산업별 어플리케이션

1. 배경

대기 전력은 냉장고, 온수기, TV, 에어컨, 전화기 등의 전자 기기가 전원 꺼짐 또는 대기 모드에 있는 상태에서 소비되는 전력입니다. 개별 전기 제품의 대기 전력은 작지만, 가정의 대기 전력을 합산하면 그 가정의 총 소비 전력의 몇 %가된다고합니다. 가정이나 사무실, 공장 등 사회 전체에서 합하면 매우 크고 쓸데없는 전력이 됩니다.

전력 삭감을 위한 규격에는 국제 규격 IEC62301 : 2011 (Ed.2.0)* 나 ErP ** , Energy Star 가 있습니다. 이 표준은 저전력 모드에서 전력 소비를 측정하는 방법을 규정하고 있으며, 고정밀 전력 측정이 요구되고 있습니다.

본서에서는, 대기 전력을 억제하는 4 개의 방법과 과제, 고정밀도로 대기 전력의 측정을 실시하는 수법을 소개합니다.

*IEC 62301 Ed2.0 은 EN 50564:2011 지침에서 참조 표준입니다. 대응하는 일본 공업 규격은 JIS C 62301 입니다.

** 소비전력 측정 방법은 IEC62301 : 가전 제품 ― 대기시 소비전력 측정( Household Electrical Appliances - Measurement of Standby Power )을 사용하고 있습니다.

2. 과제

대기 전력을 억제하는 방법에는 ① 순수하게 전류를 줄이는 방법, ② 전류가 흐르는 시간을 짧게 하는 방법, ③ 전류를 간헐적으로 흐르는 방법, ④ 전압과 전류 사이의 위상을 어긋나는 방법 등이 있습니다. 대기 전력을 고정밀도로 계측하는데 있어서, 각각의 방법으로 다음과 같은 과제가 있습니다.

① 전력, 전류를 줄이는 방법

미소전력, 미소전류를 계측하게 되며, 사용하는 전력계의 전력분해능이나 최소전류범위, 노이즈가 들어가지 않는 결선에 충분히 주의를 기울여야 합니다.

② 전류가 흐르는 시간을 짧게 하는 방법

부하가 작기 때문에 전류 파형은 왜곡되어 짧은 펄스 형태가 됩니다. 파형의 파고값(피크값)과 실효값의 비율을 크레스트 팩터( CF , 파고율)라고 하며, 전력계에서는 측정 범위의 몇 배까지의 파고값을 입력할 수 있는지를 나타냅니다. 과부하가 발생하지 않도록 전력계의 측정 범위와 파고율을 선택해야 합니다.

(IEC 62301 등에서는 크레스트 팩터가 3 이상의 측정 조건이 요구되고 있습니다)

③ 전류를 간헐적으로 흘리는 방법

이 경우, 전압의 주기로 순간 전력을 평균화해도, 평균화 구간에 의해 유효 전력의 측정치가 변동해 버리는 일이 있습니다. 이 경우 전력계의 전력 적산 기능을 이용하는 방법이 유효합니다.

④ 전압과 전류 사이의 위상을 어긋나는 방법

전압과 전류 사이의 위상을 어긋나고 의도적으로 저역률로 하여 대기전력을 작게 하는 방법입니다. 전압과 전류의 위상차가 90° , 즉 역률이 0 에 가까운 상태이며, 작은 위상의 차이가 크게 측정 정확도에 영향을 주기 때문에, 0으로부터의 유효 입력 범위를 보증하는 역률 오차의 영향이 작은 고정밀 전력계를 사용해야합니다.

3. 솔루션

요꼬가와 계측의 WT 시리즈는 대기 전력의 계측에도 최적인 계측 솔루션을 제공합니다.

크레스트 팩터 및 전류 범위 선택

다음 절차에 따라 파고율과 전류 범위를 선택합니다.

① 전류 레인지를 오토 레인지로 설정하여 측정합니다.

[전압 범위는 입력할 전압 범위를 선택합니다]

② 전류의 피크값과 실효값을 확인하고, 그 비로부터 크레스트 팩터를 CF3 , CF6 , CF6A* 에서 선택합니다.

③ 다음 방정식을 사용하여 전류 피크 값과 선택한 파고율에서 전류 범위를 선택합니다.

* CF6A : CF6 보다 레인지 업 조건을 다음과 같이 변경하고 있습니다. 이렇게하면 자동 범위에서 왜곡 파형을 측정하는 동안 범위 변경이 자주 발생하지 않습니다.

• 오토 레인지 범위 업 조건

전압 또는 전류의 실효값이 측정 범위의 220%** 를 초과

• 오버로드 표시 (“- - OL - -”) 가 되는 조건

전압 측정값과 전류 측정값이 측정 범위의 280%** 를 초과

** WT310E 는 각각 260% , 600%

4. 평균 전력 계산

IEC62301 에서는 장비를 30 분 웜업한 후, 인접한 2 개의 측정 기간의 평균 전력의 차이가 다음의 경우, 안정성이 확립되어 있다고 하여, 2개의 측정값의 평균으로서 전력을 결정합니다.

• 입력 전력이 1W 이하인 제품: 10mW/h

• 입력 전력이 1W를 초과하는 제품: 측정된 시간당 입력 전력의 1%

평균 전력의 산출 방법에는, 측정치의 단순 평균을 취하는 전력 평균법(전력계의 애버리지 기능)과 적산 전력량을 적산 시간으로 나누어 구하는 전력 적산법 전력계의 적산 기능, 평균 유효 전력 기능 )가 있습니다. 전력 적산법은 전력 평균법에 비해 편차가 억제된 유효 전력을 얻을 수 있습니다.

5. 저역률 장비 측정

전력계의 오차는 판독값 오차 + 범위 오차 + 위상 오차로 분해됩니다. 제 3 항의 위상 오차 는 「전력 판독 값 W x tan 낮은 역률이 되면 영향도가 삼각함수 tan 에 크게 영향을 준다는 것을 의미합니다.

따라서 0 %에서 유효 입력 범위를 보장하는 역률 오차의 영향이 적은 전력계를 사용하는 것이 바람직합니다.

WT5000 은 유효 입력 범위가 0% ~ ±130% 로 저역률의 기기의 대기 전력을 측정하는 경우에도 오차가 작고 고정밀도의 측정이 가능합니다.

6. 전력계와의 연결

마이크로 전류를 측정하는 경우 전류 클램프나 전류 센서를 사용할 수 없으므로 전력계에 직접 입력합니다.

결선을 간단하게 하기 위한 어댑터가 소개되는 경우가 있습니다만, 어댑터에 의한 측정 오차가 들어오므로, 추천할 수 없습니다.

소비 전력 측정 소프트웨어(무상)를 사용하면, 규격에 준거한 대기 전력 측정을 간단하게 실시할 수 있습니다.

7. 외부 노이즈 제거

전력계에 직접 입력하기 위해 피측정물로부터 결선하는 경우, 결선에는 안전 단자 등을 이용하여 감전이나 기기의 손상에 충분히 주의해 주십시오.

그 때, 외부 노이즈에 의한 노이즈 전류의 비율이 상대적으로 커지므로, 노이즈의 영향을 받기 어려운 배선을 할 필요가 있습니다.

① 노이즈를 발생하고 있는 기기로부터 측정대상, 배선케이블, 전력계를 놓습니다.

② 배선길이를 가능한 한 짧게 합니다.

③ 배선 케이블로 만들어지는 전류 루프의 면적을 작게 한다. 배선 케이블을 트위스트 페어로 합다.

8. 전압입력과 전류입력의 접속위치

그림 (a) 와 같이 전압 측정 단자를 전류 측정 단자보다 부하측에 접속한 경우, 전류 측정 회로에는 부하에 흐르는 전류와 전압 측정 회로의 입력 저항에 흐르는 전류의 가산 전류가 흐르고, 전류 측정치 오차가 커집니다.

미소전류를 측정하는 경우, 그림 (b) 와 같이 접속하면 전류측정회로에는 부하에 흐르는 전류만이 흐르고, 전압측정회로에 흐르는 전류의 영향이 없어집니다. 단, 반대로 전류가 큰 경우에 그림 (b) 의 접속을 행하면, 전류 측정 회로의 션트 저항에 흐르는 전류에 의한 전압 강하분이 부하에 걸리는 전압에 가산되어 전압 측정 회로에 입력되기 때문에, 전압 측정값의 오차가 커집니다.

9. 소프트웨어

소비 전력 측정 소프트웨어(무상)는, 요꼬가와 계측의 WT 시리즈 전력계 / 파워 분석기를 접속하는 것으로, IEC 62301 Ed2.0 ( 2011 ) 및 ErP 지령 Lot6 의 시험 방법에 준거한 측정을 간단하게 할 수 있는 소프트웨어 입니다.

● 측정 조건을 전환하여 IEC 62301 Ed1.0 및 Ed2.0 에 대응한 측정을 할 수 있습니다.

※IEC62301 Ed2.0 ( 2011 )에서는 안정된 측정 결과를 얻기 위한 알고리즘과 측정 패턴이 Ed1.0 에서 크게 변경되었습니다.

● 필요한 정보를 입력하여 전력 측정을 할 수 있습니다.

● 측정 결과를 보고하고 출력할 수 있습니다.

● IEC62301 Ed2.0 ( Auto ) 설정의 경우에는 측정 화면에 측정 데이터, 판정 데이터의 트렌드 그래프 표시를 할 수 있습니다.

10. 고정밀 대기 전력 측정

WT 시리즈는 대기 전력 측정 규격 IEC62301 , ErP 지령, Energy Star 등의 규격에 대응하여 고정밀 대기 전력 측정을 제공합니다.

WT5000 에서의 대기 전력 측정 예