KR102289625B1 - 인입라인 및 분기라인 전력측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력인입부에 연결된 주변압기로부터 변성된 전원을 분기시켜 각각의 부하들에 공급하는 전기배선에서 상기 전력인입부로부터 공급되는 전원으로부터 각각의 부하들에 공급되는 전력의 공급상태를 감시하는 전력감시시스템에 관한 것으로, 주변압기의 전력손실, 각각의 분기라인들의 동손, 및 주변압기 및 분기라인들 및 부하들의 이상상태를 감시할 수 있도록 하는 전력감시시스템이다.

Description

인입라인 및 분기라인 전력측정 시스템{system for input line and branch lines power}

본 발명은 전력인입부에 연결된 주변압기로부터 변성된 전원을 분기시켜 각각의 부하들에 공급하는 전기배선에서 전력인입부와 각각의 부하들에 공급되는 전력의 공급상태를 감시하는 전력감시시스템에 관한 것이다.

분전반의 분기라인들의 전력과 역율을 측정하기 위한 시스템이 특허등록 10-1702109(발명의 명칭: 분전반 판넬 전력계측시스템)(이하, ‘종래기술’이라 한다)에 기술되어 있다.

도 1은 종래기술의 전력계측시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1에 도시된 종래기술에서 분전반 판넬에는 A상, B상, C상으로 이루어진 3상 회로가 설치되어 있고, 3상 회로의 인입라인에는 인입라인 과전류 차단기(100)와 인입라인 전압 변성부(300)가 설치되어 있고, 3상 회로의 분기라인에는 분기라인 과전류 차단기(400)와 분기라인 전력 계측부(500)가 설치되어 있다. 전력 운용 시스템(600)은 인입라인 전압 변성부(300)에 연결되며, 분전반 판넬의 인입라인과 분기라인의 계측된 전력과 관련하여 각종 데이터를 저장, 분석한다. 작업자는 전력 운용 시스템(600)을 통해 분전반 판넬의 전류, 전압, 전력, 역률, 주파수 및 전력량을 관리하고, 전력계획을 수립할 수 있다.

인입라인 과전류 차단기(100)는 인입라인의 과전류를 차단하고, 분기라인 과전류 차단기(400)는 분기라인의 과전류를 차단한다. 인입라인 전압 변성부(300)는 분전반 판넬의 3상 회로의 인입라인의 3상 전압을 입력받아 제1 설정비율로 강압하고, 미도시된 인입라인 전류 변성부에서 변성된 3상 또는 단상의 전류와 인입라인 전압 변성부에서 변성된 3상 전압으로부터 전력 등을 연산할 수 있다.

분기라인 전력 계측부(500)는 적어도 하나 이상이고, 인입라인 전압 변성부(300)로부터 강압된 3상 전압을 인가받고, 인가받은 3상 전압과, 인입라인에서 분기된 적어도 하나의 분기라인에서 계측된 3상 전류에서 제2 설정비율로 낮추어진 3상 전류로부터, 적어도 하나의 분기라인 각각에 대한 3상 전력을 계측한다.

그러나 이러한 종래기술에서는 인입전력이 주변압기를 통하여 다수개의 분기라인들로 분기되고, 각각의 분기라인들에서 전력이 측정될 때 다양한 손실원인 및 고장원인이 발생되게 되나, 이러한 고장 및 손실원인을 종래의 기술에 의하여 특정하기가 매우 어려웠고, 이러한 이유로 발생되는 고장 및 손실원인을 해결하는데 많은 비용 및 시간을 필요로 하였다.

또한 이러한 종래기술에 있어서 전력 측정장치들에서 오차가 발생되는 경우에 정확한 전력측정이 이루어지지 않게 되며, 이러한 문제가 발생되는 경우 분기라인에 문제로 혼동하거나 주변압기의 고장으로 혼동하는 문제가 야기되었다.

본 발명은 이러한 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 전력인입부에 연결된 주변압기에서 변성된 전원으로부터 다수의 분기라인들로 배전이 이루어질 때 주변압기, 분기라인들의 전력상태를 감시하도록 함으로써 고장이나 과도한 손실이 발생할 때 이들의 원인을 용이하게 검출할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 해결과제를 해결하기 위한 해결수단은 전력인입부에 연결된 주변압기로부터 변성된 전원을 분기시켜 각각의 부하들에 공급하는 전기배선에서 상기 전력인입부와 각각의 부하들에 공급되는 전력의 공급상태를 감시하는 전력감시시스템에 있어서: 상기 전력인입부에 인입되는 전압, 전류, 역율, 전력 값을 검출하는 메인전력 측정장치; 상기 주변압기의 출력측의 전압, 전류, 역율, 전력 값을 검출하는 변압기 출력단 측정장치; 각각의 분기라인들의 부하측 전압, 전류, 역율, 전력 값을 검출하는 전력측정모듈들; 상기 메인전력 측정장치와 상기 변압기출력단 측정장치로부터 전력 값들의 차 값을 산출하여 상기 주변압기의 전력손실값을 검출하고, 상기 변압기 출력단 측정장치에서 전력값과 상기 전력측정모듈들로부터 입력되는 전력값들의 차 값을 산출하여 분기라인들의 동손을 검출하는 전력감시서버를 포함하는 것이다.

또한 본 발명에서 상기 전력감시서버는 O.S(Operating System)을 담당하는 제어부와, 상기 메인 전력측정장치와 상기 변압기출력단 측정장치로부터 입력되는 전류, 전압, 역율, 전력값과 저장부에 저장된 기준 전류, 전압, 역율, 전력값들의 차 값을 검출하고, 상기 차 값이 기 설정된 설정값보다 큰 경우에 이상상태로 판단하는 이상 검출부와, 상기 주변압기에서 소모되는 전력을 검출하고 각각의 분기라인들에서 발생되는 동손을 검출하는 전력손실검출부와, 각각의 부하측에 연결된 상기 전력측정모듈들과 데이터를 송수신하도록 하는 통신부와, 각각의 부하상태 및 주변압기의 상태를 표시부에 표시하도록 하고 각각의 이상상태를 표출하도록 하는 표시구동부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 전력손실 검출부는 상기 메인전력 측정장치와 상기 변압기출력단 측정장치의 전력값의 차 값을 검출하고, 이들을 누산하여 상기 주변압기의 전력손실값을 산출하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 이상검출부가 특정 분기라인에 설치된 특정 전력측정모듈의 고장유무를 판단하기 위해서 상기 변압기 출력단 측정장치로부터 측정되는 상기 주변압기의 출력단의 상기 특정 분기라인의 전압(Vs)을 입력받고, 상기 특정 전력측정모듈에서 검출된 전압(Vp)과, 전류(Ip)를 입력받고

Wp = VsIp - VpIp

를 산출하고, Wp를 상기 저장부에 저장된 기설정된 값보다 클 때 상기 특정 전력측정모듈은 이상이 있는 것으로 판단하는 것이 바람직하다.

상기 해결과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 주변압기의 손실 및 이상상태, 각각의 부하들의 손실 및 이상상태, 각각의 분기라인들의 이상상태 및 손실들이 별도로 관리되기 때문에 이상상태의 원인을 정확하고 빠르게 판단할 수 있게 되고, 이상상태 발생시 대처가 용이하게 이루어질 수 있다.

도 1은 종래기술의 전력계측시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 전체적인 구성을 설명하기 위한 회로 블록도이다.
도 3은 도 2의 메인 전력측정장치의 회로 블록도이다.
도 4는 본 발명의 각 분기라인들에 설치되는 전력측정모듈의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 전력감시서버의 구성을 설명하는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 전체적인 구성을 설명하기 위한 회로 블록도이다.

도 2의 회로 블록도는 주변압기(T)에 의하여 변성된 2차측 3상 4선식의 선로를 갖는 수용가 선로를 도시한 것으로 주변압기(T)의 일차측에는 MOF(Metering Out Fit )(4)와 연결되는 메인 전력측정장치(3)가 설치되어 수용가에 인입되는 전압, 전류, 총전력량이 산출되게 되고, 주변압기(T)의 출력단에는 계기용 변성기(2)가 설치되고 계기용 변성기(2)에 의하여 변성된 전압, 전류에 의하여 변압기 출력단 측정장치(1)는 전압, 전류, 전력 및 역율을 검출한다. 메인 전력측정장치(3)와 변압기 출력단 측정장치(1)로부터 검출된 전압, 전류, 역율, 전력값을 전력감시서버(5)에 전송되고, 주변압기(T)에서 변성된 전원은 주차단기(6)을 통과하여 전력측정모듈(N1), (N2),.....(Nn)를 통하여 부하1, 2, ...n 에 공급된다.

또한 전력측정모듈(N1), (N2),.....(Nn)에서 측정된 전압, 전류, 역율, 전력값은 전력감시서버(5)에 전송되게 됨으로써 전력감시서버(5)는 주변압기(T)의 손실, 주변압기(T)로부터 각각의 부하에 공급되는 과정에서 발생되는 전선에서 발생되는 손실, 전선의 지락사고 등으로부터 발생되는 누설전류 값, 부하들의 비정상상태로부터 발생되는 역율이상 등을 검출한다.

도 3은 도 2의 메인 전력측정장치의 회로 블록도이고, 도 4는 본 발명의 각 분기라인들에 설치되는 전력측정모듈의 블록도이다.

메인 전력측정장치(3)는 각 상들의 전압(Va, Vb, Vc)을 측정하는 전압검출부(31)와, 각 상들의 전류(Ia, Ib, Ic)를 검출하는 전류검출부(32)와, 각 상들의 역율을 검출하는 역율 검출부(33)와, 전압검출부(31), 전류검출부(32), 역율검출부(33)에서 검출된 값에 의하여 각 상의 전력 및 전력량을 검출하는 전력검출부(34)와, 역율 검출부(33)와, 전압검출부(31), 전류검출부(32), 역율검출부(33)와, 전력검출부(34)에서 검출된 값을 전력감시서버(5)에 전송하는 통신부(35)를 구비한다.

또한 변압기 출력단 측정장치(1)의 구조도 메인 전력측정장치(3)의 구조와 매우 흡사하지만 계기용 변성기(2)로부터 주변압기(T)의 출력단의 전압과 전류가 입력됨으로써 실제로 수용가에 입력되는 전류, 전압, 전력이 측정되게 된다.

따라서 전력감시서버(5)는 메인 전력측정장치(3)와 변압기 출력단 측정장치(1)의 차를 주변압기(T)에서 발생된 손실분으로 측정하게 된다. 통상적인 주변압기(T)의 전력손실은 3%로 감안하고 설계되지만 변압기의 종류에 따라서 오차를 감안하여 운용하지만 통상적으로 전력손실이 4%를 초과하게 되면 권취코일 절연열화. 누설전류, 철손의 과다 등의 다양한 과다 전력손실의 원인을 찾아서 전력낭비를 검출하여야 하나, 이러한 인용할 수 있는 전력손실의 한계는 변압기의 종류 및 운영요건에 따라서 정하여지게 된다.

또한 분기라인에 설치되는 전력측정모듈(N1), (N2)....(Nn)은 분기라인들에서 전압강하가 이루어진 상태의 전압인 부하 입력단의 전압을 검출하도록 하는 부하측 전압검출부(41), 부하들에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출부(42), 역율을 검출하는 역율검출부(43), 전압검출부(41)와 전류검출부(42)의 검출값에 의하여 전력 및 전력량을 검출하는 전력검출부(44)와, 전압검출부(41) 전류검출부(42) 역율검출부(43) 전력검출부(44)에서 검출된 값을 전력감시서버(5)에 전송하는 통신부(45)로 이루어진다.

도 5는 본 발명의 전력감시서버의 구성을 설명하는 블록도이다.

전력감시서버(5)는 O.S(Operating System)을 담당하는 제어부(51)와, 메인 전력측정장치(3), 변압기출력단 측정장치(1)로부터 입력되는 전류, 전압, 역율, 전력값과 저장부(53)에 저장된 기준 전류, 전압, 역율, 전력값들의 차를 검출하고, 검출된 값이 설정값보다 큰 경우에 이상상태로 판단하는 이상 검출부(52), 주변압기(T)에서 소모되는 전력을 검출하고 각각의 분기라인들에서 발생되는 동손을 검출하는 전력손실검출부(54)와, 각각의 부하측에 연결된 전력측정모듈(N1), (N2),.....(Nn)들과 데이터를 송수신하도록 하는 통신부(56)와, 각각의 부하상태 및 주변압기(T)의 상태를 표시부에 표시하도록 하고, 각각의 이상상태를 표출하도록 하는 표시구동부(55)로 이루어진다. 이때 저장부(53)에는 정상적인 상태에서의 메인전력 측정장치(3), 변압기출력단 측정장치(1)의 전압, 전류, 전력, 역율의 허용범위, 전력측정모듈(N1), (N2),.....(Nn)의 전압, 전류, 전력, 역율의 허용범위를 비롯한 각종 기준값들이 테이블화되어 저장되어 있으며, 이상검출부(52)는 각종 검출부로부터 입력되는 입력값과 저장부(53)로부터 독출되는 값을 차감하여 차감된 값이 설정값보다 큰 경우에 이상상태로 판정한다.

이상검출부(52)는 전력측정모듈N1으로부터 입력되는 전압값이 200V이고, 저장부(53)에 저장된 저장된 기준 전압값이 220V이고, 허용오차범위가 10V일 때는 입력되는 전압값은 허용오차범위를 초과하게 됨으로 이상신호를 발생시킨다. 이와 같이 이상검출부(52)는 다양한 부하 측정값들에 대하여 이상상태를 검출하게 된다.

또한 이상검출부(52)는 특정 분기라인에 설치된 전력측정모듈의 고장상태를 판별한다.

이상검출부(52)가 분기라인(N1)에 설치된 전력측정모듈(N1)의 고장유무와 분기라인의 동손의 이상유무를 판단하기 위해서는 변압기 출력단 측정장치(1)로부터 측정되는 주변압기(T)의 출력단의 분기라인(N1)의 전압(Vs)을 입력받고, 전력측정모듈(N1)에서 검출된 전압(Vp)과, 전류(Ip)를 통신부(56)를 통하여 입력받을 때 전력측정모듈(N1)의 손실(Wp)은

Wp = VsIp - VpIp

이고, Wp가 저장부(53)에 저장된 기설정된 이상으로 될 때 전력측정모듈(N1) 또는 분기라인의 동손에 이상이 있는 것으로 판단한다.

이와 같이 이상검출부(52)는 특정한 전력측정장치(N1) 또는 분기라인의 동손의 이상유뮤를 검출할 수 있다.

이때 분기라인의 입력측 전압(Vs)과 출력측의 전압(Vp)과 전류(Ip)에 의하여 저항값을 산출하고, 저항값을 기설정된 값 이하로 무시할 수 있는 경우에는 분기라인의 동손을 무시할 수 있기 때문에 Wp가 저장부(53)에 저장된 기설정된 이상으로 될 때 이상검출부(52)는 전력측정모듈(N1)에 이상상태가 발생된 것으로 판단한다.

전력손실 검출부(52)는 메인전력 측정장치(3)와 변압기출력단 측정장치(1)의 전력값의 차를 검출하고, 이들을 누산하여 주변압기(T)의 전력손실값을 산출한다. 이때 전력손실값은 유효전력과 무효전력으로 분리되어 표시부에 표시되도록 하는 것이 바람직하다.

1: 변압기 출력단 측정장치
2: 계기용변성기
3: 메인전력측정장치
4: MOF
5: 전력감시서버
T: 주변압기

Claims (4)

1. 전력인입부에 연결된 주변압기로부터 변성된 전원을 분기시켜 각각의 부하들에 공급하는 전기배선에서 상기 전력인입부와 각각의 부하들에 공급되는 전력의 공급상태를 감시하는 전력감시시스템에 있어서:
   상기 전력인입부에 인입되는 전압, 전류, 역율, 전력 값을 검출하는 메인전력 측정장치;
   상기 주변압기의 출력측의 전압, 전류, 역율, 전력 값을 검출하는 변압기 출력단 측정장치;
   각각의 분기라인들의 부하측 전압, 전류, 역율, 전력 값을 검출하는 전력측정모듈들;
   상기 메인전력 측정장치와 상기 변압기출력단 측정장치로부터 전력 값들의 차 값을 산출하여 상기 주변압기의 전력손실값을 검출하고, 상기 변압기 출력단 측정장치에서 전력값과 상기 전력측정모듈들로부터 입력되는 전력값들의 차 값을 산출하여 분기라인들의 동손을 검출하는 전력감시서버를 포함하고,
   상기 전력감시서버는 O.S(Operating System)을 담당하는 제어부와, 상기 메인 전력측정장치와 상기 변압기출력단 측정장치로부터 입력되는 전류, 전압, 역율, 전력값과 저장부에 저장된 기준 전류, 전압, 역율, 전력값들의 차 값을 검출하고, 상기 차 값이 기 설정된 설정값보다 큰 경우에 이상상태로 판단하는 이상 검출부와, 상기 주변압기에서 소모되는 전력을 검출하고 각각의 분기라인들에서 발생되는 동손을 검출하는 전력손실검출부와, 각각의 부하측에 연결된 상기 전력측정모듈들과 데이터를 송수신하도록 하는 통신부와, 각각의 부하상태 및 주변압기의 상태를 표시부에 표시하도록 하고 각각의 이상상태를 표출하도록 하는 표시구동부를 포함하고,
   상기 이상검출부가 특정 분기라인의 동손의 이상이 발생했거나 상기 특정 분기라인에 설치된 특정 전력측정모듈의 고장유무를 판단하기 위해서 상기 변압기 출력단 측정장치로부터 측정되는 상기 주변압기의 출력단의 상기 특정 분기라인의 전압(Vs)을 입력받고, 상기 특정 전력측정모듈에서 검출된 전압(Vp)과, 전류(Ip)를 입력받고
   Wp = VsIp - VpIp
   를 산출하고, Wp가 상기 저장부에 저장된 기설정된 값보다 클 때 상기 특정분기라인의 동손의 이상이 발생했거나 상기 특정 분기라인에 설치된 전력측정모듈의 고장이 발생된 것으로 판단하고,
   상기 특정 분기라인의 전압(Vp)과 전압(Vs)와 전류(Ip)에 의하여 산출된 저항이 기설정된 값 이하로 무시할 수 있을 때에는 상기 특정 전력측정모듈이 이상이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력감시시스템.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 전력손실 검출부는 상기 메인전력 측정장치와 상기 변압기출력단 측정장치의 전력값의 차 값을 검출하고, 이들을 누산하여 상기 주변압기의 전력손실값을 산출하는 것을 특징으로 하는 전력감시시스템.
   
4. 삭제

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