KR102014511B1 - 커패시터의 손실 계수 측정 장치 및 방법 - Google Patents

커패시터의 손실 계수 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 일 실시 예에 따른 손실 계수 측정 장치는, 전기 용량 브리지, 전기 용량 브리지와 연결되고, 기준 커패시터를 포함하는 기준 커패시터 박스, 및 전기 용량 브리지와 연결되고, 저항과 연결된 테스트 커패시터를 포함하는 커패시터-레지스터 박스를 포함할 수 있다. 전기 용량 브리지는, 저항이 단락된 테스트 커패시터와 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제1값을 측정하고, 저항이 단락되지 않은 테스트 커패시터와 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제2값을 측정하도록 구성되고, 제2값과 제1값의 차이가 저항에 의해 야기되는 테스트 커패시터의 손실 계수로 결정될 수 있다.

Description

커패시터의 손실 계수 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING DISSIPATION FACTOR OF CAPACITOR}
본 발명은 측정 장치 및 방법에 관련된 것으로서, 전기 용량 브리지를 이용하여 커패시터의 손실 계수를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
고전압 절연물질, 커패시터(Capacitor), 연료전지 등에서의 유전 특성을 알기 위해 커패시터의 커패시턴스(Capacitance)와 손실 계수(Dissipation Factor)의 측정이 필요하다. 손실 계수는, 무차원의 무효 전력에 대한 저항성 전력 손실의 비로서, 커패시터의 임피던스 벡터와 음의 리액티브 축 사이의 각도의 탄젠트 성분으로 나타낼 수 있다.
일반적으로 산업체, 연구소, 교정기관 등에서 변압기, 리액터, 고전압 케이블 등의 중전기기 설비의 절연 진단 시험과 용량기의 전기용량과 손실 계수를 측정하기 위해 전류 비교기 방식의 고전압 전기 용량 브리지(CCB-HVCB: current-comparator-based high voltage capacitance bridge)가 광범위하게 사용되고 있다. 고전압 전기 용량 브리지를 이용하여 테스트 커패시터의 손실 계수의 측정하기 위해서는, 사전에 공지된 손실 계수를 가지거나 또는 무시할 만한 손실 계수를 가진 기준 커패시터가 필요하다. 이러한 고전압 전기 용량 브리지를 이용하여 상대적인 값인 Dx - Ds (Dx 는 테스트 커패시터의 손실 계수, Ds 는 기준 커패시터의 손실 계수)를 획득할 수 있다. 이러한 경우, 테스트 커패시터의 손실 계수를 알기 위해 기준 커패시터의 손실 계수를 반드시 알고 있어야 한다는 문제점이 있다.
본 발명은 기준 커패시터의 기준 손실 계수에 대한 정보가 없어도, 저항에 의해 야기되는 테스트 커패시터의 손실 계수를 결정할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
손실 계수 측정 장치는, 전기 용량 브리지, 상기 전기 용량 브리지와 연결되고, 기준 커패시터를 포함하는 기준 커패시터 박스, 및 상기 전기 용량 브리지와 연결되고, 저항과 연결된 테스트 커패시터를 포함하는 커패시터-레지스터 박스를 포함하고, 상기 전기 용량 브리지는, 상기 저항이 단락된 상기 커패시터-레지스터 박스의 상기 테스트 커패시터와 상기 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제1값을 측정하고, 상기 저항이 단락되지 않은 상기 커패시터-레지스터 박스의 상기 테스트 커패시터와 상기 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제2값을 측정하도록 구성되고, 상기 제2값과 상기 제1값의 차이가 상기 저항에 의해 야기되는 상기 테스트 커패시터의 손실 계수로 결정될 수 있다.
저항과 연결된 테스트 커패시터를 포함하는 커패시터-레지스터 박스 및 기준 커패시터와 연결된 전기 용량 브리지 기반의 손실 계수를 측정 방법에 있어서, 상기 저항이 단락된 상기 커패시터-레지스터 박스의 상기 테스트 커패시터와 상기 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제1값을 상기 전기 용량 브리지에 의해 측정하는 단계, 상기 저항이 단락되지 않은 상기 커패시터-레지스터 박스의 상기 테스트 커패시터와 상기 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제2값을 상기 전기 용량 브리지에 의해 측정하는 단계, 및 상기 제2값과 상기 제1값의 차이를 상기 저항에 의해 야기되는 상기 테스트 커패시터의 손실 계수로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 손실 계수 측정 장치는, 기준 커패시터의 기준 손실 계수에 대한 정보가 없더라도, 저항에 의해 야기되는 테스트 커패시터의 손실 계수를 결정할 수 있다. 또한, 손실 계수 측정 장치는 상업용 고전압 전기 용량 브리지의 교정에 활용될 수 있다.
도1은 일 실시 예에 따른 손실 계수 측정 장치를 나타낸다.
도2는 일 실시 예에 따라, 도1의 손실 계수 측정 장치가 커패시터-레지스터 박스의 손실 계수를 측정하는 방법의 흐름도이다.
도3a는 일 실시 예에 따라, 저항 값을 변화시키면서 측정된 도1의 커패시터-레지스터 박스의 손실 계수를 나타낸 표이다.
도3b는 도3a의 표를 참조하여, 저항 값과 도1의 커패시터-레지스터 박스의 측정된 손실 계수의 관계를 그래프의 형태로 나타낸 것이다.
도4a는 일 실시 예에 따라, 저항 값을 변화시키면서 도1의 커패시터-레지스터 박스의 측정된 손실 계수를 나타낸 표이다.
도4b는 도4a의 표를 참조하여, 저항 값과 도1의 커패시터-레지스터 박스의 측정된 손실 계수의 관계를 그래프의 형태로 나타낸 것이다.
도5a는 일 실시 예에 따라, 도1의 손실 계수 측정 장치에 의해 측정된 손실 계수와 스위스 표준 기관 METAS 에서 측정된 손실 계수의 차이를 그래프의 형태로 나타낸 것이다.
도5b는 일 실시 예에 따라, 도1의 손실 계수 측정 장치에 의해 측정된 손실 계수와 상용의 저전압 커패시턴스 브리지에 의해 측정된 손실 계수의 차이를 그래프의 형태로 나타낸 것이다.
도6은 일 실시 예에 따라, 도1의 손실 계수 측정 장치가 상대적으로 큰 손실 계수를 갖는 세라믹 커패시터를 기준 커패시터로 사용하여 측정한 손실 계수를 나타낸 표이다.
아래에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들(이하, 통상의 기술자들)이 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 첨부되는 도면들을 참조하여 몇몇 실시 예가 명확하고 상세하게 설명될 것이다.
일 실시 예에 따라, 커패시터의 손실계수는 국가표준연구기관에서 측정될 수 있다. 1, 4, 10 kHz 의 교류 전압이 커패시터에 인가될 때, 100 pF 커패시턴스를 갖는 커패시터의 손실 계수는 평행판 커패시터의 커패시턴스를 제로 커패시턴스로 외삽시킴으로써 기준 커패시턴스의 손실 계수와 상관 없이 절대적으로 결정될 수 있다. 또한, 1592 Hz 의 교류 전압에서 특수한 토로이달 크로스 커패시터와 전극 간격을 가변할 수 있는 평행판 커패시터를 이용하여 손실각이 측정될 수 있다. 또는, 교류 저항의 저항값과 시상수로부터 커패시터의 손실 계수가 결정될 수 있다. 상술한 실시 예들은, 주로 kHz 의 범위의 주파수를 갖고 100V 보다 작은 크기를 갖는 전압에 기초하여 수행될 수 있다. 이하, 일 실시 예에 따라, 테스트 커패시터의 손실 계수를 결정할 수 있는 손실 계수 측정 장치가 개시된다.
도1은 일 실시 예에 따른 손실 계수 측정 장치를 나타낸다.
도1을 참조하면, 손실 계수 측정 장치(1000)는 커패시터-레지스터 박스(1200), 기준 커패시터 박스(1400), 전원(1600), 및 전기 용량 브리지(1800)를 포함할 수 있다. 손실 계수 측정 장치(1000)는 커패시터-레지스터 박스(1200)의 손실 계수(즉, 저항(Rx)에 의해 야기되는 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수)를 측정할 수 있다.
커패시터-레지스터 박스(Capacitor-Register Box, 1200)는 저항(Rx)과 직렬로 연결된 테스트 커패시터(Cx)를 포함할 수 있다. 커패시터-레지스터 박스(1200)는 일단이 전원(1600)에 연결되고, 타단이 전기 용량 브리지(1800)의 제1윈도우(Nx)에 연결될 수 있다.
기준 커패시터 박스(Reference Capacitor Box, 1400)는 알려진 손실 계수를 갖는 기준 커패시터(Cs)를 포함할 수 있다. 기준 커패시터 박스(1400)는 일단이 전원(1600)에 연결되고, 타단이 전기 용량 브리지(1800)의 제2윈도우(Ns)에 연결될 수 있다.
전원(1600)은 커패시터-레지스터 박스(1200)와 기준 커패시터 박스(1400)에 교류 전압을 인가할 수 있다.
전기 용량 브리지(1800)는 전류 비교기 기반 고전압 커패시턴스 브리지(CCB-HVCB: current-comparator-based high voltage capacitance bridge)일 수 있다. 전기 용량 브리지(1800)는 제1윈도우(Nx), 제2윈도우(Ns), 및 디텍터를 포함할 수 있다. 전기 용량 브리지(1800)는 접지선을 통해 접지와 연결될 수 있다. 전기 용량 브리지(1800) 내부의 제1윈도우(Nx) 의 암 권선(arm winding wire)과 제2윈도우(Ns) 의 암 권선에 교류 전류가 흐른다. 제1교류 전류가 제1윈도우(Nx)의 권선을 통해 흐르고, 제1전류와 동일한 크기를 갖는 반대 방향의 교류 전류인 제2전류가 제2윈도우(Ns) 의 권선을 통해 흘렀을 때, 전기 용량 브리지(1800)의 교류 전류의 밸런스가 획득될 수 있다.
교류 전류의 밸런스 조건은 커패시턴스 비(capacitance ratio)와 손실 계수의 다이얼을 조정함으로써 전기 용량 브리지(1800)의 디텍터에 전류가 흐르지 않을 때에 달성될 수 있다. 결과적으로, 교류 전류의 밸런스 조건에서 측정된 손실 계수는 기준 커패시터(Cs)를 기준으로 사용함으로써 측정된 테스트 커패시터(Cx)의 상대적인 손실 계수일 수 있다.
전기 용량 브리지(1800)는, 저항(Rx)이 단락된 커패시터-레지스터 박스(1200)의 테스트 커패시터(Cx)와 기준 커패시터(Cs)의 손실 계수 차이를 측정할 수 있다. 또한, 전기 용량 브리지(1800)는, 저항(Rx)이 연결된(즉, 단락되지 않은) 커패시터-레지스터 박스(1200)의 테스트 커패시터(Cx)와 기준 커패시터(Cs)의 손실 계수 차이를 측정할 수 있다. 이에 기초하여, 손실 계수 측정 장치(1000)는 저항(Rx)에 의해 야기되는 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수를 최종적으로 결정할 수 있다. 이하, 도2를 참조하여 손실 계수 측정 장치(1000)의 상세한 동작을 설명한다.
도2는 일 실시 예에 따라, 도1의 손실 계수 측정 장치(1000)가 커패시터-레지스터 박스(1200)의 손실 계수를 측정하는 방법의 흐름도이다.
도2를 참조하면, 단계 S2200 에서, 손실 계수 측정 장치(1000)는 저항(Rx)이 단락된 커패시터-레지스터 박스(1200)의 테스트 커패시터(Cx)와 기준 커패시터(Cs)의 손실 계수 차이를 전기 용량 브리지(1800)에 의해 측정할 수 있다. 이러한 측정을 오프셋 측정이라고 한다. 일 실시 예에 따라, 피메일 바나나 플러그(Female Banana Plug)를 이용하여 커패시터-레지스터 박스(1200)의 저항(Rx)이 단락(이러한 경우, 저항(Rx)의 값은 거의 0 옴(Ohm)으로 수렴)될 수 있다.
오프셋 측정으로부터, 손실 계수 측정 장치(1000)는 테스트 커패시터(Cx) 자체의 직렬 저항, 전기 용량 브리지(1800)의 권선의 임피던스, 커패시터-레지스터 박스(1200) 및 기준 커패시터 박스(1400)를 전기 용량 브리지(1800)와 연결하기 위해 사용되는 연결 케이블의 임피던스에 의해 발생될 수 있는 손실 계수를 평가할 수 있다. 오프셋 측정 결과, 전기 용량 브리지(1800)에서 측정되는 값은 아래 [수학식 1]로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
DR(Rx shorted) = Dx - Ds = ωCx,eff r - Ds
[수학식 1]에서, DR(Rx shorted)는 전기 용량 브리지(1800)에서 측정되는 값을, Dx 는 저항(Rx)이 단락되었을 때의 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수를, Ds 는 기준 커패시터(Cs)의 기준 손실 계수를 나타낼 수 있다. [수학식 1]의 ω 는 각 진동수(angular frequency)를, Cx,eff 는 내부 커패시턴스와 부유 커패시턴스(stray capacitance)가 포함된 테스트 커패시터(Cx)의 유효 커패시턴스를 나타낸다. 또한, [수학식 1]의 r은 테스트 커패시터(Cx) 자체의 직렬 저항, 전기 용량 브리지(1800)의 권선의 임피던스, 커패시터-레지스터 박스(1200) 및 기준 커패시터 박스(1400)를 전기 용량 브리지(1800)와 연결하기 위해 사용되는 연결 케이블의 임피던스에 의해 발생되는 저항 성분을 의미할 수 있다.
단계 S2400에서, 손실 계수 측정 장치(1000)는 저항(Rx)이 연결된(즉, 단락되지 않은) 커패시터-레지스터 박스(1200)의 테스트 커패시터(Cx)와 기준 커패시터(Cs)의 손실 계수 차이를 전기 용량 브리지(1800)에 의해 측정할 수 있다. 단계 S2400에서, 전기 용량 브리지(1800)에서 측정되는 값은 아래 [수학식 2]로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
DR′(Rx connected) = Dx′ - Ds = ωCx,eff(r+Rx) - Ds
[수학식 2]에서, DR′(Rx connected)는 전기 용량 브리지(1800)에서 측정되는 값을, Dx′ 는 저항(Rx)이 단락되지 않았을 때의 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수를, Ds 는 기준 커패시터(Cs)의 기준 손실 계수를 나타낼 수 있다. [수학식 2]의 ω 및 Cx,eff 는 [수학식 1]에서 설명한 바와 동일하며, Rx 는 저항(Rx)의 값을 나타낸다.
단계 S2600에서, 손실 계수 측정 장치(1000)는 단계 S2400 에서 측정된 값과 단계 S2200에서 측정된 값의 차이를 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 손실 계수 측정 장치(1000)는 [수학식2]의 DR′(Rx connected))에서 [수학식1]의 DR(Rx shorted))를 뺄 수 있다.
결과적으로, 손실 계수 측정 장치(1000)는 저항(Rx)에 의해 야기된 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수를 아래 [수학식 3]과 같이 획득할 수 있다.
[수학식 3]
DR′(Rx connected)-DR (Rx shorted)=Dx′ - Dx = ωCx,effRx
즉, 저항(Rx)에 의해 야기된 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수는 ωCx,effRx 로 결정될 수 있다. 다시 말하면, 단계 S2200 와 S2400에서 측정된 두 개의 값의 차이를 계산함으로써, 기준 커패시터(Cs)의 기준 손실 계수의 요인이 제거될 수 있다. 따라서, 저항(Rx)에 의해 야기된 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수가 기준 커패시터(Cs)의 기준 손실 계수와 독립적인 무차원 값으로서 결정될 수 있다.
도3a는 일 실시 예에 따라, 저항 값을 변화시키면서 측정된 도1의 커패시터-레지스터 박스의 손실 계수를 나타낸 표이다.
표(3200)는 도1의 커패시터-레지스터 박스(1200)의 명목 손실 계수의 범위가 1x10-5 보다 크고 1x10-2 보다 작고, 전원(1600)에서 교류 전압(1kV, 60 Hz)을 발생시키는 경우, 테스트 커패시터(Cx)에 연결된 저항(Rx)의 값을 변화시키면서, 저항(Rx)에 의해 야기된 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수를 측정한 결과를 나타낸다.
표(3200)를 참조하면, 첫 번째 열에는 저항(Rx) 의 값이 표시되고, 두 번째 열에는 일반적으로 손실 계수를 결정하는 수식 ωCxR(ω : 각 진동수, Cx : 테스트 커패시터(Cx)의 내부 커패시턴스 값, R : 테스트 커패시터에 연결된 저항(Rx)의 값)에 따라 계산된 명목(Nominal) 손실 계수 값들이, 세 번째 열에는 [수학식 3]에 따라 획득된 손실 계수 값들이 표시된다.
도3b는 도3a의 표(3200)를 참조하여, 가로축에 저항(Rx)의 값을, 세로 축에 [수학식 3]에 따라 획득된 손실 계수의 관계를 나타낸 그래프(3400)를 나타낸다. 그래프(3400)의 기울기는 [수학식 3]에 따라 테스트 커패시터(Cx)의 유효 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 일 실시 예에 따라, 그래프(3400)에 대해 선형 피팅을 수행함으로써 획득된 기울기는 1192 pF 로 결정된다. 이러한 방식으로 결정된 테스트 커패시터(Cx)의 유효 커패시턴스는 내부 커패시턴스인 1062.3 pF 보다 다소 크게 측정되었는데, 이는 커패시터-레지스터 박스(1200)에서의 단자와 접지 사이의 전압에 의해 발생되는 부유 커패시턴스의 영향으로 해석될 수 있다.
도4a는 일 실시 예에 따라 측정된 커패시턴-레지스터 박스의 손실 계수를 나타낸다.
표(4200)는 도1의 커패시터-레지스터 박스(1200)의 명목 손실 계수의 범위가 5x10-6 보다 크고 5x10-3 보다 작고, 전원(1600)에서 교류 전압(200V, 60 Hz)을 발생시키는 경우, 테스트 커패시터(Cx)에 연결된 저항(Rx) 의 값을 변화시키면서, 저항(Rx) 에 의해 야기된 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수를 측정한 결과를 나타낸다.
표(4200)를 참조하면, 첫 번째 열에는 저항(Rx) 의 값이 표시되고, 두 번째 열에는 일반적으로 손실 계수를 결정하는 수식 ωCxR(ω : 각 진동수, Cx : 테스트 커패시터(Cx)의 내부 커패시턴스 값, R : 테스트 커패시터에 연결된 저항(Rx)의 값)에 따라 계산된 명목 손실 계수 값들이, 세 번째 열에는 [수학식 3]에 따라 획득된 손실 계수 값들이 표시된다.
도4b는 도4a의 표(4200)를 참조하여, 가로축에 저항(Rx)의 값을, 세로 축에 [수학식 3]에 따라 획득된 손실 계수의 관계를 나타낸 그래프(4400)를 나타낸다. 그래프(4400)의 기울기는 [수학식 3]에 따라 테스트 커패시터(Cx)의 유효 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 일 실시 예에 따라, 그래프(4400)에 대해 선형 피팅을 수행함으로써 획득된 기울기는 1036 pF 로 결정된다. 이러한 방식으로 결정된 테스트 커패시터(Cx)의 유효 커패시턴스는 내부 커패시턴스 1000.0 pF 보다 다소 크게 측정되었는데, 이는 (도3a 및 3b를 참조하여 설명한 실험 결과와 마찬가지로) 부유 커패시턴스의 영향으로 해석될 수 있다.
도5a는 일 실시 예에 따라, 도1의 손실 계수 측정 장치에 의해 측정된 손실 계수와 스위스 표준 기관 METAS 에서 측정된 손실 계수의 차이를 그래프의 형태로 나타낸 것이다.
그래프(5200)는 도1의 커패시터-레지스터 박스(1200)의 명목 손실 계수의 범위가 1x10-5 보다 크고 1x10-2 보다 작고, 전원(1600)에서 교류 전압(1kV, 60 Hz)을 발생시키는 경우, 양 방법에 의해 측정된 커패시터-레지스터 박스(1200)의 손실 계수의 차이를 나타낸다. 그래프(5200)를 참조하면, 가로축은 명목 손실 계수의 값을 나타내고, 세로 축은 도1의 손실 계수 측정 장치(1000)에 의해 측정된 손실 계수와 스위스 표준 기관 METAS 에서 측정한 손실 계수의 차이를 나타낸다. 그래프(5200)의 세로 축의 값이 0이라는 의미는 양 방법에 의해 획득된 측정 값이 동일하다는 것을 의미하므로 도1 내지 2를 참조하여 상술한 손실 계수 측정 방법의 유효성이 검증될 수 있다.
그래프(5200)의 수직 에러바는 확장 불확도(expanded uncertainty)의 크기를 나타낸다. 예를 들어, 수직 에러바(5220)는 명목 손실 계수가 10000x10-6 일 때의 확장 불확도를 나타낸다.
불확도(uncertainty of measurement)란, 측정 및 분석결과에 관련하여 측정량을 합리적으로 추정한 값의 분산 특성을 나타내는 척도이다. 예를 들어, 상술한 [수학식 3]에 의해 측정 및 계산된 값은 절대적인 참 값이 아니며, 이는 저항(Rx)의 단락과 연결의 반복에 따른 안정도, 전기 용량 브리지(1800)의 안정도, 손실 계수 측정 장치(1000)의 오차, 전기 용량 브리지(1800)의 에러, 온도 계수, 전압 계수 등과 같은 불확도 요인에 따라 달라질 수 있다. 확장 불확도는 다양한 불확도 요인들 각각에 대한 불확도를 포함하여 하나의 수치로 나타낸 값으로서, 예를 들어 불확도 요인들 각각에 대한 불확도의 제곱합(Sum of Squared Difference)에 기초하여 결정될 수 있다.
따라서, 그래프(5200)를 참조하면, 모든 명목 손실 계수들에 대해 양 방법에 의해 측정된 손실 계수 값이 확장 불확도 범위 내에서 서로 일치하는 것을 확인할 수 있는 바, 도1 내지 2를 참조하여 상술한 손실 계수의 측정 방법의 유효성이 검증될 수 있다.
도5b는 일 실시 예에 따라, 도1의 손실 계수 측정 장치가 측정한 손실 계수와 상용의 저전압 커패시턴스 브리지에 의해 측정한 손실 계수의 차이를 나타내는 그래프이다.
그래프(5400)는 도1의 커패시터-레지스터 박스(1200)의 명목 손실 계수의 범위가 5x10-6 보다 크고 5x10-3 보다 작고, 전원(1600)에서 교류 전압(200V, 60 Hz)을 발생시키는 경우, 양 방법에 의해 측정된 커패시터-레지스터 박스(1200)의 손실 계수의 차이를 나타낸다.
그래프(5400)를 참조하면, 가로축은 명목 손실 계수의 값을 나타내고, 세로 축은 도1의 손실 계수 측정 장치에 의해 측정된 손실 계수와 상용의 저전압 커패시턴스 브리지에 의해 측정한 손실 계수의 차이를 나타낸다. 그래프(5400)의 의미는 도5a의 그래프(5200)를 참조하여 상술한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
그래프(5400)를 참조하면, 대부분의 명목 손실 계수들에 대해서, 양 방법에 의해 측정된 손실 계수 값이 확장 불확도 범위 내에서 서로 일치하는 것을 확인할 수 있는 바, 도1 내지 2를 참조하여 상술한 손실 계수의 측정 방법의 유효성이 검증될 수 있다. 또한 도5b의 손실계수가 5000×10-6인 경우에 상용 저전압 커패시턴스 브리지를 이용한 측정 불확도를 고려한다면 두 결과가 서로 일치한다고 사료된다.
도6은 일 실시 예에 따라, 도1의 손실 계수 측정 장치가 상대적으로 큰 손실 계수를 갖는 세라믹 커패시터를 기준 커패시터로 사용하여 측정한 손실 계수를 나타낸 표이다.
표(6200)는, 도1의 커패시터-레지스터 박스(1200)의 명목 손실 계수의 범위가 5x10-6 보다 크고 5x10-3 보다 작고, 전원(1600)에서 교류 전압(200V, 60 Hz)을 발생시키는 경우, 테스트 커패시터(Cx)에 연결된 저항(Rx)의 값을 변화시키면서, 저항(Rx)에 의해 야기된 테스트 커패시터(Cx)의 손실 계수를 측정한 결과를 나타낸다. 또한, 기준 커패시터(Cs)로 세라믹 커패시터가 사용되었다.
표(6200)를 참조하면, 표(6200)의 첫 번째 열에는 명목 손실 계수 값들이, 두 번째 열에는 [수학식 2]에 따라 계산된 손실 계수 값들이, 세 번째 열에는 [수학식 3]에 따라 계산된 손실 계수 값들이 표시된다.
표(6200)의 세 번째 열에 표시된 값들을 도4a의 표(4200)의 세 번째 열에 표시된 값들과 비교하면, 손실 계수를 무시할 만한 기준 커패시터(Cs) 대신에 상대적으로 큰 손실 계수를 갖는 세라믹 커패시터를 기준 커패시터(Cs)로 사용하더라도, 커패시터-레지스터 박스(1200)의 손실 계수는 거의 동일하게 획득되는 것을 확인할 수 있다. 이는 도1의 손실 계수 측정 장치(1000)에 의해 획득된 손실 계수가, 기준 커패시터(Cs)의 기준 손실 계수와 독립적인 값임을 의미할 수 있다.
위 설명들은 본 발명을 구현하기 위한 예시적인 구성들 및 동작들을 제공하도록 의도된다. 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들뿐만 아니라, 위 실시 예들을 단순하게 변경하거나 수정하여 얻어질 수 있는 구현들도 포함할 것이다. 또한, 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들을 앞으로 용이하게 변경하거나 수정하여 달성될 수 있는 구현들도 포함할 것이다.

Claims (9)

  1. 전기 용량 브리지;
    상기 전기 용량 브리지의 일단과 연결되고, 기준 커패시터를 포함하는 기준 커패시터 박스; 및
    상기 전기 용량 브리지의 타단과 연결되고, 저항 및 상기 저항과 직렬 연결된 테스트 커패시터를 포함하는 커패시터-레지스터 박스를 포함하고,
    상기 전기 용량 브리지는, 상기 저항이 단락된 상기 커패시터-레지스터 박스의 상기 테스트 커패시터 및 상기 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제1값을 측정하고, 상기 저항이 단락되지 않은 상기 커패시터-레지스터 박스의 상기 테스트 커패시터 및 상기 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제2값을 측정하도록 구성되고,
    상기 제2값과 상기 제1값의 차에 의해 상기 기준 커패시터의 기준 손실 계수가 제거됨으로써, 상기 차의 결과가 상기 저항에 의해 야기되는 상기 테스트 커패시터의 손실 계수로 결정되는 손실 계수 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 커패시터 박스와 상기 커패시터-레지스터 박스에 교류 전압을 인가하기 위한 전원을 더 포함하고,
    상기 기준 커패시터 박스의 일단과 타단은 상기 전기 용량 브리지의 제1윈도우와 상기 전원에 각각 연결되고,
    상기 커패시터-레지스터 박스의 일단과 타단은 상기 전기 용량 브리지의 제2윈도우와 상기 전원에 각각 연결되도록 구성되는 손실 계수 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1값과 상기 제2값은, 상기 전기 용량 브리지의 밸런스 조건이 만족될 때 측정되는 손실 계수 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1값을 측정하기 위해, 상기 전기 용량 브리지의 상기 저항은 피메일 바나나 플러그를 이용하여 단락되는 손실 계수 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2값과 상기 제1값의 상기 차의 결과를, 각 진동수와 상기 저항의 값을 곱한 값으로 나눔으로써, 상기 테스트 커패시터의 유효 커패시턴스를 결정하는 손실 계수 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유효 커패시턴스는, 상기 테스트 커패시터의 내부 커패시턴스와 부유 커패시턴스를 포함하는 손실 계수 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기 용량 브리지는, 전류 비교기 기반 고전압 커패시턴스 브리지인 손실 계수 측정 장치.
  8. 저항과 직렬 연결된 테스트 커패시터 및 기준 커패시터와 연결된 전기 용량 브리지 기반의 손실 계수 측정 방법에 있어서,
    상기 저항이 단락된 상기 테스트 커패시터와 상기 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제1값을 상기 전기 용량 브리지에 의해 측정하는 단계;
    상기 저항이 단락되지 않은 상기 테스트 커패시터와 상기 기준 커패시터의 손실 계수 차이인 제2값을 상기 전기 용량 브리지에 의해 측정하는 단계; 및
    상기 제2값과 상기 제1값의 차에 의해 상기 기준 커패시터의 기준 손실 계수가 제거됨으로써, 상기 차의 결과가 상기 저항에 의해 야기되는 상기 테스트 커패시터의 손실 계수로 결정하는 단계를 포함하는 손실 계수 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전기 용량 브리지는, 전류 비교기 기반 고전압 커패시턴스 브리지인 손실 계수 측정 방법.
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