KR100194550B1 - 주상변압기 부하관리용 측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주상변압기의 적산전력량과 적산기간동안의 최대부하전류 및 발생시간을 동시에 측저아혀 부하의 상관계수를 실측할 수 있는 주상변압기 부하관리용 측정장치 및 방법에 관한 것이다. 종래에는 실측에는 의하지 않고 전산화에 의하여 일정기간의 사용량에 계절별로 부하의 상관계수를 곱하여 예측하였으며 상관계수도 지역별, 계절별 및 부하특성별로 분류하지 않고 적용하였다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 주상변압기에서 전류검출용 센서, 전압검출용 센서, 온도검출용 센서, 통신용 케이블을 이용하여 전류, 전압, 온도의 전기적 신호 크기를 취득하여 각기 디지탈 데이터로 변환한 후 이를 연산처리하여 일정한 주기로 적산전력량과 적산 기간동안의 최대부하전류 및 발생시간을 동시에 검출하여 저장함과 아울러 상, 하 한치를 벗어난 경우의 횟수를 누적측정하고, 이를 일정한 기간마다 PC를 백-업시켜 주상변압기의 용량 판정 및 관리에 이용하도록 한다.

Description

주상변압기 부하관리용 측정장치 및 방법

본 발명은 주상변압기의 적산전력량과 적산기간동안의 최대부하전류 및 발생시간을 동시에 측저아형 부하의 상관계수를 실측할 수 있는 주상변압기 부하관리용 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

종래에는, 최대부하전류를 실측에 의하지 않고 전산화에 의하여 변대별로 일정 기간의 사용량에 계절별로 부하의 상관계수를 곱하여 예측하였으며 최대부하전류를 실측하기 위해서도 많은 인력과 비용이 소요되어 현실적으로 매우 어려운 실정에 놓여 있었다.

상관계수 산정법도 지역별, 계절별 및 부하특성별로 분류하지 않고 부하사용량 측정법도 부정확하여 과부하로 판정된 주상변압기도 별도로 실측한 후에 과부하로 판단될 경우 용량을 증설하고 있는 실정이었다.

즉 그 현상들은 ① 지역별, 계절별로 구분하기 않고 ② 다양한 부하특성을 고려하지 않았고, ③ 적산전력량과 적산기간동안의 초대전류를 동시에 측정할 수 없으며 ④ 적산전력량과 최대부하측정 후 교류전력 산정시 아날로그(Analog) 승산 반도체 사용방식, 시분할 방식, 다이델 매트릭스 방식 등의 하드웨어(Hardware)적인 방법을 사용하였다.

또한 일정기간 동안의 기억, 연산기능이 없어 신뢰성에도 문제가 있었다.

그러나 이러한 문제점들은 최대부하 산출시 항상 필요한 것이 아니고 ⓐ 부하 구성형태 ⓑ 부하 특성 ⓒ 측정시의 부하상태 등에 따라 다르다.

예를 들면 ①,②를 고려하지 않고 ③만 고려 할 수 있으며, ②,③,④을 고려하지 않고 ①만 고려하여도 신뢰성에 많은 문제점이 발생된다.

따라서 어떤 과부하시 사고로 간주하여 사고원인을 분석해 보면 과부하 종류, 과부하상태, 과부하 계통 주변 조건별로 분류할 수 있어 불확실성을 내포하고 있다.

그러므로 이러한 불확실성으로부터 최적의 상관계수 산정 및 부하관리 방안을 정립하기 위하여는 지역별, 계절별 및 부하특성별에 의한 데이터 취득이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요성에 따라 주상변압기의 적산전력량과 적산기간동안의 최대부하전류 및 발생시간을 동시에 측정하여 부하의 상관계수를 실측함으로서 과부하 예측이 가능하고, 이로 인한 주상변압기의 소손을 예방하므로서 전력공급 신뢰도를 향상시킬 수 있는 주상변압기 부하관리용 측정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 데이터 수집 및 처리를 위하여 구성된 측정장치를 구성하여 주상변압기에서 실측을 하도록 설치하고, 주기적으로 그 측정장치로부터 데이터를 노트북 컴퓨터와 같은 PC로 백-업 받고, 그 백-업된 데이터를 일정한 부하판별 프로그램에 입력시켜 프로그램을 실행시킴에 따라 주상변압기의 부하에 대한 정보를 통계적 데이터나 그래프 및 그 결과에 대한 자료로서 출력시켜 실제 주상변압기의 용량산정이나 교체 및 안전시설보안 등 여러 가지 조처를 할 수 있도록 한다.

본 발명의 특징들을 설명하면, 부하의 상관계수를 실측할 수 있는 주상변압기 부하관리용 측정장치는 전기적 신호 크기 및 변화 정보를 디지털신호로 바꾸고 이를 저장하였다가 노트북(Note Book) PC에 전달하는 수단으로 구성된 것이 제1 특징이다.

또한, 본 발명의 제2 특징은 전압, 전류, 전력등의 교류 실효치 산출에 있어서 아날로그 하드웨어(Analog Hardware)신호 처리방식이 아닌 컴퓨터 프로그램(Computer Program)에 의한 소프트웨어(Software)방식으로 산출함으로써, 넓은 범위에 있어서 고속이며 연산능력이 뛰어나고 계측결과에 대한 신뢰도가 높을 뿐 만 아니라 소형으로 가격이 저렴하고 다양한 기능을 가지고 있다.

그리고 본 발명에 따른 제3 특징은 전압, 전류의 아날로그 교류신호를 디지털화 하는데 있어서 8채널 12비트(Bit)의 고속도, 고정도 A/D 변환기(Converter)를 사용하였으며, 계측 데이터(Data)를 표시하는데 있어서 16문자×4줄의 LCD 모듈(Module)을 사용함으로써 동시에 많은 계측 데이터를 표시하고 페이지 업/다운(Page Up/Down) 기능의 채용으로 다양한 계측 데이터를 표시할 수 있도록 구성되어 있다.

또한 제4 특징인 주상변압기의 부하상관계수 산정시 필요한 최대부하전류를 산출하는데 있어서 최대부하전류 값과 동시에 그 발생시기를 월, 일, 시, 분 단위로 기억되므로 현장 배전관리 업무에 많은 도움을 줄 수가 있으며 최대 6개월 분의 선로전압 트랜드데이터(Trend Data)를 기억하고 통신을 통하여 PC로 읽어볼 수 있으므로 배전전압의 안정화 및 부하관리 업무에 많은 도움이 되도록 하였다.

즉, 이와같이 본 발명은 종래 기술에서 상관계수 산정을 하기 위해 취득한 최대전류의 단순한 순시치(5분간 측정한 전류치 평균의 최대치) 상태로서는 정확성을 기대할 수 없었기 때문에 적산전력량 및 최대부하전류 뿐만 아니라 전압, 변압기 외함온도, 대기온도, 피상전력, 무효전력, 유효전력, 역률 등을 입력으로 이용하는 것이다.

또한 본 발명은 데이터의 신뢰성 및 검증의 필요성을 얻기 위하여 D/I(Demand Interver)의 설정에 따라 최대 6개월까지의 트랜드 데이터(Trend Data)의 기억이 가능하도록 하였다.

제1도는 본 발명에 의한 주상변압기 부하관리용 측정장치의 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 주상변압기 부하관리용 측정장치의 제어부 블록도.

제3도는 본 발명에 의한 전류 감지부의 블록도.

제4도는 본 발명에 의한 전압 감지부의 블록도.

제5도는 본 발명에 의한 온도 감지부의 블록도.

제6도는 본 발명에 의한 전류, 전압, 온도 감지부와 전원부의 예를 보인 회로도.

제7도는 본 발명에 의한 주상변압기 부하관리용 측정장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 제어부 110 : CPU

111 : 상,하한치 설정부 112 : 타이머

113 : 연산 처리부 114 : 최대/최소 검출부

115 : 비교 및 카운터 200 : 전류 감지부

210 : 더미 저항 220 : 전류 레벨조정부

230 : 필터 및 전류증폭부 240, 340 : A/D변환부

300 ; 전압 감지부 310 : 내부 PT

320 : 전압레벨 조정부 330 : 필터 및 위상조정부

400 ; 온도 감지부 410 : 온도센서

420 : 0점 조정회로 430 : 변환 증폭도 조정회로

440 : CPU내장 A/D변환부 500 : 조작부

600 ; 표시부 700 : 메모리

800 : 통신 접속부 900 : 전원부

910 : 220/110V 자동절환부

이하, 본 발명에 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 의한 주상변압기 부하관리용 측정장치의 블록도로서 이에 도시된 바와 같이 주상변압기로부터 전류, 전압을 검출하여 디지털 데이터로 출력하는 전류, 전압 감지부(200)(300)와 주상변압기의 외金과 대기온도를 감지하는 온도 감지부(400)와, 상기 전류, 전압 감지부(200)(300)의 전류 및 데이터를 연산하여 실효치 전압, 전류 및 전력을 구하고, 소정의 시간 단위별로 최대치, 최소치, 발생시기, 상한치 조과횟수, 하한치 미만횟수, 트랜드 데이터등을 검출하여 저장을 제어하고, 온도감지부(400)의 온도에 의거하여 현재온도를 표시함과 아울러 최대온도 및 그 발생시기를 저장 제어하며, 측정장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(100)와, 그 제어부(100)에서 출력되는 상기한 각 데이터를 저장하는 데이터 저장 메모리(60)와, 상기 제어부(100)의 제어에 의해 전류, 전압의 실효치 및 온도를 표시함과 아울러 동작상태를 표시하는 표시부(600)와, 상기 제어부(100)의 제어에 의해 상기 메모리(60)에 저장된 데이터를 외부에 전송하기 우한 통신 접속부(800)와, 저장 데이터의 읽기 조작과 상기 최대 최소치의 검출 주기 및 기타 조작신호를 상기 제어수단에 입력시키기 위한 조작부(500)와, 주상변압기의 2차측 출력전원을 입력전원으로 받아 상기 각부의 동작전위에 맞게 변환시켜 동작전원을 공급하는 전원공급부(900)로 구성된다.

제2도는 본 발명에 의한 주상변압기 부하관리용 측정장치의 제어부 상세 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 실측한 전류 및 전압의 교류신호를 매 주파수마다 10회 샘플링한 값을 모아서 매초마다 실효치 연산후 풀스케일(Full Scale) 비례게산 및 10진수, 소숫점 처리후 1:1로 대응시켜 표시제어하는 연산처리부(113)와, 미리 설정한 소정의 수요시한(D/I)동안 입력된 전류, 전압데이타를 각각 평균화하여 이들중 최대치, 최소치와 그 발생시기를 검출하여 저장제어하는 최대/최소 검출부(114)와, 각 수요시한 동안의 평균치가 미리 정해둔 상/하한치를 벗어난 횟수를 카운트하는 비교 및 카운터(115)와, 상기 수요시한, 최대 최소값 발생시기 및 각 연산의 실시간 처리를 위한 타이머(112)와, 상기 온도 감지부(400)의 온도값을 A/D변환하여 입력받는 수단을 포함하고 각부의 동작제어와 데이터의 저장 및 출력제어와 상기 조작부(500)의 키입력에 따른 상하한치 설정과 수요시한 설정 및 통신 접속부(800)를 통한 데이터 출력을 제어하는 중앙처리부(CPU)(110)와, 상기 조작부(500)의 제어에 의해 변경 설정이 가능한 전류와, 전압의 상/하한치를 설정하는 상/하한치 설정부(111)를 포함하여 구성된다.

제3도는 본 발명에 의한 전류 감지부의 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이, 전류를 검출하기 위한 전류 변류기(CT)와, 그 전류 변류기(CT)의 2차측 부저항인 더미저항(210)과, 그 더미저항(210)을 통해 출력된 검출전류의 실제 주상변압기 2차 모선전류와 표시전위를 일치시키도록 조정하는 전류 레벨조정부(220)와, 그 전류 레벨조정부(220)의 출력신호를 소정레벨로 증폭함과 아울러 필터링하는 필터 및 전류 증폭부(230)와, 그 필터 및 전류증폭부(230)의 아날로그 출력신호를 디지탈 데이터로 변환시키는 A/D변환부(240)로 구성된다.

제4도는 본 발명에 의한 전압 감지부의 상세 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이, 전압을 검출하기 위한 PT(310)와, 실제 선로접압과 표시전압이 일치하도록 조정하기 위한 전압레벨 조정부(320)와, 상기 PT의 2차측 위상과 전압입력신호의 위상차 및 이후에 처리할 디지털변환시의 샘플링 시간차 등에 의한 위상차를 보정함과 아울러 필터링하는 필터 및 위상조정부(330)와, 그 필터 및 위상조정부(330)의 아날로그 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(340)로 구성된다.

제5도는 본 발명에 의한 온도 감지부의 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 주상변압기의 외함과 대기온도를 각기 감지하는 온도센서(410)와, 그 온도센서(410)의 0점을 조절을 위한 0점 조정회로(420)와, 온도센서(410)의 감지온도와 표시온도가 일치되도록 조정하는 변환 증폭도 조정회로(430)와, 상기 제어부(100)내의 CPU(110)에 내장되어 그 변환증폭도 조정회로(430)의 아날로그 출력신호를 디지털 데이터로 변환시키는 CPU내장 A/D 변환기(440=110)로 구성된다.

한편, 제6도는 본 발명에 의한 전류 감지부(200), 전압감지부(300)와 ,온도감지부(400), 전원부(900)의 실시예를 보인 회로도로서, 이는 전류 감지부(200)는 r,t 상 전류를 각기 감지하는 2개의 전류 감지회로가 있고, 전압 감지부(300)도 r,t상 전압을 각기 감지하는 2개의 전압감지 회로가 있으며, 전류 감지부 및 전압감지부는 하나의 칩을 가진 공통 A/D변환부를 사용한다. 그리고, 전원부(900)는 전압감지부(300)에서 감지되는 전압에 따라 입력전원을 220/110V자동으로 전환시키는 전압 전환부(910)를 포함하여 구성된다.

제7도는 본 발명에 의한 주상변압기 부하관리용 측정장치의 외형을 보인 개략도로서, 이에 도시된 바와 같이 최대 전류, 전압 발생시기, 전류, 전압치, 전력 등을 표시하기 위한 표시부(600)가 LCD표시기로 구성되고, 상,하한치, 수요기한(D/I), 데이터 통신 및 화면 제어 등 각종 조작을 위한 조작키(500)들이 구비되어 있다.

이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 전류신호입력 검출시 전류검출에 필요한 전류검출용 센서는 클램프식 후크형으로 되어 있어 주상변압기 2차측 인하선에 설치하게 되는데, 단상 2선식인 경우에는 적색 리드에 연결된 센서만 사용하고, 단상 3선식 변압기에서는 적색과 황색에 연결된 센서를 전압인가선과 색상을 동일하게 사용하고, 2차 인하선에 설치하여 흘러내리지 않도록 타이밴드로 단단히 고정시키도록 되어 있다. 변압기 2차 모선전류와 표시 전위와를 일치되도록 전류레벨 조정부를 거친 후 A/D 변환부를 거쳐 제어부에 연결하도록 되어 있다.

다음에 전압신호입력을 검출하는 전압검출용 센서는 주상변압기 2차측 모선에 연결하여 전압신호를 입력하도록 한다. 이 전압신호는 단상 및 3상 4선식까지 운용할 수 있도록 프로그램이 개발되어 있으나 현장에서 설치 및 운용을 간단히 하여 비전문가도 쉽게 사용할 수 있도록 하기 위하여 단상 2선식과 단상 3선식에서만 사용할 수 있도록 전압인출선 말단에 절연 크램프가 부착되어 있는 장치로서 전압레벨 조정을 한 후 A/D 변환부를 거쳐 통신선에 연결되어 있다.

절연크램프는 주상변압기의 2차측에 사용하는 절연전선도 피복을 벗기지 않고 절연크램프 사이에 삽입하여 볼트를 조이면 내장된 침전극이 절연전선의 피복을 침투하여 전압이 인가되도록 되어 있다.

단상 3선식 주상변압기의 부하전력을 측정할 경우에는 흑색 리드선은 접지된 공통선에 연결하고 황색과 적색 리드선은 양쪽 전압선에 연결하며 단상 2선식 변압기에서는 흑색과 적색 리드선만 사용한다.

외함온도신호입력을 측정하는 외함온도측정용 센서는 외부에 영구자석을 취부하여 온도를 측정하고자 하는 위치에 취부하기 편리하도록 한 장치로서 0점 조정회로와 CPU 내장 A/D 변환부를 거쳐 통신선에 연결하도록 되어 있다.

이 경우에 온도의 전달을 용이하게 하기 위하여 외함에 부착되어 있는 이물질을 잘 닦아내고 설치하는 것이 좋다.

통신용 접속부는 상기 장치에서 취득된 데이터를 노트북 PC로 백-업하기 위한 것으로서, 통신선 2가닥이 내장된 케이블이 지상 2m 정도에 인출되어 있으며, 말단에는 PC통신선을 연결할 수 있도록 뚜껑이 있는 콘넥터가 취부되고 있고 케이블이 바람에 흔들리지 않도록 전주에 잘 동여매야 한다.

이와 같이 본 발명은 부하관리용 측정장치의 입력은 A/D 변환부가 디지트로 변환하기에 적합하도록 Op 앰프 및 아날로그 주변회로를 통하여 1차 가공된 다음 A/D 변환부 회로에 입력되도록 되어 있으며, 전류검출용 센서, 전압검출용 센서, 외함온도 측정용 센서와 데이터 백-업용인 통신 케이블 등의 4종류가 연결된다.

주상변압기에서 취득된 아날로그(Analog) 전류입력 신호의 처리과정을 설명하면 다음과 같다.

즉, 부하관리용 측정장치 내부에는 a상(=r상), b상(=t상)의 2개의 전류입력회로가 내장되어 있고, 입력단자에서 클램프식 전류변류기(CT)의 인출선 연결단자는 1개의 CT에 대하여 2개씩이나 2개의 CT를 측정기 1대에 사용할 경우에는 1개선을 공통으로 사용하므로 3개의 단자가 설치되어 있다.

더미저항(210)은 클램프식 CT의 2차 부저항으로서 더미저항(210)의 정밀도에 따라 계측결과가 그대로 영향을 받게 되어 있다. 본 발명에서는 2.2Ω, 1/4W 금속피막형 오차 1%이내의 정밀저항으로서 자체 소비전력을 다음과 같이 계산한다.

클램프식 CT 1차가 600A인 경우 클램프식 CT의 2차가 2000Tum 감겨 있으므로

2차전류 = 600A/2000(T) = 300㎃

저항소비전력 = I²r = 0.3×0.3×2.2=0.198W

전류 레벨조정부(22)는 10Tum 볼륨으로 실제 주상변압기 2차 모선전류와 표시 전위를 일치되도록 조정하고 있으며, 필터 및 전류증폭부(230)는 클플램프식 CT의 2차 부담을 줄이기 위하여 더미저항(210)을 2.2Ω로 낮출 경우에 신호출력 레벨이 수백㎷로 낮으므로 이를 증폭하는 회로로 OP 증폭기(Amp)를 사용하고 있으며 필터회로를 겸하고 있다.

A/D 변환부(240)는 전압 감지부(300)의 A/D변환부와 하나의 IC에서 구현하고 있으나 이하에서는 서로 다른 참조번호로 설명한다. 이 IC의 입력핀에 인가되는 입력전압의 피크(Peak)치가 5V로 유지되어야 하므로, 전범위(Full Scale)표시 때의 IC 핀입력전압을 실효치로 환산하면가 되므로 증폭회로의 증폭도는

의 증폭도를 갖는다.

다음에 파라메타 계산공식에서 교류입력 신호의 실효치 연산을 설명하면 샘플링(Sampling) 및 적분연산은 외부전원 주파수를 파형 정형하여 60㎐의 연산 타임 베이스(Time Base)를 만든 다음 매 사이클(Cycle)마다 전압신호 3 채널(Channel)과 전류신호 3 채널(Channel)을 A/D 변환부에 입력을 각각 10회씩 샘플링하여 각각의 입력 코드에 따라 가중치(Weight)를 주어서 누적시켜서 적분 연산을 한다.

이상과 같이 전압, 전류 각각의 입력별로 매 초마다 600회 샘플링한 적분 연산 값을 다시 플로팅 포인트(Floating Point)계산값으로 환산한다.

적분값의 평방근 연산은 실효치를 구하는 과정에 있어서 매 초마다 적분하여 플로팅 포인트(Floating Point)연산한 값을 6 채널(Channel)입력 각각에 대하여 평방근 연산을 하게 된다.

이상의 평방근 연산값이 A/D 변환부(240)에서 변환된 순시치 2진 코드(Binary Code)에 대한 교류실효치 연산값이다.

실효치 전류표시 값의 계산공식을 살펴보면 처리과정은 실측한 교류신호 신호연산 값을 알아보기 쉽게 실제와 표시값이 1:1로 대응시키기 위하여는 A/D 변환부(240)의 변환 코드의 보정, 딥 스위치(Dip Switch)로 설정한 전류 풀 스케일(Full Scale)보정, 소숫점 정리 등의 처리과정을 거쳐서 표시하게 된다.

A/D변환 코드의 보정은 A/D 변환부(240)가 12비트(Bit)이고, 변환기준 전압을5.00V로 설정하였으므로 5/2^12-1=5/2047를 보정하게 된다.

전류 풀 스케일(Full Scale)의 보정은 딥 스위치(Dip Switch)의 설정에 따라 5Å에서 6000Å까지 설치현장에 맞게 표시되게 하는 보정인데, 전류입력은 고전류입력의 경우도 있으므로 30%의 여유를 갖고 풀 스케일을 정하였으며, 소숫점 정리는 전류 풀스케일 세팅표에 의하여 유효숫자가 4자리가 되도록 소숫점을 정리하여 표시하게 된다.

이상의 처리과정을 정리하면

전류입력신호처리는 A/D 변환부(240)에 DC 정류 및 평활하지 않고 교류신호가 바로 입력된다. 12 비트 A/D 변환부(240)에서는 아날로그 신호로 12 비트 2진코드화하여 CPU에 입력되며 CPU에서 여러분류로 나누어 신호처리한다.

현재 전류산출에서 입력신호 샘플링은 교류전류신호는 매 주파수마다 10회 정도 샘플링한 후 1초동안 600여개의 샘플링 데이터를 실효치 연산하며 풀 스케일처리 및 10진수 표시, 샘플링 데이터 CT 1차측 정격전류에 따라 비례연산한 후 10진수와 소숫점연산 후 매 초마다 샘플링한 값을 LCD 표시부(600)에 표시한다.

또한 최대전류 및 발생시키는 매 초마다 600여번 샘플링하여 표시되는 현재 전류를 조작부(500)의 키 조작에 의하여 별도로 설정한 수요시한(Demand Interval:; D/I)동안 평균화하여 이들 중 최대치를 표시한다. 즉 COU(110)가 의해 상기 A/D 변환을 제어함과 아울러 표시제어를 하고, 조작부(500)에 의해 상,하한치를 설정부(111)에 저장시켜두고, 연산처리부(113)를 통한 연산에 의거하여 D/I주기마다 최대/최소 검출부(114)를 통해 최대/최소치를 검출하여 메모리(700)에 그 발생시기와 함께 저장시키고, 비교 및 카운터(115)를 통해 상,하한치를 벗어난 횟수를 누적 카운트한다.

여기서, 상기 D/I는 5분, 10분, 15분, 30분의 4가지 중에서 1가지를 선택하게 되며 D/I의 시작점을 내부 시계기능에 의해 및 시간 일정한 시각에 시작한다.

즉 5분 D/I : 매 시 정각, 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분의 1시간에 12회

10분 D/I : 매시 정각 10분, 20분, 30분, 40분, 50분으로 1시간에 6회

15분 D/I : 매시 정각 15분, 30분, 45분으로 1시간에 4회

30분 D/I : 매시 정각 30분으로 1시간에 2회

따라서 AC 파워온 하거나 데이타 0 리세트의 키가 입력된 경우에는 처음의 D/I가 시작되는 시점까지는 최대전류치 계산에 반영되지 않는다.

최대적 표시는 데이터 0 리세트 키가 입력된 이후부터 기억된 것이 표시되며 최대치 발생시기는 월, 일, 시, 분으로 표시되며 발생시기 또한 데이터 0 리세트 키가 입력된 이후부터 기억된 것이 표시된다.

여기에 사용된 전류검출용 센서는 클램프식 CT로서 내장 32㎜이며 2차측 Tum수는 2000회이며 전류 측정범위는 0-600A로 하였으며, CT 2차측에서 저항을 통하여 폐회로를 구성하고 저항 양단의 전압을 OP 앰프로 증폭하여 연산토록 하였다.

한편, 주상변압기에서 취득된 전압입력 신호의 처리과정은, 단상 2선식과 단지 단상 3선식에 적용되는 규격으로 내부에 전압입력회로가 2개 내장되어 있으며, 나머지 단자는 각각 별도로 설치되어 V_a(=V_r)-Com-Vb(V_t)의 순서로 전압 2회로 입력이 3개 단자로 설치되어 있다.

내부 PT(310) 1차 220V, 2차 6V, 22㎜ Core로 형성된 일종의 트랜스로서 a상 내부 PT 2차는 전원전압 판별용으로도 사용되고 있다. 주상변압기 2차측 선로에서 유입되는 써지로부터 내부회로를 보호하기 위하여 써지 억제소자인 TNR를 각상 입력에 취부하였다.

3상인 경우에는 클램프식 PT선로에 삽입하는 방향에 따라 선로간의 위상차에 의한 오차가 발생되므로 이를 쉽게 보정하기 위하여 전압 입력회로에 방향 절환 스위치(S/W)를 취부하였다.

전압 레벨조정부(320)는 10 Turn 볼륨으로 실제 선로전압과 표시전압이 일치하도록 조정되어 있다.

필터 및 위상조정부(330)는 클램프식 CT의 2차측 신호와 전압입력 신호간의 위상차와 A/D 변환부(340) 및 CPU(110)에서 AC신호를 샘플링하는 시간차에 의하여 실부하 역률에 대한 오차가 발생하므로 이의 보정이 필요하다. OP 앰프를 사용하여 보정하였으며 필터회로를 겸한다.

A/D 변환부(340)는 8 채멀, 12 비트 A/D 변환기의 입력Pin 1번과 3전압 신호가 입력된다. A/D 변환부(340)의 입력신호는 +, - 양방향성으로 정류되지 않고 그대로 입력되며 피크-투-피크(peak-to-peak) 레벨이 ±5V로 제한된다. 만일 그 이상의 과전압이 입력될 때 보호용으로 IC 입력단자에 직렬로 1 kΩ 저항을 삽입하였다.

각종 파라메타 실효치 전압표시 값의 연산 처리과정은 전압 F/S에 대한 여유분이 20%인 것 이외에는 전류표시값 처리과정과 동일하다.

전압입력신호(140)의 처리는 대체로 전류입력신호(130)의 처리와 비슷하며 현재전압, 최대전압 및 그 발생시기, 상한치 초과 횟수, 하한치 미만 횟수, 트랜드 데이타(Trend Data) 기억 등이 있는데, 현재전압의 산출은 전류와 같은 방법으로 매 주파수마다 10여회 샘플링(Sampling)한 값을 모아서 매 초마다 실효치연산 후 전압 풀 스케일(Full Scale) 비례계산 및 10진수, 소숫점처리 후 표시한다.

최대전압 및 그 발생시기는 전류와 같은 방법으로 키조작으로 설정한 D/I 기간 동안의 평균전압 중 최대치를 기억해 두며 그 발생시기 또한 월, 일, 시, 분 단위로 기억한다.

최소전압 및 그 발생시기는 최대전압의 산출과 같은 방법으로 D/I 기간 동안의 평균전압 중 최소치를 기억해 두며 그 발생시기를 월, 일 시, 분 단위로 기억한다.

상한치 초과 횟수는 키 조작에 의하여 입력전압의 상한치를 임의로 세팅해 두었다가 D/I 동안의 평균전압이 상한치보다 초과한 경우의 초과 횟수를 카운트해 두는 기능으로서 PC에 전송되어 선로전압의 분석과 주상변압기 텝 체인지(Tap Change) 작업에 활용하면 효과적이다.

하한치 미만의 횟수는 키 조작에 의하여 입력전압의 하한치를 임의로 설정해 두었다가 D/I 동안의 평균전압이 하한치 미만인 경우의 횟수를 카운트 해두는 기능이다.

트랜드 데이타(Trand Data) 기억은 PC의 CRT 화면으로 선로전압의 변화추이를 그래프(Graph)로 보고 주상변압기 2차측 배전전압의 원활한 운용을 위한 기능으로서 각선 입력전압에 대하여 각각 8640회 분의 D/I 평균전압을 기억해 두는 기능으로 샘플링(Sampling) 횟수가 1개 입력에 대하여 8640회로 정하여져 있으므로 D/I의 설정에 따라 기억되는 기간이 다르다.

5분 : 30일(1 개월)

10분 : 60일(2 개월)

15분 : 90일(3 개월)

30분 : 180일(6 개월)

따라서 최대 6개월 까지의 트랜드 데이타 기억이 가능하며 트랜드 데이타들은 그 내용이 많아서 장치의 본체에서는 확인할 수 없으며 PC를 통해서만 확인이 가능하다.

8640회 샘플링 기간이 초과되면 먼저 기억된 순서부터 없애는 밀어내기 식으로 항상 최근의 데이타들만 기억하도록 하였다.

또한 전압검출용 센서는, 주상변압기의 2차 전압이 110V 혹은 220V이므로 겸하여 사용할 수 있도록 하였다.

주상변압기 부하관리기에는 전압입력에 3개의 전선이 있어 단상 3선식에서는 적색과 백색 및 흑색(공통선)을 사용하지만 단상 2선식에서는 적색과 흑색만 사용한다.

전압 크립(Clip)으로부터 입력된 전압신호는 내부소형 트랜스(28mm)로부터 6V로 강압되어 내부 전압 신호처리 아날로그회로에 입력된다.

온도 감지회로에서는 대기온도와 변압기 외함의 온도를 측정하기 위하여 2개의 온도검출용 센서를 연결할 수 있는 단자가 설치되어 있다.

온도검출용 센서는 반도체 IC를 사용하였다. 변압기 외함과 대기온도 측정용 센서 2개가 각각 2Pin 단자에 2벌 설치되고 있고 단자는 +, -극성이 있으며 본 발명품은 대기 온도측정용 센서는 외함 케이스에, 변압기 외함온도 측정용 센서는 인출선에 연결하도록 되어 있다.

0점 조정회로(420)는 OP 앰프로 구성하여 실제온도가 0℃로 표시하게 하는 회로이며, 변환증폭도 조정회로(430)는 OP Amp로 구성하여 센서 감지온도와 표시온도가 일치하도록 하는 온도신호 증폭회로 이다.

CPU 내장 A/D 변환부(440)는 온도신호를 전압, 전류신호와 달리 1초에 수백번 고속으로 샘플링할 필요가 없기 때문에 H8/534 CPU의 내장 A/D 변화부단자에 입력하여 온도를 측정한다.

온도 표시값 계산 파라메타에서는

일 경우 온도 검출용 A/D 변환부(440)는 CPU(110)에 내장된 10Bit A/D 변환기로서 풀 스케일이고 기준전압은 5.00V이다. 따라서 온도감지회로(800)의 0~5V 아날로그 신호가 10Bit A/D 변환부(440)에 입력되어 0~1023의 2진 코드로 변환된다.

코드(Code)가 200이하인 경우 0℃이하로서 표시온도 = (200변환-Code)×0.2, 코드(Code)가 200이상인 경우 0℃이상으로서 표시온도 = (변환Code-200)×0.2로 되며, 온도입력 신호처리에서 현재온도는 대기온도와 주상변압기 케이스 온도의 2가지에 대하여 매 초마다 샘플링 하여 표시하며 최대온도 및 그 발생시기는 주상변압기 케이스 온도에 의해서는 D/I 동안의 평균온도 중 최대치와 그 발생시기를 월, 일, 시, 분 단위로 표시한다. 또한 온도검출용 센서는 반도체로서 아날로그 디바이스를 사용하였다.

아날로그 디바이스는 IC내부에서 온도 오차가 트리밍 되어 있어서 사용하기가 편하며 절대온도 1°K당 1uA 전류 출력으로서 0℃이면 273uA 이고 100℃이면 373uA의 전류출력이다.

변압기 케이스온도와 대기온도를 계측하며 대기온도는 외장 케이스내에서 계측하므로 외부로 인출되어 있지는 않고 변압기외함 온도측정용 센서만 외부로 인출되어 있다.

주상변압기 부하관리기 하드웨어에서는 수집된 결과와 처리 결과를 6개월마다 한번씩 통신을 통해 PC로 전송하여 관리한다.

이상과 같은 본 발명품은 주상변압기의 상관계수를 산정하기 위해 최대부하전류를 실측하지 않고 전산화에 의하여 변대별로 일정기간의 사용량에 계절별로 부하의 상관계수를 곱하여 예측하는 방법이 아닌 적산전력량과 적산기간동안의 최대부하전류 및 발생시간을 동시에 측정하여 부하의 상관계수를 실측할 수 있도록 개발하므로서 신회성 있는 측정장치를 구현할 수가 있다.

또한 유효전력, 무효전력, 피상전력, 역률 및 외기온도를 즉시 알 수 있어 주상변압기의 종합적인 관리를 할 수 있으며, 아울러 실제의 주상변압기 과부하 사고현상분석에 따라 부하계산 상관계수를 수정해 주면 정확도를 더해가는 상관계수 산정용 부하측정장치를 구현할 수가 있는 것이다.

Claims (9)

1. 주상변압기로부터 전류, 전압을 검출하여 디지탈 데이터로 출력하는 전류, 전압 감지수단과, 주상변압기의 외함과 대기온도를 감지하는 오도 감지수단과, 상기 전류, 전압 감지수단의 전류 및 전압 데이터를 연산하여 실효치 전압, 전류 및 전력을 구하고, 소정의 시간 단위별로 최대치, 최소치, 발생시기, 상한치 초과횟수, 하한치 미만횟수, 트랜드 데이터등를 검출하여 저장 제어함과 아울러 온도감지수단의 온도에 의거하여 현재온도를 표시함과 아울러 최대온도 및 그 발생시기를 저장 제어하며, 측정장치 전체의동작을 제어하는 제어수단과, 그 제어수단에서 출력되는 상기한 각 데이터를 저장하는 데이터 저장수단과, 상기 제어수단이 제어에 의해 전류, 전압의 실효치 및 온도를 표시함과 아울러 동작상태를 표시하는 표시수단과, 상기 제어수단의 제어에 의해 상기 저장수단에 저장된 데이터를 외부에 전송하기 위한 통신 접속수단과, 저장 데이터의 읽기 조작과, 상기 최대 최소치의 검출 주기 및 기타 조작신호를 상기 제어수단에 입력시키기 위한 조작수단과, 주상변압기의 2차측 출력전원을 입력전원으로 받아 상기 각부의 동작전위에 맞게 변환시켜 동작전원을 공급하는 전원공급수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 주상변압기 부하관리용 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전류감지수단, 전압감지수단은, 3상 2선식 전원에서 각기 2상씩의 전류와 전압을 감지할 수 있도록 감지회로가 구비된 것을 특징으로 하는 주상변압기 부하관리용 측정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 온도 감지수단은 주상변압기의 외함 온도와, 대기온도를 각기 측정하기 위한 2개의 온도센서와 그 온도센서의 감지신호를 제어수단에 입력시키기 위한 2개의 감지회로가 구비된 것을 특징으로 하는 주상변압기 부하관리용 측정장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전류 감지수단은, 전류를 검출하기 위한 전류 변류기와, 그 전류 변류기의 2차측 부저항인 더미저항과, 그 더미저항을 통해 출력된 검출전류의 실제 주상변압기 2차 모선전류와 표시전위를 일치시키도록 조정하는 전류 레벨조정부와, 그 전류 레벨조정부의 출력신호를 소정레벨로 증폭함과 아울러 필터링하는 필터 및 전류증폭부와, 그 필터 및 전류증폭부의 아날로그 출력신호를 디지탈 데이터로 변환시키는 A/D변화부로 구성된 것을 특지으로 하는 주상변압기 부하관리용 측정장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 전압 감지수단은, 전압을 검출하기 위한 PT와, 실제 선로전압과 표시전압이 일치하도록 조정하기 위한 전압레벨 조정부와, 상기 PT의 2차측 위상과 전압입력신호의 위상차 및 이후에 처리할 디지탈변환시의 샘플링 시간차 등에 의한 위상차를 보정함과 아울러 필터링하는 필터 및 위상조정부와, 그 필터 및 위상조정부의 아날로그 출력신호를 디지탈신호로 변환하는 A/D 변환기로 구성된 것을 특징으로 하는 주상변압기 부하관리용 측정장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 온도 감지수단은, 주상변압기의 외함과 대기온도를 각기 감지하는 온도센서와, 그 온도센서의 0점 조절을 위한 0점 조정회로와, 온도센서의 감지온도와 표시온도가 일치되도록 조정하는 변환 증폭도 조정회로와, 상기 제어수단내의 CPU에 내장되어 그 변환증폭도 조정회로의 아날로그 출력신호를 디지탈 데이터로 변환시키는 CPU내장 A/D 변환기로 구성된 것을 특징으로 하는 주상변압기 부하관리용 측정장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은, 실측한 전류 및 전압의 교류신호를 매 주파수마다 10회 샘플링한 값을 모아서 매초마다 실효치 연산후 풀스케일(Full Scale) 비례계산 및 10진수, 소숫점 처리후 1:1로 대응시켜 표시제어하는 연산처리수단과, 미리 설정한 소정의 수요시한(D/I) 동안 평균화하여 이들중 최대치, 최소치와 그 발생시기를 검출하여 저장제어하는 최대/최소 검출수단과, 각 수요시한 동안의 평균치가 미리 정해둔 상/하한치를 벗어난 횟수를 카운트하는 비교 및 카운트 수단과, 상기 수요시한, 최대 최소값 발생시기 및 각 연산의 실시간 처리를 위한 타이머와, 상기 온도 감지수단의 온도값을 A/D변환하여 입력받는 수단을 포함하고 각부의 동작제어와 데이터의 저장 및 출력제어와 상기 조작부의 키입력에 따른 상하한치 설정과 수요시한 설정 및 통신 접속수단을 통한 데이터 출력을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주상변압기 부하관리용 측정장치.
8. 주상변압기의 전류와 전압 및 온도를 측정하는 단계와, 상기 전류와 전압의 실효치 및 온도의 현재값을 표시하는 단계와, 일정한 주기내에서 전류와 전압 및 온도치의 각 최대값 및 최소값과 그 발생시기를 저장하는 단계와, 상기 전류와 전압 및 온도가 상기 일정한 주기동안의 평균치를 계산하여 그 평균치가 미리 정해둔 상한치 이상 또는 하한치 미만인 경우의 횟수를 누적 카운트하는 단계와, 상기 주기별 최대/최소값과 그 발생시기, 상기 상/하한치 횟수데이터를 일정한 기간마다 PC에 백업시켜 주상변압기의 부하에 대한 분석처리 할 수 있게 하는 단계를 수행하도록 이루어진 것을 특지응로 하는 주상변압기 부하관리용 측정방법.
9. 제8항에 있어서, 현재온도는 대기온도와 주상변압기 케이스온도의 2가지에 대하여 매초마다 샘플링하여 표시하도록 하고, 주상변압기 케이스 온도에 의해 D/I 동안의 평균온도 중 최대치를 나타내고, 발생시기는 월, 일, 시, 분 단위로 표시하도록 하며, 온도센서의 감지값을 0점 조정과 변환증폭도 조정을 하여 A/D변환하여 입력받는 것을 특징으로 하는 주상변압기 부하관리용 측정방법.