KR100578491B1 - 배전반의 자동 역률 계측 및 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력회로의 부하 변동에 따라 계측된 역률을 미리 설정된 목표 역률과 대비하여 보상하기 위한 배전반의 자동 역률 계측 및 제어 시스템을 개시한다. 본 발명은 미리 설정된 목표 역률을 기준으로 하여 자동으로 콘덴서를 접속하거나 차단하여 역률을 보상하기 위하여, 3상 전압, 3상 전류, 피상 전력, 유효 전력, 유,무효 전력량, 역률, 주파수, 온도등을 계측하고, 이를 근거로 역률을 산정함으로써 미리 설정된 목표 역률을 기준으로 자동으로 콘덴서를 접속하거나 차단하여 역률 정정의 정밀도를 크게 향상 시킬 수 있도록 한 것이다. 이에 따라, 본 발명은 전원 설비를 효과적으로 활용할 수 있게 되고, 양호한 품질의 전력을 효율적으로 공급할 수 있게 되는 잇점이 있다.

Description

배전반의 자동 역률 계측 및 제어 시스템{Automatic Power Factor Measuring and Control System of Switchgear and Controlgear}

도1은 본 발명에 의한 자동 역률 계측 및 제어 시스템을 보인 구성도.

도2는 본 발명에 의한 자동 역률 계측 및 제어 시스템의 작동을 보인 흐름도.

※ 주요 부분에 대한 부호의 설명※

1:변성기 2:변류기 3:온도검출부 4:인터페이스회로 5:A/D 컨버터

6:출력인터페이스 7:통신포트 8:키패드 9:표시수단

10:디스플레이처리부 11:메모리 12:마이크로프로세서

13:설정부 14:디지털 신호 데이터 입력부

15:중앙연산처리장치 16:주차단기 제어 신호 출력

17:보조차단기 제어 신호 출력 18:부하제어 신호출력(on)부

19:부하제어 신호출력(off)부 20:펄스신호처리부

본 발명은 배전반의 자동 역률 계측 및 제어 시스템에 관한 것으로, 부하의 역률을 실시간으로 측정하여 필요한 만큼 용량을 증가시킴으로써 역률을 개선할 수 있도록 한 역률 계측 및 제어 시스템에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 역률이란 피상전력에 대한 유효전력의 비율이며, 이는 전기 설비에 실제로 걸리는 전압과 전류가 얼마나 유효하게 일을 하는가의 비율을 의미하게 된다. 실제에 있어서는 역률이 높은 경우는 유효전력이 피상전력에 근접하는 것으로서 사용자 입장에서는 같은 용량의 전기기기를 최대한 유효하게 이용하는 것을 의미하며 설비용량을 더 늘리지 않고도 부하의 증설이 가능하게 되고, 전력 공급자 입장에서 보면 같은 부하에 대하여 적은 전류를 흘려 보내도 되므로 전압강하가 적어지고 전원 설비의 이용효과가 커지는 이점이 있다.

반면에 주상 변압기의 여자 전류의 영향과, 유도전동기의 가동시에 경부하일 경우 또는 방전등에 사용된 코일인 이그나이터등에 의하여 역률이 저하되는 경우가 빈번하여 사용자 입장에서는 전기기기의 이용 효율이 낮게 되고, 전력 공급자 입장에서 보면 전력 계통이 불안정되며, 더욱 많은 전력을 공급하여야 하므로 전원 설비의 이용 효율이 저하되어 전원 설비의 투자비 증가가 불가피하게 되는 문제점이 있는 것이다.

그러므로, 전력 공급자측에서는 설비 합리화를 위하여 부하 역률을 개선하기 위한 노력을 기울이고 있으며, 전력량계에서 역률을 측정하여 역률이 저하되는 경우 기본요금에 역률 할증 제도를 실시하고 있다.

즉, 우리나라를 기준으로 볼때 전기요금제도는 역률이 90%에 미달한 역률 만 큼 전기요금을 추가하는 역률할증제도를 적용하고 있으며, 이러한 역률을 제어하기 위하여 종래에는 무효전력에 의하여 콘덴서가 연결되거나 분리되도록 하는 방법을 사용하고 있으며, 이를 위하여 무효전력계전기를 사용하여 정정치 보다 무효전력값이 커졌을 때 콘덴서가 연결되고, 작아 졌을때 콘덴서가 분리되도록 한다.

이러한 방식은 가장 실용적인 방식이며, 콘덴서의 군(group) 용량을 부하의 성질에 따라 변경하는 방식으로 무효전력계전기를 2조 또는 수조 사용하여 군 제어를 하게 된다.

이러한 종래의 방법에 의하면, 이는 무효 전력값에 따라, 단계별로 지정된 용량의 콘덴서가 접속되거나 분리되도록 하는 방식이므로, 최적 제어가 원천적으로 불가능한 문제점이 있는 것이다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 현재의 역률을 정확히 계측, 연산하여 목표 역률을 유지시킬 수 있도록 한 배전반의 역률 계측 및 제어 시스템을 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 전원선로의 기중 차단 접점의 양측 선로에 변성기 및 변류기에 의하여 3상 전압, 3상 전류, 피상 전력, 유효 전력, 유,무효 전력량, 역률, 주파수등을 측정하고, 이에 따라 산출된 역률이 사용자가 설정한 목표 역률을 유지할 수 있도록 하기 위하여 주차단기 및 보조 차단기와 연결돤 개폐기 그리고, 다수의 콘덴서를 부하에 접속하거나 차단할 수 있도록 한 보상부를 제어하도록 한 배전반의 역률 계측 및 제어 시스템을 제안한다.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 전체적인 구성을 도1로 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명은 전원선로의 기중 차단 접점의 양측 선로에 변성기(1)와, 변류기(2)의 1차측 및 온도검출부(3)를 연결하고, 이들의 2차측에 연결된 인터페이스회로(4)와, 인터페이스회로(4)의 출력과 연결된 A/D 컨버터(5)와, 배전반 내부의 메인스위치 상태등의 디지털 신호 데이터 입력부(14) 그리고 주차단기 제어신호추력(16) 및 보조차단기제어신호출력(17) 그리고 다수의 콘덴서로 구성된 보상부의 부하제어신호출력(on)부 (18) 및 부하제어신호출력(off)부(19) 작동을 위한 출력인터페이스(6)와, 외부와의 통신을 위한 통신포트(7)와, 역률 설정 작업을 위한 키패드(8) 및 조작 상태 확인을 위한 표시판(8')으로 구성된 설정부(13)와, 각종 계측 데이터를 표시하기 위한 표시수단(9)과, 표시수단(9)를 구동시키기 위한 디스플레이처리부(10)와, 설정 데이터와 연산 데이터 그리고 프로그램의 저장을 위한 각종 메모리(11)와, 중앙연산처리장치(15)로 구성된 마이크로프로세서(12)와, 전력량 및 정전신호를 출력시키기 위한 펄스신호 처리부(20)를 구비하여서 된 것이다.

이러한 본 발명에 의한 역률 계측 및 제어 시스템의 작동을 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 관리자에 의하여 설정 데이터가 입력되어야 한다. 이를 위하여 본 발명은 마이크로프로세서(12)가 메모리(11)에 저장된 초기화 데이터를 패치하여 로 딩하고, 관리자에 의하여 키패드(8)의 데이터 수정에 해당하는 기능키가 조작되는 경우에는 설정 데이터 수정 모드인 것으로 판단하고, 이어지는 키패드(8) 조작에 의하여 목표 역률등 수정데이터를 입력시키게 된다. 이러한 과정에서 작업자는 표시판(8')으로 표시되는 숫자나 문자를 보고 입력 상태를 확인하여 입력을 완료하게 되는 것이며, 입력된 수정 데이터는 관리자의 데이터 저장에 해당하는 기능키 조작에 의하여 메모리(11)에 저장되는 것이다.

이어서, 마이크로프로세서(12)는 통신포트(7)로부터의 데이터를 감시하여 통신 요청 모드인지의 여부를 확인한다. 이때, 통신포트(7)가 통신 요청 모드에 해당하는 상태인 경우에는 중앙 통제실등에서 전송되는 스타트 신호가 통신포트(7)에서 감지되는 경우 메모리(11)에 저장된 역률, 전력량, 전압, 전류, 기중 차단 접점 상태등의 송신 대상 데이터를 전송하는 것이고, 데이터의 송신이 완료된 후에는 통신을 종료하고, 재차 통신 요청이 있는지를 판단하여 통신 요청이 있는 경우에는 전술한 바와 같은 작동을 반복하고, 통신 요청이 없는 경우에는 전원 선로 양측에 연결된 변성기(1)와 변류기(2)의 2차측 신호에서 레벨을 조정하는 인터페이스 회로를 거쳐 A/D변환기에서 아날로그 크기값에 상응하는 디지털 신호로 출력되는 것이다. 이러한 디지털 신호 출력은 중앙연산처리장치(15)에서 처리되어 전압, 전류를 계측하고, 이에 기초하여 각종 계측값을 계산하게 된다. 이에 따라, 각종 데이터가 마이크로프로세서(12)에 의하여 산출되어 디스플레이처리부(10)에 의하여 숫자값으로 표시수단(9)에 순차로 표시되거나 키패드(8)를 조작함에 따라 선택적으로 표시수단(9)에 표시될 수 있게 되는 것이다.

특히, 본 발명에서는 마이크로프로세서(12)가 역률 관련 데이터를 산출하여 목표 역률이 연산된 역률보다 높은지의 여부를 판단하게 되는 것이고, 그 결과, 목표역률이 연산된 역률보다 높은 경우에는 전기 설비의 안정적 운용과 사용자의 불이익을 방지하기 위하여 출력 인터페이스(6)를 작동시켜 주차단기제어신호출력(16) 및 제어신호기보조차단기(17)를 작동시키게 되는 것이다.

실제의 예로써 본 발명에서는 1개의 주차단기 제어신호출력(16)나 8개의 보조차단기 제어신호출력(17)중 어느 하나가 작동되어 연산된 역률이 낮은 특정 전기 설비의 작동을 중지시키도록 할 수도 있다. 이와 같이 역률이 낮은 경우 부하 차단기를 작동시켜 부하를 차단하게 되는 것이고, 이러한 상태를 모니터로 표시하며, 이력(履歷)데이터를 저장하게 되는 것이다. 또한, 본 발명은 모든 부하가 차단 완료되었는지를 판단하여 모든 부하 차단이 완료된 경우에는 경보 부져를 동작시키고, 작업자가 키패드의 키를 조작하게 되면, 경보 부져를 작동시키고, 목표 역률이 연산된 역률보다 높은 지의 여부를 판단하는 단계로 복귀하게 된다. 아울러, 본 발명에서는 연산된 역률이 목표 역률보다 높은 경우에는 보상부의 콘덴서가 부하제어신호출력(off)부(19)에 의하여 분리된 것이 있는지를 판단하여 부하제어 신호출력(off)부(19)에 의하여 차단된 것이 있는 경우에는 부하제어 신호출력(on)부(18)를 구동하여 보상부의 콘덴서가 부하에 추가 접속되도록 하는 방법으로 역률 개선을 도모하게 되는 것이다. 아울러, 이러한 상태를 모니터로 표시하며, 이력(履歷)데이터를 저장한 후 목표 역률이 연산된 역률보다 높은 지의 여부를 판단하는 단계로 복귀하게 된다. 이와 같이 하여 본 발명에서는 작동과정에서 메모리(11)에 저장되 는 일련의 이력 데이터를 통신요청이 있는 경우 정하여진 프로토콜에 따라 외부로 전송하게 되는 것이며, 또한, 펄스신호처리부(20)에서 출력되는 전력량 펄스와 정전신호 펄스 데이터가 사용자가 편의에 따라 접속하는 외부의 기기로 전송되어 편리하게 사용하게 됨은 물론이다.

아울러, 본 발명에서는 삼상전원에서 각상의 전류를 측정하기 위하여 3조의 변류기(2)를 설치하였으며, 이는 3개의 출력선으로 변류기(2) 전용인터페이스회로(4'')에 각상의 전류값에 해당하는 신호를 출력시키게 되는 구조로 실현될 수 있다.

아울러, 본 발명에서는 중앙연산처리장치(15)와 연결된 A/D컨버터(5)와, 입출력인터페이스(6)가 원칩형태로 내장된 마이크로프로세서(12)를 사용할 수 있는 것이며, 이에 롬이나 램, EEP롬등을 사용할 수도 있다.

또한, 입출력인터페이스(6)에서는 절연회로를 거쳐 부하와 연결된 차단기 및 보상부의 접속부와 분리부를 작동시키는 다수의 릴레이를 구동시키게 된다.

이와 같이 하여 본 발명은 현재의 역률을 정확히 계측, 연산하여 목표 역률을 넘지 않도록 하고, 부하의 전력 공급을 차단기 의하여 제어하여 효과적으로 운전할 수 있게 됨으로써, 사용자에게는 같은 용량의 전기기기의 이용 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 전력선로의 부하 상호 간섭에 의한 트러블이 현저히 개선되고 전력사고의 감소, 부하수명의 증진효과 및 에너지 절감 효과가 크므로 저렴한 전력 사용 요금 체계를 적용받을 수 있으며, 전력 공급자는 전력 계통의 안정화는 물론, 효율적인 전력 전송이 가능하게 되어 설비의 투자비를 절감할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

또한 역률개선효과로 무효전력, 고조파가 감소함으로써 전압강화가 억제되면 배선로의 주요기기들의 열발생, 절연파괴등으로 인한 기기의 수명단축을 방지할 수 있다. 본 발명은 일련의 작동과정에서 역률변동을 포함한 전원과 관련된 각종 데이터가 필요에 따라 외부로 전송될 수 있으므로, 이를 참조하여 효과적인 전기 설비의 관리가 가능하게 되는 등의 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 전원선로의 기중 차단 접점의 양측 선로에 변성기(1)와, 변류기(2)의 1차측 및 온도검출부(3)를 연결하고, 이들의 2차측에 연결된 인터페이스회로(4)와, 인터페이스회로(4)의 출력과 연결된 A/D 컨버터(5)와, 배전반 내부의 메인스위치 상태등의 데이터 입력부(14)와, 각종 계측 데이터를 표시하기 위한 표시수단(9)과, 표시수단(9)를 구동시키기 위한 디스플레이처리부(10)와, 설정 데이터와 연산 데이터 그리고 프로그램의 저장을 위한 각종 메모리(11)와, 중앙연산처리장치(15)로 구성된 마이크로프로세서(12)와, 전력량 및 정전신호를 출력시키기 위한 펄스신호 처리부(20)를 구비하여서 된 것에 있어서,

   주차단기 제어신호출력(16) 과 보조차단기 제어신호출력(17) 그리고 다수의 콘덴서로 구성된 보상부의 부하제어신호출력(on)부(18) 및 부하제어 신호출력(off)부(19)의 작동을 위한 출력인터페이스(6)와, 역률 설정 작업을 위한 키패드(8) 및 조작 상태 확인을 위한 표시판(8')으로 구성된 설정부(13)를 구비함을 특징으로 하는 배전반의 자동 역률 계측 및 제어 시스템.

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