๊นํ์ฃผ
(Hyongjoo Kim)
1iD
๊น๊ดํธ
(Kwangho Kim)
1iD
๋ฐ๋ฏผํ
(Park Min Hae)
2iD
์ฌ์ ์ฃผ
(Seonju Shim)
2iD
์ต์ข
๊ธฐ
(Jong-Kee Choi)
2iD
๋์์
(Wansoo Nah)
โ iD
-
(Dept. of Electrical and Computer Engineering, Sungkyunkwan University, Korea)
-
(Dept. of KEPCO Research Institute, Korea)
Copyright ยฉ The Korean Institute of Electrical Engineers(KIEE)
Key words
S-parameter, ABCD parameter, potential transformer, voltage gain, transfer characteristics
1. ์ ๋ก
์ต๊ทผ ๋ณ์ ์์ ๋์งํธํ ๋ฐ ์ฅ๋ด๋ณ์ ์ํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ง์ ๋ ์ฆ๊ฐ๋ก ์ธํด ์ ๋ ฅ๊ธฐ๊ธฐ์ ๊ณ ์ฃผํ ์ ๋ฌ ํน์ฑ์ ๋ํ ์ธก์ ๋ฐ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ๋๋๋๊ณ ์๋ค. ์ด ์ค ๋ณ์ ์
๋ด ์ค๋น๋๋ ๊ณ๊ธฐ์ฉ ๋ณ์๊ธฐ (potential transformer, PT)๋ ๊ฐ์ค์ ์ฐ๊ฐํ์ฅ์น (gas insulation switchgear, GIS)๋ด
๋ชจ์ ์ ์ ์์ ๊ณ์ธกํ๊ณ ์์ ์ ์ธ ์ ๋ ฅ ๊ณต๊ธ ์ด์์ ์ํด ์ค๋น๋๋ค (1),(2). ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๋์ ์ฃผํ์์ธ 60 Hz ์์๋ PT์ ์ด์์ ์ธ ํน์ฑ์ด ๋ณด์ฅ ๋๋๋ก ์ค๊ณ ๋ฐ ํ์ฉ๋๊ณ ์์ผ๋, ๊ฐํ ๋์์ ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ ๋ฐ์ํ
๊ฒฝ์ฐ 1์ฐจ ๊ณํต์์ 2์ฐจ ๊ณํต์ผ๋ก์ ์ ๋ฌ ํน์ฑ์ ๋ํ ํ๊ฐ๊ฐ ํ์ํ ์ค์ ์ด๋ค (3). ๋ณ์ ์์ ์์ญ kV ์ด์์ ๊ณ ์ ์์ด ์ฌ์ฉ๋๊ณ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๋์์ฃผํ์์ธ 60 Hz๊ฐ ์๋ ๊ณ ์ฃผํ์์์ ์ ๋ฌํน์ฑ์ ์ฃผํ์์ ๋ฐ๋ผ์ ๋ณํ๊ฐ ์ฌํ๋ฉฐ, ์ด๋ฌํ
ํน์ฑ์ ๊ณ ์ฃผํ ์ฑ๋ถ์ ํฌํจํ๋ ์จ์ง ํํ์ ์ ๋ฌํ๋ ๋ฐ์ ์ค์ํ ์ญํ ์ ํ๋ค. ๊ทธ๋ ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ PT์ ๊ณ ์ฃผํ ์ ๋ฌ ํน์ฑ ๋ถ์์ ๋ณ์ ์ 2์ฐจ ๊ณํต์ ์ ๋ฌ๋๋
ํํ์ ๋ถ์ ํ๋๋ฐ์ ๋งค์ฐ ์ค์ํ๋ค.
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ๊ฐ์ค์ ์ฐ๊ฐํ์ฅ์น์ ์ค๋น๋ PT์ ๋ํด ์ธก์ ์
์
์ ๊ตฌ์ถํ๊ณ 2ํฌํธ S-ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ์ธก์ ํ๋ค. ์ด๋ฅผ ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ก ๋ณํํ์ฌ 2์ฐจ์ธก์
์ ๋ฌ๋๋ ์ ํธ์ ์ ๋ฌ๋์ ๋ถ์ํ๊ณ ์ ํ๋ฉฐ, ํนํ ์ข
๋จ ์ ํญ์ ์ํผ๋์ค๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ ์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ ์ด๋์ ๋์ถํ์ฌ ์ด์ ๋ํ ์ฃผํ์ ํน์ฑ์ ์ผ์ฐจ์ ์ผ๋ก ๋ถ์ํ๊ณ ,
์ ํํ ๋ฐ ๊ตฌํํ์ ์ํ ์๋ต ํน์ฑ์ ์ํํ์ฌ ์์ธก ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์๊ฐ ์์ญ ๋ฐ ์ฃผํ์ ์์ญ์ ๋ํด ์ ์ํ๊ณ ์ ํ๋ค. ๊ทธ ํ ๊ถ๊ทน์ ์ผ๋ก, ์ค์ ๊ณํต์์ ๋ฐ์ํ
์ ์๋ ์จ์ง ํํ์ IEC 61000-4-5๋ก๋ถํฐ ์ ์ ๋ฐ ์ธ๊ฐํ์ฌ 2์ฐจ์ธก์ผ๋ก ์ ๋ฌ๋๋ ์จ์ง์ ์ฃผํ์ ์ฑ๋ถ์ ๋ถ์ํ๋ค.
2. GIS PT์ ๊ตฌ์กฐ์ S ํ๋ผ๋ฏธํฐ
ํ๊ตญ์ ๋ ฅ์ ๊ณ ์ฐฝ๋ณ์ ์ ์ค์ฆ์ํ์ผํฐ์ ์ค๋น๋ 170 kV ๊ฐ์ค์ ์ฐ๊ฐํ์ฅ์น์ PT & ES bay์ ํฌํจ๋ PT๋ฅผ ์ธก์ ๋์์ผ๋ก ์ ์ ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 1์ (a)์ (b)๋ ์ธก์ ๋์์ ํ๋ฉด๋ ์์ ์์น์ ๋ฐ ์ธก๋ฉด ๋๋ฉด์ ๋ณด์ธ ๊ฒ์ด๋ฉฐ, (c)์ (d)๋ ๊ฐ๊ฐ PT์ S ํ๋ผ๋ฏธํฐ ์ธก์ ์ 1, 2์ฐจ์ธก ๊ฒฐ์ ์ํฉ์ ๋ณด์ธ ๊ฒ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 1. PT ๊ฐ๋ต๋ ๋ฐ ์ค๋ฌผ (a) 170kV GIS ํ๋ฉด๋ (b) PT & ES ํ๋ฉด๋ (c) PT ์ค๋ฌผ (d) 1, 2์ฐจ์ธก A์ ๊ฒฐ์ ์ํฉ
Fig. 1. floor plan and the actual structure of PT (a) 170 kV GIS floor (b) PT & ES
bay floor plan ยฉ actual PT (d) wiring status of primary and secondary side of A phase
Keysight์ฌ์ E5061B VNA ๋ชจ๋ธ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ 60 Hz๋ถํฐ 200 MHz ๋์ญ์ ๋ํด 2ํฌํธ S ํ๋ผ๋ฏธํฐ ์ธก์ ์ ์ํํ์๋ค. A ~ C์
์ค ๋ํ์ ์ผ๋ก A ์์ ๋ํ ๊ฒฐ์ ์ ๊ตฌ์ฑํ์ฌ ์ธก์ ํ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ B์ C์์ ๊ฐ๋ฐฉ ์ํ๋ก ์ธก์ ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 2์ (a)์ (b)๋ ๊ฐ๊ฐ ์ธก์ ๋ S-ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ ํฌ๊ธฐ (dB)์ ์์์ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ฉฐ ํนํ ์ ๋ฌ ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ์ ์ฃผํ ๋์ญ์์ โ52
๊ทธ๋ฆผ. 2. PT์ ๊ณ์ธก S-ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ (a) ํฌ๊ธฐ์ (b) ์์
Fig. 2. Measured S-parameters for PT (a) in magnitude and (b) in phase
dB๋ฅผ ๊ฐ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ๋์ ๊ถ์ ๋น์ ์ํด ๊ฐ ํฌํธ์ 50 ฮฉ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค๊ฐ ์๊ณก๋์ด ๋ฐ์ฌ ํ๋ผ๋ฏธํฐ๊ฐ 0 dB์ ๋งค์ฐ ๊ฐ๊น๊ฒ ํ์ฑ๋์ด
์๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. 1 MHz ์ด์์ ์๋์ ์ผ๋ก ๊ณ ์ฃผํ ๋์ญ์์๋ ์ ๋ฌ ํ๋ผ๋ฏธํฐ ๋ฐ ๋ฐ์ฌ ํ๋ผ๋ฏธํฐ๊ฐ ์ด์์ ์ธ PT์ ํน์ฑ๊ณผ ํฌ๊ฒ ๋ฒ์ด๋๋ค.
์ด๋ ๋ํ๊ธฐ๊ธฐ์ธ ๊ณ๊ธฐ์ฉ ๋ณ์๊ธฐ ๋ด๋ถ์ ๊ถ์ ๋์ฒด๊ตฌ์กฐ์ ์ํด ํ์ฑ๋๋ ๊ธฐ์ ์ธ๋ํด์ค ๋ฐ ์ปคํจ์ํด์ค ์ฑ๋ถ์ ๊ธฐ์ธํ๋ฉฐ (4), ๋์ ์ฃผํ์ ๋์ญ์์ ์ ํํ ๋ฑ๊ฐ๋ชจ๋ธ ํ๋ณด๋ ํ๋ค๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ธก์ ํ S-ํ๋ผ๋ฏธํฐ ์์ฒด๋ฅผ ํ์ฉํ์ฌ ์ ๋ฌํจ์ํ ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ๊ณ PT์ 2์ฐจ์ธก์
๋๋ฌํ๋ ์์ธก ํํ์ ๋ถ์ํ๊ณ ์ ํ๋ค.
3. PT์ ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ ๋ฐ ์ด๋ ํน์ฑ
๋คํธ์ํฌ ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ ํ ์ข
๋ฅ์ธ S-ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ ์์ฒด๋ก์จ 1์ฐจ์ธก๊ณผ 2์ฐจ์ธก ์ฌ์ด์ ์ ๋ฌํจ์๋ก ํ์ฉํ๊ธฐ์ ์ง๊ด์ ์ด์ง ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋ค์์ ์ (1)๋ก ํํํ ์ ์๋ฏ์ด, ํฌํธ 1๋ฐ ํฌํธ 2์
์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ๋น๋ฅผ ๋ํ๋ด๋ ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ํ์ฉํ๊ณ ์ ํ๋ค (5). ์ฌ๊ธฐ์ 4๊ฐ์ ๊ฐ ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ ์ (2)์ ๊ฐ์ ์กฐ๊ฑด ํ์์ ์ ์ํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์๋ฏธํ๋ ๋ฐ๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
A๋ 2์ฐจ์ธก์ ๊ฐ๋ฐฉ์ํจ ์ํฉ์์ ์ ์์ด๋์ ์ญ์, B๋ 2์ฐจ์ธก์ ๋จ๋ฝ์ํจ ์ํฉ์์ ์ ๋ฌ ์ํผ๋์ค, C๋ 2์ฐจ์ธก์ ๊ฐ๋ฐฉ์ํจ ์ํฉ์์ ์ ๋ฌ ์ด๋๋ฏธํด์ค,
D๋ 2์ฐจ์ธก์ ๋จ๋ฝ์ํจ ์ํฉ์์ ์ ๋ฅ์ด๋์ ์ญ์๋ก ๊ฐ๊ฐ ํด์ํ ์ ์๋ค.
์ธก์ ๋ S ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ ๋ค์์ ์ (3)์ ํตํด ์ฝ๊ฒ ๋ณํ ํ ์ ์๋ค (5).
๊ทธ๋ฆผ. 3. PT ABCD-ํ๋ผ๋ฏธํฐ (a) ๊ถ์ ํํ ๋ฐ ๋ฐฐ์จ ๊ฐ๋ต๋ (b) ABCD-ํ๋ผ๋ฏธํฐ ํฌ๊ธฐ (c) ABCD-ํ๋ผ๋ฏธํฐ ์์
Fig. 3. PT ABCD-parameters (a) Winding type and ratioโs schematic (b) magnitude of
ABCD-parameters (c) Phase of ABCD-parameters
๊ทธ๋ฆผ. 4. ์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ ์ด๋ (a) ๋ถํ ๊ฐ๋ฐฉ์ํ์ ์ ์ ์ด๋ ํฌ๊ธฐ (b) ๋ถํ ๋จ๋ฝ์ํ์ ์ ๋ฅ ์ด๋ ํฌ๊ธฐ (c) ๋ถํ ๊ฐ๋ฐฉ ์ํ์ ์ ์ ๋ฐ ๋ถํ
๋จ๋ฝ์ํ์ ์ ๋ฅ ์ด๋ ์์
Fig. 4. Voltage and current gain (a) Magnitude of the voltage gain with the opened
load (b) Magnitude of the current gain with the shorted load (c) Phase of the voltage
with the opened load and current gain with the shorted load
๊ทธ๋ฆผ 3(a)์ ๊ฐ์ด ์๋ ค์ง PT์ ๊ถ์ ๋น๋ฅผ ํ์ฉํ๋ฉด, ์ ์ฃผํ (60 Hz) ๋์ญ์์์ 1์ฐจ์ธก ๋๋น 2์ฐจ์ธก ์ ์์ด๋ ๋น์จ์ 808.29:1 ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 3์ (b)์๋ ์ธก์ ํ PT์ S ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ก ๋ณํํ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์ฃผํ์ ์์ญ์์ ๋ณด์ธ ๊ฒ์ด๋ฉฐ, ํนํ A ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ ์ ์ฃผํ ๋์ญ (60 Hz)์์์
๊ฐ์ 836.65๋ก, ์ด์์ ์ธ ์ ์์ด๋์ ์ญ์์ธ 808.29์ ์ฝ 3.5 %์ ์ค์ฐจ๋ฅผ ํ์ฑํ๋ค. ์ด๋ฌํ ์ด์์ ์ธ ๋ณ์๋น๋ ์ฃผํ์๊ฐ ๋์์ง์ ๋ฐ๋ผ ์ ์ฐจ
์๊ณก๋๋ฉฐ, ํนํ ๋ณ์๊ธฐ์ ๋ด์ฌ๋ ๊ธฐ์ ์ธ๋ํด์ค ๋ฐ ์ปคํจ์ํด์ค ์ฑ๋ถ์ผ๋ก ์ธํด 181.4 kHz ์์ ๊ณต์ง์ ํํ๋ก ๋ํ๋จ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค (4). ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ ์ ์์ ์
๊ฐํ์ฌ, ๊ทธ๋ฆผ 4์ (a)๋ ๋ถํ๋ฅผ ๊ฐ๋ฐฉํ ์ํ์์์ ์ ์์ด๋์ ํฌ๊ธฐ, (b)๋ ๋ถํ๋ฅผ ๋จ๋ฝ์ํจ ์ํ์์์ ์ ๋ฅ์ด๋์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ณ์๊ธฐ์ ๋ด์ฌ๋ ๊ธฐ์ ์ธ๋ํด์ค ๋ฐ ์ปคํจ์ํด์ค๋ก ์ธํด ๋ฐ์ํ๋ ๊ณต์งํ์์ ์ํด, 181.4
kHz ์์ ์ ์์ด๋ ๊ฐ1.19 x $10^{-2}$ ์ peak๊ฐ์ ๋ณด์ด๋ฉฐ ์์์ -4.62ยฐ ์ด๋ฉฐ, ๋จ๋ฝ ์ํฉ์์์ ์ ๋ฅ์ด๋์ 1.16 x $10^{-2}$
์ด๋ฉฐ ์์์ -95.42ยฐ ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 4์ ์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ์ด๋์ ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ ๊ฐ๋
๊ณผ ๋์ผํ๊ฒ ๋ถํ๋ฅผ ๊ฐ๋ฐฉ ๋ฐ ๋จ๋ฝ์ํจ ์ํ์ ๋ํ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 5. 1 Mฮฉ load ์ ์ฉ ์ ์ ํํ ์ ๋ฌํน์ฑ (a) 60 Hz ์
๋ ฅํ (b) 60 Hz ์ถ๋ ฅํ (c) 181.4 kHz ์
๋ ฅํ (d) 181.4kHz
์ถ๋ ฅํ
Fig. 5. Sine wave transfmission characteristics at 1 Mฮฉ load (a) 60 Hz input wave
(b) 60 Hz output wave (c) 181.4 kHz input wave (d) 181.4 kHz output wave
๊ทธ๋ฆผ. 6. 1 Mฮฉ load์ ์ฉ ์ ๊ตฌํํ ์ ๋ฌํน์ฑ (a) 60 Hz ์
๋ ฅํ (b) 60 Hz ์ถ๋ ฅํ (c) 10 kHz ์
๋ ฅํ (d) 10 kHz
์ถ๋ ฅํ
Fig. 6. Square wave transmission characteristics at 1 Mฮฉ load (a) 60 Hz input wave
(b) 60 Hz output wave (c) 10 kHz input wave (d) 10 kHz output wave
๊ทธ๋ฆผ 5๋ 60 Hz, 181.4 kHz์ ์ฃผํ์๋ฅผ ๊ฐ๋ ์ ํํ ์ ์์ ๋ํด ์ข
๋จ์ด 1 Mฮฉ์ผ ๋ PT์ ์
๋ ฅ๋จ๊ณผ ์ถ๋ ฅ๋จ์์ ํ์ฑ๋๋ ์ ์์ ๊ฐ๊ฐ ๋ณด์ธ ๊ฒ์ด๋ค.
์ด ๋ ์ ์๋จ์ ์ํผ๋์ค๋ 50 ฮฉ์ผ๋ก ํ์์ผ๋ฉฐ ๊ฐ ํํ์ PT์ ์ธก์ S ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ IFFT(Inverse fast Fourier transform)๋ฅผ
ํตํด ๋์ถํ์๋ค. ์์ธํ ์์๊ณผ ๊ณผ์ ์ 4์ฅ์์ ๋ณด์ด๊ณ ์ ํ๋ค. 60 Hz ์ ํํ๊ฐ ์
๋ ฅ ๋ ๊ฒฝ์ฐ ์
๋ ฅ๊ณผ ์ถ๋ ฅ์ ํธ ์ฌ์ด์ ์ ์ ์ด๋์ด 1.2 x $10^{-3}$๋ก
์ด์์ ์ธ ๋ณ์๋น์ ์ ์ฌํ๋ฉฐ, ์์์ฐจ ๋ํ 0.28ยฐ๋ก ๋งค์ฐ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ 181.4 kHz ์ธ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ์ ์์ด๋์ด 1.91 x $10^{-2}$,
์์์ฐจ๋ โ4.57ยฐ๋ก, ๊ทธ๋ฆผ 4์์ ๋ณด์ธ ์ ์์ด๋ ์ค 181.4 kHz์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋์ผํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6์ ๋ค์ํ ์ฃผํ์ ์ฑ๋ถ์ ๊ฐ๋ 60 Hz, 10 kHz ๊ธฐ๋ณธ ์ฃผํ์์ ๊ตฌํํ ์
๋ ฅ์ ๋ํ ์
๋ ฅ๋จ ๋ฐ ์ถ๋ ฅ๋จ์ ์ ์์ ๋ณด์ธ ๊ฒ์ด๋ฉฐ, ๋์ผํ๊ฒ 1 Mฮฉ์
์ข
๋จ ์ํผ๋์ค๋ก ํ์๋ค. PT์ ๊ณ ์ฃผํ ์ฑ๋ถ์ ์ ์ ์ด๋์ด ์๋์ ์ผ๋ก ํฌ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ 60 Hz, 10 kHz ๊ตฌํํ์ ์ถ๋ ฅํํ ๋ชจ๋ ์์น ๋ฐ ํ๊ฐ ๊ตฌ๊ฐ์์
๋์ overshooting์ผ๋ก ์ธํด ์ต๋๊ฐ์ด 30 mV ์ด์ ๋ํ๋ฌ๋ค. ์ด๋ 1 V ์ต๋์น๋ฅผ ์ ์ฉํ์์ ๋ ์ด์์ ์ธ ๋ณ์๋น๋ก๋ถํฐ ํ์ฐ๋ 1.2 mV
์ ๋นํด 25๋ฐฐ์ ํด๋นํ๋ค. ํนํ 10 kHz์ธ ๊ฒฝ์ฐ ํ ํ์ฅ์ด ๋น๊ต์ ์งง์ผ๋ฏ๋ก ๋์ฑ ๋ถ์์ ํ๋ฉฐ ํ ์ฃผ๊ธฐ ์ ์ฒด์ ๊ฑธ์ณ ๋ง์ ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ๋ดํฌํ๊ณ ์๋ค.
์ด๋ฌํ ํ์์ ์ฃผํ์๊ฐ ๋์์ง์ ๋ฐ๋ผ PT์ ๋ณ์๋น๊ฐ ์ ์์ด๋๊ณผ ์ผ์นํ์ง ์์ผ๋ฉฐ, ๋์ ์ฃผํ์ ์คํํธ๋ผ์ ๊ฐ๋ ํํ์ ๋ํด ์๋ต ํน์ฑ์ ์์ธกํ๊ธฐ ํ๋ค๋ค.
๋ํ ์ค์ ์์คํ
์ load์ ์ํผ๋์ค๋ ๋ฌดํ๋ ํน์ 0๊ณผ ๊ฐ์ ์ด์์ ์ธ ์ข
๋จ์ ํ์ฑํ์ง ์์ผ๋ฏ๋ก ์ด์ ๋ํ ์์ธก์ ์ํ ๋ชจ๋ธ์ด ํ์ํ๋ค.
4. Source-Transformer-Load ๋ชจ๋ธ
๋ณธ ์ฅ์์๋ 2 ํฌํธ S ํ๋ผ๋ฏธํฐ ์ธก์ ์ผ๋ก๋ถํฐ ๋ณํํ ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ํ์ฉํ์ฌ ์์์ ๊ฐ์ ๊ฐ๋ ์ข
๋จ, ์
๋ ฅ ์ํผ๋์ค์ ๋ํด 2์ฐจ์ธก์ ์ ์ ์ ๋ฅ๊ฐ
์์ธก๋๋๋ก source-transformer-load ๋ชจ๋ธ์ ์์ ํ๊ณ ์ ํ๋ค (5). ๊ทธ๋ฆผ 7์ source-transformer-load๋ฅผ ๋ณด์ธ ๊ฒ์ด๋ฉฐ ์ฌ๊ธฐ์ transformer ๋จ์ ๊ทธ๋ฆผ 3์์ ์ ์ํ ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ด๋ค. ๋ํ ์ ์ ๋ฐ ์ํผ๋์ค์ S ์ L์ ๊ฐ๊ฐ ์ ์๋จ๊ณผ ๋ถํ๋จ์ ์ ์ ๋ฐ ์ํผ๋์ค๋ฅผ ์๋ฏธํ๋ฉฐ, ์ค์ ์์คํ
์์ ์กด์ฌํ๋
์ ์ก์ ๋ก ํจ๊ณผ ๋ฑ PT์ ์์ฒด์ ์ธ ํน์ฑ ์ธ์ ์์ธ์ ์ํด ๋ฐ์ํ๋ ์ ์๊ฐํ ๋ฐ ์ ํธ์๊ณก์ ๊ณ ๋ คํ๊ธฐ ์ํด ๋์
ํ์๋ค. ๊ณ ์ฃผํ ์ ๋ฌํน์ฑ ๋ถ์์ ๊ฒฝ์ฐ 50
ฮฉ์ผ๋ก ์ข
๋จ๋ ์ํฉ์์ ์ฝ์
์์ค๋์ ํ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ด ์ผ๋ฐ์ ์ธ ํํ์ด๋ฉฐ, ์ด์ ๋ฐ๋ผ ์ ์๋ถ ์ํผ๋์ค๋ 50 ฮฉ์ผ๋ก ํต์ผ์์ผฐ๋ค. ๋ํ ๋ถํ์ ์ ๋ฌ๋๋ ์ ํธ๋
์ถ๋ ฅ๋จ์ ์ํผ๋์ค ZL์ ์ํฅ์ ํฌ๊ฒ ๋ฐ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ 50 ฮฉ, 100 ฮฉ, 10 kฮฉ, 100 kฮฉ, 1 Mฮฉ์ ์ฌ๋ฌ ์ํผ๋์ค๋ฅผ ์ ์ ํ์ฌ ๋ถํ ์ํผ๋์ค์
๋ฐ๋ฅธ ์ ์ ์ธก๋ฉด์์์ ๊ณ ์ฃผํ ๋์ญ ๊ฒฝํฅ์ฑ์ ๋ถ์ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ด์ค์ ํนํ 1 Mฮฉ์
๊ทธ๋ฆผ. 7. Source-Transformer-Load ๋ชจ๋ธ ๊ฐ๋ต๋
Fig. 7. Source-Transformer-Load modelโs schematic
๊ฒฝ์ฐ ์ผ๋ฐ์ ์ธ PT์ 2์ฐจ์ธก์ด ๊ฐ๋ฐฉ๋ ์ํ์ธ high Z๋ฅผ ๋ชจ์ฌํ ๊ฒ์ด๋ค. Source- transformer-load ๋ชจ๋ธ์์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ๋ ABCD
ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ก๋ถํฐ ๊ณ์ฐํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ๋งคํธ๋ฆญ์ค ํํ๋ก ํํํ๋ฉด ์๋ ์ (4)์ ๊ฐ๋ค (5).
์ ์์ ์ ๋จ์ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค ์กฐ๊ฑด์ ๋ํด ๋ค์ ๋์ดํ๋ฉด ์ (5) ~ ์ (6)๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ํ๋ผ ์ ์๋ค (5).
์ฆ, ์ ์๊ณผ ์ ๋ฅ๋ ๋ชจ๋ ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ, source ๋ฐ load ์ํผ๋์ค์ ์ํด ๊ฒฐ์ ๋๋ฉฐ, ๊ฐ ๋จ์์์ ์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ์ ๋น์จ์ ํตํด ์ต์ข
์ ์ธ
์ ์, ์ ๋ฅ์ ์ด๋์ ๋ํ๋ด๋ฉด ์๋์ ์ (7)์ ๊ฐ๋ค (5).
๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ์ ์๋จ ์ํผ๋์ค๊ฐ ์ผ์ ํ ๊ฒฝ์ฐ, ์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ ์ ์ด๋์ load ๋จ์ ์ํผ๋์ค์ ๋ณ์๊ธฐ์ ABCD ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ฑ๋ถ์ ์ํด ๊ฒฐ์ ๋๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 8์ (a)์ (b)์๋ ๊ฐ๊ฐ ์ข
๋จ์ํผ๋์ค์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ์ ์ด๋์ ํฌ๊ธฐ์ ์์์, (c)์ (d)๋ ๊ฐ๊ฐ ์ ๋ฅ ์ด๋์ ํฌ๊ธฐ์ ์์์ ๋ํ๋ด์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 3๊ณผ ๋ง์ฐฌ๊ฐ์ง๋ก ๋์ ์ข
๋จ์ํผ๋์ค์์ 181.4 kHz ์์ ์ด๋์ด ์๋์ ์ผ๋ก ๋๊ฒ ํ์ฑ๋๋ฉฐ, ์์์์๋ 5๊ฐ์ง์ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค ๊ฐ์ ๋ํ ์ด๋์
์์์ด ์๋ ดํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ํนํ 1 MHz ์ด์ ์ฃผํ์์์๋ ์ ์ก์ ๋ก ํจ๊ณผ์ ๋ฐ๋ผ ๋ณ์๊ธฐ์ ์ด์์ ์ธ ์ ์์ด๋์ด ๋ฌด์๋ฏธํด์ง๋ฉฐ, ์๋์ ์ผ๋ก
๋งค์ฐ ํฐ ์ ์ ์ด๋๊ฐ์ ๊ฐ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ณ ์ฃผํ ์์ญ์์์ ์ ๋ฌ์ ๋ํ ์ ๋์ ์ธ ํ๊ฐ๊ฐ ํ์์ ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 8. Load ์ํผ๋์ค์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ์ ๋ฐ ์ ๋ฅ์ด๋ (a) ์ ์์ด๋ ํฌ๊ธฐ (b) ์ ์์ด๋ ์์ (c) ์ ๋ฅ์ด๋ ํฌ๊ธฐ (d) ์ ๋ฅ์ด๋ ์์
Fig. 8. Voltage and current gain according to load impedance (a) Magnitude of voltage
gain (b) Phase of voltage gain (c) Magnitude of current gain (d) Phase of current
gain
๊ทธ๋ฆผ. 9. 10 kฮฉ, 100 ฮฉ load์ 181.4 kHz ์ ํํ ์ ๋ฌํน์ฑ (a) ์
๋ ฅํ (b) ์ถ๋ ฅํ
Fig. 9. 181.4 kHz sine wave transmission characteristics at 10 kฮฉ load (a) input wave
(b) output wave
์ด๋ฌํ ๋ชจ๋ธ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก PT์ ์ ๋ฌํน์ฑ์ ์ (7)๋ฅผ ํ์ฉํ์ฌ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค์ ๋ฐ๋ฅธ ์๊ฐ์์ญ์ ์ ์ ํํ์ ๋ณด์ด๊ณ ์ ํ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 9์ 10์ ๊ฐ๊ฐ 181.4 kHz์ ๊ธฐ๋ณธ ์ฃผํ์๋ฅผ ๊ฐ๋ ์ ํํ์ ๊ตฌํํ์ 10 kฮฉ, 100 ฮฉ 2๊ฐ์ง load ์ํผ๋์ค์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ๋ฌํน์ฑ์ ๋ํ์ ์ผ๋ก ๋ํ๋ด์๋ค.
์ ์๋ถ์ 50 ฮฉ ์ ํญ์ ํต๊ณผํ ์
๋ ฅ ํํ์ ์ข
๋จ๋ถ์ ์ํผ๋์ค์ ์ํด ๋ณํ๊ฐ ๊ฑฐ์ ์์ผ๋, ์ถ๋ ฅํํ์ ์ ์ ์ด๋์ผ๋ก ํํํ์์ ๋ ๊ฐ๊ฐ 1.09 x
$10^{-2}$, 1.17 x $10^{-3}$ ์ด๋ฉฐ ์์์ฐจ๋ -4.57ยฐ, -5.88ยฐ๋ก, ์ข
๋จ์ํผ๋์ค ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ผ ๋ง์ ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด์ธ๋ค. ๋ํ
๋ ๊ฒฝ์ฐ ๋ชจ๋ ์ฝ 3 us ์ด๋ด์ ๊ณผ๋ ๊ตฌ๊ฐ์์ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ํ์ฑ๋๋ค.
๋ง์ฐฌ๊ฐ์ง๋ก ๋์ ์ฃผํ์๋์ญ์ ๋ํ ์๋ตํน์ฑ์ ๋ณด์ด๊ธฐ ์ํด ๊ตฌํํ๋ฅผ ์ ์๋ถ์ ์ ์ ๋ฐ ์ธ๊ฐํ์ฌ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค์ ํ์ฑ๋๋ ์ ์์ ๋ํ๋ด์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 10์ 181.4 kHz์ ๊ธฐ๋ณธ ์ฃผํ์์ ๊ตฌํํ์ ๋ํ 2๊ฐ์ง์ load ์ํผ๋์ค์ ๋ฐ๋ฅธ ์
๋ ฅ๊ณผ ์ถ๋ ฅ ํํ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค๊ฐ 10 kฮฉ ์ธ
๊ฒฝ์ฐ์ 100 ฮฉ์ธ ๊ฒฝ์ฐ ๋ชจ๋ ์ถ๋ ฅ ์ ์์์๋ ๊ตฌํํ์ ํํ๊ฐ ์ ์ง๋์ง๋ชปํ๋ฉฐ, ๊ณ ์ฃผํ ์ฑ๋ถ์ด ๋ ๊ฒฝ์ฐ ๊ฐ๊ฐ 30 mV ๋ฐ 20 mV ์ด์์ ์ต๋์น๋ฅผ
๋ณด์๋ค. ์ํผ๋์ค๊ฐ ์์ 100 ฮฉ์ธ ์ํฉ์์๋ ์๋์ ์ผ๋ก overshooting์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ๊ฐ์ํ์๋ค. ๋ํ์ ์ธ ๊ธฐ๋ณธ ์ฃผํ์์ ์ ํํ ๋ฐ ๊ตฌํํ์
๋ํด ๋ถ์ํด๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ์ค์ PT๊ฐ ์ค๋น๋๋ ์ค์ ๋ณ์ ์ ํ๊ฒฝ์์๋ GIS์ ๊ฐํ์จ์ง ํน์ ์ธ๋ถ ๋๋ขฐ์ ์ํ ๊ฑด๋ฌผ ๋ด ์ ๋์ฑ ์จ์ง๊ฐ ๋ฐ์ํ ์ ์๊ณ
ํ์ฑ๋๋ ์ฃผํ์ ์์ญ ๋ํ ์์ญ kHz~์์ญ MHz ๋์ญ๊น์ง ๋ค์ํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ source-transformer-load ๋ชจ๋ธ๋ก๋ถํฐ ๋ถ์ํ๋ ๊ณผ์ ์ด
์์ ์ ์ธ ๋ณ์ ์ ์ด์์ ํ์์ ์์ ์ ์ ์๋ค. ์ด์ ๋ํ ๋ถ์์ 5์ฅ์์ ์งํํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 10. ๋ถํ ์ํผ๋์ค์ ๋ํ 181.4 kHz ๊ตฌํํ ์ ๋ฌํน์ฑ (a) 10 kฮฉ์ผ ๋ ์
๋ ฅํ (b) 10 kฮฉ์ผ ๋ ์ถ๋ ฅํ (c) 100 ฮฉ์ผ
๋ ์
๋ ฅํ (d) 100 ฮฉ์ผ ๋ ์ถ๋ ฅํ
Fig. 10. 181.4 kHz square wave transmission characteristics for load impedance (a)
Input wave at 10 kฮฉ (b) Output wave at 10 kฮฉ (c) Input wave at 100 ฮฉ (d) Output wave
at 100 ฮฉ
5. PT์ ์จ์ง ์๋ตํน์ฑ
๊ทธ๋ฆผ. 11. (a) IEC 61000-4-5 ์จ์ง ์์ฑ๊ธฐ ๋ฑ๊ฐํ๋ก (b) ๋ถํ ๊ฐ๋ฐฉ์ํ์ ์จ์ง ์ถ๋ ฅ ํํ
Fig. 11. (a) IEC 61000-4-5 surge generator equivalent circuit (b) Surge output waveform
in open load state
3์ฅ๊ณผ 4์ฅ์์๋ ๋จ์ผ ์ฃผํ์๋ฅผ ๊ฐ๋ ์ ํํ์ ๋์ ์ฃผํ์ ๋์ญ์ ๊ฐ๋ ๊ตฌํํ ๋ ์ข
๋ฅ์ ํํ์ ๋น๊ตํจ์ผ๋ก์จ ์ด๋ก ์ ์ธ ๋ถ์์ ์ ์ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ค์
๋ณ์ ์์ ๊ฐํ ์จ์ง๋ ์ด๋ฌํ ์ผ์ ํ ๊ธฐ๋ณธ ์ฃผํ์์ ์ ํํ, ๊ตฌํํ์ ์ด์์ ์ธ ํํ๋ก ๋ฐ์ํ์ง ์๋๋ค. ๋๋ฌธ์, ์ค์ ๋ณ์ ์์์์ ์จ์ง๋ฅผ ๊ตฌํํ์ฌ ๋ถ์ํ
ํ์๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ฅผ ์ํด ๋ณธ ์ฅ์์๋ 4์ฅ์ source-transformer-load ๋ชจ๋ธ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก PT์ ๊ณผ๋์ ์์ด ๋ฐ์ํ๋ ๊ฒฝ์ฐ์ ์๋ตํน์ฑ์
๋ถ์ํ๊ณ ์ ํ๋ค. IEC 61000-4-5 ๊ท๊ฒฉ์์ ์ ์ํ ์จ์ง ํํ(๊ฐ๋ฐฉํ๋ก 1.2/50 us ์ ์)์ ๋์์ผ๋ก ํ์์ผ๋ฉฐ (6) ์ด ๋ ๊ทธ๋ฆผ 7์ VS์ ZS๋ฅผ ํฌํจํ๋ ์ ์๋จ์ ๊ทธ๋ฆผ 11์ (a)์ ๊ฐ์ด ๋์จ์ง ํํ ์์ฑ๊ธฐ์ ๋ฑ๊ฐํ๋ก๋ก ๋์ฒดํ์๋ค. ์จ์ง ํน์ฑ ์ ๋จ๋ฐ์ ์ธ ํํ ๋ฐ์์ด ํ์ํ๋ฏ๋ก ์ข์ธก ์ปคํจ์ํฐ๋ anode, cathode ์ฌ์ด์
์ ์์ฐจ๊ฐ ๋ ์๋ ์ํ์ด๋ฉฐ, ์ค์์น๋ฅผ ํตํด ๋ฐฉ์ ์ํค๋ ํํ๋ก ํํ์ ์ถ๋ ฅํ๋ ๊ตฌ์กฐ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 11์ (b)๋ ์ด์ ๋ํ ๊ฐ๋ฐฉ ์ํ์ ์ถ๋ ฅ ์ ์์ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ฉฐ ๊ท๊ฒฉ์์ ๊ถ๊ณ ํ๋ ํํ์ ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ํํ์ ์ต๋์น๋ 1 kV ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 12. 1 Mฮฉ load ์ ์จ์ง ์ ๋ฌํน์ฑ (a) ์
๋ ฅ์จ์ง ์๊ฐ ์์ญ (b) ์ถ๋ ฅ์จ์ง ์๊ฐ์์ญ (c) ์
๋ ฅ์จ์ง ์ฃผํ์ ์์ญ (d) ์ถ๋ ฅ์จ์ง
์ฃผํ์ ์์ญ
Fig. 12. Surge transmission characteristics at 1 Mฮฉ load (a) Input surge time domain
(b) Output surge time domain (c) Input surge frequency domain (d) Output surge frequency
domain
๊ทธ๋ฆผ. 13. 50 ฮฉ load ์ ์จ์ง ์ ๋ฌํน์ฑ (a) ์
๋ ฅ์จ์ง ์๊ฐ ์์ญ (b) ์ถ๋ ฅ์จ์ง ์๊ฐ์์ญ (c) ์
๋ ฅ์จ์ง ์ฃผํ์ ์์ญ (d) ์ถ๋ ฅ์จ์ง
์ฃผํ์ ์์ญ
Fig. 13. Surge transmission characteristics at 50 ฮฉ load (a) Input surge time domain
(b) Output surge time domain (c) Input surge frequency domain (d) Output surge frequency
domain
ํ 1. ๋ถํ ์ํผ๋์ค์ ๋ฐ๋ฅธ IEC 61000-4-5 ์จ์ง์ amplitude ๋น์จ
Table 1. Amplitude ratio of surge according to load impedance
$Z_{L}$
|
1 Mฮฉ
|
10 kฮฉ
|
1 kฮฉ
|
100 ฮฉ
|
50 ฮฉ
|
$f_{peak}$
(MHz)
|
7.205
|
7.205
|
7.205
|
7.21
|
7.215
|
$r_{f}$
|
133.99
|
133.66
|
130.68
|
105.99
|
87.83
|
๊ทธ๋ฆผ 12์ ๊ทธ๋ฆผ 13์ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค๊ฐ ๊ฐ๊ฐ 1 Mฮฉ, 50 ฮฉ์ธ๊ฒฝ์ฐ์ ์
-์ถ๋ ฅ ์ ์๊ณผ ์คํํธ๋ผ์ ๊ทธ๋ํ๋ก ๋ํ๋ด์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 12(a), (b)๋ ์๊ฐ์์ญ, (c), (d)๋ ์ฃผํ์ ์คํํธ๋ผ์ ๋ํ๋ด์์ผ๋ฉฐ (a)์ (b)๋ฅผ ํตํด 1 kV ์ต๋์น๋ฅผ ๊ฐ๋ ์จ์ง ์ธ๊ฐ ์ ํํ์ ํํ๊ฐ ์๊ณก๋ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ, ๊ฐํ๋ฅธ ์์น์๊ฐ ์์ญ์ ํฌํจ๋์ด์๋ ๊ณ ์ฃผํ ๋
ธ์ด์ฆ๋ก ์ธํด ์ฝ 2.3
V ์ ๋์ ์ต๋๊ฐ์ด ํ์ฑ๋จ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ์ด๋ ์ด์์ ์ธ ๋ณ์๋น๋ฅผ ๊ฐ์ ํ์ ์์ ์์๋๋ 1.2 V์ ๋นํด ์ฝ 1.9 ๋ฐฐ ์ ๋์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๋ํ๋ด์ด
1์ฐจ์ธก์์ ํ์ฑ๋๋ ๊ฐํ์ ์ํ ์จ์ง ๋ฐ์ ์ 2์ฐจ์ธก์ผ๋ก ๊ณ ์ฃผํ ์ ํธ๊ฐ ์ ๋ฌ๋ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ์์์ ์ ์ ์๋ค. ๋ํ (c)์ (d)๋ ๊ฐ๊ฐ ์
๋ ฅ ๋ฐ ์ถ๋ ฅ ์ ํธ์ ์ฃผํ์ ์คํํธ๋ผ์ด๋ฉฐ, (b)์ (d)์ ๋นจ๊ฐ์ ๊ทธ๋ํ๋ ์
๋ ฅ ์ ํธ์ PT์ ์ด์์ ์ธ ๋ณ์๋น๋ฅผ ์ ์ฉํ ์ฃผํ์ ์คํํธ๋ผ์ด๋ฉฐ ํ๋์ ๊ทธ๋ํ๋ source- transformer-load ๋ชจ๋ธ๋ก๋ถํฐ
๋์ถ๋ ์ถ๋ ฅ ์ ํธ์ ์ฃผํ์ ์คํํธ๋ผ์ด๋ค. ๊ณ ์ฃผํ ์์ญ์์๋ ์ถ๋ ฅ ์ ํธ์ harmonic ์ฑ๋ถ์ amplitude๊ฐ ์๋์ ์ผ๋ก ํฌ๋ฉฐ ํนํ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค์
๋ฐ๋ฅธ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์ญ kHz ~ 1 MHz ์ฌ์ด์ ์์ญ์์ ๊ฐ์ฅ ์ฐจ์ด๊ฐ ํฌ๋ค. ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค๊ฐ 50 ฮฉ ์ธ ์ํ์ ์จ์ง ์
๋ ฅ์ ๋ํ ์๋ต ํน์ฑ์ ์๋์ ์ผ๋ก
1 kฮฉ์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋นํด ๋ฎ์ ์ถ๋ ฅ๊ฐ์ ํ์ฑํ๋ฉฐ ์ด์์ ์ธ ๊ถ์ ๋น๋ก๋ถํฐ ํ์ฐ๋๋ ์ด๋์ ์ ์ฉํ 1.2 V ๋ณด๋ค๋ ์คํ๋ ค ๋ฎ๊ฒ ํ์ฑ๋จ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 13์ (c)์ (d)์์ ์ ์ ์๋ฏ์ด, ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค๊ฐ 50 ฮฉ ์ผ๋ก ๋ฎ์ ๊ฒฝ์ฐ ์ผ๋ถ ์ฃผํ์์์๋ ์ด์์ ์ธ ๋ณ์ ๋น์จ๋ณด๋ค๋ ๋ฎ๊ฒ ํ์ฑ๋์ง๋ง, ๋ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค ๋ชจ๋
์ MHz ~ 200 MHz์ ๊ณ ์ฃผํ ์์ญ์์๋ ์
๋ ฅ๊ณผ ์ถ๋ ฅ amplitude ์ฌ์ด์ ๋น์จ ์ฐจ์ด๊ฐ ํฌ๊ฒ๋ฌ๋ค. ๋ํ PT์ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค์ ๋ฐ๋ฅธ ์๋์ ์ธ
์ ์์ด๋์ ์จ์ง ์ ์์ด ๊ฐ๋ ์ฃผํ์ ์คํํธ๋ผ์ ์ด์์ ์ธ ๋ณ์๋น๊ฐ ๊ฐ๋ ๋น์จ๋ก๋ถํฐ ๋ถ์ํ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ฅผ ์ ๋ฆฌํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํ 1์ ๋ํ๋ด์๋ค. ๋ถํ ์ํผ๋์ค๋ 1 Mฮฉ, 10 kฮฉ, 1 kฮฉ, 100 ฮฉ, 50 ฮฉ ์ด 5๊ฐ์ง๋ฅผ ๋์์ผ๋ก ํ์๋ค. ํ๋ ์
๋ ฅ๋จ์ ์ ์์ด ๊ฐ๋ ์คํํธ๋ผ์์
์ด์์ ์ธ ๋ณ์ ๋น์จ์ ์ ์ฉํ์์ ๋, ์ถ๋ ฅ๋จ์์ ๋ํ๋ ์ ์์ ์คํํธ๋ผ ์ฌ์ด์ ๋น์จ์ ๋ณด์ธ ๊ฒ์ด๋ค. ์ฌ๊ธฐ์ ZL์ ๋ถํ์ ์ํผ๋์ค, fpeak๋ ์ถ๋ ฅ
์จ์ง์ ์ต๋ peak๋ฅผ ๊ฐ๋ ๊ณต์ง ์ฃผํ์, rf๋ ์ถ๋ ฅ์ ํธ์ ๊ณต์ง์ ์์์ amplitude์ ํด๋น ์ฃผํ์์์ ์
๋ ฅ์ ํธ์ ์ด์์ ์ธ ๋ณ์๋น๋ก๋ถํฐ ํ์ฐ๋
์ด๋ Gideal ์ ๊ณฑํ amplitude ์ฌ์ด์ ๋น์จ์ ์๋ฏธํ๋ฉฐ, ์ด๋ฅผ ์ (8)์ ๋ํ๋ด์๋ค.
์ด์์ ์ธ ๋น์จ ๋๋น ์คํํธ๋ผ ๋ด ์ต๋ ์ฃผํ์์์์ ๋น์จ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก๋ถํฐ ์ ์ ์๋ฏ์ด, ๋ถํ ์ํผ๋์ค๊ฐ ๋์ ๊ฒฝ์ฐ ์ ์์ด๋์ด ํฌ๊ฒ ์ฐจ์ด๋๋ฉฐ, ์ต๋ 133๋ฐฐ๊น์ง
๋ํ๋จ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๋ํ ๋ค์ฏ๊ฐ์ง์ ๋ถํ ์ํผ๋์ค์ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ชจ๋ ์ฝ 7.21 MHz ์ ๋์ ์ฃผํ์์์ peak๋ฅผ ๊ฐ๋๋ค.
6. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ 170 kV GIS์ ํฌํจ๋ PT์ ๊ณ ์ฃผํ ์ ๋ฌ ํน์ฑ์ ์ป๊ธฐ ์ํด 60 Hz๋ถํฐ 200 MHz ๊ตฌ๊ฐ๊น์ง S-ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ์ธก์ ํ์๋ค. 1
MHz ์ด์์ ๋์ญ์์๋ ์ ์ก์ ๋กํจ๊ณผ๋ก ์ธํด ๋ณ์๊ธฐ์ ๊ณ ์ ํน์ฑ์ ์๊ณ ๋ฐ์ดํฐ์ ๊ธ๊ฒฉํ ๋ณํ๊ฐ ๊ด์ธก๋์๋ค. ์ธก์ ํ S-ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ABCD
ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ๋์ถํ์ฌ ๋ถํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ํํ, ๊ตฌํํ ์ ๋ฌํน์ฑ์ ๋ํ ๋น๊ต ๋ฐ ๋ถ์์ ์ํํ์๋ค.
๋ํ ์ค์ ๊ณํต์์ ๋ฐ์ํ ์ ์๋ ์จ์ง๊ฐ ์ธ์
๋ ์ํฉ์ ๋ํ ํ๊ฐ๋ฅผ ์ํด ํ์ค ์จ์ง์ ์ IEC 61000-4-5๋ฅผ ์ ์ํ์ฌ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๋ ๋ฒจ์์ ์ธ๊ฐํ์ฌ
์ถ๋ ฅํํ์ ๋ถ์ํ์ฌ PT์ ๊ณผ๋์๋ต ํน์ฑ์ ๋ณด์๋ค. ์งง์ ์์น์๊ฐ์ผ๋ก ์ธํ ๊ณ ์ฃผํ ์ฑ๋ถ์ผ๋ก ์ธํด PT์ 2์ฐจ์ธก์ ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ์จ์ง ์ ์์ด ์ ๋ฌ๋์์ผ๋ฉฐ,
์คํํธ๋ผ ๋ถ์ ๊ฒฐ๊ณผ ๋์ ์ ์์ด๋์ ์ํด ๊ณ ์ฃผํ ๋์ญ์์ ๋์ ์ฑ๋ถ์ด ์ ๋ฌ๋จ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค๊ฐ ๋ฎ์ ๊ฒฝ์ฐ ์ผ๋ถ ๋์ญ์์๋ ์ ์์ด๋์ด
๋ฎ๊ฒ ํ์ฑ๋จ์ ํ์ธํ์์ผ๋ฉฐ, 5๊ฐ์ง์ ์ข
๋จ ์ํผ๋์ค์ ๋ฐ๋ฅธ ์จ์ง์ ๊ณ ์ฃผํ ๋์ญ์ ์ ์์ด๋ ๋น์จ์ ์ถ๊ฐ์ ์ผ๋ก ๋ถ์ํ์๋ค. ์ MHz ์ด์์ ๋์ญ์์๋
์ด์์ ์ธ ๋ณ์๊ธฐ์ ์ ์ ์ด๋๊ณผ ๋น๊ตํ์ฌ ๋งค์ฐ ๋์ ๋น์จ์ ํ์ฑํ์ฌ ๊ณ ์ฃผํ ์ ๋ฌํน์ฑ ๋ถ์ ์ ํนํ ๊ณ ๋ คํ์ฌ์ผ ํจ์ ์์ฌํ๋ค. ์ค์ ๊ณํต์์ ์ฌ์ฉํ๋
๋์ ์ํผ๋์ค์ ๋ณ์ ์ ๋ด๋ถ์ ์ธ์
๋๋ ๋์ ์คํํธ๋ผ์ ์จ์ง์์ ๊ณ ๋ คํ์์ ๋ ์ ์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ํตํด PT์ ๊ณ ์ฃผํ ์ ๋ฌํน์ฑ์ ์ฌ์ ์ ๋ถ์ํ๊ณ ๋ณ์ ์์
์์ ์ ์ธ ์ด์์ ๊ธฐ์ฌํ ์ ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๋๋๋ค.
Acknowledgements
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ 2016๋
๋ ์ฑ๊ท ๊ด๋ํ๊ต์ ํ๊ตญ์ ๋ ฅ์ฐ๊ตฌ์(์ฃผ) ๊ฐ์ ์ฐ์
ํ๋ ฅ ํ๋ก์ ํธ์ ์ง์์ ์ํ์ฌ ์ด๋ฃจ์ด์ง ์ฐ๊ตฌ๋ก์, ๊ด๊ณ๋ถ์ฒ์ ๊ฐ์ฌ๋๋ฆฝ๋๋ค.
References
Jun-Ho Park, Seok-Man Ko, Jun-Ho Choi, 2019, PT (Potential Transformer) Impedance
imbalance affecting the protection system, in Proceedings of the KIEE Conference Goseong,
pp. 749-750
Sung-Won Kwon, Sang Hwa Lee, Jae Kap Jung, Mun-Seog Kim, Jae Young Kim, Sung-Ha Lee,
2009, Development of 132 kV Standard Potential Transformer and Stability Test, in
proceedings of the KIEE Conference Muju, pp. 1387-1388
Sung-Jun Kim, Soo-Jung Ryu, Tae-Ho Kim, Jong Hyeon Kim, Wan-Soo Nah, Mar 2014, High-Frequency
Parameter Extraction of Insulating Transformer Using S-Parameter Measurement,
The Journal of Korean Institue of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 25,
No. 3, pp. 259-268
Hyeonjong Jung, Seok Yoon, Yuseon Kim, Seok Bae, Yeongseong Lim, Sep 2018, Method
for High Frequency Modeling of Transformers Using the S-Parameter, The Journal of
Korean Institue of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 29, No. 9, pp. 677-684
Kwangho Kim, Sungjun Kim, Wansoo Nah, Aug 2016, Voltage Transfer Characteristics of
an Insulation Transformer Up to 1 MHz, IEEE Transactions Electromagnetic Compatibility,
Vol. 58, No. 4, pp. 1207-1216
Compatibility, Electromagnetic, 2005, Part 4โ5: Testing and Measurement TechniquesโSurge
Immunity Test., MS IEC 61000
์ ์์๊ฐ
He received the B.S. degree in electronics engineering from Kwangwoon University,
Seoul, Korea, in 2020.
Since 2021, he has been M.S. student at the Department of Electrical and Computer
Engineering at Sungkyunkwan University, Suwon, South Korea.
His primary interests are EMI/EMC and SI/PI.
E-mail : riding@skku.edu
He received the B.S., M.S. and Ph.D. degrees in the Department of Electrical and
Computer Engineering at Sungkyunkwan University, Suwon, South Korea in 2013, 2015,
and 2022, respectively.
He is current in advanced design team, memory business, samsung electronics, Co.,
Ltd. His primary interests are EMI/EMC and SI/PI.
E-mail : fogshower@gmail.com
She received B.S., M.S. degrees in electrical engineering from Chungbuk National University
(CBNU), Korea, in 2011 and 2014.
She is currently a senior researcher of Korea Electric Power Research Institute (KEPRI).
Her research interests are substation equipment demonstration and insulation material.
E-mail : minhae.park@kepco.co.kr
She received the B.S. degree in electronics engineering from Kyungpook University,
Daegu, Korea, in 2020.
Since 2021, she is current in KEPCO Research Institute, Daejeon, South Korea.
Her primary interest is Eco-friendly substation facility.
E-mail : shimseonju@kepco.co.kr
์ต์ข
๊ธฐ (Jong-Kee Choi)
He received the B.S. degree in electrical engineering from Dong-guk University in
1992 and M.S, Ph.D degrees in electrical engineering from Hong-ik University in 1995
and 2003 respectively.
In 1995, he joined Korea Electric Power Corporation Research Institute. His primary
interests are power system grounding and transient analysis.
E-mail : jongkee.choi@kepco.co.kr
He received the B.S., M.S., and Ph.D. degrees in electrical engineering from Seoul
National University, Seoul, South Korea, in 1984, 1986, and 1991, respectively.
Since 1995, he has been with Sungkyunkwan University, Suwon, South Korea, where he
is currently a Professor in the College of Information and Communication Engineering.
He was a Guest Researcher at the Superconducting Super Colider Laboratory in the USA
from 1991 to 1993, and was also with the Korea Electrical Research Institute, Changwon,
South Korea, as a Senior Researcher from 1991 to 1995.
His primary research interests include EMI/EMC, and SI/PI, electric/electronic circuit
analysis and design.
E-mail : wsnah@skku.edu