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제품기초지식

제2회 단상 전력계에서의 실측【전력계 구조 해설/ 결선/ 설정/ 배선】

관리자 2024-05-30 조회수 139

목차

제1회 단상 전력계와 전력 기초 지식【전력이란/ 단상, 삼상/ 기본 용어】

제2회 단상 전력계에서의 실측【전력계 구조 해설/ 결선/ 설정/ 배선】

제3회 전력 측정 응용편【대기 전력 측정/ D/A 출력/ 노이즈 대책】

 

단상 전력계 WT310E의 구조

WT310E의 블록 다이어그램

현재, 요코가와 계측의 전력 측정기에는, 기기나 장치의 안정된 상태의 전력을 정확하게 측정하는 WT로 시작되는 모델명의 파워 애널라이저/파워 미터와, 순시적으로 변화하는 전력을 측정하는 PX로 시작되는 모델명의 프리시전 파워 스코프가 있습다.
WT310E는 WT 시리즈의 가장 기본적인 단상 전력계라는 위치에 있습니다. WT310E의 블록 다이어그램은 아래 그림과 같습니다.


그림 27. 단상 전력계 WT310E의 블록 다이어그램

 

WT310E에서는 전압과 전류의 파형을 A/D 변환기로 받아들여 FPGA안에 짜넣어진 연산 회로로 전압, 전류, 전력을 구하게 되어 있습니다
노이즈를 포함한 파형의 경우는 500Hz 로우 패스 필터를 삽입하여 안정된 측정이 가능하게 되어 있습니다
제로 크로스 검출기는 전압이나 전류의 파형으로부터 샘플링하는 1주기의 구간을 결정하거나 주파수를 측정하기 위해 사용됩니다
피크 검출기는 자동 범위 설정시 전압 신호 및 전류 신호의 피크 값을 초과하는지 여부를 검출하는 회로입니다

 

WT310E의 기본 사양

WT310E는 1995년에 발매된 WT110으로부터 디자인과 조작성을 계승하고 있다. 단, 측정 정확도나 주파수 대역 등의 성능은 세대가 진행됨에 따라 향상되고 있습니다
또 전력계를 PC와 조합해 사용하는 것이 많아져서, 다양한 통신 인터페이스에도 대응할 수 있도록 진화해 왔습니다
아래 표는 WT110에서 WT310E까지의 기본 사양 비교를 보여줍니다.


표 5. 단상 소형 전력계의 이력과 사양 비교

 WT100WT200WT300WT300E
발매년1995200220122015





입력 범위전압15/30/60/150/300/600V
전류0.5/1/2/5/5m/10m/20m/50m/100m/
10/20 A200m/0.5/1/2/5/10/20A
기본 정확도전압/전류0.15%+0.1%0.1%+0.1%0.1%+0.05%
전력0.2%+0.1%0.1%+0.1%0.1%+0.05%
주파수 대역DC, 10 Hz ~ 50 kHzDC, 0.5 Hz ~ 100 kHzDC, 0.1 Hz ~ 100 kHz
크레스트 팩터33 및 6A3, 6 및 6A
표시 갱신주기250ms(고정)100m/250m/500m/1/2/5s100m/250m/500m/1/2/5/10/20s 및 오토
적산시간1,000시간10,000시간
통신 
 인터페이스
USB× 
GPIB○(옵션)
RS-232○(옵션)○(옵션)
이더넷× ○(옵션)


(주의) WT200과 WT210/WT230은 사양이 약간 다르다. 자세한 것은 각 사양을 확인해 주시길 바랍니다


WT310E 전면 패널 및 후면 패널

단상 전력계 WT310E는 컴팩트한 케이스에 키 스위치, 입력 단자나 커넥터, LED 표시기가 장착되어 있습니다
기본 기능은 패널에서 쉽게 조작할 수 있게 되어 있지만, 고급 기능은 메뉴에서 설정하게 되어 있습니다
본체로부터의 조작은 번잡해지지만, WT310E에서는 고도의 기능은 무료 PC소프트 「WTViewerFreePlus」에 의해 용이하게 사용할 수 있는 환경을 준비하고 있습니다
WT310E의 전면 패널과 후면 패널은 아래 그림과 같습니다.

그림 28. WT310E 전면 패널 및 후면 패널

 

WT310E 뒷면에 설명된 주의사항

WT310E의 후면 패널에는 전압과 전류를 측정하기 위한 입력 단자와 통신 제어를 위한 단자가 장착되어 있습니다
전압과 전류를 측정하는 단자 주위에는 아래 그림과 같은 주의를 환기하는 설명이 있으므로 배선을 접속하기 전에 확인해 두는 것이 필요합니다.


그림 29. WT310E 후면 패널의 입력 단자에 표시된 주의사항



단상 전력을 측정하기 위한 결선

측정 대상과의 직접 결선

일반적인 가전기기나 사무기기 등의 전기기기의 소비 전력 등을 측정하는 경우는 전압 단자와 전류 단자에 배선합니다.
그 연결에는 아래 그림과 같이 네 가지 방법이 있습니다. 엄격한 측정이 아닌 경우는 어느 것을 선택해도 큰 차이는 생기지 않습니다.


그림 31. 단상 교류 전력을 측정하기 위한 4개의 결선

 

이상적으로는 전류 단자의 입력 저항은 0이 되고, 측정 전류에 의한 전류 단자 사이에 전압은 발생하지 않습니다
또한, 전압 단자의 입력 저항은 무한대가되고,인가되는 전압에 의해 전압 측정 단자 사이에 전류가 흐르지 않습니다.
WT310E에서는 크레스트 팩터 3(초기 상태)일 때, 0.5A 레인지에서 20A 레인지 설정시는 션트 저항의 입력 저항은 「약 6mΩ+10mΩ(max)」이 되고, 5mA 레인지에서 200mA 레인지 설정시는 「약 500mΩ」 이 때문에 측정 전류에 의한 전압 강하가 발생합니다.
WT310E의 전압 단자의 입력 저항은 약 2MΩ이기 때문에 전압 단자 사이에 인가된 전압에 의해 전류가 흐릅니다.
실제 측정에서는 아래 그림과 같이 측정 전류가 흐르면 전류 단자 사이에 전압이 발생하여 측정 전압에 가산됩니다.
또한, 전압 단자 사이를 흐르는 전류가 발생하여 측정 전류에 가산됩니다.
이 때문에 정밀한 측정을 하는 경우는 측정 전류가 작은 경우와 측정 전류가 큰 경우에서는 결선을 바꿀 필요가 있습니다.

그림 32. 입력 전력 손실로 인한 전력 측정에 미치는 영향


통상의 경우의 실측

60W 백열 전구와 같은 밝기의 LED 전구의 유효 전력과 역률을 측정해 본다. 이 경우, 전압 단자와 전류 단자의 입력 저항에 의한 영향을 고려하지 않아도 됩니다.
정확한 소비 전력을 측정하는 경우는 파형 좋고, 안정된 교류 전원이 필요하기 때문에, 이번 실측에서는 NF의 교류 전원 장치 EC1000SA를 이용했습니다.


그림 33. 60W 백열구와 LED 전구의 유효 전력과 역률의 측정

 

실제 측정은 아래 그림과 같이 수행하였습니다.
60W의 백열 전구에 대해서 같은 밝기의 LED 전구 쪽이 유효 전력은 적은 것을 알 수 있습니다 또 LED 전구는 콘덴서 인풋형 정류 회로를 내부에 가지고 있기 때문에 저항 부하의 백열 전구에 비해 역률은 나빠지고 있는 것도 알 수 있습니다.

그림 34. 60W 백열 전구와 LED 전구의 유효 전력 측정

 

측정전류가 작은 경우의 실측

가전기기나 정보기기는 이용하지 않을 때도, 단시간에 재기동을 할 수 있도록 대기 모드가 설정되어 있습니다.
대기 모드시의 소비 전력은 매우 작아진다. 그 밖에도 소비전력이 매우 작은 전자기기나 LED 조명도 있습니다.
소비 전력이 적은 기기를 측정하는 경우에는 접속의 차이에 의해 측정 결과에 다소의 차이가 생기므로 주의가 필요합니다.
이번에는 0.2W 미니전구의 전력 측정을 아래 그림에 나타낸 2개의 결선으로 실측한 결과를 나타냅니다.


그림 35. 다른 연결에서 0.2W LED 미니전구의 전력 소비 측정 구성

 

LED 미니 전구는 소비 전류가 10mA 정도이기 때문에 전압 단자 사이를 흐르는 전류가 가해지면 오차 요인이 됩니다.
아래 그림의 실측 결과에 나타낸 바와 같이 전압 단자의 접속 위치를 전류 입력 단자의 전후로 변경하면 차이가 발생합니다.
또, LED 미니 전구의 경우는 역률 개선의 대책이 취해지지 않기 때문에, 큰 LED 램프에 비해 역률은 나빠지고 있는 것을 알 수 있습니다.


전압 단자의 입력 저항의 영향을 포함한 결선 (비추천의 결선)

전압 단자의 입력 저항의 영향을 포함하지 않는 결선 (권장의 결선)

 비추천추천
인가 전압100.00 V100.00 V
소비 전류(실효값)9.997 mA9.987 mA
소비 유효 전력0.1701W0.1652 W
역률0.17020.1654

그림 36. LED 미니전구의 전력 측정에서의 결선의 차이

 

측정 전류가 큰 경우의 실측

주택이나 사무실에서 사용되는 콘센트에서는 최대 15A까지 밖에 전류를 흘릴 수 없기 때문에 결선에 의한 오차를 신경 쓰는 일은 적습니다.
이번에는 헤어 드라이어를 2대 사용해 실측을 실시했습니다. 교류 전원 장치는 NF사의 DP030S를 이용했습니다.


그림 37. 서로 다른 연결로 2개의 헤어드라이어의 전력 소비 측정

 

2대의 헤어 드라이어를 동작 시켰을 때의 소비 전류는 17A 정도가 되기 때문에, 전류 단자 간을 흐르는 전류의 영향이 결선에 의해 다소 발생한다. 아래 그림의 실측 결과에 나타낸 바와 같이 전압 단자의 접속 위치를 전류 입력 단자의 전후로 변경하면 차이가 발생한다. WT310E에서는 큰 측정 결과의 차이는 생기지 않지만, 정밀한 측정이 요구되었을 경우는 전류 단자의 영향을 받지 않는 결선을 할 필요가 있습니다.



 비추천추천
인가 전압96.43 V96.07 V
소비 전류(실효값)17.110 A17.099 A
소비 유효 전력1.6499 kW1.6428 kW
역률1.00001.0000


그림 38. 헤어드라이어(2대)의 소비 전력 측정에서의 결선의 차이에 의한 차이

 

전류 단자의 부유 용량의 영향을 줄이는 결선

션트 저항으로 구성된 전류 센서는 절연 회로로 되어 있으며, 케이스와는 직류적으로는 접속되어 있지 않지만, WT310E에서는 약 40pF의 부유 용량을 통해 교류적으로는 접속 되어 있습니다. 따라서, 전류 단자의 결선에 따라 고주파 영역에서 오차 요인이 됩니다. 일반적으로는 소비 전류 측정에는 영향이 거의 없습니다.




그림 39. 부유 용량의 영향을 줄이는 결선

 

외부 션트 저항을 사용했을 때의 결선

WT310E의 전류 레인지를 초과하는 전류 측정을 하는 경우는 외부에 전류 센서를 사용하여 측정하게 된됩니다 일반적으로 션트 저항(분류기)은 대전류 측정을 하는 경우에 이용되고 있습니다 정밀한 션트 저항은 과거에 요꼬가와에서도 판매하고 있었지만, 현재는 도쿄 정전이 제조 판매를 계승하고 있습니다.

표 6. 요꼬가와에서 판매하고 있던 주된 션트 저항과 현재 판매하는 도쿄 정전 제품의 대응표

요꼬가와가 과거에 판매하고 있던 제품도쿄 정전(주)이 판매하는 대체 제품
모델명정격
전류
공차정격
전압 강하
모델명정격
전류
정확도전압 강하
22150815 A±0.2%50 mVTS25-1515 A0.2%50 mV
0920 ATS25-2020 A
1030 ATS25-3030 A
1150 ATS25-5050 A
1275 ATS25-7575 A
13100 ATS25-100100 A
14150 ATS25-150150 A
14200 ATS25-200200 A
16300 ATS25-300300 A
221601500 ATS25-500500 A
02750 ATS25-750750 A
031000 ATS25-10001000 A
2217011500 ATS25-15001500 A
022000 ATS25-20002000 A
033000 ATS25-30003000 A
045000 ATS25-50005000 A


션트 저항은 원래 직류 전류를 측정하는 센서이기 때문에 주파수 대역은 넓지 않지만 상용 주파수 대역에서도 이용할 수 있습니다. 최근에는 SiC나 GaN을 사용한 인버터를 평가하기 위한 고주파 대역까지 특성을 보증한 동축 션트 저항이 판매되고 있습니다. WT310E에 션트 저항기를 접속하는 경우는 아래 그림과 같습니다.



그림 40. 션트 저항을 이용한 전류 감지 및 WT310E에 연결



션트 저항의 주파수 특성을 알고 싶은 분에게


션트 저항은 막대 모양의 저항을 갖는 금속으로 만들어집니다. 군마대학의 다음 홈페이지에 토오사카 슌쇼씨에 의한 션트 저항의 주파수 특성을 NF사의 FRA(주파수 특성 분석기: Frequency Response Analyzer)를 이용하여 측정하는 방법과 측정 결과를 게재하고 있다. 션트 저항의 주파수 특성을 알 필요가 있는 경우는 참고가 된다.

군마대학 “고도인재양성을 위한 사회인 다시 배우는 대학원 프로그램” 그린 헬스케어 일렉트로닉스를 지지하는 이그제큐티브 엔지니어 양성 프로그램
아날로그 유용 실험실
제1회 임피던스 측정
https://yumilab.ei.st.gunma-u .ac.jp/AnalogKnowledge/Laboratory/Chapter001/index.html       





전압 출력형 AC 클램프 온 프로브를 이용한 전류 검출

요꼬가와 계측에는 전압 출력형의 40Hz~3.5kHz까지의 50Arms와 200Arms의 2종류의 외부 전류 센서가 있습니다.
간단한 측정을 할 때 편리하게 사용할 수 있는 외부 전류 센서입니다. WT310E는 아래 그림과 같이 연결됩니다.


그림 41. 전압 출력형 AC 클램프 온 프로브를 WT310E에 연결

 

전류 출력형 AC 클램프 온 프로브를 이용한 전류 검출

요꼬가와 계측에는 전류 출력형의 30Hz~5kHz까지의 1000Arms의 외부 전류 센서가 있습니다. 간단한 측정을 할 때 편리하게 사용할 수 있는 외부 전류 센서입니다.
전류 출력이기 때문에, WT310E의 전류 단자에 접속합니다. 그리고 WT310E는 아래 그림과 같이 연결됩니다.
센서로부터 WT310E까지 접속하는 케이블은 외부로부터의 노이즈의 영향을 피하기 위해서 2개의 전선을 꼬아 사용하는 것이 바람직합니다


그림 42. 전류 출력 AC 클램프 온 프로브를 WT310E에 연결

 

제로 플럭스형 AC/DC 전류 센서를 이용한 전류 검출

요꼬가와에서는 광대역인 제로 플럭스형 AC/DC 전류 센서를 전력 측정용으로 판매하고 있습니다. 자동차 구동용 인버터 등 대전류를 측정하는 경우에 사용됩니다.
이 센서를 이용하는 경우에는 외부에 전원 장치를 준비할 필요가 있습니다.
WT310E와의 연결은 아래 그림과 같습니다. 부하 저항값은 전류 센서의 종류에 따라 다르므로 센서의 사양을 확인할 필요가 있습니다.


그림 43. 제로 플럭스형 AC/DC 전류 센서를 WT310E에 연결

 

제로 플럭스형 AC/DC 전류 센서는 광대역까지 측정할 수 있는 특징은 있지만, 아래 그림과 같이 주파수가 높아지면 이용 가능한 전류 범위는 좁아집니다.
높은 주파수에서 허용 상한을 초과하는 전류를 측정하면 전류 센서가 과열되어 파손될 위험이 있으므로 주의가 필요합니다.




그림 44. 제로 플럭스 형 AC / DC 전류 센서의 주파수에 의한 디 레이팅

 

CT/VT와 조합한 결선

전력 제어반 등에서는 CT(Current Transformer, 변류기)나 VT(Voltage Transformer, 계기용 변압기)가 내장되어 있는 경우가 있습니다.
시중에 판매되고 있는 표준용 및 일반 계측용의 CT는 JIS C1731-1, VT는 JIS C1731-2에 따라 만들어지고 있습니다.
또, 요꼬가와 계측에서는 2019년 말까지 정밀 계측용, 계기 교정용으로 아래 표의 CT나 VT를 판매하고 있었습니다. 현재는 도쿄 정전이 같은 사양의 CT나 VT의 판매를 계승하고 있습니다.

표 7. 계기용 정밀 변성기



계기용 정밀용 변류기


요꼬가와 계측(주)이 과거에 판매하고 있던 제품도쿄 정전(주)이 판매하는 대체 제품
모델명계급1차측
전류
2차측
전류
정격
부하
최고 회로
전압
모델명계급1차측
전류
2차측
전류
정격
부하
최고 회로
전압
22410.210/15/30/50/100/250/300/500/750/1500 A5 A15 VA3450 VCTL
2-1
0.110/15/30/50/100/250/300/500/750/1500 A5 A15 VA3450 V
0.2
22420.210/15/30/50/100/250/300/500/750/1500 A5 A15 VA6900 VCTL
3-1
0.110/15/30/50/100/250/300/500/750/1500 A5 A15 VA6900 V
0.2


계기용 정밀용 변압기


요꼬가와 계측(주)이 과거에 판매하고 있던 제품도쿄 정전(주)이 판매하는 대체 제품
모델명계급1차측
전압
2차측
전압
정격
부하
모델명계급1차측
전류
2차측
전류
정격
부하
2261 010.2220/440/2200/3300V110V15 VAVTL
2-1
0.1220/440/2200/3300V110V15 VA
0.2





CT나 VT를 WT310E에 접속하는 경우는 아래 그림과 같이 됩니다. 안전을 위해 반드시 2차측의 1개의 배선은 접지에 접속하여 사용합니다.




WT310E의 내부 상태 설정

여기서, WT310E를 설정하는 순서에 대하여 설명합니다.
다만 WT310E는 고기능이기 때문에 모든 설정에 대한 해설은 실시하지 않고, 기본적인 설정만의 해설을 진행합니다
WT310E의 조작을 시작하기 전에 내부 상태를 초기화하기 위해 전면 패널의 UTILITY 메뉴에 있는 초기화(init)를 선택한 후 Yes를 선택하여 초기화를 실행합니다
초기화됨에 따라 모든 설정이 공장 출하 시 설정이 됩니다. 공장 출하 상태는 사용 설명서에 설명되어 있습니다.
초기화하지 않는 경우에는 과거의 설정이 본체에 남아 있기 때문에, 확실한 설정을 할 때에는 초기화하는 것이 바람직합니다.


측정 모드 설정

WT310E에는 3개의 측정 모드가 준비되어 있다. 통상은 초기 상태의 전압과 전류의 진실한 실효값을 구하는 모드로 측정을 행합니다.
PWM 인버터의 2차측의 전압값 측정에서는 평균값을 이용하는 경우가 있습니다.




전압 범위 설정

측정 대상에 인가되는 전압 범위를 알고 있으면 고정 레인지가 선택되지만, 불명한 경우는 입력 전압에 맞추어 최적의 레인지가 결정되는 오토 레인지가 됩니다.
고정 범위를 설정하면 범위 간 오차가 발생하지 않습니다.




전류 범위 설정

전류 입력은 직접 입력과 외부 센서를 사용할 수 있습니다.
직접 입력에서는 측정 대상에 흐르는 전류의 범위가 알고 있는 경우는 고정 레인지, 모르는 경우는 오토 레인지가 사용됩니다.
에너지 절약을 위해 대기 모드를 가지는 기기나 장치의 경우, 운전시에는 큰 전류가 흐르고, 대기시에는 작은 전류밖에 흐르지 않기 때문에 오토 레인지를 사용하여 측정하는 경우가 있습니다. 외부 센서를 이용하는 경우에는 스케일링이 필요하므로, 사용설명서에 따라 설정을 할 필요가 있습니다.



기타 설정

WT310E로 전력을 측정하는 경우는 전압 레인지와 전류 레인지를 설정하면 많은 경우는 문제없이 전력의 측정을 할 수 있습니다.
측정하는 전압이나 전류의 신호에 노이즈가 중첩되어 있는 경우는 입력 필터를 설정하면 안정된 측정이 가능해집니다.
입력 필터에는 2종류 준비되어 있어 측정 신호의 대역을 500Hz까지 제한하는 라인 필터와 측정 구간을 검출하기 위한 주파수 필터에 의한 대역 제한이 있습니다.
라인 필터는 측정 결과에 영향을 미치므로 주의가 필요합니다.



입력되는 전압이나 전류의 신호가 안정하지 않으면 평균화가 설정됩니다. 평균화 유형은 지수화 평균과 이동 평균을 제공합니다 평균 설정에 따라 측정 결과에 영향을 미치므로 주의가 필요합니다.


적산 전력 설정

WT310E를 사용하여 기기나 장치가 구동하고 있는 시간의 적산 전력(=전력량)을 측정하는 경우의 설정을 아래 그림에 나타냅니다.
적산 전력은 주로 기기나 장치가 소비한 에너지량을 측정하는데 사용됩니다.


그림 51. 적산 전력 측정 설정

 

WT310E에는 매뉴얼, 표준, 연속의 3개의 적산이 있으며, 용도에 따라 구분합니다.

표 8. WT310E 적산 모드

적산 모드시작정지반복 동작
매뉴얼키 조작키 조작
표준키 조작타이머 시간에 정지
연속(반복)키 조작키 조작타이머 시간에 반복



WT310E의 측정 결과 표시

WT310E의 전력 측정에서 측정 결과는 본체 패널의 7 세그먼트 LED 표시기에 수치로 표시됩니다.
가장 자주 사용되는 것이 전압값, 전류값, 유효전력값, 역률이 되어 초기화시의 설정이 되고 있습니다.
그 외의 측정값을 표시하는 경우는 표시 설정을 변경할 필요가 있습니다.


표 9. 측정 결과 표시(고조파 측정 시 제외)

 디스플레이
A
디스플레이
B
디스플레이
C
디스플레이
D
전압〇(초기화시)
현재〇(초기화시)
유효 전력〇(초기화시)
피상 전력   
무효 전력   
역률  〇(초기화시)
위상각   
전압 주파수   
전류 주파수   
전압의 피크값   
전류의 피크 값   
전력의 피크 값   
적산값   
적산시간   
적산 전력   
적산 전류   


고조파 측정 시 설정(옵션)

WT310E에는 받아들인 전압 파형, 전류 파형과 연산에 의해 얻은 전력의 50차까지의 고조파 해석이나 전압 파형과 전류 파형의 변형률의 측정을 실시하는 기능이 통상의 측정 모드 이외에 옵션으로서 있습니다.
그래픽 화면을 가진 파워 아날라이저에서는 모든 차수의 고조파를 그래프 표시시킬 수 있지만, 숫자 표시 밖에 없는 WT310E에서는 차수를 설정해 레벨을 수치로 보게 됩니다.
고조파 측정을 수행하는 설정은 아래 그림과 같습니다.


고조파 해석이나 변형률 측정을 한 결과는 본체의 7세그먼트 LED에 수치로서 표시된다. 표시 할 측정 항목은 미리 설정되어 있습니다.
고조파 해석을 WT310E만으로 실시하는 것은 조작성이 나쁘기 때문에, 무료 PC 소프트웨어 「WTViewerFreePlus」와 조합해 사용하는 것이 바람직합니다.


표 10. 고조파 해석 결과 표시

 디스플레이
A
디스플레이
B
디스플레이
C
디스플레이
D
1~50차 성분까지의 전 실효치 전압 
1~50차 성분까지의 전체 실효치 전류 
1~50차 성분까지의 전체 실효치 전력 
지정된 차수의 전압 실효치   
지정된 차수의 전류 실효치   
지정된 차수의 유효 전력 실효치   
지정된 차수의 전압 함량   
지정된 차수의 전류 함량   
지정된 차수의 유효 전력 함량   
1차 전압에 대한 지정된 차수의 전압 위상각   
1차 전류에 대한 지정된 차수의 전류 위상각   
기본파(1차파)의 역률   
전압 주파수   
전류 주파수   
전압 변형률   
전류의 변형률   



WT310E와의 배선


일반 주의사항

파워 일렉트로닉스에서는 고전압이나 고전류를 취급하는 경우가 있으므로, 계측기에 접속하는 배선에는 주의가 필요합니다.
전력계를 사용하여 소비 전력을 정확하게 측정하는 경우는 교류 전원 장치와의 조합이 많기 때문에, 아래 그림에는 교류 전원 장치와 조합한 경우의 일반적인 주의점을 나타냅니다.
단자대를 사용하는 경우에는 배선재가 단자대에 확실하게 부착되도록 압착 단자를 사용하는 것이 좋습니다.




그림 53. 전력 측정에서의 일반적인 주의점

 

대형 장치 등에서는 교류 전원 장치로부터의 배선이 어느 정도의 거리가 되는 경우가 있으므로, 배선재의 저항에 의한 전압 강하를 고려할 필요가 있습니다.
예를 들어 교류 전원 장치와 부하 사이의 전압 강하를 0.5V 이내에 맞추려면 아래 그림에 나타내는 그래프로부터 배선재의 두께를 결정합니다.



출처:케이블의 특성 예(NF 홈페이지)

그림 54. JIS C3307 규격 「 IV 케이블」에서의 전압 강하가 0.5V에 맞는 케이블 길이

 

높은 주파수에서의 주의점

IH 조리기, 유도 가열로, 비접촉 급전 장치에서는 상용 주파수보다 높은 주파수의 1kHz 이상의 주파수를 이용한다.
예를 들면 하기 그림에는 IH 조리기에서의 가열 코일에 흐르는 교류 전류 측정의 사례를 나타낸다.


그림 55. IH 조리기의 과열 코일 구동 전류 측정

 

주파수가 높은 교류를 배선에 의해 전송하는 경우는 도선 내에서 발생하는 표피 효과와 도선 사이에서 발생하는 근접 효과에 의해 교류 저항이 높아집니다.
아래 그림에는 얇은 절연 피막으로 덮인 도선(에나멜선)을 꼬아서 만든 리츠선과 구리 단선의 주파수 특성을 나타냅니다.


출처:무선 급전용 코일의 최적화 검토 (쇼와 전선 리뷰 Vol.62 2016)

그림 56. 리츠선의 교류 저항 측정 예

 

리츠선의 이용이 유효하게 되는 10kHz에서 1MHz까지는 표피 효과의 영향을 억제하고 있는 것을 알 수 있습니다. 1MHz 이상인 경우는 리츠선에서의 근접 효과의 영향이 생겨, 구리 단선보다 교류 저항이 높아지고 있습니다.


전력 측정에 사용하는 교류 전원 장치

정확한 전력 측정을 위해서는 안정된 AC 전원이 필요합니다.
교류 전력의 측정에는 교류 전원의 지식도 필요하기 때문에, 교류 전원 장치에 대하여 개요를 설명합니다.


상용 교류 전원 파형

전력회사로부터 공급되는 상용교류전원은 이상적으로는 주파수가 간사이에서는 60Hz, 간토에서는 50Hz로, 전원파형은 실효값이 100V인 연속 사인파입니다.
그러나 실제로 콘센트에서 얻은 AC 전원은 이상적인 파형이 아닙니다.
콘센트로부터의 상용 교류 전원과 이상적인 교류 전원의 차를 나타내기 위해서, 아래 그림과 같은 항목으로 전원 품질의 평가가 행해지고 있다. 목적에 따라 아래 그림에 표시되지 않은 항목에서도 평가가 수행됩니다.


그림 57. 단상 교류에서의 전원 품질


전원 품질을 규정 할 수없는 교류 전원을 사용하여 전력을 측정하면 정확한 결과를 얻을 수 없으므로 전원 품질이 보장 된 교류 전원 장치를 사용합니다.
또한 콘센트에서 얻어지는 교류 전원의 라인 임피던스는 분전반으로부터의 배선이나 그 밖에 접속되어 있는 기기나 장치의 영향을 받기 때문에 특성을 규정할 수 없기 때문에, 재현성이 좋은 측정을 하려면 안정된 낮다 출력 임피던스를 갖는 교류 전원 장치가 필요합니다.
계측용으로 만들어진 교류 전원 장치는 주파수나 전압을 임의로 변경할 수 있게 되어 있어, 전세계의 전원 환경을 만들어낼 수 있으므로, 개발로부터 생산까지의 현장에서 사용되고 있다.
고기능의 교류 전원 장치에서는 순간 정전이나 주파수 변동 등 이상한 상태를 재현성 좋게 만들어낼 수도 있습니다.


교류 전원 장치의 종류

교류 전원 장치에는 내부가 아날로그 회로만으로 구성된 리니어 앰프 방식과 스위칭 소자를 사용하여 구성된 스위칭 방식이 있습니다.
최근에는 스위칭 방식이 주류가 되고 있습니다. 각 방법의 비교를 아래 표에 나타내었습니다

표 11. 선형 방식과 스위칭 방식의 성능 비교


 

스위칭(인버터) 방식

프로그래머블 교류 전원 DP 시리즈

프로그래머블 교류 전원 DP 시리즈
(NF)

리니어 앰프 방식

프로그래머블 AC 전원 ES 시리즈

프로그래머블 교류 전원 ES 시리즈
(NF)

주파수 대역좁음(DC ~ 수 kHz 정도)넓음 (DC ~ 수십 kHz 이상도 가능)
효율(제품 정격)70~80%(발열이 적음)50% 정도(발열이 많다)
부피작음(방열기가 작음)큰 (방열기가 큼)
질량가벼움무거움
고전압화·대전력화쉬운어려움
변형(증폭부로서)데드 타임으로 인한 변형크로스 오버 스트레인이 있습니다.
회로 구성복잡(부품이 많음)단순(부품이 적음)


교류 전원 장치는 측정 대상에 따른 출력 용량의 제품을 선택할 필요가 있습니다.
소형의 교류 전원 장치에 공급하는 상용 전원은 단상 교류이지만, 대형의 교류 전원 장치에 공급하는 상용 전원은 3상 교류만이 되므로 주의가 필요합니다.
또한 대형 교류 전원 장치를 설치하는 경우에는 전원 장치로부터의 폐열이나 건물 바닥의 내하중도 고려할 필요가 있습니다.