KR102204475B1 - 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

양방향 전력량계에서 실제의 전기 에너지 흐름을 판별할 수 있도록 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치 및 방법을 제시한다. 제시된 장치는 전력선으로부터 전류값에 비례하는 전류 신호를 검출하는 전류 검출부; 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전압, 전력선의 제 1 단자와 제 3 단자 사이의 전압, 및 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 및 제 3 단자와는 별개의 단자 사이의 전압을 검출하는 전기에너지 흐름 신호 검출부; 전류 검출부와 전기에너지 흐름 신호 검출부로부터의 신호를 근거로 역률의 변화 및 전기에너지 흐름 방향을 검출하고, 역률이 변화되고 전기에너지 흐름 방향이 바뀜에 따라 전기에너지 흐름이 실제로 바뀐 것으로 판정하는 제어부; 및 제어부의 판정 결과를 표시하는 표시부;를 포함한다.

Description

양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치 및 방법{Apparatus and method for determining the flow of electrical energy in a bidirectional electricity meter}

본 발명은 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역률 변화 감지 및 전위차 극성변화 감지 방식을 이용하여 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름을 판별하도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

기존의 양방향 전력량계는 전압과 전류의 위상 차이만을 이용하여 에너지 흐름을 판단하고 있다.

교류 전력에 대한 전기에너지 흐름을 측정하는 방식은 일반적으로 전압에 비해 전류의 위상이 뒤진다는 점(통상 인덕턴스(코일) 부하가 많을 때 나타나는 현상임)을 이용하여 전압과 전류의 위상차를 측정하고 이를 전기에너지 흐름으로 표시한다.

그러나, 역률보상을 위해 설치한 커패시터(역률보상용 콘덴서)의 용량을 고정시킨 상태로 운전하는 경우 인덕턴스 부하(전동기, 팬, 기타 코일 구동장치)의 사용이 줄어드는 시간(야간, 퇴근이후 등)에는 역률이 지상에서 진상으로 바뀌게 된다.

통상적으로, 유도성 리액턴스에서 전류는 전압보다 위상이 뒤지는데, 이는 전류의 위상각이 전압의 위상각보다 작다는 것을 뜻하며, 이때의 역률을 지상역률 (Lagging Power Factor)이라 한다. 한편, 용량성 리액턴스에서 전류는 전압보다 위상이 앞서는데, 이는 전류의 위상각이 전압의 위상각보다 크다는 것을 뜻하고, 이때의 역률을 진상역률(Leading)이라 한다.

보통 역률은 지상역률이기 때문에 높은 부하가 걸려 있을 때는 전류가 전압 위상에 비해 밀려있는 것이 보통이지만, 부하가 작아지게 되면 선로의 역률조정소자의 용량 과다로 인하여 전압보다 전류의 영향이 커져서 선로에 흐르는 전류가 전압보다 앞서게 되는 진상역률의 형태를 만들게 된다. 이와 같이 전류가 전압보다 앞선 역률에 의하여 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지는 현상을 페란티 효과(Ferranti Effect)라고 한다.

이러한 진상역률로 인해 페란티 효과가 발생하게 되는데, 페란티 효과가 발생하게 되면 변압기의 히스테리시스손 및 와류손을 증대시키는 동시에 역률개선용 콘덴서의 고장을 유발시키며 각종 기기들에게 전기적인 스트레스를 주게 된다. 이러한 현상이 발생하면 그 즉시 역률보상용 콘덴서의 용량을 자동으로 조절해주는 장치 등을 이용하여 과보상 역률을 적절히 조절해 주어야 한다.

상기에서와 같이 전압과 전류의 위상차이(역률 발생 크기)를 검출하고 위상차이가 진상 또는 지상 인지 여부를 검출함으로써 에너지 흐름을 감지하는 기존의 양방향 전력량계에서는 상술한 바와 같은 페란티 효과가 발생하게 되는데, 페란티 효과에 의한 역률변화는 실제 에너지흐름과 무관하다.

이에 의해, 에너지 흐름을 잘못 검출하게 되어 소비전력을 생산전력으로 잘못 인식하거나 생산전력을 소비전력으로 잘못 인식함으로써, 전력요금 과금 시스템의 신뢰성을 낮추는 원인이 된다.

선행기술 1 : 대한민국 등록특허 제10-0987667호(양방향 전자식 전력량계) 선행기술 2 : 대한민국 공개특허 제10-2016-0127236호(초소형 분산전원의 계통연계를 위한 지능형 전력량계 및 그 제어방법)

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 양방향 전력량계에서 실제의 전기 에너지 흐름을 판별할 수 있도록 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치는, 전력선으로부터 전류값에 비례하는 전류 신호를 검출하는 전류 검출부; 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전압, 상기 전력선의 제 1 단자와 제 3 단자 사이의 전압, 및 상기 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 및 제 3 단자와는 별개의 단자 사이의 전압을 검출하는 전기에너지 흐름 신호 검출부; 상기 전류 검출부와 상기 전기에너지 흐름 신호 검출부로부터의 신호를 근거로 역률의 변화 및 전기에너지 흐름 방향을 검출하고, 역률이 변화되고 전기에너지 흐름 방향이 바뀜에 따라 전기에너지 흐름이 실제로 바뀐 것으로 판정하는 제어부; 및 상기 제어부의 판정 결과를 표시하는 표시부;를 포함한다.

상기 제 1 단자는 중성단자일 수 있고, 상기 제 2 단자는 전원측 입력단자일 수 있고, 상기 제 3 단자는 부하측 출력단자일 수 있다.

상기 전기에너지 흐름 신호 검출부는, 1입력 2출력의 제 1 스위치부, 2입력 1출력의 제 2 스위치부, 및 상기 제 1 스위치부와 상기 제 2 스위치부 사이에 연결된 제 1 내지 제 3 교류저항을 포함할 수 있다.

상기 제 1 스위치부는 제 1 스위치를 포함하되, 상기 제 1 스위치부의 입력단은 상기 제 2 단자에 접속되고, 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 상호 이격되게 설치되고, 상기 제 1 스위치의 일단은 상기 입력단에 접속되고, 상기 제 1 스위치의 타단은 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단 중에서 상기 제어부의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성될 수 있다.

상기 제 2 스위치부는 제 2 스위치를 포함하되, 상기 제 2 스위치부의 제 1 입력단은 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단에 접속되고, 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단은 상기 제 1 내지 제 3 교류저항 중에서 어느 하나를 매개로 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단에 접속되고, 상기 제 2 스위치부의 출력단은 상기 제 3 단자에 접속되고, 상기 제 2 스위치의 일단은 상기 제 2 스위치부의 출력단에 접속되고 상기 제 2 스위치의 타단은 상기 제 1 입력단 및 제 2 입력단 중에서 상기 제어부의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성될 수 있다.

상기 제 1 교류저항은 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단과 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단 사이에 직렬 접속되고, 상기 제 2 및 제 3 교류저항은 상기 제 1 교류저항의 인근에 병렬로 접속될 수 있다.

상기 제 2 교류저항의 일단은 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단과 상기 제 1 교류저항 사이에 접속되고, 상기 제 2 교류저항의 타단은 상기 제 1 단자에 접속될 수 있고, 상기 제 3 교류저항의 일단은 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단과 상기 제 1 교류저항 사이에 접속되고, 상기 제 3 교류저항의 타단은 상기 제 1 단자에 접속될 수 있다.

상기 제 1 교류저항의 일단에는 제 4 단자가 형성되고, 상기 제 1 교류저항의 타단에는 제 5 단자가 형성될 수 있다.

상기 전기에너지 흐름 신호 검출부는, 전압과 전류의 위상이 바뀌지 않은 상태인 평상시에는 상기 제 1 스위치부의 입력단과 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단이 연결되고, 상기 제 2 스위치부의 제 1 입력단과 상기 제 2 스위치부의 출력단이 연결될 수 있다.

상기 전기에너지 흐름 신호 검출부는, 역률이 변화하는 순간에는 상기 제 1 스위치부의 입력단과 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단의 연결이 끊어지고 제 1 스위치부의 입력단과 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단이 연결되고, 상기 제 2 스위치부의 제 1 입력단과 상기 제 2 스위치부의 출력단의 연결이 끊어지고 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단과 상기 제 2 스위치부의 출력단이 연결될 수 있다.

상기 제어부는, 역률 변화가 감지되었지만 전기에너지 흐름 방향이 바뀌지 않았다면 페란티 효과에 의한 위상천이일 뿐 실제 전기에너지 흐름이 바뀐 것은 아닌 것으로 판정할 수 있다.

상기 전기에너지 흐름 신호 검출부는, 1입력 2출력의 제 1 스위치부, 2입력 1출력의 제 2 스위치부, 및 상기 제 1 스위치부와 상기 제 2 스위치부 사이에 연결된 단일의 교류저항을 포함하고, 상기 제 1 스위치부는 제 1 스위치를 포함하되, 상기 제 1 스위치부의 입력단은 상기 제 2 단자에 접속되고, 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 상호 이격되게 설치되고, 상기 제 1 스위치의 일단은 상기 입력단에 접속되고, 상기 제 1 스위치의 타단은 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단 중에서 상기 제어부의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성되고, 상기 제 2 스위치부는 제 2 스위치를 포함하되, 상기 제 2 스위치부의 제 1 입력단은 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단에 접속되고, 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단은 상기 단일의 교류저항을 매개로 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단에 접속되고, 상기 제 2 스위치부의 출력단은 상기 제 3 단자에 접속되고, 상기 제 2 스위치의 일단은 상기 제 2 스위치부의 출력단에 접속되고 상기 제 2 스위치의 타단은 상기 제 1 입력단 및 제 2 입력단 중에서 상기 제어부의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성될 수 있다.

상기 단일의 교류저항의 일단에는 제 4 단자가 형성되고, 상기 단일의 교류저항의 타단에는 제 5 단자가 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 방법은, 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치에서의 전기에너지 흐름 판별 방법으로서, 전력선으로부터 전류값에 비례하는 전류 신호를 검출하는 단계; 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전압, 상기 전력선의 제 1 단자와 제 3 단자 사이의 전압, 및 상기 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 및 제 3 단자와는 별개의 단자 사이의 전압을 검출하는 단계; 상기 전류 신호, 상기 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전압, 상기 전력선의 제 1 단자와 제 3 단자 사이의 전압, 및 상기 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 및 제 3 단자와는 별개의 단자 사이의 전압을 근거로 역률의 변화 및 전기에너지 흐름 방향을 검출하는 단계; 상기 역률이 변화되고 상기 전기에너지 흐름 방향이 바뀌었으면 전기에너지 흐름이 실제로 바뀐 것으로 판정하는 단계; 및 상기 판정의 결과를 표시하는 단계;를 포함한다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 페란티 효과(Ferranti Effect)에 의한 역률 변화 및 전기에너지 흐름의 변화에 의한 역률 변화를 구분할 수 있고, 이에 따른 전기에너지 흐름 방향의 판독의 오류 확률을 현저히 줄일 수 있다.

전기에너지 흐름을 정확히 판별할 수 있도록 함으로써 에너지 생산량 및 소비량을 보다 정확히 검출 가능하다. 이로 인해 전력판매 요금 및 전력소비 요금에 대한 정밀하고 정확한 요금 책정 등이 가능하다.

생산된 전력량과 소비된 전력량의 물리량을 보다 정밀하고 정확하게 측정함으로써 전기에너지 생산 및 판매에 대한 비용책정을 정확히 할 수 있다. 이에 따라 에너지 효율화 제고 및 신재생에너지의 보급 확산에도 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기에너지 흐름 신호 검출부의 일 예이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 채용되는 전압간 위상 관계를 설명하기 위한 파형도의 일 예이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 채용되는 전압간 위상 관계를 설명하기 위한 파형도의 다른 예이다.
도 5는 도 1에 도시된 전기에너지 흐름 신호 검출부의 다른 예이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치의 구성도이다.

본 발명은 전압과 전류의 위상차이(역률 발생 크기)를 검출하고 위상차이가 진상 또는 지상 인지를 검출함으로써 전기에너지 흐름을 감지하는 종래의 방식과는 달리, 평상시에는 전압과 전류의 위상차이를 검출하여 전기에너지의 흐름을 감지하지만, 전압과 전류의 위상이 변하는 순간(즉, 진상에서 지상으로 또는 지상에서 진상으로 바뀌는 순간)에는 실제 전기에너지 흐름의 변화로 인한 위상천이인지 아니면 페란티 효과에 의한 위상천이인지를 판별함으로써 페란티 현상의 발생 여부 감지 및 실제적인 전기에너지 흐름 여부를 구분하여 감지할 수 있도록 하는 것에 주안점을 두고 있다.

본 발명의 실시예에 채용되는 양방향 전력량계는 단상 2선식 교류회로에 부설될 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 장치는 그러한 양방향 전력량계에 설치되는 것으로 이해하면 된다.

본 발명의 실시예에 따른 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치는, 센싱부(10), 신호 처리부(20), 제어부(30), 저장부(40), 표시부(50), 및 통신부(60)를 포함할 수 있다.

센싱부(10)는 전력선에 연결되어 전원단과 부하단 사이의 전류 신호와 전압 신호 및 전기에너지 흐름 신호를 검출한다.

센싱부(10)는 전류 검출부(11), 제 1 전압 검출부(12), 전기에너지 흐름 신호 검출부(13), 및 제 2 전압 검출부(14)를 포함할 수 있다.

전류 검출부(11)는 전력선으로부터 전류값에 비례하는 전류 신호를 검출하여 출력한다. 예를 들어, 전류 검출부(11)는 전원측 입력단자에 연결될 수 있다.

제 1 전압 검출부(12)는 전력선으로부터 제 1 전압값에 비례하는 제 1 전압 신호를 검출하여 출력한다. 예를 들어, 제 1 전압 검출부(12)는 제 1 단자(e1; 중성단자라고 할 수 있음)와 제 2 단자(e2; 전원측 입력단자라고 할 수 있음)에 연결될 수 있다.

그에 따라, 제 1 전압 검출부(12)는 제1 단자(e1)와 제 2 단자(e2) 사이의 전압(Ve21)을 측정하여 출력할 수 있다.

전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 전력선으로부터 전기에너지 흐름 신호를 검출하여 출력한다. 예를 들어, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 제 1 단자(e1)와 제 2 단자(e2)를 입력측으로 하고, 제 1 단자(e1)와 제 3 단자(e3; 부하측 출력단자라고 할 수 있음)를 제 1 출력측으로 할 수 있다.

그리고, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 내부에서 형성된 또 다른 단자(e4, e5)를 포함하는데, 또 다른 단자(e4, e5)를 제 2 출력측이라고 한다. 제 2 출력측은 신호 처리부(20)의 해당 필터/증폭부(즉, 제 3 필터/증폭부(25))에 연결된다.

그에 따라, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 단자(e1, e2) 사이의 전압(Ve21), 단자(e1, e3) 사이의 전압(Ve31), 및 단자(e4, e5) 사이의 전압(Ve45)을 측정할 수 있다.

이에 의해, 후술할 제어부(30)는 전류 검출부(11)에서 검출되는 순시전류와 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)에서 검출되는 순시전압(Ve21, Ve31)으로부터 역률 및 위상을 검출할 수도 있다.

전기에너지 흐름 신호 검출부(13)의 내부 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

제 2 전압 검출부(14)는 전력선으로부터 제 2 전압값에 비례하는 제 2 전압 신호를 검출하여 출력한다. 예를 들어, 제 2 전압 검출부(14)는 제 1 단자(e1; 중성단자라고 할 수 있음)와 제 3 단자(e3; 부하측 출력단자라고 할 수 있음)에 연결될 수 있다.

그에 따라, 제 2 전압 검출부(14)는 제1 단자(e1)와 제 3 단자(e3) 사이의 전압(Ve31)을 측정하여 출력할 수 있다.

도 1에서, 신호 처리부(20)는 센싱부(10)에서 센싱된 각종의 신호를 처리하여 제어부(30)에게로 전송한다.

신호 처리부(20)는 전류 검출부(11)로부터의 전류 신호를 필터링하고 증폭하는 제 1 필터/증폭부(21), 제 1 필터/증폭부(21)의 출력신호(아날로그 신호)를 그에 상응하는 디지털신호를 변환하는 제 1 아날로그/디지털 변환부(22), 제 1 전압 검출부(12)로부터의 제 1 전압 신호를 필터링하고 증폭하는 제 2 필터/증폭부(23), 제 2 필터/증폭부(23)의 출력신호(아날로그 신호)를 그에 상응하는 디지털신호를 변환하는 제 2 아날로그/디지털 변환부(24), 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)로부터의 신호를 필터링하고 증폭하는 제 3 필터/증폭부(25), 제 3 필터/증폭부(25)의 출력신호(아날로그 신호)를 그에 상응하는 디지털신호를 변환하는 제 3 아날로그/디지털 변환부(26), 제 2 전압 검출부(14)로부터의 제 2 전압 신호를 필터링하고 증폭하는 제 4 필터/증폭부(27), 및 제 4 필터/증폭부(27)의 출력신호(아날로그 신호)를 그에 상응하는 디지털신호를 변환하는 제 4 아날로그/디지털 변환부(28)를 포함할 수 있다.

도 1에서, 제어부(30)는 장치 전체의 동작을 제어한다.

제어부(30)는 신호 처리부(20)로부터의 신호를 근거로 전력량, 역률, 전압과 전류의 위상 천이 여부, 전기에너지 흐름 방향 등을 판단하여 그에 상응하는 표시를 제어할 수 있다.

특히, 제어부(30)는 신호 처리부(20)로부터의 신호를 근거로 역률 변화가 감지되면 전기에너지 흐름 방향이 바뀌었는지를 판단한다. 판단 결과, 역률 변화가 감지되고 전기에너지 흐름 방향이 바뀌었으면 제어부(30)는 페란티 효과(또는 역률과보상)로 인한 위상천이가 아니라 전기에너지의 흐름이 실제로 바뀐 것으로 판정하여 그에 상응하는 표시가 행해지도록 표시부(50)를 제어한다. 한편, 역률 변화가 감지되었지만 전기에너지 흐름 방향이 바뀌지 않았다면 제어부(30)는 페란티 효과에 의한 위상천이일 뿐 실제 전기에너지 흐름이 바뀐 것은 아닌 것으로 판정하여 그에 상응하는 표시가 행해지도록 표시부(50)를 제어한다.

즉, 제어부(30)는 평상시(즉, 전압과 전류의 위상이 바뀌지 않은 상태)에는 전류 검출부(11)와 제 1 전압 검출부(12) 및 제 2 전압 검출부(14)로부터의 신호를 근거로 전압과 전류의 위상을 파악한다. 그리고, 제어부(30)는 파악된 평상시의 전압과 전류의 위상을 근거로 전기에너지 흐름 방향을 파악할 수 있다. 한편, 제어부(30)는 전류 검출부(11)에서 검출되는 순시전류와 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)에서 검출되는 순시전압(Ve21, Ve31)으로부터 역률 및 위상을 검출할 수도 있다.

한편, 전압과 전류의 위상이 변하는 순간 즉, 진상에서 지상으로 또는 지상에서 진상으로 바뀌는 순간에는 제어부(30)는 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)로부터의 신호(즉, Ve21, Ve31, Ve45)를 근거로 전기에너지 흐름 방향을 파악할 수 있다.

또한, 제어부(30)는 신호 처리부(20)로부터의 신호를 근거로 장치 상태, 에너지 소비 패턴 분석 리포트 등을 생성할 수 있다.

상술한 제어부(30)는 마이크로 컴퓨터로 구성될 수 있다.

도 1에서, 저장부(40)는 신호 처리부(20)로부터의 신호 및 제어부(30)에서 생성된 각종의 정보를 저장한다.

도 1에서, 표시부(50)는 제어부(30)로부터의 제어신호에 근거하여 페란티 효과(또는 역률과보상)로 인한 위상천이가 아니라 전기에너지의 흐름이 실제로 바뀐 것임을 표시할 수 있다. 그에 따라, 표시부(50)는 실제의 전기에너지 흐름을 표시할 수 있다.

또한, 표시부(50)는 제어부(30)로부터의 제어신호에 근거하여 페란티 효과에 의한 위상천이일 뿐 실제 전기에너지 흐름이 바뀐 것은 아닌 것을 표시할 수 있다. 필요에 따라, 표시부(50)는 페란티 효과에 의한 위상천이일 뿐 실제 전기에너지 흐름이 바뀐 것은 아님을 알리는 알람(도시 생략)을 추가로 행할 수 있다.

다시 말해서, 표시부(50)는 현재 전기에너지 흐름이 바뀌었는지, 페란티 효과에 의해 위상천이가 발생했는지, 역률이 과보상되었는지 등등의 상태를 시간값과 함께 표시하고, 그러한 정보는 저장부(40)에도 저장된다.

표시부(50)에 표시하는 것은 관리자에게 알려주기 위한 것이다.

표시부(50)에는 현재 운전상태도 표시될 것이다.

도 1에서, 통신부(60)는 제어부(30)에서 생성된 정보 및 표시부(50)를 통하여 출력되는 내용을 외부의 서버(예컨대, 에너지 관리 시스템)에게로 전송할 수 있다.

예를 들어, 통신부(60)는 유선 통신 수단 및/또는 무선 통신 수단을 포함할 수 있다. 유선 통신 수단으로는 RS-232/485, DCPLC, PLC, NFC 등이 이용될 수 있다. 무선 통신 수단으로는 WiFi, Ethernet, Zigbee, Bluetooth, CDMA/GSM 등이 이용될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)의 일 예이다.

도 2의 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 1입력 2출력의 제 1 스위치부(13a), 2입력 1출력의 제 2 스위치부(13b), 및 제 1 스위치부(13a)와 제 2 스위치부(13b) 사이에 연결된 다수의 교류저항(13c, 13d, 13e)을 포함할 수 있다.

제 1 스위치부(13a)는 제 1 스위치(sw1)를 포함한다. 제 1 스위치부(13a)의 입력단(a1)은 제 2 단자(e2)에 접속되고, 제 1 스위치부(13a)의 제 1 출력단(b1) 및 제 2 출력단(c1)은 상호 이격되게 설치된다. 제 1 스위치(sw1)의 일단은 입력단(a1)에 접속되고, 제 1 스위치(sw1)의 타단은 제 1 출력단(b1) 및 제 2 출력단(c1) 중에서 제어부(30)의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성된다.

제 2 스위치부(13b)는 제 2 스위치(sw2)를 포함한다. 제 2 스위치부(13b)의 제 1 입력단(b2)은 제 1 스위치부(13a)의 제 1 출력단(b1)에 접속되고, 제 2 스위치부(13b)의 제 2 입력단(c2)은 제 1 스위치부(13a)의 제 2 출력단(c1)에 접속된다. 제 2 스위치부(13b)의 출력단(a2)은 제 3 단자(e3)에 접속된다. 제 2 스위치(sw2)의 일단은 출력단(a2)에 접속되고, 제 2 스위치(sw2)의 타단은 상호 이격된 제 1 입력단(b2) 및 제 2 입력단(c2) 중에서 제어부(30)의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성된다.

여기서, 교류저항(13c)은 제 1 스위치부(13a)의 제 2 출력단(c1)과 제 2 스위치부(13b)의 제 2 입력단(c2) 사이에 직렬 접속된다. 교류저항(13d, 13e)은 교류저항(13c)의 인근에 병렬로 접속되되, 교류저항(13d)은 제 1 스위치부(13a)의 제 2 출력단(c1)에 접속되고, 교류저항(13e)은 제 2 스위치부(13b)의 제2 입력단(c2)에 접속된다. 보다 구체적으로는, 교류저항(13d)의 일단은 제 1 스위치부(13a)의 제 2 출력단(c1)과 교류저항(13c) 사이에 접속되고, 교류저항(13d)의 타단은 제 1 단자(e1)에 접속된다. 교류저항(13e)의 일단은 제 2 스위치부(13b)의 제 2 입력단(c2)과 교류저항(13c) 사이에 접속되고, 교류저항(13e)의 타단은 제 1 단자(e1)에 접속된다.

그리고, 교류저항(13c)의 일단으로부터 제 4 단자(e4)가 형성되고, 교류저항(13c)의 타단으로부터 제 5 단자(e5)가 형성된다. 여기서, 제 4 단자(e4)와 제 5 단자(e5)는 제 3 필터/증폭부(25)에 연결된다.

물론, 병렬 접속된 교류저항(13d, 13e)은 없어도 전기에너지 흐름의 방향을 감지하는데 이론적으로는 지장이 없다. 다만, 실제적으로 구현할 때는 교류저항(13c)에 흐르는 전류와 전압의 크기를 병렬 접속된 교류저항(13d, 13e)와 분배함으로써 각각의 전압과 전류의 크기로 인한 부담을 완화시키는 효과가 있다. 따라서, 교류저항(13d, 13e)은 전압과 전류를 분배하여 부담을 완화시키는 역활을 한다고 볼 수 있다.

상술한 도 2의 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는, 평상시(전압과 전류의 위상이 바뀌지 않은 상태)에는 제 1 스위치부(13a)의 입력단(a1)과 제 1 출력단(b1)이 연결되고, 제 2 스위치부(13b)의 제 1 입력단(b2)과 출력단(a2)이 연결된다.

한편, 상술한 도 2의 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는, 순시전압 및 순시전류의 위상이 진상에서 지상으로 바뀌거나 지상에서 진상으로 바뀌게 되면 제 1 스위치부(13a)의 입력단(a1)과 제 1 출력단(b1)의 연결은 끊어지고 입력단(a1)과 제 2 출력단(c1)이 연결된다. 또한, 제 2 스위치부(13b)의 제 1 입력단(b2)과 출력단(a2)의 연결은 끊어지고 제 2 입력단(c2)과 출력단(a2)이 연결된다.

상술한 도 1 및 도 2의 구성을 근거로 하는 동작 흐름을 설명하면 하기와 같다.

일단, 평상시(전압과 전류의 위상이 바뀌지 않은 상태)에는 제 1 스위치부(13a)의 입력단(a1)과 제 1 출력단(b1)이 연결되고, 제 2 스위치부(13b)의 제 1 입력단(b2)과 출력단(a2)이 연결된다.

이때, 제어부(30)는 신호 처리부(20)를 통과한 전류 검출부(11)와 제 1 전압 검출부(12) 및 제 2 전압 검출부(14)로부터의 신호를 근거로 평상시의 전압과 전류의 위상을 측정한다. 그에 따라, 제어부(30)는 측정된 위상이 진상(전류의 위상이 전압보다 앞서는 경우)인지 지상(전류의 위상이 전압보다 뒤지는 경우)인지의 여부를 확인한다. 물론, 필요에 따라서는 제어부(30)는 전류 검출부(11)에서 검출되는 순시전류와 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)에서 검출되는 순시전압(Ve21, Ve31)로부터 역률 및 위상을 검출할 수도 있다.

한편, 제어부(30)는 신호 처리부(20)를 통과한 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)로부터의 신호를 근거로 전기에너지 흐름 방향을 검출한다.

그런데, 제어부(30)가 전류 검출부(11)에서 검출된 순시전류와 제 1 전압 검출부(12) 및 제 2 전압 검출부(14)에서 각각 검출된 순시전압의 위상이 진상에서 지상으로 바뀌거나 지상에서 진상으로 바뀌는 순간(즉, 역률이 변화되는 순간)을 감지하면, 제어부(30)는 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)의 제 1 스위치부(13a)와 제 2 스위치부(13b)의 스위치접속상태를 절환시킨다. 즉, 제 1 스위치부(13a)의 입력단(a1)과 제 1 출력단(b1)의 연결을 끊고 입력단(a1)과 제 2 출력단(c1)을 연결하고, 제 2 스위치부(13b)의 제 1 입력단(b2)과 출력단(a2)의 연결을 끊고 제 2 입력단(c2)과 출력단(a2)을 연결한다.

이와 같이, 입력단(a1)과 제 2 출력단(c1)이 연결되고 제 2 입력단(c2)과 출력단(a2)이 연결되면, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 교류저항(13c) 양단 사이의 순시전압(Ve45)을 측정하여 신호 처리부(20)에게로 보낸다. 이와 함께, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 순시전압(Ve21, Ve31)을 측정하여 신호 처리부(20)에게로 보낸다. 그에 따라, 신호 처리부(20)에서는 순시전압(Ve21, Ve31, Ve45)을 각각 필터링하고 증폭하여 제어부(30)에게로 보낸다.

이어, 제어부(30)는 순시전압(Ve45)과 순시전압(Ve21) 및 순시전압(Ve31)을 근거로 전위차 발생여부를 판단하여 전기에너지 흐름 방향을 판별한다. 다시 말해서, 제 1 단자(e1)를 마이너스(-) 단자로 지정하고, 제 2 단자(e2)와 제 3 단자(e3)를 플러스(+) 단자로 지정하고, 제 5 단자(e5)를 마이너스(-) 단자로 지정하고, 제 4 단자(e4)를 플러스(+) 단자로 지정한다. 이후, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 제 2 단자(e2)와 제 1 단자(e1) 사이의 순시전압(Ve21)을 측정하고, 동시에 제 3 단자(e3)와 제 1 단자(e1) 사이의 순시전압(Ve31)을 측정하여 제어부(30)에게로 보낸다. 이와 함께, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 제 5 단자(e5)와 제 4 단자(e4) 사이의 순시전압(Ve45)을 측정하여 제어부(30)에게로 보낸다. 이어, 제어부(30)는 순시전압(Ve21)과 순시전압(Ve31)과 순시전압(Ve45)간의 극성이 같다면 순시전압(Ve21)이 순시전압(Ve31)보다 큰 경우로 간주한다. 이때, 전류는 순시전압(Ve21)측에서 순시전압(Ve31)측으로 흐르게 된다. 이 경우, 제어부(30)는 전기에너지가 순시전압(Ve21)측에서 순시전압(Ve31)측으로 흐르는 것으로 판단한다. 여기서, 순시전압(Ve21)이 순시전압(Ve31)보다 큰 경우의 전압간 위상 관계에 대한 보다 구체적인 설명은 후술하기로 한다. 반대로, 제어부(30)의 판단 결과, 순시전압(Ve21)과 순시전압(Ve31) 간의 극성이 같고 순시전압(Ve45)과는 극성이 다르면 순시전압(Ve21)이 순시전압(Ve31) 보다 작은 경우로 간주한다. 이때, 전류는 순시전압(Ve31)측에서 순시전압(Ve21)측으로 흐르게 된다. 이 경우, 제어부(30)는 전기에너지가 순시전압(Ve31)측에서 순시전압(Ve21)측으로 흐르는 것으로 판단한다. 여기서, 순시전압(Ve21)이 순시전압(Ve31)보다 작은 경우의 전압간 위상 관계에 대한 보다 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 채용되는 전압간 위상 관계를 설명하기 위한 파형도의 일 예로서, 순시전압(Ve21)이 순시전압(Ve31)보다 크거나 같은 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서, 참조부호 S1은 Ve21의 파형이고, 참조부호 S2는 Ve31의 파형이고, 참조부호 S3은 Ve45의 파형이다.

Ve21(Ve2-Ve1)은 제 2 단자(e2)와 제 1 단자(e1) 사이의 전압을 의미하며, 제 2 단자(e2)의 전위가 제 1 단자(e1)의 전위보다 높다. Ve31(Ve3-Ve1)은 제 3 단자(e3)와 제 1 단자(e1) 사이의 전압을 의미하고, 제 3 단자(e3)의 전위가 제 1 단자(e1)의 전위보다 높다. Ve45(Ve4-Ve5)은 제 4 단자(e4)와 제 5 단자(e5) 사이의 전압을 의미하며, 제 4 단자(e4)의 전위가 제 5 단자(e5)의 전위보다 높다. 즉, (e2(+)), (e1(-)), (e3(+)), (e1(-)), (e4(+)), (e5(-))로 표기할 수 있다.

만일, Ve21(Ve2-Ve1)≥0 이라면 단자전압(Ve2)의 전위가 단자전압(Ve1)의 전위보다 항상 높거나 같다는 의미이다.

따라서, 도 3에서 Ve21(Ve2-Ve1)≥Ve31(Ve3-Ve1)≥0 은 단자전압(Ve21)의 전위가 단자전압(Ve31)의 전위보다 항상 높거나 같다는 것을 의미한다. 이 경우, 도 3에 예시한 바와 같이 Ve45 = Ve21-Ve31≥0 임을 알 수 있고, 이는 단자전압(Ve21)의 전위가 단자전압(Ve31)의 전위보다 항상 높거나 같다는 것을 의미한다. 이때, Ve45(Ve21-Ve31)의 위상은 Ve21 및 Ve31의 위상과 동상이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 채용되는 전압간 위상 관계를 설명하기 위한 파형도의 다른 예로서, 순시전압(Ve21)이 순시전압(Ve31)보다 작거나 같은 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서, 참조부호 S1은 Ve21의 파형이고, 참조부호 S2는 Ve31의 파형이고, 참조부호 S3은 Ve45의 파형이다.

Ve21(Ve2-Ve1)은 제 2 단자(e2)와 제 1 단자(e1) 사이의 전압을 의미하며, 제 2 단자(e2)의 전위가 제 1 단자(e1)의 전위보다 높다. Ve31(Ve3-Ve1)은 제 3 단자(e3)와 제 1 단자(e1) 사이의 전압을 의미하고, 제 3 단자(e3)의 전위가 제 1 단자(e1)의 전위보다 높다. Ve45(Ve4-Ve5)은 제 4 단자(e4)와 제 5 단자(e5) 사이의 전압을 의미하며, 제 4 단자(e4)의 전위가 제 5 단자(e5)의 전위보다 높다. 즉, (e2(+)), (e1(-)), (e3(+)), (e1(-)), (e4(+)), (e5(-))로 표기할 수 있다.

만일, Ve21(Ve2-Ve1)≥0 이라면 단자전압(Ve2)의 전위가 단자전압(Ve1)의 전위보다 항상 높거나 같다는 의미이다.

따라서, 도 4에서 Ve21(Ve2-Ve1)≤Ve31(Ve3-Ve1)≤0 은 단자전압(Ve21)의 전위가 단자전압(Ve31)의 전위보다 항상 낮거나 같다는 것을 의미한다. 이 경우, 도 4에 예시한 바와 같이 Ve45 = Ve21-Ve31≤0 임을 알 수 있고, 이는 단자전압(Ve21)의 전위가 단자전압(Ve31)의 전위보다 항상 낮거나 같다는 것을 의미한다. 이때, Ve45(Ve21-Ve31)의 위상은 Ve21 및 Ve31의 위상과 90도 차이가 난다.

도 5는 도 1에 도시된 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)의 다른 예이다.

도 5에 도시된 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)의 다른 예는 도 2에 도시된 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)와 비교하면 교류저항(13d, 13e)이 없다는 것이 차이날 뿐, 나머지 구성요소는 동일하다.

상술한 도 1 및 도 5의 구성을 근거로 하는 동작 흐름을 설명하면 하기와 같다.

일단, 평상시(전압과 전류의 위상이 바뀌지 않은 상태)에는 제 1 스위치부(13a)의 입력단(a1)과 제 1 출력단(b1)이 연결되고, 제 2 스위치부(13b)의 제 1 입력단(b2)과 출력단(a2)이 연결된다.

이때, 제어부(30)는 신호 처리부(20)를 통과한 전류 검출부(11)와 제 1 전압 검출부(12) 및 제 2 전압 검출부(14)로부터의 신호를 근거로 평상시의 전압과 전류의 위상을 측정한다. 그에 따라, 제어부(30)는 측정된 위상이 진상(전류의 위상이 전압보다 앞서는 경우)인지 지상(전류의 위상이 전압보다 뒤지는 경우)인지의 여부를 확인한다. 물론, 필요에 따라서는 제어부(30)는 전류 검출부(11)에서 검출되는 순시전류와 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)에서 검출되는 순시전압(Ve21, Ve31)로부터 역률 및 위상을 검출할 수도 있다.

한편, 제어부(30)는 신호 처리부(20)를 통과한 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)로부터의 신호를 근거로 전기에너지 흐름 방향을 검출한다.

그런데, 제어부(30)가 전류 검출부(11)에서 검출된 순시전류와 제 1 전압 검출부(12) 및 제 2 전압 검출부(14)에서 각각 검출된 순시전압의 위상이 진상에서 지상으로 바뀌거나 지상에서 진상으로 바뀌는 순간(즉, 역률이 변화되는 순간)을 감지하면, 제어부(30)는 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)의 제 1 스위치부(13a)와 제 2 스위치부(13b)의 스위치접속상태를 절환시킨다. 즉, 제 1 스위치부(13a)의 입력단(a1)과 제 1 출력단(b1)의 연결을 끊고 입력단(a1)과 제 2 출력단(c1)을 연결하고, 제 2 스위치부(13b)의 제 1 입력단(b2)과 출력단(a2)의 연결을 끊고 제 2 입력단(c2)과 출력단(a2)을 연결한다.

이와 같이, 입력단(a1)과 제 2 출력단(c1)이 연결되고 제 2 입력단(c2)과 출력단(a2)이 연결되면, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 교류저항(13c) 양단 사이의 순시전압(Ve45)을 측정하여 신호 처리부(20)에게로 보낸다. 이와 함께, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 순시전압(Ve21, Ve31)을 측정하여 신호 처리부(20)에게로 보낸다. 그에 따라, 신호 처리부(20)에서는 순시전압(Ve21, Ve31, Ve45)을 각각 필터링하고 증폭하여 제어부(30)에게로 보낸다.

이어, 제어부(30)는 순시전압(Ve45)과 순시전압(Ve21) 및 순시전압(Ve31)을 근거로 전위차 발생여부를 판단하여 전기에너지 흐름 방향을 판별한다. 다시 말해서, 제 1 단자(e1)를 마이너스(-) 단자로 지정하고, 제 2 단자(e2)와 제 3 단자(e3)를 플러스(+) 단자로 지정하고, 제 5 단자(e5)를 마이너스(-) 단자로 지정하고, 제 4 단자(e4)를 플러스(+) 단자로 지정한다. 이후, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 제 2 단자(e2)와 제 1 단자(e1) 사이의 순시전압(Ve21; V1)을 측정하고, 동시에 제 3 단자(e3)와 제 1 단자(e1) 사이의 순시전압(Ve31; V2)을 측정하여 제어부(30)에게로 보낸다. 이와 함께, 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)는 제 5 단자(e5)와 제 4 단자(e4) 사이의 순시전압(Ve45; VR)을 측정하여 제어부(30)에게로 보낸다. 이어, 제어부(30)는 순시전압(Ve21; V1)과 순시전압(Ve45; VR)간의 극성이 같고 순시전압(Ve31; V2)과 순시전압(Ve45; VR)간의 극성이 다르다면 순시전압(Ve21; V1)이 순시전압(Ve31; V2)보다 큰 경우로 간주한다. 이때, 전류는 순시전압(Ve21; V1)측에서 순시전압(Ve31; V2)측으로 흐르게 된다. 이 경우, 제어부(30)는 전기에너지가 순시전압(Ve21; V1)측에서 순시전압(Ve31; V2)측으로 흐르는 것으로 판단한다. 여기서, 순시전압(Ve21; V1)이 순시전압(Ve31; V2)보다 큰 경우의 전압간 위상 관계에 대한 보다 구체적인 설명은 상술한 바와 같다. 반대로, 제어부(30)에서의 판단 결과, 순시전압(Ve21; V1)과 순시전압(Ve45; VR)간의 극성이 다르고 순시전압(Ve31; V2)과 순시전압(Ve45; VR)간의 극성이 같으면 순시전압(Ve21; V1)이 순시전압(Ve31; V2) 보다 작은 경우로 간주한다. 이때, 전류는 순시전압(Ve31; V2)측에서 순시전압(Ve21; V1)측으로 흐르게 된다. 이 경우, 제어부(30)는 전기에너지가 순시전압(Ve31; V2)측에서 순시전압(Ve21; V1)측으로 흐르는 것으로 판단한다. 여기서, 순시전압(Ve21; V1)이 순시전압(Ve31; V2)보다 작은 경우의 전압간 위상 관계에 대한 보다 구체적인 설명은 상술한 바와 같다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

평상시(전압과 전류의 위상이 바뀌지 않은 상태) 전압과 전류의 위상차이(역률 발생 크기)를 검출하고 위상차이가 진상 또는 지상인지를 검출함으로써 전기에너지 흐름을 판별하는 방식은 종래와 동일하므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

제어부(30)는 전류 검출부(11)에서 검출되는 순시전류와 제 1 전압 검출부(12) 및 제 2 전압 검출부(14)에서 각각 검출되는 순시전압을 근거로 역률을 검출하고, 전압과 전류의 위상을 검출한다(S10). 이와 다르게, 제어부(30)는 전류 검출부(11)에서 검출되는 순시전류와 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)에서 검출되는 순시전압(Ve21, Ve31)으로부터 역률 및 위상을 검출할 수도 있다.

그런데, 제어부(30)가 전류 검출부(11)에서 검출된 순시전류와 제 1 전압 검출부(12) 및 제 2 전압 검출부(14)에서 각각 검출된 순시전압의 위상이 진상에서 지상으로 바뀌거나 지상에서 진상으로 바뀌는 순간(즉, 역률이 변화되는 순간)을 감지하면(S12에서 "Yes"), 제어부(30)는 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)의 제 1 스위치부(13a)와 제 2 스위치부(13b)의 스위치접속상태를 절환시키고 그 당시의 전기에너지 흐름 방향을 검출한다(S14). 즉, 이전의 연결관계인 제 1 스위치부(13a)의 입력단(a1)과 제 1 출력단(b1)의 연결을 끊고 입력단(a1)과 제 2 출력단(c1)을 연결하고, 제 2 스위치부(13b)의 제 1 입력단(b2)과 출력단(a2)의 연결을 끊고 제 2 입력단(c2)과 출력단(a2)을 연결한다. 그리고 나서, 제어부(30)는 전기에너지 흐름 신호 검출부(13)에서 검출되어 신호 처리부(20)에서 신호처리된 순시전압(Ve21, Ve31, Ve45)을 근거로 전위차 발생여부를 판단하여 전기에너지 흐름 방향을 판별한다. 여기서, 전기에너지 흐름 방향 판별 방식은 상술한 바와 같이 도 1 및 도 2를 근거로 하는 설명, 도 1 및 도 5를 근거로 하는 설명으로 대체할 수 있다.

이와 같이 역률이 변화되고 전기에너지 흐름의 방향이 바뀌었을 경우(S16에서 "Yes") 제어부(30)는 전기에너지 흐름이 실제로 바뀐 것으로 판정한다(S18). 그리고, 표시부(50)는 제어부(30)로부터의 제어신호에 근거하여 페란티 효과(또는 역률과보상)로 인한 위상천이가 아니라 전기에너지의 흐름이 실제로 바뀐 것임을 표시하고, 실제의 전기에너지 흐름을 표시한다(S20).

한편, 역률은 변화되었으나 전기에너지 흐름의 방향이 바뀌지 않은 경우(S16에서 "No") 제어부(30)는 페란티 효과에 의한 위상천이일 뿐 실제 전기에너지 흐름이 바뀐 것은 아닌 것으로 판정한다(S22). 그리고, 표시부(50)는 제어부(30)로부터의 제어신호에 근거하여 페란티 효과에 의한 위상천이일 뿐이고 실제 전기에너지 흐름이 바뀐 것은 아닌 것을 표시한다(S24). 이때, 필요에 따라, 표시부(50)는 페란티 효과에 의한 위상천이일 뿐이고 실제 전기에너지 흐름이 바뀐 것은 아님을 알리는 알람(도시 생략)을 추가로 할 수도 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 센싱부 11 : 전류 검출부
12 : 제 1 전압 검출부 13 : 전기에너지 흐름 신호 검출부
14 : 제 2 전압 검출부 20 : 신호 처리부
21 : 제 1 필터/증폭부 22 : 제 1 아날로그/디지털 변환부
23 : 제 2 필터/증폭부 24 : 제 2 아날로그/디지털 변환부
25 : 제 3 필터/증폭부 26 : 제 3 아날로그/디지털 변환부
27 : 제 4 필터/증폭부 28 : 제 4 아날로그/디지털 변환부
30 : 제어부 40 : 저장부
50 : 표시부 60 : 통신부

Claims (15)

1. 전력선으로부터 전류값에 비례하는 전류 신호를 검출하는 전류 검출부;
   전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전압, 상기 전력선의 제 1 단자와 제 3 단자 사이의 전압, 및 상기 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 및 제 3 단자와는 별개의 단자 사이의 전압을 검출하는 전기에너지 흐름 신호 검출부;
   상기 전류 검출부와 상기 전기에너지 흐름 신호 검출부로부터의 신호를 근거로 역률의 변화 및 전기에너지 흐름 방향을 검출하고, 역률이 변화되고 전기에너지 흐름 방향이 바뀜에 따라 전기에너지 흐름이 실제로 바뀐 것으로 판정하는 제어부; 및
   상기 제어부의 판정 결과를 표시하는 표시부;를 포함하고,
   상기 제어부는, 역률 변화가 감지되었지만 전기에너지 흐름 방향이 바뀌지 않았다면 페란티 효과에 의한 위상천이일 뿐 실제 전기에너지 흐름이 바뀐 것은 아닌 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 1 단자는 중성단자이고,
   상기 제 2 단자는 전원측 입력단자이고,
   상기 제 3 단자는 부하측 출력단자인 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 전기에너지 흐름 신호 검출부는,
   1입력 2출력의 제 1 스위치부, 2입력 1출력의 제 2 스위치부, 및 상기 제 1 스위치부와 상기 제 2 스위치부 사이에 연결된 제 1 내지 제 3 교류저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제 1 스위치부는 제 1 스위치를 포함하되, 상기 제 1 스위치부의 입력단은 상기 제 2 단자에 접속되고, 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 상호 이격되게 설치되고, 상기 제 1 스위치의 일단은 상기 입력단에 접속되고, 상기 제 1 스위치의 타단은 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단 중에서 상기 제어부의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제 2 스위치부는 제 2 스위치를 포함하되, 상기 제 2 스위치부의 제 1 입력단은 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단에 접속되고, 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단은 상기 제 1 내지 제 3 교류저항 중에서 어느 하나를 매개로 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단에 접속되고, 상기 제 2 스위치부의 출력단은 상기 제 3 단자에 접속되고, 상기 제 2 스위치의 일단은 상기 제 2 스위치부의 출력단에 접속되고 상기 제 2 스위치의 타단은 상기 제 1 입력단 및 제 2 입력단 중에서 상기 제어부의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제 1 교류저항은 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단과 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단 사이에 직렬 접속되고, 상기 제 2 및 제 3 교류저항은 상기 제 1 교류저항의 인근에 병렬로 접속된 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제 2 교류저항의 일단은 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단과 상기 제 1 교류저항 사이에 접속되고, 상기 제 2 교류저항의 타단은 상기 제 1 단자에 접속되고,
   상기 제 3 교류저항의 일단은 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단과 상기 제 1 교류저항 사이에 접속되고, 상기 제 3 교류저항의 타단은 상기 제 1 단자에 접속된 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제 1 교류저항의 일단에는 제 4 단자가 형성되고, 상기 제 1 교류저항의 타단에는 제 5 단자가 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 전기에너지 흐름 신호 검출부는,
   전압과 전류의 위상이 바뀌지 않은 상태인 평상시에는 상기 제 1 스위치부의 입력단과 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단이 연결되고, 상기 제 2 스위치부의 제 1 입력단과 상기 제 2 스위치부의 출력단이 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전기에너지 흐름 신호 검출부는,
    역률이 변화하는 순간에는 상기 제 1 스위치부의 입력단과 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단의 연결이 끊어지고 제 1 스위치부의 입력단과 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단이 연결되고, 상기 제 2 스위치부의 제 1 입력단과 상기 제 2 스위치부의 출력단의 연결이 끊어지고 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단과 상기 제 2 스위치부의 출력단이 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
11. 삭제
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기에너지 흐름 신호 검출부는,
    1입력 2출력의 제 1 스위치부, 2입력 1출력의 제 2 스위치부, 및 상기 제 1 스위치부와 상기 제 2 스위치부 사이에 연결된 단일의 교류저항을 포함하고,
    상기 제 1 스위치부는 제 1 스위치를 포함하되, 상기 제 1 스위치부의 입력단은 상기 제 2 단자에 접속되고, 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 상호 이격되게 설치되고, 상기 제 1 스위치의 일단은 상기 입력단에 접속되고, 상기 제 1 스위치의 타단은 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단 중에서 상기 제어부의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성되고,
    상기 제 2 스위치부는 제 2 스위치를 포함하되, 상기 제 2 스위치부의 제 1 입력단은 상기 제 1 스위치부의 제 1 출력단에 접속되고, 상기 제 2 스위치부의 제 2 입력단은 상기 단일의 교류저항을 매개로 상기 제 1 스위치부의 제 2 출력단에 접속되고, 상기 제 2 스위치부의 출력단은 상기 제 3 단자에 접속되고, 상기 제 2 스위치의 일단은 상기 제 2 스위치부의 출력단에 접속되고 상기 제 2 스위치의 타단은 상기 제 1 입력단 및 제 2 입력단 중에서 상기 제어부의 제어에 의해 어느 하나에 접속되게 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 단일의 교류저항의 일단에는 제 4 단자가 형성되고, 상기 단일의 교류저항의 타단에는 제 5 단자가 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치.
14. 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 장치에서의 전기에너지 흐름 판별 방법으로서,
    전력선으로부터 전류값에 비례하는 전류 신호를 검출하는 단계;
    전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전압, 상기 전력선의 제 1 단자와 제 3 단자 사이의 전압, 및 상기 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 및 제 3 단자와는 별개의 단자 사이의 전압을 검출하는 단계;
    상기 전류 신호, 상기 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 전압, 상기 전력선의 제 1 단자와 제 3 단자 사이의 전압, 및 상기 전력선의 제 1 단자와 제 2 단자 및 제 3 단자와는 별개의 단자 사이의 전압을 근거로 역률의 변화 및 전기에너지 흐름 방향을 검출하는 단계;
    상기 역률이 변화되고 상기 전기에너지 흐름 방향이 바뀌었으면 전기에너지 흐름이 실제로 바뀐 것으로 판정하는 단계; 및
    상기 판정의 결과를 표시하는 단계;를 포함하고,
    상기 판정하는 단계는, 역률 변화가 감지되었지만 전기에너지 흐름 방향이 바뀌지 않았다면 페란티 효과에 의한 위상천이일 뿐 실제 전기에너지 흐름이 바뀐 것은 아닌 것으로 판정하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 전력량계의 전기에너지 흐름 판별 방법.
15. 삭제

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