KR20030003612A - 심야전력 복합다기능 전자식 전력량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부환경을 설정하기 위한 조작 스위치부, 정전보상용 배터리 보상회로, 데이터 출력을 위한 표시창 및 구동 드라이버를 포함하는 전자식 전력량계에 있어서, 전력량계의 동작전원을 공급하는 전원회로부와, 심야 및 상시전력량을 동시에 계량하기 위한 전원측 입력단자부와, 심야전력계량만을 위한 CT 전류입출력단자부와, 상기 각 입력단자로 입력되는 전압 및 전류신호를 중앙처리장치가 처리가능한 신호로 변환하는 아날로그 신호변환부와, 상기 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하기 위한 AD 컨버터를 두며, 총전력량 및 심야전력량을 산출하는 연산을 수행하며 결과값을 소정형식으로 표시하도록 제어하는 중앙처리장치 및 적어도 전력량계의 구동과 전력량의 산출을 위한 소정의 알고리즘을 저장하는 메모리부를 포함함을 특징으로 하는 심야전력 복합다기능 전자식 전력량계를 개시한다.

상기 구성에 의하면 단일의 전력량계를 이용하여 상시전력과 심야전력을 계량함이 가능하다.

Description

심야전력 복합다기능 전자식 전력량계{A multi electronic electricity meter of night-time electric power complex}

본 발명은 심야와 상시전력 사용량을 계량하기 위한 전자식 전력량계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 심야와 상시전력을 동일 계량기로 계량하고 심야전력 부속장치의 무단조작, 도전, 심야전력 사용시간대 변경 및 연장사용, 심야전력설비 무단증설 등을 방지 할 수 있는 심야전력 복합 다기능 전자식 전력량계에 관한 것이다.

종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 심야전력과 상시전력의 측정을 위해 2개의 옥내배선 및 2개의 계량장치와 타임스위치(T/S)를 별도로 부설하여 각각 계량하는 방식을 취하였다. 이러한 계량방식은 고객의 옥내배선을 2회로를 설치하여야 하고 계량장치 또한 2대가 필요하였다. 특히 T/S가 심야전력 계량장치와 별도로 분리되어 시설됨에 따라 사용자가 무단으로 T/S를 용이하게 조작하여 사용하는 문제가 발생되고 있다. 또한 계량기 함 이후의 배선은 고객 구내를 통하여 심야전력 기기까지 은폐되어 배선되므로 심야 배선 부분에서 도전이 이루어지더라도 이를 적발하기가 사실상 불가능한 문제도 지적된다.

또한 사용자가 심야전력 기기를 무단으로 증설하여 사용하더라도 이들 기기의 용량을 확인하기가 번거롭고 무단증설은 전력공급자의 전력공급 설비의 불안정 및 소손으로까지 이어져 전력공급 신뢰도를 저하시킨다.

본 발명은 상기 종래 전력량계가 지니는 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 계량장치와 부속장치를 통합하여 계기 설치비를 절감하고 사용자에 의한 계량장치의 무단조작 방지와, 심야전력을 이용한 도전방지 및 고객 임의로 기기용량을 증설하여 사용시에도 계약 초과 사용분에 대하여는 상시전력 요금을 적용할 수 있도록 함으로써 사용자에 의한 무단 증설을 방지하여 전력공급 설비의 소손방지 및 안정성의 향상에 있다.

도 1은 종래의 전력량계 전력공급 계통도

도 2는 본 발명의 전자식 전력량계 전력공급 계통도

도 3는 심야 및 상시전력의 전력사용량을 계량하는 전력량계의 상세구성도

도 4는 심야전력 기기 CT 설치도

도 5(a)는 부하설비에 따른 전력요금 적용 예시도표

도 5(b)는 전력사용량에 따른 전력요금 적용 예시도표

도 5(c)는 심야요금과 상시요금 적용 예시도표

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명의 설명>

10: 정류회로부 11∼13: R,S,T 전압단자

14: 중성선 단자 15∼17: R,S,T 전원측 전류입력단자

18∼20: R,S,T 부하측 전류출력단자 21: 전원측 입력단자부

22∼24: R,S,T 심야기기 CT 전원측 전류입력단자

25∼27: R,S,T 심야기기 CT 부하측 전류출력단자

28, 29: 교류전자접촉기 제어단자 30: 아날로그 신호변환부

31∼33: R,S,T 전원측 전압신호변환부

34∼36: R,S,T 전원측 전류신호변환부

37∼39; R,S,T 심야기기 CT 전류신호변환부 40: AD 컨버터

41: 중앙처리장치 42,43: 메모리부

44: 조작스위치부 45: LCD 드라이버

46: 정전 보상용 배터리 감시회로 47: 교류전자접촉기 제어부

48: 교류전자접촉기 제어신호 발생부 49: LCD 창

50: 심야전력 복합 다기능 전자식 전력량계

51: 교류전자접촉기 52: 심야전력 공급 배선

53: 심야전력 기기 단자대 54: 3 CT

55: CT 전류선

본 발명은 전자식 전력량계로서,

전력량계의 동작전원을 공급하는 전원회로부와, 심야 및 상시전력량을 동시에 계량하기 위한 전원측 입력단자부와, 심야전력만의 계량을 위한 CT 전류입출력단자부와, 상기 각 입력단자로 입력되는 전압 및 전류신호를 중앙처리장치가 처리가능한 신호로 변환하는 아날로그 신호변환부와, 상기 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하기 위한 AD 컨버터를 두며, 총전력량 및 심야전력량을 산출하는 연산을 수행하며 결과값을 소정형식으로 표시하도록 제어하는 중앙처리장치 및, 적어도 전력량계의 구동과 전력량의 산출을 위한 소정의 알고리즘을 저장하는 메모리부를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 내용을 도면을 통해 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 의한 전자식 전력량계의 전력공급계통도로서 도 1에 도시한 종래 전력량계와는 달리 심야와 상시전력 전력량계의 전원측 및 부하측 배선을 1회로로 구성하고 있음을 보여주고 있다. 도면에 표시된 M/S는 심야기기 전원의 통전을 제어하는 마그네틱 스위치를 나타낸다. 상기 마그네틱 스위치는 통상의 솔레노이드를 이용해 구현가능하며, 전력량계의 교류전자접촉기 제어단자(도 3의 28,29)와 연결된다.

이하 상기 전력량계의 상세한 구성을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

전원회로부(10)는 전원 트랜스(10-1), 정류회로(10-2) 및 정전 보상부(10-3)를 포함하여 구현함이 바람직하다. 이 경우 전원트랜스의 1차측은 전원측에 연결되고, 그 출력은 정류회로에 인가되며, 상기 정류회로는 입력된 교류전압을 정류하여 전력량계를 구성하는 회로부가 사용가능한 소정의 전류 바람직하기로는 직류 5V를 생성하여 회로부의 동작 전원으로 제공한다. 또한 상기 정전 보상부는 정전시에 계량기의 각종 데이터 및 전자시계를 유지하기 위해 공급되는 보조동작 전원이다.

전원측 입력단자부(21)는 바람직하기로는 심야와 상시전력량을 동시에 계량하기 위한 전원측의 전압소스로서 R, S, T 각상의 입력단자(11∼13)와 중성선 입력단자(14)를 포함하며, 전원측의 전류소스로서 R, S, T 각상의 입력단자(15∼17)와 부하전류측 R, S, T 각상의 출력단자(18∼20) 및 심야전력량을 계량하기 위한 심야기기 본체에 설치된 CT 전류선으로부터 R, S, T 각상의 입력단자(22∼24)와 CT로환원되는 R, S, T 각상의 출력단자(25∼27)를 설치한다.

도면부호 28, 29는 심야기기 전원의 통전을 제어하는 마그네틱 스위치(도 2참조)를 개폐하기 위한 교류전자접촉기 제어단자를 나타내며, 도면부호 47, 48은 교류전자접촉기제어부 및 교류전자접촉기 제어신호 발생부를 나타낸다.

상기 교류전자접촉기 제어신호발생부(48)는 중앙처리장치(41)의 제어에 따라 심야기기 전원의 통전을 제어하도록 소정 신호를 생성하여 교류전자접촉기제어부(47)에 인가한다. 상기 교류전자접촉기제어부(47)는 통상적으로 솔레노이드를 이용한 일종의 스위치 형태로 구현할 수 있으며, 스위치의 닫힘과 동시에 전압단자(13,14)로부터 교류신호를 제어단자(29,28)에 인가하여 외부 M/S를 제어하게 된다.

아날로그 신호변환부(30)는 전원측 신호변환기로 바람직하기로는 R, S, T 각 상의 전압신호변환부(31∼33)와 전류신호변환부(34∼36) 및, 상기 CT 전류선으로부터 단자(22∼24)로 입력되는 R, S, T 각상의 전류신호를 처리하기 위한 CT 전류신호변환부(37∼39)를 포함하도록 한다.

상기 전원측 전압신호변환부(31∼33)와 전류신호변환부(34∼36)에서 출력되는 신호는 CT 전류신호변환부(37∼39)의 출력신호와 소정의 연산작용(예를 들면 가감, 승산연산을 포함)을 거쳐 원하는 전력량을 계산하기 위한 신호이다. 따라서 상기 아날로그 신호변환부는 전력계산을 실행하는 AD컨버터(아날로그 디지털 컨버터, 40)에서 처리할 수 있도록 전원측 입력전압을 이에 비례한 소정의 미소전압으로 변환하여 주는 기능을 수행한다.

상기 전압신호는 부하의 크기에 상관없이 항상 거의 일정한 값을 가지는 신호로서 상기 전압신호변환부(31∼33)는 실제로는 저항분압회로를 사용해 구현함이 가능하다.

또한 상기 R, S, T 각 상의 전류신호변환부(34∼36)는 전압신호와 승산하여 심야와 상시전력을 계산하기 위한 신호로서 전력계산을 실행하는 AD컨버터(40)에서 처리할 수 있도록 부하전류에 비례한 소정의 미소전류로 변환하여 주는 회로이다.

상기 전류신호는 전압신호와는 달리 부하의 크기에 따라 값이 변하는 신호로서 실제로는 공지의 센싱방법인 전류변환기(Current Transformer, 이하 CT라 약칭함)를 이용하여 변환함이 가능하다. 상기 CT는 계기의 오차등급을 고려하여 바람직하기로는 계기정밀도(Class 0.5∼1.0)에 부합하는 CT를 사용하도록 한다.

또한 도 4에서와 같이 심야전력 기기 단자대(53)에 설치된 CT(54)에 의한 심야기기 부하전류는 CT 전류선(55)을 통하여 전력량계(50)의 CT 전원측 전류입력단자(22∼24)를 거쳐 CT 전류신호변환부(37∼39)로 입력되며 이들 신호의 처리과정은 전술한 전원측 전류신호변환부(34∼36)에서와 대동소이하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만 상기 전원측 전류신호변환부는 심야와 상시를 포함한 총전력사용량을 신호화함에 대해 CT 전류신호변환부는 심야전력 사용량만을 신호화하는 데 차이가 있다.

AD컨버터(40)는 상기 전원측 전압신호변환부(31∼33)와 전류신호변환부(34∼36) 및 CT 전류신호변환부(37∼39)에서 처리된 아날로그 신호를 중앙처리장치(41)가 처리가능하도록 소정의 디지털 신호로 변환시킨다.

상기 AD컨버터는 실제 구현시 중앙처리장치와 별도로 구성하거나 그 일부로서 구성함이 가능하므로 존재형식에 특별한 제약을 두지는 아니한다.

중앙처리장치(41)는 적어도 총전력량 및 심야전력량을 산출하는 연산과정을 수행하며 당해 연산된 결과값을 소정형식으로 표시하도록 제어하는 기능을 수행하도록 한다. 전력량계 구동에 필요한 통상적인 신호제어에 관하여는 공지부분이므로 여기서는 특별히 설명하지 않기로 한다.

메모리부(42)는 적어도 전력량계의 구동과 전력량의 산출을 위한 소정의 알고리즘을 저장한다. 상기 알고리즘은 하드웨어방식, 소프트웨어 방식이나 펌웨어방식 중에서 어느 것으로도 구현이 가능하다.

이하 상기 알고리즘에 관해 실시예를 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

제 1측면의 상기 메모리부는 아날로그 신호변환처리된 전압 및 전류신호를 조합하여 총전력사용량과 심야전력사용량을 계산하고, 총전력 사용량에서 심야전력 사용량을 차감한 나머지를 상시전력사용량으로 산출하도록 하는 알고리즘을 포함한다.

전력사용량의 산출은 전압과 전류에 해당하는 디지털 신호를 승산하여 전력을 산출하도록 한다. 여기서 산출된 전력은 이에 비례한 주파수를 가진 펄스형태로 변환되어 일정시간 간격(예를 들면 15초 간격)으로 저장함이 바람직하다. 상기 예에 의하면 기본자료는 전력의 형태로 저장하지 않고 펄스의 형태로 저장되며 15초 간격으로 저장된 자료를 이용하여 15분 최대수요전력도 연산하고, 15초 간격의 자료 240개를 합하여 1시간 동안 사용한 전력량을 산출할 수도 있다.

제 2측면의 상기 메모리부는 소정시간간격을 주기로 산출한 심야전력사용량과 심야전력부하설비로 세팅된 부하량을 상호 비교하여 전력사용량이 세팅값을 초과하면 당해 초과량에 대해 상시전력사용량으로 자동 산출하도록 하는 알고리즘을 포함한다.

상기 경우 전력사용량의 산출은 조작 스위치부(44)에서 설정한 각 상별 R, S, T 심야기기 설비 세팅치를 기준으로 한 전력사용량과 CT 전류신호변환부(37∼39)에서 계산한 전력 사용량을 상호 비교하여 초과 사용량은 상시요금 신호로 계량하게 하는데, 상기 경우 예를 들어 15초 간격의 전력사용 기본량과 설비 세팅치를 기준으로 한 전력사용량과 비교하여 초과 사용량은 상시요금 신호로 계량하게 하는 방법(도 5a: 심야계약전력으로 3φ90kW(R,S,T 각상별 30kW), 심야전력 통전시간은 22시에서 08시까지의 10시간으로 예시한 경우)과 일간 10시간 심야전력 사용량과 설비 세팅치를 기준으로 한 전력 사용량과 비교하여 초과 사용량은 상시요금 신호로 계량(도 5b)하게 하는 두가지 방법이 있다.

또한 상기 메모리부는 심야와 상시전력의 시간대를 설정하여 심야전력 시간대 이외에는 CT 전류신호변환부(37∼39)에서 생성된 심야전력 펄스신호의 계량을 제한하여 전원측 전류신호변환부(34∼36)에서 생성된 펄스신호 전량을 상시전력 사용 펄스로 계량하는 알고리즘을 포함한다(도 5c참조).

상기 메모리부(42)는 롬 및 플레쉬메모리 등의 비휘발성 메모리를 포함한다.

본 발명의 전자식 전력량계는 사용한 전력량, 최대수요전력 등 계량데이타 저장을 위한 램등을 포함한 별도의 추가메모리(43)를 둘 수 있다.

전력량의 산출결과는 LCD창(49)을 통해 구현함이 바람직하며, 이 경우 중앙처리장치에서 보내준 디지털자료를 LCD 창에 표시할 수 있도록 LCD 드라이버(45)를 구비하도록 한다.

또한 본 발명의 전력량계는 LCD창에 날짜, 시간을 표시할 수 있는 기능을 구비할 수 있다. 상기 시계기능을 구현하기 위해서는 전원주파수(Line Frequency)를 이용하는 방법, RTC(Real Time Clock)를 사용하는 방법 및 중앙처리장치에서 분주하여 시계 기능을 구현하는 방법이 기능하다.

외부환경을 설정하기 위한 조작 스위치부(44)는 R, S, T 각 상별 심야전력 부하설비와 시간 등의 필요한 자료를 전력량계에 입력 및 수정과 M/S를 강제 개폐하기 위하여 구비된다.

정전 보상용 배터리 감시회로(46)는 정전이 발생할 경우를 대비하여 정전이 발생하더라도 지금까지 동작하여 계량된 자료의 보존 및 시계기능의 유지를 위하여 설치함이 바람직하다. 정전 보상용 배터리를 감시하는 배터리 감시회로는 잔여 배터리 전압이 일정 수준 이하로 떨어지는 경우 중앙처리장치에 배터리 저전압 신호(Battery Low Voltage)를 전달하여, 중앙처리장치가 자료 표시용 LCD에 배터리 저전압 오류를 표시하는 기능을 제공한다.

본 발명에 의하면 단일의 전력량계를 이용하여 상시전력과 심야전력을 계량함이 가능하다. 또한 단일 전력량계를 사용하므로 장치비 및 시설비를 대폭 절감할 수 있고, 수요자가 임의로 계량장치를 조작하는 것을 차단할 수 있다. 뿐만 아니라 수요자에 의한 도전 및 심야전력 설비용량 임의 증설을 방지함이 가능하며, 공급자의 입장에서는 도전 및 무단증설 전력사용량의 상시요금 적용으로 전력판매수입을 증가할 수 있다.

Claims (5)

1. 외부환경을 설정하기 위한 조작 스위치부, 정전보상용 배터리 보상회로, 데이터 출력을 위한 표시창 및 구동 드라이버 등을 포함하는 전자식 전력량계에 있어서,

   심야 및 상시전력 전력량계 전원측 및 부하측 배선을 1회로로 구성하며, 전력량계의 동작전원을 공급하는 전원회로부와, 심야 및 상시전력량을 동시에 계량하기 위한 전원측 입력단자부와, 심야전력만의 계량을 위한 CT 전류입출력단자부와, 상기 각 입력단자로 입력되는 전압 및 전류신호를 중앙처리장치가 처리가능한 신호로 변환하는 아날로그 신호변환부와, 상기 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하기 위한 AD 컨버터를 두며, 총전력량 및 심야전력량을 산출하는 연산을 수행하며 결과값을 소정형식으로 표시하도록 제어하는 중앙처리장치, 적어도 전력량계의 구동과 전력량의 산출을 위한 소정의 알고리즘을 저장하는 메모리부, 심야기기 전원의 통전을 제어하기 위한 교류전자접촉기 제어신호발생부 및 교류전자접촉기제어부를 포함함을 특징으로 하는 심야전력 복합다기능 전자식 전력량계.
2. 제 1항에 있어서, 심야전력계량만을 위한 별도의 입력전류원은 봉인을 시행한 심야전력기기 본체 패널의 단자대로부터 CT 전류선을 인출한 것을 특징으로 하는 전자식 전력량계.
3. 제 1항에 있어서, 상기 메모리부는 아날로그 신호변환처리된 전압 및 전류신호를 조합하여 총전력사용량과 심야전력사용량을 계산하고, 총전력 사용량에서 심야전력 사용량을 차감한 나머지를 상시전력사용량으로 산출하도록 하는 알고리즘을 포함함을 특징으로 하는 전자식 전력량계.
4. 제 1항에 있어서, 상기 메모리부는 소정시간 간격을 주기로 산출한 심야전력사용량과 심야전력 부하설비로 세팅된 부하량을 상호 비교하여 전력사용량이 세팅값을 초과하면 당해 초과량에 대해 상시전력사용량으로 자동 산출하도록 하는 알고리즘을 포함함을 특징으로 하는 전자식 전력량계.
5. 제 1항에 있어서, 상기 메모리부는 심야와 상시전력의 시간대를 설정하여 심야전력 시간대 이외에는 CT 전류신호변환부에서 생성된 심야전력 펄스신호의 계량을 제한하여 전원측 전류신호변환부에서 생성된 펄스신호 전량을 상시전력 사용 펄스로 계량하는 알고리즘을 포함함을 특징으로 하는 전자식 전력량계.