KR100880563B1 - 디지털 전력계측 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업현장, 공장, 건물내의 전력반과 발전기반 등의 전력계통에 설치되어 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률과 같은 전력관련 요소를 통합적으로 계측하고 이를 절연된 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 동시에 7 세그먼트(segment)로 구성된 디스플레이(Display) 장치를 통해 계측값을 쉽게 판독할 수 있는 디지털 전력계측 변환장치에 관한 것으로서,

그 구성은 PT와 CT를 통해 인입된 입력신호에 따라 전기량의 계측치 계산을 수행하는 전력분석부와, AC 전압을 PT를 거쳐 승압시켜 내부 필터를 통과하여 송출하는 전압입력부와, AC 전류를 CT를 통해 인가되고 변환회로의 필터를 통과하여 송출하는 전류입력부와, 전력분석부로부터 받은 전기량의 계산값을 분석, 장치의 전반적인 동작을 제어하는 제어부와, 전기량의 계산된 출력값을 포토 커플러를 통하여 절연하는 절연부와, 절연부를 통해 입력된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 연산 증폭기를 통하여 출력하는 전원출력 변환부와, 제어신호에 따라 7-Segment로 전기량의 계측값 또는 설정값을 표시하는 조작표시부와, DC 48V를 받아 각각 절연된 제어전원으로 변환하는 제어전원입력부와, 시스템에 오류 정보 발생시 이를 외부로 알려주는 이상신호 출력부로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

디지털 전력계측 변환장치{Digital Power Transducer}

도 1은 종래의 전력 계측 장치가 변전소에 설치된 상태를 나타내는 회로도

도 2는 종래의 디지털 전력 계측장치의 실시예

도 3은 종래의 아날로그 전력 계측장치의 다른 일시예

도 4는 본 발명에 따른 디지털 전력계측 변환장치의 구성도

도 5는 도 4에 따른 디지털 전력계측 변환장치의 회로도

도 6은 본 발명의 디지털 전력계측 변환장치 조작표시부를 나타낸 도면

도 7은 본 발명에 따른 디지털 전력계측 변환장치의 다수 계측기를 표시한 랙 실장도

도 8a 내지 8d는 본 발명에 따른 전압, 전류, 유효전력, 무효전력의 구동을 표시한 실시예

<도면 주요 부분에 대한 설명>

200 : 전력분석부 210 : 전압입력부

220 : 전류입력부 230 : 제어전원 입력부

240 : 제어부 250 : 절연부

260 : 전원변환부 270 : 전원출력 변환부

280 : 조작표시부 290 : 이상신호 출력부

본 발명은 디지털 전력계측 변환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 단일 아날로그 회로를 사용하여 1:1로 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 분석하여 절연된 아날로그 신호로 출력하였으나 디지털 계측을 통하여 각종 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량 등의 각종 전기량을 각각 절연된 아날로그 신호로 출력할 수 있는 디지털 전력 계측장치에 관한 것이다.

가정 또는 산업 현장에서 사용되는 수배전반, 제어반 등의 전기설비와 전기 설비에서 전류, 전압, 전력 등을 측정하고 제어하기 위한 계측기기 자체에서 과부하나 기기의 오동작, 노화, 누전 등으로 인해 화재의 위험에 노출되어 있다. 이는 사용자에게 단순한 정전문제로 끝나는 것이 아니라, 경제적, 시간적 손실과 같은 큰 전력복구비용 지출을 초래한다. 이러한 화재위험을 일으키는 요인은 다양하지만 그 위험발생을 미연에 감지하고 대처하는 그 중 가장 중요한 요소는 온도이다.

한편, 종래의 온도 측정 방식은 기기의 외부에 온도센서를 두어 센서에서 온도를 감지하고 신호선을 통하여 전달되는 온도정보를 별도의 온도계측기기를 통하여 온도를 측정분석하고 이를 사용자 또는 관리자에게 알려주는 형태로 사용되고 있다.

그러나 이는 사용자에게 온도센서 장착 및 온도 측정 장치를 구비하는데 있어서 별도의 번거로운 작업이 요구되고 추가적 비용을 발생시킨다. 또한, 일반적으로 기존 전력계측기기는 변압기와 같은 과열 위험성이 있는 전력기기의 온도변화 계측을 주대상으로 하여 온도를 측정하고 이를 모니터링 할 수는 있지만, 수배전반, 제어반 등의 전기설비에서 발생된는 열에 의한 주위 대기(atmosphere) 온도변화를 계측기기 자체에서 직접 계측하지 않는다. 따라서 이러한 종래의 온도측정기기 및 방식은 전력설비 및 전력계측기기의 오동작 또는 과부하에 따른 순간적인 온도의 변화에 의한 대기온도와 전기 설비 및 전력계측기기 등의 발열단 온도정보를 정확히 동시에 알 수 없으므로, 실시간으로 변하는 상기 온도정보를 수집하는데 어려움이 있을 뿐더러, 온도를 신속하고도 간단하게 감지하여 제어할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 일반적으로 변전소에서는 전력계통의 전압, 전류의 입력을 이용한 광각형 아날로그 계측기들로 구성된 전력 계측 제어장치가 설치되어 있으며, 전력관리자는 상기 전력 계측 제어 장치에 의해 계측되는 전압, 전류, 유효전력, 무효전력, 역율, 주파수, 전력량 등을 이용하여 전력 조류를 감시하거나 제어하고 관리하고, 실제로 상기 전력 계측 제어 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 변전소의 모선(#1BUS,#2BUS)과 송전선로(T/L) 사이에 설치된다.

도 1을 참조하면, 종래의 변전소의 모선(#1BUS,#2BUS)과 송전선로(T/L) 사이에는 모선측 단로기(10)와 차단기 개폐용 변류기(20), 차단기(30), 계기용 변류 기(40), 및 송전선로측 단로기(50)가 설치된다.

상기 차단기 계폐용 변류기(20)의 터미널 블록(21)과 상기 계기용 변류기(40)의 터미널 블록(41)에는 각각 계기용 변류기 시험단자(22,42)가 연결되어 있다.

상기 모선(#1BUS,#2BUS)에는 계기용 변압기가 전압측정용으로 설치되며, 상기 모선(#1BUS, #2BUS)으로부터 도출되는 계기용 변압기 출력선(#1BUS PT,#2BUS PT)에는 상기 계기용 변압기를 선택하기 위한 PT절환스위치(60)가 접속되고, 상기 PT절환스위치(60)의 출력단에는 퓨즈(61)와 계기용 변압기 시험단자(62)가 직렬로 연결되어 있다.

상기와 같이 모선(#1BUS,#2BUS)과 송전선로(T/L) 사이에 모선측 단로기(10)와 차단기 개폐용 변류기(20), 차단기(30), 계기용 변류기(40), 송전선로측 단로기(50) 및 PT절환스위치가 설치되어 있는 변전소에 있어서, 상기 계측용 변류기(40)의 변류기 시험단자(42)와 상기 PT절환스위치(60)에 접속된 계기용 변압기 시험단자(62)에는 전압계와 전류계, 유효전력계, 무효전력계, 역률계, 주파수계, 전력량계로 구성되는 종래의 전력 계측 제어 장치가 설치된다.

상기의 구성에서는 유효전력(MW)을 계측하는 유효전력계(70)와 무효전력(MVAR)을 계측하는 무효전력계(80), 전류계(90), 및 전압계(100)로 구성되는 종래의 전력 계측 제어 장치를 도시하고 있으며, 상기 전류계(90)는 무효전력계(80)와 연결된 전류계용 절환스위치(91)에 연결되고, 상기 전압계(100)는 상기 계기용 변압기 시험단자(62)와 연결된 전압계용 절환스위치(101)에 연결된다.

그러나, 상기 유효전력계(70)와 무효전력계(80), 전류계(90), 전압계(100), 주파수계, 전력량계, 역률계 등과 같은 광각형 아날로그 계측기로 구성되는 종래의 전력 계측 제어 장치는 각각의 계측기의 계측범위가 제작사마다 서로 다르고, 각각의 계측기에 의해 개별적으로 계측된 결과를 관리자 직접 현장에서 확인하여 활용하기 때문에, 정확한 전력계측과 이에 따른 감시 또는 제어가 불가능하다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 전력계통에서의 고장에 대한 신속한 대응이 어렵고, 계측현장에 적용하기 위하여 계측기별로 전압조정기(OLTC)와 같은 별도의 부속설비를 구비해야 하는 불편함이 있고, 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률 등 전력관련 요소를 측정 혹은 측정된 결과를 사용자가 확인하기 위해서는 각 전력관련 요소의 표시장치가 각각 필요하여 표시장치 구매 및 설치에 따른 비용적인 부분의 부담과 공간적인 제한 사항이 있는 것이 현실이다.

또한, 종래의 전력 계측 제어 장치가 전력계측을 부정확하게 하게 되면 고품질의 전력공급 서비스를 요구하는 수요자의 욕구를 만족시키지 못하고 전력공급 서비스에 대한 신뢰도가 저하되는 문제점이 있다.

또한, 첨부된 도 2 및 도 3에서 제시된 바와 같이 종래의 디지털/아날로그 계측장치는 단일 디지털/아날로그 회로를 사용하여 1:1로 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 분석하여 절연된 아날로그 신호로 표시함으로써, 각종 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량 등의 각종 전기량의 표시하기 위해 각각의 표시장치가 필요하였고, 절연된 출력을 1 모듈당 각 하나의 채널로 사용함으로써 계측장치의 활용에 있어 넓은 공간이 필요하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 산업현장, 공장, 건물내의 전력반과 발전기반 등에 설치되어 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률과 같은 전력관련 요소를 통합적으로 계측하고 이를 절연된 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 동시에 7 세그먼트(segment)로 구성된 디스플레이(Display) 장치를 통해 계측값을 쉽게 판독할 수 있는 디지털 전력계측 변환장치를 제공하는데 있다.

또한, 절연부를 구성하여 계측된 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률등의 계측정보의 안정된 결과를 표시할 수 있고, 다수개의 출력부를 구성하여 계측된 정보를 사용자의 설정에 따라 선택적으로 표시할 수 있으며, 탈.실장 구조로 형성되어 측정지역의 전력 관계를 고려하여 장치의 추가, 삭제가 용이한 디지털 전력계측 변환장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 디지털 계측을 통하여 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 각종 전기량을 아날로그 신호로 출력하여 표시하는 디지털 전력계측 장치에 있어서, 전압 트랜스포머(PT : Power Transformer)와 전류 트랜스포머(Current Transformer)를 통해 인입된 전압 및 전류의 입력신호에 따라 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 계측치의 계산을 수행하는 전력분석부와, 상기 전력분석부와 연결되고 교류전원(AC : alternating current) 0 내지 150V의 전압을 전압 트랜스포머(PT : Power Transformer)를 거쳐 승압시켜 내부 필터(Filter)를 통과하여 상기 전력 분석부로 송출하는 전압입력부와, 상기 전력분석부와 연결되고 교류전원(AC : alternating current) 0 내지 6.5A의 전류를 전류 트랜스포머(Current Transformer)를 통해 인가되고 내부 전압 변환회로의 필터(Filter)를 통과하여 상기 전력 분석부로 송출하는 전류입력부와, 상기 아날로그 신호로 출력하기 위해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원(DC : Direct Current) 48V를 인가하는 제어전원 입력부와, 상기 전력분석부와 연결되고 전력분석부로부터 받은 계측치의 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산값을 분석하여 모든 계측치의 계산과 기록, 표시, 출력 값 연산, 사용자에 의해 입력된 입력 값 분석을 통해 장치의 전반적인 동작을 통제, 제어하는 제어부와, 상기 제어부와 연결되고, 제어부로부터 수신된 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산된 출력값을 포토 커플러(Photo Coupler)를 통하여 절연하는 다수개의 절연부와, 상기 제어전원 입력부 및 전력분석부와 각각 연결되고 상기 제어전원 입력부를 통해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원(DC : Direct Current) 48V를 공급받고, 상기 전력분석부를 통해 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산된 값을 직류전원 컨버터(DC converter)를 직류전원으로 변환하여 상기 제어부로 송출하거나, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 계측 장치의 오류 정보 발생시 경보발생, 엘이디(LED) 점멸을 표시하기 위해 해당 정보를 전송하는 전원변환부와, 상기 제어전원 입력부와 연결되고 제어전원 입력부를 통해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원(DC : Direct Current) 48V를 공급받고, 공급된 직류전원은 절연부를 통해 아날로그 신호로 변환하여 상기 계측장치에 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 표시하기 위해 내부의 연산 증폭기를 통과하여 전원을 출력하는 다수개의 전원출력 변환부와, 상기 절연부 및 전원출력 변환부와 각각 연결되고, 일대일(1:1)로 매칭되고, 상기 제어부의 제어신호에 따라 전면에 위치한 7-세그먼트(Segment)에 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계측값 또는 설정값을 표시하는 조작표시부와, 상기 제어부 및 전원변환부와 연결되고, 상기 전원변환부를 통해 직류전원 컨버터(DC converter)에 의해 직류전원 변환 오류 정보가 발생하거나, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 계측 장치의 오류 정보 발생시 상기 조작표시부의 전면에 위치한 엘이디(LED) 램프(Lamp)를 통해 경보음 발생, 엘이디(LED)를 전멸하여 이상 신호를 표시하는 이상신호 출력부를 포함하여 구성되는 디지털 전력계측 변환장치를 제공한다.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 디지털 전력계측 변환장치의 구성도이고, 도 5는 도 4에 따른 디지털 전력계측 변환장치의 회로도이고, 도 6은 본 발명의 디지털 전력계측 변환장치 조작표시부의 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 디지털 전력계측 변환장치의 다수의 계측기를 표시한 랙 실장도이고, 도 8a 내지 8d는 본 발명에 따른 전압, 전류, 유효저력, 무효전력의 구동을 표시한 실시예이다.

첨부된 도 4를 참조하여 본 발명의 디지털 전력계측 변환장치의 구성을 살펴보면, 참조번호 200은 본 발명의 디지털 계측을 통하여 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 각종 전기량을 아날로그 신호로 출력하여 표시하는 디지털 전력계측 변환장치에서 전압 트랜스포머(PT : Power Transformer)와 전류 트랜스포머(Current Transformer)를 통해 인입된 전압 및 전류의 입력신호에 따라 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 계측치의 계산을 수행하는 전력분석부를 나타낸다.

참조번호 210은 상기 전력분석부(200)와 연결되고 교류전원(AC : alternating current) 0 내지 150V의 전압을 전압 트랜스포머(PT : Power Transformer)를 거쳐 승압시켜 내부 필터(Filter)를 통과하여 상기 전력 분석부(200)로 송출하는 전압입력부를 나타내고, 220은 전류입력부로서, 이는 상기 전력분석부(200)와 연결되고 교류전원(AC : alternating current) 0 내지 6.5A의 전류를 전류 트랜스포머(Current Transformer)를 통해 인가되고 내부 전압 변환회로의 필터(Filter)를 통과하여 상기 전력 분석부(200)로 해당 교류전류를 송출한다.

참조번호 230은 제어전원 입력부로서, 이는 상기 디지털 전력계측 변환장치를 통해 측정된 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량 등 각종 전기량을 사용자가 육안으로 식별을 위해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원(DC : Direct Current) 48V를 인가 받아 각각 절연된 제어전원으로 변환한다.

한편, 상기 제어전원 입력부(230)는 입력 허용범위가 직류전원(DC : Direct Current) 36V ~ 72V사이이며 소비전력은 20W으로 구성되는 것이 바람직하다.

참조번호 240은 제어부로서, 이는 상기 전력분석부(200)와 연결되고 전력분석부(200)로 부터 받은 계측치의 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산값을 분석하여 모든 계측치의 계산과 기록, 표시, 출력 값 연산, 사용자에 의해 입력된 입력 값 분석을 통해 장치의 전반적인 동작을 통제, 제어한다.

참조번호 250은 절연부로서, 이는 상기 제어부(240)와 연결되고, 제어부(240)로부터 수신된 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산된 출력값을 포토 커플러(Photo Coupler)를 통하여 절연하는 것으로 본 발명에서는 5개의 절연부(250)가 하기에 기술될 조작표시부(280)와 일대일(1:1)로 매칭되게 구성되며, 상기 절연부(250)는 전원출력 변환부(270)와도 일대일(1:1) 매칭되도록 구성된다.

따라서, 하기에 기술될 상기의 전원출력 변환부(270)도 상기 절연부(250) 및 조작표시부(280) 동일한 5개의 전원출력 변환부(270)을 가진다.

한편, 당업자에 따라 상기의 전원출력 변환부(270), 절연부(250) 및 조작표시부(280)를 가변적으로 적용하여 운영할 수 있다.

참조번호 260은 전원변환부로서, 이는 상기 제어전원 입력부(230) 및 전력분석부(200)와 각각 연결되고 상기 제어전원 입력부(230)를 통해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원(DC : Direct Current) 48V를 공급받고, 상기 전력분석부(200)에서는 통해 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산된 값을 직류전원 컨버터(DC converter)을 이용하여 직류전원으로 변환하여 상기 제어부(240)로 송출하거나, 상기 제어부(240)의 제어신호에 따라 상기 계측 장치의 오류 정보 발생시 경보음 발생, 엘이디(LED) 전멸등을 표시하기 위해 해당 정보를 전송한다.

참조번호 270은 전원출력 변환부로서, 상기 제어전원 입력부(230)와 연결되고 제어전원 입력부(230)를 통해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원(DC : Direct Current) 48V를 인입되면, 절연부를 통해 상기 제어전원 입력부(230)에서 입력된 신호가 상기 전원출력 변환부(270)를 통해 아날로그 신호로 변환하여 상기 계측장치에 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 표시하기 위해 내부의 연산 증폭기를 통과하여 출력한다.

상기의 전원출력 변환부(270)도 상기에서 기술한 바와 같이 당업자에 따라 가변적으로 적용이 가능하며, 하기에 기술될 조작표시부(280)와 일대일(1:1)로 매칭되도록 구성한다.

참조번호 280은 조작표시부로서, 상기 절연부(250) 및 전원출력 변환부(270)와 각각 연결되고, 각각 일대일(1:1)로 매칭되게 구성되며, 상기 제어부(240)의 제어신호에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 전면에 위치한 7-세그먼트(Segment)의 상태 표시창이 구성되어 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계측값 또는 설정값을 표시하며, 당업자에 따라 가변적으로 적용이 가능하며, 본 발명에서는 1개의 랙(Rack)의 셀프에서 5개의 조작표시부(280)을 구성할 수 있다.

즉, 도 6에서 도시된 본 발명의 디지털 전력계측 변환장치의 조작표시부(280)의 구성을 도 7에서 도시된 바와 같이 1개의 랙(Rack)의 1 셀프에서 5개의 조작표시부(280)을 구성할 수 있으며, 랙(Rack)의 크기 구성에 따라 셀프 단위로 본 발명의 디지털 전력계측 변환장치의 표시장치인 조작표시부(280)의 증설을 용이하게 할 수 있다.

참조번호 290은 이상신호 출력부를 나타내는 것으로, 이는 상기 제어부(240) 및 전원변환부(260)와 연결되고, 상기 전원변환부(260)를 통해 직류전원 컨버터(DC converter)로 직류전원 변환의 오류 정보가 발생하거나, 상기 제어부(240)의 제어신호에 따라 상기 계측 장치의 오류 정보 발생시 상기 조작표시부(280)의 전면에 위치한 LED Lamp를 통해 경보음 발생, 엘이디(LED) 점멸을 하여 이상 신호를 표시한다.

첨부된 도 5는 본 발명의 디지털 전력계측 변환장치의 회로도를 나타내는 것으로 상기의 구성에서 설명된 바와 같이 전원출력 변환부(270)와 조작표시부(280)가 각각 5개의 구성을 가지며, 각각 일대일(1:1)로 매칭되는 구조를 볼 수 있으며, 상기 절연부(250) 및 조작표시부(280) 또한 5개의 구성 및 각각 일대일(1:1) 매칭 구조를 가지고 있다.

한편, 첨부된 도 6을 참조하여 본 발명의 디지털 전력계측 변환장치의 조작표시부(280)의 세부 구성을 살펴보면, 상기 조작표시부(280)의 전면부는 4 디지트(Digit) 7-세그먼트(Segment)로 표시되는 표시창과, 전압(V), 전류(A), 유효전력(W), 무효전력(VAR) 또는 주파수/역률(Hz/PF)을 각각 표시하는 표시부와, 상기 이상신호 출력부(290)의 동작에 따라 이상상태 발생시 경고음 발생, 엘이디(LED) 점멸함으로써 오류를 표시하는 오류 표시부와, 도 4 및 도 5의 구성에서 측정, 계측된 전기량의 단위에 따라 메가(M : Mega) 또는 키로(K : kilo)을 각각 표시하는 전기량 표시부가 구성된다.

또한, 상기 조작표시부(280)의 일측에 구성되고, 상기 전압(V), 전류(A), 유효전력(W), 무효전력(VAR) 또는 주파수/역률(Hz/PF) 각각의 특정 설정항목을 선택적으로 설정할 수 있는 모드 키(key)와, 상기 모드 키(key)의 동작에 따라 측정, 표시하고자 하는 설정항목으로 이동할 수 있는 이동 키(Shift Key)와, 상기 모드 키(key)의 동작에 따라 측정, 표시하고자 하는 설정항목을 선정하고 설정할 값을 변경할 수 있는 변경 키(Change Key)와, 상기 변경 키(Change Key)의 동작에 따라 설정한 값을 저장하는 저장 키(Set Key)로 구성되어 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 디지털 전력계측 변환장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 7에 도시된 랙(Rack) 실장에서 전원스위치(도면 부호 미기재)의 전원 온(on)하면, 상기 전압 입력부(210)을 통해 0 내지 150V의 교류전원이 PT를 거쳐 승압된 전압이 내부 필터(Filter)를 거쳐 상기 전력분석부(200)로 송출된다.

또한, 전류 입력부(220)에서 0 내지 6.5A의 교류전류가 CT를 통해 인가되고 내부 전압 변환회로의 필터(Filter)를 통해 상기 전력분석부(200)로 송출된다.

상기 전력 분석부(200)에서는 상기 전압 입력부(210) 또는 전류 입력부(220)에서 입력된 전원은 전압 트랜스포머(PT : Power Transformer)와 전류 트랜스포머(Current Transformer)를 통한 입력신호에 따라 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 계측치의 계산을 수행한다.

한편, 상기 제어전원 입력부(230)을 통해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원 48V가 인가되면 상기 제어전원 입력부(230)는 상기 전원변환부(260)로 해당 신호를 전송하고, 상기의 전력분석부(200)도 상기 제어부(240)로 본 발명의 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 표시, 사용자의 의해 입력된 입력값 분석을 위해 전송한다.

상기 제어부(240)의 제어신호에 따라 상기 절연부(250)는 제어부(240)로 부 터 수신된 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산된 출력값을 포토 커플러(Photo Coupler)를 통하여 절연한 후, 상기 조작표시부(280)로 해당 계산치를 전송하여 표시한다. 이때, 상기의 조작표시부(280)로 해당 계산치가 전송될 때 상기 전원출력 변환부(270)에서 상기 조작표시부(280)에 안정된 계산치를 제공할 수 있도록 입력된 전원을 직류전원 컨버트(DC Converter)로 아날로그 값으로 변환하여 내부 증폭기를 통과하여 전류를 상기 조작표시부(280)로 전송한다.

한편, 상기 전원변환부(260)를 통해 직류전원 컨버터(DC converter)로 직류전원 변환의 오류 정보가 발생하거나, 상기 제어부(240)의 제어신호에 따라 상기 계측 장치의 오류 정보 발생시 상기 이상신호 출력부(290)로 해당 신호를 송출하고 상기 조작표시부(280)의 전면에 위치한 LED Lamp를 통해 경보음 발생, 엘이디(LED) 점멸을 하여 이상 신호를 표시한다.

상기 동작에서 전압(V), 전류(A), 유효전력(W), 무효전력(VAR), 주파수(Hz)와 역률(PF)의 계산치가 상기 조작표시부(280)의 표시창에 표시되는 것을 살펴보면, 먼저, 모드 키(key)을 구동하여 상기 조작표시부(280)의 전압(V)을 설정하면, 전압(V)이 상기 조작표시부(280) 상에 점등된다. 설정된 전압(V)의 계산치를 산출하기 위해 첨부된 도 8a에 도시된 수식에 따라 상기 전력분석부(200)에서 해당 정보를 입력하고, 입력된 정보에 따라 계산치를 산출하고 상기 제어부(240)의 제어신호에 따라 해당 계산치를 상기 표시창에 표시한다.

이때, 계측되는 전압(V)은 내부 PT 비율에 설정한 값과 연산하여 연산된 값이 표시되는데, 1000V 이상이면 키로(K :kilo) 표시의 LED가 점등된다.

한편, 전류(A)의 계산치를 확인하기 위해 상기 모드 키(Key)가 구동하고 이동 키(Shift Key)를 조작하여 전류(A)을 설정하면, 상기와 같이 전류(A)가 상기 조작표시부(280) 상에 점등된다. 설정된 전류(A)의 계산치를 산출하기 위해 첨부된 도 8b에 도시된 수식에 따라 상기 전력분석부(200)에서 해당 정보를 입력하고, 입력된 정보에 따라 계산치를 산출하고 상기 제어부(240)의 제어신호에 따라 해당 계산치를 상기 조작표시부(280)의 표시창에 표시한다.

상기의 전압(V)과 같이 전류가 1000A 이상이면 키로(K :kilo) 표시의 LED가 점등된다.

상기의 과정과 같이 유효전력(W), 무효전력(VAR)의 계산치도 상기의 전압(V), 전류(A)의 계산치의 절차와 같이 진행되는데, 이는 첨부된 도 8c, 도 8d에 각각 도시된 수식에 따라 상기와 같은 절차로 산출되어 표시창에 표시된다.

상기의 유효전력(W)의 경우 유효전력(W) LED가 점등되면 Kilo 및 Mega 표시 LED는 자동으로 점등되거나 소등되며, 유효전력의 계산 결과가 음의 값을 가질 경우 계기를 기준으로 볼 때 전기의 역방향 흐름을 뜻하므로 역전력으로 취급하고, 역방향 유효전력의 표시는 (-)LED가 점등된다.

한편, 상기의 무효전력(VAR)은 VAR LED가 점등이 되고 무효전력 LED가 점등되면 Kilo 및 Mega 표시 LED는 자동으로 점등되거나 소등되며, 상기 유효전력(W)과 같이 만약 역방향 무효전력이 발생하면 (-)LED가 점등된다.

그리고, 주파수(Hz)/역률(PF)의 계산치의 표시는 상기와 같이 설정된 주파수 또는 역률에 따라 Hz/PF LED가 점등되고, 주파수와 역률 표시는 사용자에 의해 설 정할 수 있으며, Ch-5를 Hz로 설정하면 주파수가 표시되며 PF로 설정하면 역률이 표시된다.

상기의 절차에서 총 역률의 표시이며 피상전력 대비 유효전력으로써 계산은 Power Factor = cosθ (θ: 피상전력과 유효전력이 이루는 각)으로서 진상 역률 일 경우 (-)LED가 점등되고, 그 표시의 범위는 -1.000 ~ 1.000 사이다. 즉, (+)는 지상, (-)는 진상을 의미한다.

한편, 상기의 과정에서 사용자에 의해 상기 모드 키(Key)을 동작하여 표시하고자 하는 전압(V), 전류(A), 유효전력(W), 무효전력(VAR), 주파수(Hz)/역률(PF) 설정하고, 상기 변경 키(Change Key)를 조작하여 측정, 표시하고자 하는 설정할 값을 변경하고, 상기 저장 키(Set Key)을 저장하여 상기의 전압(V), 전류(A), 유효전력(W), 무효전력(VAR), 주파수(Hz)/역률(PF)을 측정할 수도 있다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 디지털 전력계측 변환장치는 그 목적은 산업현장, 공장, 건물내의 전력반과 발전기반 등에 설치되어 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률과 같은 전력관련 요소를 통합적으로 계측하고 이를 절연된 아 날로그 신호로 7 세그먼트(segment)로 구성되어 디스플레이(Display) 장치를 통해 계측값을 쉽게 판독이 가능하도록 표시할 수 있다.

또한, 절연부를 구성하여 계측된 전압, 전류, 전력, 주파수, 역률등의 계측정보의 안정된 결과를 표시할 수 있고, 다수개의 출력부를 구성하여 계측된 정보를 사용자의 설정에 따라 선택적으로 표시할 수 있으며, 탈.실장 구조로 형성되어 측정지역의 전력 관계를 고려하여 장치의 추가, 삭제가 용이하다.

또한, 기존의 단일 아날로그 회로를 사용하여 1:1로 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 분석하여 절연된 아날로그 신호로 출력하였으나 디지털 계측을 통하여 각종 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량 등의 각종 전기량을 각각 절연된 아날로그 신호로 출력할 수 있다.

또한, 4U unit 랙(Rack) 구조로 설계되어 다량의 계측장치를 작은 공간에 설치가 가능하고, 1 랙(Rack)은 6개의 모듈까지 장착이 가능하여 제품 A/S시 배선을 단락시키지 않고 해당 모듈만 분리할 수 있어 사용상 편리성을 극대화할 수 있다.

또한, CT(Current Transformer) 전용 터미널을 사용하여 회로 개방(open)시 자동으로 터미널 내부가 단락되므로 안전하게 사용할 수 있고, 전면의 Key 버튼 입력부를 통해 조작이 가능함으로 모든 파라미터(Parameter)의 설정이 가능하고 계측값의 확인을 용이하게 할 수 있다.

또한, 하나의 랙(Rack) 중 하나의 셀프에 5개의 조작표시부 즉, 디지털 전력계측 변환장치를 구성할 수 있으며, 랙(Rack)의 크기 및 사용자의 구성에 따라 각 셀프 단위로 본 발명의 디지털 전력계측 변환장치의 표시장치인 조작표시부이 용이 하다.

Claims (5)

1. 디지털 계측을 통하여 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 각종 전기량을 아날로그 신호로 출력하여 표시하는 디지털 전력계측 장치에 있어서,

   전압 트랜스포머(PT : Power Transformer)와 전류 트랜스포머(Current Transformer)를 통해 인입된 전압 및 전류의 입력신호에 따라 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 계측치의 계산을 수행하는 전력분석부와,

   상기 전력분석부와 연결되고 교류전원(AC : alternating current) 0 내지 150V의 전압을 전압 트랜스포머(PT : Power Transformer)를 거쳐 승압시켜 내부 필터(Filter)를 통과하여 상기 전력 분석부로 송출하는 전압입력부와,

   상기 전력분석부와 연결되고 교류전원(AC : alternating current) 0 내지 6.5A의 전류를 전류 트랜스포머(Current Transformer)를 통해 인가되고 내부 전압 변환회로의 필터(Filter)를 통과하여 상기 전력 분석부로 송출하는 전류입력부와,

   상기 아날로그 신호로 출력하기 위해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원(DC : Direct Current) 48V를 인가하는 제어전원 입력부와,

   상기 전력분석부와 연결되고 전력분석부로부터 받은 계측치의 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산값을 분석하여 모든 계측치의 계산과 기록, 표시, 출력 값 연산, 사용자에 의해 입력된 입력 값 분석을 통해 장치의 전반적인 동작을 통제, 제어하는 제어부와,

   상기 제어부와 연결되고, 제어부로부터 수신된 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산된 출력값을 포토 커플러(Photo Coupler)를 통하여 절연하는 다수개의 절연부와,

   상기 제어전원 입력부 및 전력분석부와 각각 연결되고 상기 제어전원 입력부를 통해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원(DC : Direct Current) 48V를 공급받고, 상기 전력분석부를 통해 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계산된 값을 직류전원 컨버터(DC converter)를 직류전원으로 변환하여 상기 제어부로 송출하거나, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 계측 장치의 오류 정보 발생시 경보발생, 엘이디(LED) 점멸을 표시하기 위해 해당 정보를 전송하는 전원변환부와,

   상기 제어전원 입력부와 연결되고 제어전원 입력부를 통해 리플 및 노이즈(Noise)가 없는 직류전원(DC : Direct Current) 48V를 공급받고, 공급된 직류전원은 절연부를 통해 아날로그 신호로 변환하여 상기 계측장치에 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량을 표시하기 위해 내부의 연산 증폭기를 통과하여 전원을 출력하는 다수개의 전원출력 변환부와,

   상기 절연부 및 전원출력 변환부와 각각 연결되고, 일대일(1:1)로 매칭되고, 상기 제어부의 제어신호에 따라 전면에 위치한 7-세그먼트(Segment)에 전압, 전류, 주파수, 역률, 전력량의 계측값 또는 설정값을 표시하는 조작표시부와,

   상기 제어부 및 전원변환부와 연결되고, 상기 전원변환부를 통해 직류전원 컨버터(DC converter)에 의해 직류전원 변환 오류 정보가 발생하거나, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 계측 장치의 오류 정보 발생시 상기 조작표시부의 전면에 위치한 엘이디(LED) 램프(Lamp)를 통해 경보음 발생, 엘이디(LED)를 전멸하여 이상 신호를 표시하는 이상신호 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 전력계측 변환장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어전원 입력부는,

   입력 허용범위가 직류전원(DC : Direct Current) 36V ~ 72V사이이며 소비전력은 20W인 것을 특징으로 하는 디지털 전력계측 변환장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

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