전압, 전류 및 전력 측정 방법

개요

본 백서는 컴퓨터 기반을 통해 전압, 전류 및 전력 측정을 지원하는 방법을 포괄적으로 살펴보기 위해 작성되었습니다. 다음 자료에서는 시중에서 구입할 수 있는 일반적인 센서, National Instruments의 전압 및 전류 측정 하드웨어와 전력 계산용 소프트웨어 패키지를 다룹니다. 본 백서에 소개되는 센서, NI 하드웨어, 소프트웨어 제품을 함께 사용하면 전압, 전류, 전력 측정을 완벽하게 수행하기 위한 사용자 정의 테스트 측정 및 제어 시스템을 구성할 수 있습니다.

내용

전류 측정을 위한 NI 하드웨어

계측 관점에서 볼 때 전류는 분기, 변류기(CT), 홀 효과 센서 및 로고스키 코일과 같은 프런트엔드 컨디셔닝 또는 센서로 측정합니다. NI는 모듈을 이용한 직접 측정과 외부 센서 및 컨디셔닝 장비 연결을 모두 지원할 수 있는 다양한 하드웨어 옵션을 갖추고 있습니다. 테이블 1에서 CompactRIO 섀시 및 CompactDAQ 섀시와 호환되며 전류 측정을 지원하는 모듈 정보를 확인하실 수 있습니다.

테이블 1에 있는 모든 모듈은 채널당 50kS/s 24비트 ADC로 동시 샘플된 입력을 사용합니다. 테이블 1 및 2의 전류 및 전압 측정 모듈은 CompactDAQ 또는 CompactRIO 섀시에 함께 설치된 경우 각각 동기화됩니다. 보다 정확한 위상 및 전력 측정을 위해서는 채널 동기화가 필요합니다.

 

모델 번호 측정 범위 전류 측정 방법
NI 9239 / NI 9229 ±10 V/±60 V ±10V 또는 ±60V 출력으로 전류 센서에 연결
NI 9238 ±0.5V 0.333 VRMS 출력 및 외부 분기로 전류 센서에 연결
NI 9227 5 ARMS 교정된 내부 분기가 있는 모듈에 직접 연결
NI 9246 20 ARMS  교정된 내부 CT가 있는 모듈에 직접 연결 또는 고전류 CT에서 1A 및 5A 보조 공급장치에 연결
NI 9247 50 ARMS(10초 동안 100 ARMS) 교정된 내부 CT가 있는 모듈에 직접 연결 또는 고전류 CT에서 1A 및 5A 보조 공급장치에 연결

 

테이블 1. NI는 전류 측정을 위한 C 시리즈 모듈을 다양하게 갖추고 있습니다. 모든 모듈은 LabVIEW 또는 다른 측정 및 분석 소프트웨어에서 처리할 수 있도록 전체 웨이브폼을 출력합니다.

 

 

그림 1. NI 9229, NI 9239, NI 9227 및 NI 9238에는 각 측정 채널을 위한 터미널 커넥터가 2개 있습니다(왼쪽). 스트레인 릴리프를 유지하고 운영자가 전류가 흐르는 회로 연결부와 접촉하지 않도록 실드를 사용할 수 있습니다(사용이 권장됨, 오른쪽).

 

 

그림 2. 더 높은 전류 측정을 위해 NI 9246 모듈과 NI 9247 모듈은 CT가 내부에 있고, 정격 과전류가 높으며, 링 러그를 사용해 최대 10AWG 와이어를 수용합니다. 이러한 모듈을 사용하여 직접 측정을 실시하면 대부분의 외부 CT/센서를 사용하는 경우보다 더 정확하고 높은 주파수 응답을 얻을 수 있습니다. 두 모듈 모두 1초 동안 500ARMS를 견디고, 1 사이클 동안 1250ARMS를 견딜 수 있습니다.

 

전류 측정을 위한 물리적 연결 방법

다음 그림은 전류 측정을 위해 회로에 모듈을 물리적으로 연결하는 방법을 보여줍니다. 그림에서는 설명을 위해 가정용 콘센트에 연결된 멀티탭을 보여주지만, 그 개념은 가정용 서비스 수준(120VAC/240VAC)의 개별 설비에서 공용 전압에까지 적용됩니다. 참고: 공용 배전 및 전송 레벨에서는 항상 외부 센서(CT/PT)를 사용합니다.

그림 3. 직접 모듈 연결의 경우 로드 와이어(미국의 경우 검은색)는 절단되어 단일 채널의 AI+ 및 AI- 터미널에 연결됩니다. 모듈을 통과해 흐르는 전류가 측정됩니다. 케이블에 스플라이스가 있는 위 이미지에서 모듈은 멀티탭에 연결된 모든 디바이스로 흐르는 전류를 측정합니다.

그림 4. CT를 사용한 모듈 측정의 경우 로드 와이어(미국의 경우 검은색)가 분할 코어 CT를 통해, 또는 와이어를 절단/다시 접합하여 CT의 개방부를 통과해 나갑니다. 그러면 CT의 도선이 측정 모듈의 AI+ 및 AI-에 연결됩니다. 이 모듈은 CT 개방부를 통과해 연결된 선에 흐르는 전류를 모두 측정합니다. 센서의 전압/Amp 출력에서 회로의 전체 스케일 암페어로 변환하기 위해 소프트웨어에서 스케일링이 수행됩니다.

 

전압 및 전류 측정을 위한 센서 및 프런트엔드 구성요소

변류기(CT)

변류기(CT)는 센서를 거쳐 측정 계측과 호환되는 더 낮은 레벨로 흐르는 전류를 선형으로 줄이기 위해 사용되는 센서입니다. 변류기의 코어는 가운데에 개방부가 있는, 도넛형 또는 고리 모양입니다. 와이어는 코어 주위를 감싸 보조 공급장치를 형성하고 슈라우드 또는 플라스틱 케이스로 덮여 있습니다. 코어를 감싼 권선의 수는 측정되는 라인(기본 공급장치)과 계측기(보조 공급장치)에 연결된 전류 출력 간 감압 비율, 즉 CT 비율을 나타냅니다. 측정되는 로드 와이어는 변류기 가운데에 있는 개방부를 통과합니다. 500:5 비율인 CT는 기본 라인에 500ARMS의 로드가 생겨 CT 보조 공급장치에서 5ARMS가 출력됨을 의미합니다. 계측기는 터미널에서 5ARMS를 측정하고 사용자가 입력한 스케일링 계수를 적용해 전체 500ARMS를 표시할 수 있습니다. CT는 공칭 값으로 지정되지만 대개 정확도는 공칭의 100%가 넘게 표시됩니다. CT는 분할 코어 또는 솔리드 코어일 수 있습니다. 분할 코어 CT에는 힌지로 연결된 개방부가 있거나 탈착식 부품이 있어, 측정되는 로드 와이어를 물리적으로 연결 해제하지 않아도 로드 와이어 주위에 CT를 연결할 수 있습니다.

안전 주의 사항: CT를 설치된 라인 주위에 물리적으로 연결할 수 있다 하더라도 CT를 설치하기 전에는 전원 연결을 안전하게 해제해야 합니다. 기본 공급장치를 켠 상태에서 보조 연결부를 개방하면 매우 위험한 전압이 발생할 수 있습니다.

구입 시 CT 옵션에는 공칭 범위, 개방부 직경, 분할/솔리드 코어, 출력 유형(전압/전류) 및 출력 범위(0.333VRMS, ±10V, 1ARMS, 5ARMS 등)가 포함됩니다. 일반적으로 CT 제조업체는 입력 또는 출력 범위 등과 같은 구체적인 요구 사항에 맞춰 센서를 사용자 정의할 수 있습니다.

 

 

 

그림 5. 분할 코어 CT에는 보통 힌지 또는 탈착식 부품이 있어 물리적으로 분해하지 않고도 라인 주위에 설치할 수 있지만, 그래도 전원 연결을 해제하는 것이 안전합니다(이미지 제공: Magnelab).

그림 6. 솔리드 코어 CT는 비용은 저렴하나 이미 작동 중인 회로에 설치할 때는 추가적인 작업이 필요할 수 있습니다.
(이미지 제공: Magnelab)

CT 측정 대역폭

대부분의 AC 회로 전원 품질 어플리케이션에서는 1kHz~2kHz의 대역폭이면 충분합니다. 더 높은 주파수가 필요한 어플리케이션에서는 최대 24kHz의 대역폭을 얻기 위해 NI 9246 또는 NI 9247에 직접 연결하거나 비용을 더 들여 주파수가 더 높은 CT를 선택합니다. 위 테이블에 나열된 모든 모듈은 직접 연결된 신호를 처리하기 위해 대역폭이 약 24kHz입니다. 고주파 CT는 더욱 전문화되어 있으며 수백 MHz 범위의 대역폭 스펙을 가지고 있습니다. 고주파 측정과 관련해 NI 9215, NI 9222 및 NI 9223 측정 모듈의 샘플 속도는 16비트 분해능에서 100kS/s/ch~1MS/s/ch입니다.

NI 9223의 성능을 벗어나는 고주파를 측정하려면 실험실, 연구 및 테스트 시스템용으로 설계된 PXI용 스코프 또는 디지타이저를 사용하는 것이 좋습니다. 

 

DC 전류 측정

CT는 AC 신호의 DC 전류 또는 DC 오프셋 구성요소를 측정하지 않습니다. 대부분의 AC 전원 어플리케이션에는 이 성능이 필요하지 않습니다. DC 측정의 경우 NI 9227에는 교정된 분기가 내장되어 있어, DC 전류를 최대 5 Amps까지 측정할 수 있습니다. 5 Amps가 넘는 DC를 측정하려면 적절한 측정 모듈에 연결된 홀 효과 센서(아래 참조) 또는 고출력 전류 측정 분기(아래 참조)를 사용합니다.

 

로고스키 코일

“로프 CT”라고도 하는 로고스키 코일은 라인에 흐르는 전류를 측정하기 위한 또 다른 센서 옵션입니다. 로고스키 코일은 로드 와이어 주위를 감싼다는 점에서 유사하지만 유연하고 표준 CT보다 개방부가 더 크며 측정 원리가 다릅니다. 로고스키 코일은 전류의 변화비에 비례하는 전압을 유도하므로 비례 전류 변환을 위한 적분기 회로에 필요합니다. 적분기는 일반적으로 장착된 패널 또는 DIN 레일에 해당하는 별도의 상자/부품으로, DC 전원 공급 장치가 필요하며 계측기에 낮은 전압 또는 전류 신호를 출력합니다. 로고스키 코일은 그 크기와 유연성 덕분에 상업용 건물 또는 공장에 있는 대형 버스 바 주위 루프에 사용하기 적절합니다(특히 이미 설치되어 있고 전원 측정 장치가 추가된 경우). 하지만 입력 범위가 비슷한 CT에 비해서는 비용이 많이 듭니다.

그림 7. 로고스키 코일은 외부 전력, 통합 회로(위 이미지에서 검은색 장착형 상자에 있음)가 필요하며 일반적인 솔리드/분할 코어 CT보다 가격이 높습니다. 하지만 위상 응답이 빠르며 크고 유연한 개방부 덕분에 개조 시설물 및 대형 버스 바 측정에 적합합니다.(이미지 제공: Magnelab)

홀 효과 센서

홀 효과 센서는 Edwin Hall의 이름을 따서 “홀 효과”로 지칭되었는데, 여기서 자기장에 직각으로 배치된 반도체를 통해 흐르는 전류는 반도체 물질 전체에서 전압 전위를 생성합니다. 회전 속도계로 사용되는 홀 효과 센서 연구를 주력으로 하는 연구소에 대한 정보는 6과 – 자기장 센서를 참조하십시오. 전류 측정을 위해 홀 효과 회로는 코어에서 자기장에 직각으로 배치되어 측정 라인의 전류 로드로 스케일링되는 전압을 출력합니다. 홀 효과 CT는 일반적으로 뛰어난 주파수 응답을 보이고 DC 오프셋을 측정할 수 있지만 비용이 많이 들고, 전원이 필요하며, 온도 드리프트의 영향을 받을 수 있습니다.

 

그림 8. 홀 효과 센서에는 자기장에 직각으로 배치된 감지 회로가 있으며 전원이 필요합니다. 홀 효과 센서는 CT처럼 포화 한계의 영향을 받지 않고 DC 전류를 측정할 수 있지만 비용이 많이 듭니다.

 

전류 분기 저항기

전류 측정 분기, 즉 전류 분기 저항기는 분기를 가로질러 흐르는 전류를 측정하기 위해 회로에 배치된 저항기입니다. 전류 분기 저항기는 매우 일반적인 전기 부품으로, 다양한 어플리케이션에서 사용됩니다. 분기의 크기는 회로를 통과해 흐르는 전력 범위, 측정 전류 범위 및 출력 범위를 기반으로 조정됩니다. 정확도를 높이려면 보다 값 비싼 정밀한 저항기를 사용할 수 있습니다. 분기는 회로 와이어 주위를 감싸지 않고 부품으로 직렬 배치됩니다. 따라서 측정되는 회로와 측정 장비 사이에 절연막이 없어져 CT 또는 로고스키 코일보다 설치가 훨씬 까다롭습니다. 그러나 분기는 DC 전류를 측정할 수 있고, 주파수 응답성 및 위상 응답성이 뛰어납니다. CompactRIO 및 CompactDAQ용 NI 9238 모듈은 특히, 전류 분기 저항기를 위해 낮은 범위의 아날로그 프런트엔드(±0.5V)로 설계되었습니다. 또한 NI 9238은 250V의 채널 대 채널 절연을 특징으로 합니다.

 

전류 센서 및 변류기 제조업체

다음 제조업체에서는 전류 및 전압 측정 변압기, 홀 효과 센서 및/또는 로고스키 코일을 판매합니다. 전류 분기 저항기는 일반적으로 Digi-Key Electronics와 같은 전자 부품 유통업체에서 판매합니다.

www.magnelab.com

Magnelab은 다양한 출력 신호 레벨의 변류기(CT), 계기용 변압기(PT), 로고스키 코일, 고주파 CT 등을 비롯한 다양한 전압 및 전류 측정 제품을 제공합니다.

 

www.verivolt.com

Verivolt는 전력 측정 어플리케이션에 맞게 설계된 다양한 센서, 커넥터 및 절연 제품을 공급합니다. 또한 여러 센서가 NI 9223, NI 9222 및 NI 9215 등과 같은 BNC 측정 모듈에 빠르게 연결할 수 있도록 고대역 기능 및 BNC 연결 옵션을 갖추고 있습니다.

 

 

그림 9. Verivolt는 BNC 커넥터를 사용해 모든 NI 모듈에 직접 연결할 수 있어 BNC 연결이 가능한 다양한 센서를 공급합니다. BNC 연결이 가능한 아날로그 입력 모듈에는 NI 9229, NI 9239, NI 9215, NI 9222, NI 9223이 있습니다.(왼쪽/가운데 이미지 제공: Verivolt)

 

전압 측정을 위한 NI 하드웨어

본 백서에서 다루는 전압 측정은 가정용 120VRMS부터 전력망용 전송 시스템의 초고압(EHV) 장치에 적절한 750kV 이상까지, 산업용 및 공용 전압 레벨의 AC 전압 시스템을 의미합니다. 고압 공용 어플리케이션에 맞게 설계된 계측기에는 안전, 대형 게이지 와이어 터미널, 뛰어난 열 발산 및 특정 인증 테스트 등과 같은 요구 사항이 있습니다. AC 전원 측정을 위해 제작된 대부분의 계측기 입력 범위는 수백 볼트에 달합니다. 1,000 VAC를 초과하는 고전압의 경우 대부분의 계측과 호환 가능한 범위까지 전압을 낮추기 위해 일반적으로 외부 계기용 변압기(PT)가 필요합니다.

전류 측정 모듈과 마찬가지로, 테이블 2에 나열된 모든 모듈은 채널당 50kS/s 24비트 ADC로 동시 샘플 입력을 사용합니다. CompactDAQ 및 CompactRIO 섀시는 아래 표의 전압 측정 모듈을 테이블 1에 나열된 전류 측정 모듈과 동기화합니다. 이것은 보다 정확한 위상 및 전력 측정에 필요합니다.

 

모델 번호 측정 범위 사용되는 측정 기술
NI 9242 250 VRMS L-N 120/240 AC 시스템에 대해 직접 측정, 고전압 측정을 위해 120/240 VRMS 보조 공급장치를 사용하여 외부 PT에 연결
NI 9244 400 VRMS L-N 최대 690 VRMS L-L 시스템에 대해 직접 측정
NI 9225 300 VRMS AI+~AI- 최대 300 VRMS 시스템에 대해 직접 측정
NI 9238 ±0.5 V 0.333 V 센서에 연결
NI 9239 ±10V 10 V 센서에 연결
NI 9229 ±60 V 60 V 센서에 연결

 

테이블 2. NI는 여러 형태의 전압 측정을 위한 C 시리즈 모듈을 다양하게 갖추고 있습니다. 모든 모듈은 LabVIEW 또는 다른 측정 및 분석 소프트웨어에서 처리할 수 있도록 전체 웨이브폼을 출력합니다.

그림 10. NI 9242/44에는 AC 전원 및 공용 어플리케이션에서 사용할 수 있도록 대형 입력 터미널과 높은 수준의 과전압 보호 기능이 있습니다. (그림에는 동봉되어 설치된 보호 쉘이 함께 표시됨)

 

전압 및 전류 웨이브폼에서 전력 계산

본 백서에서 설명하는 고속 측정 장비는 아래 이미지와 유사한 웨이브폼 데이터를 제공합니다. LabVIEW에서 캡처한 이 데이터에서 녹색 웨이브폼은 120VRMS 사무실 콘센트에서 감지된 전압 웨이브폼이고, 빨간색 웨이브폼은 오래된 소형 형광등에 대해 특정한 전류를 나타냅니다. 전압 측정 모듈과 전류 측정 모듈은 CompactDAQ 또는 CompactRIO 섀시에서 공유 신호를 통해 동기화됩니다. 전압과 전류 웨이브폼 간의 이상(phase shift)은 모니터링되는 전력 품질에 대한 하나의 파라미터이며 동시 샘플링 없이는 계측 또는 회로에서 이상이 발생했는지 여부를 확인하기 어려우므로, 일부 어플리케이션에서는 이러한 동기화가 중요합니다.

그림 11. 웨이브폼 데이터와 전력 계산 결과를 표시하기 위해 설계된 LabVIEW 프런트패널

 

현재 측정 시스템에서 모듈의 웨이브폼 데이터는 원하는 모든 전력 품질 파라미터를 계산하는 데 사용됩니다. 이러한 계산 중 일부는 매우 단순하지만 일부는 최종적인 품질을 확인하기 위해 여러 사이클, 초 또는 분에 걸쳐 집계되므로 복잡한 양상을 띱니다.

LabVIEW는 웨이브폼 및 신호 처리를 위해 설계된 여러 가지 기능 팔레트를 갖추고 있으며 전력 웨이브폼 처리 및 계산 툴킷을 추가로 제공합니다. 온라인에서 다운로드할 수 있는 NI LabVIEW Electrical Power Toolkit은 본 백서에서 다루는 기본적인 모든 전력 계산에 대한 분석 기능을 제공합니다. 다음 분석 기능은 NI LabVIEW Electrical Power Toolkit의 정식 버전에 포함되어 있으며 IEC 61000-4-30:2008 표준을 준수합니다.

  • 전력 주파수
  • 공급 전압 크기
  • 깜박임
  • 공급 전압 강하 및 과전압
  • 전압 중단
  • 공급 전압 불균형
  • 전압 고조파
  • 공급 전압에 대한 주 신호 전압
  • 급속한 전압 변화(RVC)
  • 과소 편차 및 과대 편차 파라미터 측정

 

다음 분석 기능은 EN 50160:2007 표준을 준수합니다.

  • 전력 측정
  • 에너지 측정
  • 집계(수요)

 

보다 자세한 내용은 Creating a Power Quality Application Using the LabVIEW Electrical Power Toolkit 튜토리얼을 참조하십시오.

텍스트 기반 언어를 사용한 프로그래밍

CompactDAQ용 NI-DAQmx 드라이버는 LabVIEW, C, C++, Measurement Studio를 위한 API 지원 기능을 갖추고 있으며, Excel 또는 다른 소프트웨어 프로그래밍 언어에서 사용할 수 있는 파일 포맷으로 열 수 있도록 데이터를 저장하는 기능을 지원합니다.  

텍스트 기반 프로그래밍을 수행하는 프로그래머라면 Electrical Power Toolkit의 분석 VI는 LabVIEW 개발 환경에서만 사용할 수 있으며 CVI, C, C++ 또는 Measurement Studio에서는 사용할 수 없다는 점을 확인해두어야 합니다.

어플리케이션별로 권장되는 시스템 구성요소

모터 모니터링 영구 설치

자산 모니터링 시스템은 시스템에 유지보수가 필요한 시점을 지능적으로 판단하기 위해 물리적 파라미터와 전기적 파라미터를 모니터링하여 대형 펌프, 팬, 벨트 등과 같은 중요한 디바이스에서 결함이 발생하지 않도록 방지하는 데 사용됩니다. 대형 모터의 전류 신호는 불균형 또는 기계적 결함(예: 회전자 바 고장)과 같은 비효율 문제를 감지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 아래의 테이블 3에서는 모터 모니터링 어플리케이션에 권장되는 제품 구성요소를 소개합니다.

 

구성요소 NI 제품 설명
입력 전압

NI 9244(최대 400 VAC L-N, 690VAC L-L)

NI 9242(최대 250 VAC L-N, 400VAC L-L)

산업용 대형 모터는 일반적으로 배전 서비스 레벨 전압에서 실행되고, NI 9242에 연결하려면 외부 PT가 필요합니다. 690 VAC 미만의 저전압 모터는 NI 9244에 직접 연결할 수 있습니다.
입력 전류 NI 9239(저전압 CT 포함) 저전압 CT는 1A/5A CT보다 안전하고 사용이 쉽습니다. CT와 저전압 모듈의 크기는 안정 상태 전류의 10배까지 올라갈 수 있는 유입 전류를 감안하여 결정해야 합니다.
섀시 및 컨트롤러 CompactRIO 이 내장 프로세서를 사용하면 시스템을 계속해서 실행할 수 있습니다. 처리된 데이터는 로컬에 저장되어, SCADA 시스템으로 다시 전송되거나 SCADA 시스템 또는 로컬 PLC 알람을 트리거할 수 있습니다.
소프트웨어(사용자 정의) LabVIEW Electrical Power Toolkit LabVIEW Electrical Power Toolkit에는 산업용 모터의 상태 모니터링에 필요한 모든 전력 품질 및 모터 전류 신호 분석 기능이 포함되어 있습니다. 사용자 정의 시스템을 구축하거나 NI 얼라이언스 파트너에게 문의하여 맞춤형 시스템을 구축해 보십시오.
소프트웨어(엔터프라이즈) NI InsightCM NI InsightCM MMS(모터 모니터링 시스템)는 서버 기반 시스템으로, 라우트 기반 유지보수 프로그램 없이 산업용 모터를 플랜트 범위에서 모니터링하고 영역 전문가에게 관련 데이터를 제공하기 위해 개발되었습니다. 자세한 내용은 NI에 문의해주시기 바랍니다.

 

테이블 3. 영구 설치된 모터 모니터링 시스템의 권장 구성요소

 

설비 및 전기 디바이스 테스트

가전용 또는 상업용 설비의 컴퓨터 기반 테스트 시스템은 설계 및 테스트 팀의 생산성을 높이는 동시에 제품의 품질을 향상시킵니다. 일부 테스트는 다음과 같은 연구 개발 목적으로 진행됩니다.

  • HALT (고속 수명 시험)
  • V&V (확인 및 검증)
  • 인증 또는 사전 인증 시험
  • RMA (제품 반송 승인)의 근본 원인 분석

또한 설비 테스트 시스템에 자동화된 제조 라인 테스트를 구축하여 디바이스가 켜지고 LED가 작동하는지 확인할 수 있습니다. 아래 테이블 4에서는 설비 또는 전기 디바이스 테스트 시스템에 권장되는 제품 구성요소를 소개합니다..

 

구성요소 NI 제품 설명
입력 전압

NI 9244(최대 690VAC)

 

대부분의 가전용 및 상업용 설비는 NI 9244의 3상 690VAC 범위에서 작동합니다.
입력 전류 NI 9247 NI 9247 고전류 입력 모듈은 위상당 최대 50ARMS를 연속으로 측정하기 위해 교정된 CT를 내장하고 있으며, 유입 이벤트를 캡처하기 위해 10초 동안 최대 100ARMS를 측정할 수 있습니다.
섀시 및 컨트롤러 NI CompactDAQ 및 멀티 코어 PC. NI CompactDAQ은 PC에 USB 또는 이더넷 연결이 가능하도록 4개, 8개, 14개의 슬롯을 갖추고 있습니다. 섀시의 모든 모듈은 동기화되고 전압용 슬롯 1개, 전류용 슬롯 1개가 있으며 설비 테스트를 위해 다른 센서 모듈의 온도, 압력, 흐름, 디지털 및 호스트에 사용할 수 있는 슬롯도 제공됩니다.
소프트웨어(그래픽) LabVIEW Electrical Power Toolkit Electrical Power Toolkit에는 PMU 툴킷과 Protection IP 툴킷이 있습니다. 또한 NI Grid Automation System과 함께 제공되는 PMU 프로그램은 오픈 소스 LabVIEW 프로젝트 형태로 다운로드할 수 있습니다.
소프트웨어(텍스트 기반) NI-DAQmx (HW와 함께 포함된 드라이버) CompactDAQ용 NI-DAQmx 드라이버는 C/C++, C#, Visual Studio .NET 등과 같은 다양한 텍스트 기반 언어를 지원합니다.

 

테이블 4. 설비 또는 기타 혼합 센서 전기 디바이스 테스트 시스템에 권장되는 구성요소

 

공공 어플리케이션을 위한 지능형 전자 디바이스(IED)

공공 산업의 NI 하드웨어 어플리케이션은 다음과 같이 측정, 제어 및 보호 목적으로 그리드 디바이스에서 사용할 수 있어야 합니다.

  • IED
  • RTU (원격 터미널 장치)
  • DFR (디지털 결함 기록 장치)
  • 리클로저 컨트롤러, 지능형 스위치 및 릴레이
  • 페이저 측정 장치 (PMU)
  • 전력 품질 분석기 및 하모닉 분석기
  • 마이크로그리드 및 재활용 가능 컨트롤러(스토리지, PV 평활화 어플리케이션, 마이크로그리드 컨트롤러)

아래 테이블 5에서는 변전소 조정실, 장비 야드, 배전 시스템 폴 또는 패드 마운트 인클로저의 공용 그리드에 배포되는 지능형 시스템에 권장되는 제품 구성요소를 소개합니다.

 

구성요소 NI 제품

설명                

입력 전압 NI 9242 NI 9242는 변전소, 변압기 및 차단기에 있는 120V­RMS 및 240VRMS PT에 연결하도록 설계되었습니다. 저전압 PT의 경우 NI 9238, NI 9239 또는 NI 9229를 적절하게 사용하십시오.

 

입력 전류

NI 9247 NI 9247 고전류 입력 모듈에는 최대 50ARMS 및 100ARMS를 10초 동안 연속으로 측정하기 위해 교정된 CT가 내장되어 있습니다. 내전압 범위는 1초 동안 500ARMS이고, 1 사이클 동안 1250ARMS입니다.
섀시
및 컨트롤러
NI CompactRIO Linux RTOS, 프로그래밍 가능한 FPGA, 멀티 코어 처리 옵션 및 견고한 작동 스펙 덕분에 CompactRIO는 지능형 그리드 디바이스 설계에 이상적인 솔루션입니다.
소프트웨어(그래픽) LabVIEW LabVIEW는 테스트 소프트웨어용 산업 표준입니다. 사전에 구축된 측정 기능을 확장하려면 Electrical Power Toolkit과 Vibration Measurement Suite를 추가하십시오. 리포트 및 대시보드를 작성하고, 여러 파일 포맷으로 데이터를 저장하며, LabVIEW 드라이버 네트워크를 통해 제공되는 드라이버를 활용하여 4,000개 이상의 타사 계측기에 연결할 수 있습니다.

소프트웨어 

(텍스트 기반)

Eclipse와 C/C++ 이미 C 또는 C++로 알고리즘을 개발한 시스템 개발자의 경우 Eclipse 개발 환경을 사용하여 CompactRIO의 멀티 코어 프로세서를 프로그래밍할 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 FPGA는 LabVIEW에서도 프로그래밍됩니다.

테이블 5. 전기 그리드에 배포되는 지능형 측정 및 제어 디바이스에 권장되는 구성요소

전류 측정 센서 선택

NI 9227, NI 9246 또는 NI 9247을 사용하는 경우처럼 모듈에서 직접 측정하는 계측기 및 모듈을 사용하면 전압, 전류 및 전력을 가장 정확하게 측정할 수 있습니다. CT의 입력/출력 범위와 계측 모듈의 입력 범위를 선택할 때 회로의 관련된 모든 작동 범위(정상 상태, 유입/시동, 결함 등)를 고려해야 합니다. 이러한 기본값을 바탕으로 다음 표를 다른 센서 옵션을 사용할 때 개략적인 가이드로 삼을 수 있습니다. (단, 많은 요소가 센서 선택에 영향을 미칠 수 있으므로 아래 표는 단순 참조용으로 사용하십시오.) 최종적으로 센서를 선택하기 위한 추가적인 정보를 얻으시려면 Magnelab 및 Verivolt 등과 같은 센서 제조업체에 문의하시기 바랍니다.

기본으로 직접 모듈 연결을 선택하시는 경우 다음 테이블을 가이드로 참조하십시오.

 

전류 측정 시스템 요구 사항 권장 사항
5­ARMS 미만 측정 시 최상의 정확도 NI 9227 (5A)
DC 측정 NI 9227 (5A)
과전류 보호(1초 동안 500ARMS, 1 사이클 동안 1250ARMS) NI 9246 (20A) 또는 NI 9247 (50A)
최대 50ARMS를 연속으로(정상 상태) 측정(10초 동안 최대 100A­RMS 측정) NI 9247 (50A)
50ARMS보다 큰 입력 범위 전압 입력 모듈에 대한 전압 출력이 있는 외부 CT
계측기를 회로에 결합/접합하지 않고 측정 전압 입력 모듈에 대한 전압 출력이 있는 외부 CT
버스 바, 빽빽한 와이어링 등으로 솔리드 또는 분할 코어 CT를 설치하기 어려운 위치에 설치 전압 입력 모듈에 로고스키 코일 사용
5A 범위보다 큰 DC 측정 홀 효과 센서 또는 전류 분기 저항기
계측기를 회로에 결합/접합하지 않고 DC 측정 홀 효과 센서
보조 공급장치에서 1A 또는 5A를 출력하는 센서를 사용하여 입력 범위가 50ARMS보다 큼(공공 어플리케이션) NI 9246 또는 NI 9247에 1A/5A CT 보조 공급장치 연결
채널당 비용이 절감된다면 분해능과 동적 측정 품질의 저하를 어느 정도 감수할 수 있음 출력이 ±10V 미만인 CT 및 PT를 사용하고 NI 9220, 16채널 동시 입력 모듈에 연결(100kS/s/ch)
DC 전류의 정확한 측정 필요 정밀한 분기 저항기 또는 PXI DMM
더 높은 대역폭 필요(최대 500kHz) 출력이 ±10V 미만인 고주파 CT 및 PT를 사용하고 NI 9215, NI 9222 또는 NI 9223에 연결
더 높은 대역폭 필요(>500kHz) PXI 스코프/디지타이저

테이블 6. 전류 측정 솔루션 선택 가이드

CompactRIO 및 CompactDAQ 리소스

CompactRIO와 CompactDAQ는 테스트, 측정, 제어 및 모니터링을 위해 설계된 섀시 기반 시스템입니다. 사용 가능한 100개 이상의 측정 모듈을 통해 단일 계측기에서 필요에 따라 사용자 정의 혼합 측정 솔루션을 설계할 수 있습니다. 전력 어플리케이션에서는 완벽한 R&D 테스트 시스템 또는 포괄적인 자산 모니터링 시스템에 적합하도록 동일한 섀시에 모듈을 추가하여 회로 측정 기능을 늘리거나 온도, 압력 및 진동과 같은 다른 측정 장치와 전력 측정 장치를 결합할 수 있습니다.

NI CompactDAQ 섀시는 1개, 4개, 8개, 14개 슬롯 옵션으로 제공되며 USB, WiFi 또는 ENET 연결을 사용하여 Windows PC와 다시 통신합니다. 또한 CompactDAQ 컨트롤러도 사용할 수 있는데, 이 컨트롤러에는 컴퓨터가 내장되어 있어 외부 PC에 연결할 필요가 없습니다. CompactDAQ 컨트롤러는 모바일, 견고성 또는 헤드리스(headless, UI와 연결되지 않음), 모니터링 및 테스트 작동을 위해 설계되었습니다.

NI CompactDAQ 설정 및 지원 페이지에서 CompactDAQ에 대한 자세한 내용과 간단한 사용법을 살펴보십시오.

CompactRIO는 프로그래밍 가능한 제어 및 모니터링 시스템으로, 멀티 코어 프로세서, 리얼타임 운영 체제, 프로그래밍 가능한 FPGA, NI 및 타사의 모든 C 시리즈 모듈과 호환됩니다. CompactRIO는 도메인 전문가가 임베디드 I/O 컨트롤러 및 모니터링 시스템을 구축해 문제를 해결하도록 지원합니다. 자세한 내용은 ni.com/crio와 CompactRIO Out of the Box Video를 통해 알아보십시오.

관련 자료