이 포함된 파형이 되고, 전류는 모터의 코일 성분에 의해 형태가 사인파에 가깝지만, 스파이크 노이즈가 포함된 파형이다.

·태양광 인버터 (전력 계통 접속용 기기)
직류를 교류 파형으로 변환하는 인버터에서는 고조파 성분도 거의 없는 파형이다.

 
파고율

파형의 실효값 성분에 대한 최대 피크값. 사인 파형에서는 √2 이다.

왜곡률

파형의 기본파 성분에 대한 고조파 성분의 합계 비율.

사이리스터 (Thyristor)

pn 접합 면이 3개 이상이며, 게이트 전류에 의해 대전류를 제어하는 반도체 소자.

사이리스터(Thyristor)

·위상 제어
교류 파형의 일부를 제어하여 히터 등의 전력을 조정하는 방법. 고주파 성분도 포함되기 때문에 측정 계기의 성능 차가 크게 난다.

·사이클 제어
고정 시간 주기 (1~2초) 로 2차 측에 전력을 공급하는 비율을 제어하는 방식이며, ‘전기로’에 주로 사용된다.

램프 함수

트랜스의 전원을 갑자기 끄면 트랜스에 자기가 남는다. 그 후 전기를 투입했을 때 전원이 꺼져 멈춰 있던 자기와의 위상차에 의해 직류 성분이 발생한다.
‘교류 회로 (전원) 에는 직류가 없다’고 생각하여 실수를 하게 되는 예.

(3) 기타 입력
조류

전력의 흐름은 ‘전원’에서 ‘부하’로 흐르는 것이 일반적이다. 하지만 부하가 발전기 등인 경우는 전력이 반대로 흐르는 경우가 있다. 이렇게 전력의 흐름이 바뀌에는 것을 ‘조류’라고 부르는데, 기존에는 일상적으로 발전기를 추가, 삭제하는 전력 관련 회사에서만 발생했다. 대체로 수전이 (+) , 송전이 (-) 로 표현된다.

과전압 강도

전압 입력이 있는 기기에서 어느 정도의 과대 입력에 견디는지 (고장나지 않는가) 를 숫자로 나타낸 값.

 
과전류 강도

전류 입력이 있는 기기에서 어느 정도의 과대 입력에 견디는지 (고장나지 않는가) 를 숫자로 나타낸 값.

과전류 정수

전류 입력이 있는 기기에서 몇 배의 입력까지 계측할 수 있는지를 나타낸 값. CT에 많다.

(4) 전원 계통의 종류
단상 2선식

일반적으로 100V AC를 공급하는 계통. 대전력이 필요한 경우 (대형 히터 등) 에는 3상 3선식 등과 같이 다른 방식을 사용하는 경우가 많다.

단상 3선식 (Single-Phase Three-Wire System)

대지 전압 150V 이하인 전로에서 100V 및 200V 기기를 사용할 수 있는 배전 방식.
배선의 저항에 의한 전압 강하를 고려하여 변압기에는 105V/210V의 출력이 정격.

단상 3선식(Single-Phase Three-Wire System)
3상 3선식 (Three-Phase Three-Wire System)

3상 교류를 전선 3개로 배전하는 방식. Δ 결선, Y 결선, V 결선이 있다.

·Δ 결선 (Delta Connection)

Δ 결선(Delta Connection)

·Y 결선 (Y-Connection)
3상 교류 회로의 기전력 또는 부하를 그림과 같이 Y자형으로 결선하는 것. 별 모양 결선, 스타 결선 (Star Connection) 이라고도 한다. 각 상의 접속점을 중성점이라 하고, 기전력의 중성점과 부하의 중성점을 연결하는 선을 중성선이라 한다.

Y 결선(Y-Connection)

·V 결선 (V-Connection)
Δ 결선의 기전력 또는 부하 중 하나를 제외하고 그림과 같이 V자형으로 결선하는 것.

V 결선(V-Connection)
 
3상 4선식 (Three-Phase Four-Wire System)

해외에서 많이 사용되는 계통. 일본에서는 특별 고전압 계통에 채택되고 있는 방식. 간단하게는 단상 전원이 3개 모인 전원 회로.

3상 4선식(Three-Phase Four-Wire System)
상전압 (Phase Voltage)

전선과 접지선 (뉴트럴선) 간의 전압. 3상인 경우에는 선 간 전압을 √3 으로 나눈 값이 된다.

선 간 전압 (Line Voltage)

전선과 전선 간의 전압.

3상 평형 회로

3상의 전압 크기가 같고, 접속되는 부하가 모두 같은 경우. 부하가 모터만인 경우 등.

3상 불평형 회로

3상의 전압 크기가 같지 않거나, 부하가 같지 않은 경우. 부하가 모터 외에 단상 조명 기기를 사용하는 경우 등.

(5) 트랜스듀서
교류 전압 트랜스듀서

VT에서 얻은 신호를 계장용 신호로 변환하는 변환기.
정격 전압에서 70% 정도의 신호를 얻을 수 있도록 하고, 계통 과전압에서도 계측이 가능하도록 하기 위해 200V계 입력 시에는 풀 스케일 300V를 사용한다.

교류 전류 트랜스듀서

CT에서 얻은 신호를 계장용 신호로 변환하는 변환기.
VT와는 다르게 계통의 전류값 설계가 가능하므로 입력 5A 타입에서는 풀 스케일 5A를 사용한다. 플러그인 타입에서는 CT 보호용 CT 프로텍터가 첨부된다.

보조 전원이 필요없는 트랜스듀서

입력 신호에서 동작하기 위한 에너지를 얻는 트랜스듀서.
보조 전원이 필요한 타입에서도 입력 신호가 보조 전원의 사양을 충족할 경우에는 입력을 보조 전원으로 사용 가능. 교류 전압, 전류 트랜스듀서에서는 원리적으로 4~20mA 출력은 제작 불가.

전력 트랜스듀서

전류와 전압으로 전력 (유효 전력) 을 연산하여 계장 신호를 출력하는 변환기.

전력 (유효 전력)

실제 일을 하는 전기량. 단위: W (와트). 0.75kW는 1마력 (1hP).

전력량 (적산용 펄스)

단위 시간당 전력을 얼마나 사용했는지를 측정하기 위한 값. 일반 펄스에 중점을 두고, 이 펄스를 카운트하여 얻는다. 단위: Wh/pulse. 전기 요금의 기본이 되는 값.

전력 트랜스듀서의 입력 범위

입력 전력을 계장 신호로 할당하는 값. 미터의 최소와 최대 눈금을 의미. 데이터로 원하는 값 (1차 측 전력) 을 전력비로 나눈 값.

무효 전력 트랜스듀서

전류와 전압에서 무효 전력을 연산하여 계장 신호를 출력하는 변환기.

LEAD (리드)

어느 기준점에서 ‘진행’을 의미. ±로 표현하는 경우도 있지만 규정은 없다.

LAG (래그)

어느 기준점에서 ‘지연’을 의미.

무효 전력

부하에 부여한 피상 전력 내에서 유효 전력으로 소비되지 않은 전력. 단위: var

피상 전력

전기 기기에 기재된 정격 전류와 정격 전압의 단순 적산값. 기기의 용량이라는 의미.
단위: VA

 
功率的关系式

피상 전력 (VA) , 유해 전력 (P) 과 무효 전력 (Q) 은 다음 식과 같은 관계가 있다.
VA=
또한 역률 (COSΦ) 과의 관계는 다음 식과 같다.
P=VA·COSΦ

보조 CT, VT (PT)

VT, CT로부터의 신호는 전자 회로에 있어 너무 크기 때문에 전자
회로에서 처리하기 쉬운 레벨로 변환하는 소형 VT, CT. 보통은 기기에 내장되어 있다.

역률 트랜스듀서

전류와 전압의 위상차를 통해 역률을 연산하여 계장 신호를 출력하는 변환기. 동작 원리의 종류에 따라 파형 왜곡의 영향으로 연산 결과가 다를 수 있다.

역률

피상 전력을 어느 정도 유효하게 전력으로 사용하고 있는지를 나타내는 값. 전압과 전류의 위상차를 Φ로 하면 다음 식과 같다.
역률=COSΦ

위상 변별 역률 보정

역률 트랜스듀서의 동작 원리로 전압과 전류의 위상차를 측정하고 역률 곡선과 근사한 함수로 치환하여 역률 신호를 얻는 방식.

위상각 트랜스듀서

전압과 전류의 위상차를 연산하여 계장 신호를 출력하는 변환기.
동작으로 보면 역률 트랜스듀서와 같음.

위상 변별

위상각 트랜스듀서의 동작 원리로 전압 신호 펄스와 전류 신호
펄스의 파형을 통해 위상차를 연산하는 방법.

주파수 트랜스듀서

입력 전압 신호의 주파수를 연산하여 계장 신호를 출력하는 변환기.

주파수

1초간 사인 파형이 몇 개 들어가는지를 나타낸 값. 일본에서는 50Hz (관동) 와 60Hz (관서) 의 2종류가 있다. 단위: Hz (헤르츠)

전압 위상각 트랜스듀서

전압 입력의 2가지 위상차를 연산하여 계장 신호를 출력하는 변환기.
자가 발전 기기와 전력 회사의 일반 전기를 접속할 때 2가지 위상을 맞춰 스위치를 투입해야 한다.

전력멀티트랜스듀서

2종류 이상의 전기량을 연산하여 계장 신호를 출력하는 변환기.
전원 구조의 관계로 출력 간에는 비절연이 많다.

(6) 기타
개략 소비 VA

트랜스듀서가 입력으로서 필요한 피상 전력. VT/CT에는 정격 부하로서 ‘VA’ 표현으로 규정되어 있으며, 전체 부하가 변성기에 표시된 VA 이하이어야 한다.

허용차

표준 상태에서 허용되는 백분율 오차의 한계값. 단, 다양한 환경 조건에 합격할 수 있는 값이어야 한다. 계급.

온도의 영향

23±10℃에서 그 변동 폭이 허용차 내이어야 한다. ±20℃에서는 허용차의 배의 값.

주파수의 영향

입력 주파수를 50Hz와 60Hz 모두 사용 가능한 타입에서는 45~65Hz의 범위에서 출력 변화 폭이 허용차 내이여야 한다.

외부 자계의 영향

전력 관련 트랜스듀서는 대전류 근처에 설치될 가능성이 크기 때문에 400A/m인 자계에 설치한 경우에도 오차가 나오지 않도록 규정되어 있다. 출력 변동은 허용차 내이어야 한다.

응답 시간

일반적인 변환기는 90% 의 응답 시간으로 규정되어 있지만, 전력과 관련된 경우에는 목표값의 ±1%가 되는 시간으로 규정한다.

 
출력 리플 (Ripple)

트랜스듀서 출력에 포함되는 교류 성분. 입력이 교류이므로 출력에도 약간 교류 성분이 발생한다. 응답 시간을 빠르게 하면 커진다. 피크 투 피크 (p-p) 로 표현한다.

임펄스 내전압

전력 관련의 트랜스듀서는 낙뢰 서지 대책도 중요하다. ±5kV의
서지를 입력해도 파괴되지 않는 것이 조건이다.

JIS C1111

일본 산업 규격의 ‘교류 입력 트랜스듀서’를 나타낸다.

IEC 60688

JIS C1111의 바탕이 된 국제 규격. 변환기의 대 (對) 환경성에서 3단계 레벨로 분리되어 있다.

전력 규격

트랜스듀서에서 요구되는 이 규격은 ‘B 402’가 대상인 규격이며, 그 내용은 계전기 (릴레이) 에 대해 규정되어 있다. 대 환경성 항목 (무선기, 과전류 강도 등) 을 충족시켜야 한다.

(7) 현재의 환경
고조파 가이드라인

파워 일렉트로닉스 응용 기기는 전력 절약화·자동화에 반드시 필요한 기기인데, 이 기기에서 발생하는 고조파 전류가 다른 전기 기기에 이상음·진동·소손 등의 영향을 준다. 그래서 일본의 통산성 (현경제산업성) 은 1994년 9월 30일부터 가전 기기나 고전압 기기의 고조파 레벨을 규정하는 가이드라인을 만들었다.

(8) 전기 지식
스켈리턴 (단상 접속도)

3상 회로 전체가 기기, 접속 모두 단상과 같이 기입된 전기용 접속도. 기기 표현은 JIS에서 규정된 약어.

계전기 (릴레이)

전기적 고장을 검출하고 브레이커에 신호를 보내는 기기. 목적에 따라 수십 종류가 있다.

PCT (MOF) 또는 VCT

전력 회사가 설치하는 전력량 측정용 VT, CT가 내장된 기기.

AS

CT로부터의 전류 신호를 전환하는 전용 스위치. CT 2차 개방하지
않고 전환 가능.

VS

VT로부터의 전압 신호를 전환하는 전용 스위치. VT 2차 단락하지
않고 전환 가능.

CB

서킷 브레이커의 약어. 100V용에서 수십만 V까지 표현은 같음.

데이터 로거

아날로그 신호 및 접점 신호를 모아 시각이 표시된 데이터를 기록할 수 있는 장치. 경보, 최대값 검출 등의 기능도 있음.

일보·월보

하루 및 한 달의 측정 데이터를 보고하는 양식.
측정값의 시간적인 움직임이나 경보 동작 시의 측정값 등을 일반적으로는 장부 형태로 남긴다. 사람 대신 데이터 로거의 역할로 되어 있다.

 
지시침

기존의 아날로그 미터에서 현장의 ‘지시 호칭’을 실행하기 위해 평상시의 값 근처에 표시를 기입해 둘 것.

110V DC

전력 기기를 백업하는 보조 전원. 백업이 필요한 기기는 일본 전력
회사의 규정에 따라 -20%, +30%를 일시적으로 허용할 수 있어야 한다.

디맨드

거래용 전기의 수요 전력. ‘디맨드를 감시한다’는 것은 전력 회사와의 계약 전력을 초과하지 않도록 단위 시간당 전력량을 계측하여 경보 동작을 실행한다는 것과 같은 의미이다. 계약 위반 시에는 벌금이 부과되므로 500kWh 이상의 계약을 맺은 공장에는 대부분 설치되어 있다.

역률 개선

공장 등에는 모터 등 ‘지연’ 성분을 발생시키는 부하가 많다. 따라서 일반적으로는 콘덴서를 나타낸다. 역률은 일본 전력 회사의 전기 요금에도 영향을 주며, 에너지 절약법에도 규정되어 있다.
전력 회사가 취급하는 큰 전력에서는 콘덴서 (진행) , 코일*1 (지연) 을 총칭해 조상 설비라 부른다. 

*1. 정식 명칭은 리액터

피더

기본이 되는 전기 배선에서 CB에 의해 분기된 지선. 고압 피더는 1.1kV 이상의 배선, 저압 피더는 600V 이하의 동력, 조명용 배선.

회선

수전의 명칭. 2회선 수전이란 다른 장소 2곳을 통해 전기를 공급받을 수 있도록 한 것. 한쪽이 정전되어도 공장을 가동할 수 있다.

주요 기기의 문자 기호

전기 설비에 사용되는 기기의 문자 기호는 영문 명칭의 머리글자를 대문자로 열기하는 것이 원칙이지만, 다른 명칭과 혼동되기 쉬운 경우에는 제2, 제3 문자까지 사용할 수 있습니다.

문자 기호 용어 문자 기호에 대한 외국어
변압기·계기용 변성기류 T 변압기 Transformers
VCT*2 계기용 변압 변류기 Voltage and Current Transformers
VT 계기용 변압기 Voltage Transformers
CT 계기용 변류기 Current Transformers
ZCT 영상 계기용 변류기 Zero Phase-sequence Current Transformers
GVT 접지 타입 계기용 변압기 Grounding Voltage Transformers
GC 접지용 콘덴서 Grounding Capacitors
개폐기·차단기류 S 개폐기 Switches
CB 차단기 Circuit Breakers
OCB 기름 차단기 Oil Circuit Breakers
VCB 진공 차단기 Vacuum Circuit Breakers
LBS 고압 교류 부하 개폐기 AC Load Break Switches for 6.6kV
DS 단로기 Disconnecting Switches
PC 고압 컷아웃 Primary Cutout Switches
MC 전자 접촉기 Electromagnetic Contactors
MCCB 배선용 차단기 Molded Case Circuit Breakers
F 퓨즈 Fuses
PF 전력 퓨즈 Power Fuses
AS 전류계 전환 스위치 Ammeter Change-over Switches
VS 전압계 전환 스위치 Voltmeter Change-over Switches
계전기류 OCR 과전류 계전기 Overcurrent Relays
GR 지락 계전기 Ground Relays
DGR 방향 지락 계전기 Directional Ground Relays
계기류 A 전류계 Ammeters
V 전압계 Voltmeters
Wh 전력량계 Watt-hour Meters
기타 C 고압 진상 콘덴서 High Voltage Power Capacitors
LA 피뢰기 Lightning Arresters
CH 케이블 헤드 Cable Heads
TC 트립 코일 Tripping Coils
TT 시험 단자 Testing Terminals
E 접지 Earthing

*2. VCT: 전력 수급용 계기용 변성기 (Instrument Transformers for Metering Service) 라고도 한다.

파고율

전압 또는 전류의 최대값을 실효값으로 나눈 값.

  방형파 사인파 전파 정류파 삼각파
파형 방형파
사인파 전파 정류파 삼각파
최대값 V V V V
실효값 V V / √2 V / √2 V / √3
평균값 V 2V / π 2V / π V / 2
파형률 1 1.11 1.11 1.155
파고율 1 1.414 1.414 1.732

평균값 지시인 가동 코일 타입 계기의 지시에 사인파 파고율을 곱하면 실효값의 기준이 된다.

계기의 용도 기호

직류와 교류 기호.

종류 기호
직류 직류
교류 교류
직류 및 교류 직류 및 교류
평형 3상 교류 평형 3상 교류
불평형 3상 교류 불평형 3상 교류

참고 문헌 “그림으로 설명하는, 이해하기 쉬운 전기 공사기초 백과 (개정 2판) ” 전기와 공사 편집부 편/옴사
“처음 배우는 자가용 전기 기술자의 실무와 제어 (개정 2판) ” 오하마 쇼지 (大浜庄司) 저/옴사