KR20050047600A

KR20050047600A - 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계 및 이의제어방법

Info

Publication number: KR20050047600A
Application number: KR1020030081339A
Authority: KR
Inventors: 이건철
Original assignee: (주)누리텔레콤
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-05-23
Also published as: KR100551453B1

Abstract

본 발명은 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 전류 변환부에 연결되어 있으며, 전류 변환부로부터 인가되는 전류 신호가 기설정된 기준치 이상인가를 판별하여 과전류 여부를 검출하는 과전류 검출부와; 누전시에 발생되는 영상 전류가 기설정된 기준치 이상인가를 판별하여 누전 발생 여부를 검출하는 누전 검출부와; 전력량 측정부, 과전류 검출부 및 누전 검출부에 연결되어 있으며, 전력량 측정부로부터 인가되는 전력량을 저장 및 지정된 경로로 전송하도록 지시하고, 과전류 검출부 또는 누전 검출부로부터 인가되는 신호를 수신하여 전원 공급을 공급 또는 차단하는 차단기 제어신호를 지정된 경로로 전송하고, 지정된 동작을 수행하도록 각 구성요소를 제어하는 중앙처리 장치부와; 중앙처리 장치부와 상호 연결되어 있으며, 중앙처리 장치부로부터 인가되는 각종 데이터를 저장하는 메모리부와; 중앙처리 장치부와 상호 연결되어 있으며, 지정된 경로와의 데이터 통신을 위해 인가되는 데이터의 형식 및 타이밍을 조절하도록 인터페이싱하는 통신모듈 인터페이스부와; 중앙처리 장치부와 상호 연결되어 있으며, 중앙처리 장치부로부터 인가되는 차단기 제어신호에 따라 지정된 경로로 전원공급 또는 전원차단 제어신호를 송출하는 차단기 제어부와; 착탈이 가능한 형태로 구현되어 차단기 제어부에 연결되는 구조로 이루어져 있으며, 차단기 제어부로부터 인가되는 전원공급 또는 전원차단 제어신호에 따라 전원을 공급 또는 차단하는 착탈식 차단기; 및 착탈이 가능한 형태로 구현되어 통신모듈 인터페이스부에 연결되는 구조로 이루어져 있으며, 통신모듈 인터페이스부와 특정 데이터를 송수신하고, 특정 통신망을 통해 외부기기와 특정 데이터를 송수신하는 착탈식 통신모듈을 포함한다. 따라서, 본 발명에 의하면 수용가의 영상전류 및 부하전류를 실시간으로 계측하여 누전 및 과전류 발생시 또는 전력 사용료 체납시 차단기를 제어하여 수용가로 인가되는 공급 전압을 차단하고, 전원이 차단된 상태에서 전원을 공급하고자 하는 경우 별도의 비용 및 시간이 소요됨이 없이 원격지에서 즉각적으로 전원을 공급할 수 있으며, 누전 및 과전류에 의한 차단기의 차단횟수를 확인할 수 있어 전기안전에 문제가 있는 수용가에 대해 사고발생이전에 전기안전검사를 시행하여 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계 및 이의 제어방법{Multi-functional electronic watt-hour meter for interrupting leakage of electricity and over-current and method for controlling thereof}

본 발명은 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누전 차단기 및 통신모듈을 전자식 전력량계에 착탈 구조로 결합시키고, 누전 및 과전류 발생 또는 수용가의 요금 연체시 수용가의 공급 전압을 차단시키고, 수용가에서 소비된 소비 전력을 원격지에서 검침하도록 지원하는 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 특정 수용가에서 사용한 전력량을 검침하는 방식에는 검침원들이 직접 전력량계를 찾아가서 전력량계의 수치를 확인하고, 확인한 데이터를 메모지에 기록한 후, 다시 기록된 내용을 특정 컴퓨터에 입력하는 방식이 주류를 이루고 있었다. 그러나, 이러한 검침방식은 검침 과정을 수행하는 중에 발생된 착오에 대한 문제는 수요자 또는 국가의 손실로 이어지며, 종래의 전력량계는 정기적인 점검과 교환이 이루어져야 하지만 교환시기와 정기 점검시기에 대한 정보가 없기 때문에 교환과 점검을 위해 구입한 부품들이 방치되어 막대한 자금을 낭비하는 경우가 발생되고 있는 실정이었다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 가지 방식의 원격검침 시스템이 개발되어 왔다.

예를 들어, 핸디 터미널을 이용하여 수용가를 검침원이 직접 방문하여 현장에서의 검침 데이터를 입력하는 방식이 개발되었다. 그렇지만, 이러한 방식은 전산 자료의 입력과정을 단축시켰다는 장점이 있으나, 검침원이 직접 검침하여 데이터를 입력해야 하므로 직접 검침에 따른 인건비 절감에는 기여하지 못한다는 단점 때문에 실효를 거두지 못하는 실정이다. 또한, 수용가에 설치된 전력량계의 사용량을 검침원이 직접 방문하지 않고, 유/무선의 통신매체를 이용하여 컴퓨터로 원격 검침할 수 있는 전자식 전력량계가 일부 보급되어 있다. 그러나, 이러한 종래의 전자식 전력량계는 특정 통신망(예컨대, 이동 통신망, PSTN망)을 통해 데이터(예컨대, 검침 데이터, 제어신호 등)의 교환을 목적으로 구현되어 있기 때문에, 누전 또는 과전류 발생시 이를 감지하는 기능이 구현되어 있지 않다. 따라서, 일반 가정 등 저압 수용가에서는 누전에 의한 감전사고로 인한 인명 피해를 사전에 방지하기 위해 누전 차단기를 각 수용가에 설치하도록 의무화되어 있고, 부하기기의 이상 및 단락에 의한 과전류 발생시 부하를 차단하기 위한 배선용 차단기를 별도로 장착하여야 한다.

또한, 종래의 전자식 전력량계는 특정 통신망을 통해 데이터를 교환하기 위한 통신모듈이 전자식 전력량계 내부에 내장되어 있기 때문에 통신모듈의 고장시 전자식 전력량계 전체를 분해하여 수리하거나 전체를 교체해야 하는 불편함이 있다.

또한, 특정 수용가에서 전력 사용료를 장기간 체납하는 경우, 외부적인 공사를 시행하여 전원 공급선을 단선시키는 방식으로 전원을 차단하고 있다. 그러나, 이러한 방식은 전원 공급 차단을 위한 공사에 소요되는 비용 및 시간이 소요됨은 물론, 이를 다시 복구하는데 따른 비용 및 시간이 소요되므로 매우 비효율적이다.

또한, 수용가에 대한 전기안전검사를 일정주기로 시행하고는 있지만, 이는 차기 전기안전검사 이전에 전기안전에 문제가 있는지에 대한 정보가 전혀 없기 때문에 사고가 발생 후 확인할 수 밖에 없어 효율적인 전기안전검사를 할 수 없다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 누전 차단기 및 통신모듈을 전자식 전력량계에 착탈 구조로 결합시키고, 수용가의 영상전류 및 부하전류를 실시간으로 계측하여 누전 및 과전류 발생시 차단기를 제어하여 수용가로 인입되는 공급 전압을 차단하고 누전 및 과전류의 발생원인이 소멸이 된 경우 수용가에서 차단기를 투입하며, 또한 전력 사용료 체납시 전기 공급자가 원격지에서 통신모듈을 통해 차단기를 제어하여 수용가로 인가되는 공급 전압을 차단하고 이때는 수용가에서 차단기를 임의적으로 투입하더라도 투입이 되지 않도록 하드웨어적인 인터록킹이 되어 있으며, 통신모듈을 통해 전자식 전력량계의 현재 상태(예컨대, 차단기 온/오프 상태, 누전 및 과전류에 의한 차단기 차단 횟수 등) 및 검침 데이터를 지정된 경로로 전달하는 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계 및 이의 제어방법을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 주 전원인 전원 공급부 또는 보조 전원인 배터리를 통해 동작 전원을 공급 받고, 전압 변환부 및 전류 변환부로부터 인가되는 전압 및 전류를 기초로 전력량 측정부를 통해 전력량을 측정하고, 측정된 전력량을 연산 처리하여 표시부를 통해 표시하는 전자식 전력량계에 있어서, 전류 변환부에 연결되어 있으며, 전류 변환부로부터 인가되는 전류 신호가 기설정된 기준치 이상인가를 판별하여 과전류 여부를 검출하는 과전류 검출부와; 누전시에 발생되는 영상 전류가 기설정된 기준치 이상인가를 판별하여 누전 발생 여부를 검출하는 누전 검출부와; 전력량 측정부, 과전류 검출부 및 누전 검출부에 연결되어 있으며, 전력량 측정부로부터 인가되는 전력량을 저장 및 지정된 경로로 전송하도록 지시하고, 과전류 검출부 또는 누전 검출부로부터 인가되는 신호를 수신하여 전원 공급을 공급 또는 차단하는 차단기 제어신호를 지정된 경로로 전송하고, 지정된 동작을 수행하도록 각 구성요소를 제어하는 중앙처리 장치부와; 중앙처리 장치부와 상호 연결되어 있으며, 중앙처리 장치부로부터 인가되는 각종 데이터를 저장하는 메모리부와; 중앙처리 장치부와 상호 연결되어 있으며, 지정된 경로와의 데이터 통신을 위해 인가되는 데이터의 형식 및 타이밍을 조절하도록 인터페이싱하는 통신모듈 인터페이스부와; 중앙처리 장치부와 상호 연결되어 있으며, 중앙처리 장치부로부터 인가되는 차단기 제어신호에 따라 지정된 경로로 전원공급 또는 전원차단 제어신호를 송출하는 차단기 제어부와; 착탈이 가능한 형태로 구현되어 차단기 제어부에 연결되는 구조로 이루어져 있으며, 차단기 제어부로부터 인가되는 전원공급 또는 전원차단 제어신호에 따라 전원을 공급 또는 차단하는 착탈식 차단기; 및 착탈이 가능한 형태로 구현되어 통신모듈 인터페이스부에 연결되는 구조로 이루어져 있으며, 통신모듈 인터페이스부와 특정 데이터를 송수신하고, 특정 통신망을 통해 외부기기와 특정 데이터를 송수신하는 착탈식 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 주 전원인 전원 공급부 또는 보조 전원인 배터리를 통해 동작 전원을 공급 받고, 전압 변환부 및 전류 변환부로부터 인가되는 전압 및 전류를 기초로 전력량 측정부를 통해 전력량을 측정하고, 측정된 전력량을 연산 처리하여 표시부를 통해 표시하는 전자식 전력량계의 제어방법에 있어서, 교류 전압이 인가되면 직류 전압으로 변환하여 각 구성요소에 전원을 공급하고, 내부 레지스터 및 각종 변수, 입출력(I/O) 포트, 통신 포트, 인터럽트를 초기화하는 단계와; 전자식 전력량계의 각 구성요소가 정상 상태를 유지하고 있는가를 판단하여 정상 상태가 아니면 초기화 과정을 반복 수행하고, 정상 상태이면 메모리부에 저장된 데이터를 리드하고, 중앙처리 장치부의 실시간 시계 모듈로부터 현재 시간 정보를 취득하는 단계와; 외부로부터 수신된 프로토콜에 대한 프로토콜 처리 플래그 상태를 확인하여 프로토콜 처리 플래그 상태가 세팅되면 해당 프로토콜을 처리하는 단계와; 프로토콜 처리 플래그 상태가 세팅되지 않았거나 프로토콜이 처리되면, 타임 플래그 상태를 확인하여 타임 플래그 상태가 세팅되었는가를 판단하여 타임 플래그 상태가 세팅되면, 설정된 시간에 해당하는 데이터를 전환하여 표시하는 단계; 및 타임 플래그 상태가 세팅되지 않았거나 데이터가 표시되면, 전력량 측정부를 통해 계량 데이터를 취득하고, 계량 데이터를 연산 처리하여 메모리부에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계 및 이의 제어방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자식 전력량계(100)의 내부 구성을 보여주는 블록도이고, 도 1a는 본 발명에 따른 전압 및 전류 변환부(110, 115)의 세부 구성도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 전력량 측정부(120)의 세부 구성도이고, 도 1c는 본 발명에 따른 과전류 및 누전 검출부(125, 130)의 세부 구성도이고, 도 1d는 본 발명에 따른 중앙처리 장치부(135)의 세부 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 전자식 전력량계(100)는 전원 공급부(105), 전압 변환부(110), 전류 변환부(115), 전력량 측정부(120), 과전류 검출부(125), 누전 검출부(130), 중앙처리 장치부(135), 배터리(140), 표시부(145), 메모리부(150), 통신모듈 인터페이스부(155), 차단기 제어부(160), 착탈식 차단기(165) 및 착탈식 통신모듈(170)을 포함하여 구성되어 있다.

전원 공급부(105)는 전원 커넥터(미도시)를 통해 AC 전압을 인가 받아 본 전자식 전력량계(100)의 동작에 필요한 전원을 각 구성요소에 공급하는 역할을 수행한다. 즉, 전원 공급부(105)는 교류 전압을 인가 받아 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS: Switching Mode Power Supply) 방식으로 직류 전압으로 변환하여 각 구성요소에 전원을 공급한다.

전압 변환부(110)는 공급 전압을 측정이 가능한 미소 전압으로 변환하는 역할을 수행하고, 전류 변환부(115)는 소비 전류를 측정이 가능한 미소 전류로 변환하는 역할을 수행한다. 전압 및 전류 변환부(110, 115)의 세부 구성은 도 1a에 도시된 바와 같으며, 계기용 변압기(PT: Potential Transformer)(111)를 통해 공급 전압을 미소 전압으로 변환하고, 계기용 변류기(CT: Current Transformer)(116)를 통해 소비 전류를 미소 전류로 변환한다. 또한, 계기용 변류기(CT)(116)에 의해 미소 전류로 변환된 소비 전류는 계기용 변류기(CT)(116) 2차측의 정밀급 저항에 의해 미소 전압으로 변경된 후, 지정된 경로[예컨대, 전력량 측정부(120) 및 과전류 검출부(125)]로 전달된다.

전력량 측정부(120)는 전압 변환부(110) 및 전류 변환부(115)에 연결되어 있으며, 전압 및 전류 변환부(110, 115)로부터 전달된 전압 및 전류의 크기와 위상을 이용하여 유효 및 무효 전력량을 측정하는 역할을 수행한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 전력량 측정부(120)는 계기용 변압기(PT)(111)로부터 인가되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 아날로그/디지털 변환기(ADC)(121a)와, 계기용 전류기(CT)(116)로부터 인가되는 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2 ADC(121b)와, 계기용 변압기(PT)(111) 및 계기용 전류기(CT)(116)로부터 인가되는 전압 및 전류 신호의 위상차를 이용하여 역률을 산출하는 역률 산출부(122)와, 제1 및 제2 ADC(121a, 121b) 및 역률 산출부(122)에 연결되어 있으며, 제1 및 제2 ADC(121a, 121b)로부터 인가되는 전압 및 전류 신호에 해당하는 디지털 신호와 역률 산출부(122)로부터 인가되는 역률을 곱하여 유효 전력을 산출하는 곱셈기(123), 곱셈기(123)로부터 인가되는 유효 전력을 시간에 대해 적분하여 유효 전력량을 산출하는 적분기(124)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 전력량 측정부(120)는 산출된 유효 전력량을 기초로 무효 전력량을 산출할 수 있다. 즉, 유효 전력(W)은 피상 전력(P=V*I, 여기에서, V는 전압, I는 전류)에 역률(cos Φ, 여기에서, Φ는 전압과 전류의 위상차)을 곱한 값이고, 무효 전력(Q)은 피상 전력(P)에 무효율(sin Φ)을 곱한 값이다. 여기에서, 무효율은 전압과 전류의 위상차를 구하여 sin Φ로 산출할 수 있지만, sin² Φ+cos² Φ=1이라는 식에서 역률(cos Φ)을 구한 후 무효율(sin Φ)을 산출할 수 있다.

과전류 검출부(125)는 전류 변환부(115)에 연결되어 있으며, 전류 변환부(115)로부터 인가되는 전류 신호가 기설정된 기준치 이상인가를 판별하여 과전류 여부를 검출하는 역할을 수행하고, 누전 검출부(130)는 누전시에 발생되는 영상 전류(Zero Phase Current)가 기설정된 기준치 이상인가를 판별하여 누전 발생 여부를 검출하는 역할을 수행한다. 여기에서, 과전류 검출부(125)는 전류 변환부(115)를 통해 인가되는 전류 신호를 계기용 변류기(CT)(126)를 통해 측정 가능한 미소 전류로 변환하고, 과전류 검출 및 처리회로(127)를 통해 변환된 미소 전류가 기준치 이상인가를 판별하여 기준치 이상이면 과전류 발생 여부를 지정된 경로[예컨대, 중앙처리 장치부(135)]로 전달한다. 또한, 누전 검출부(130)는 누전시 발생되는 영상 전류를 영상 전류 변류기(ZCT: Zero phase Current Transformer)를 통해 미소 전류로 변환하고, 영상 전류 검출 및 처리회로(132)를 통해 변환된 미소 전류가 기준치 이상인가를 판별하여 기준치 이상이면 누전 발생 여부를 지정된 경로[예컨대, 중앙처리 장치부(135)]로 전달한다.

중앙처리 장치부(135)는 전력량 측정부(120), 과전류 검출부(125) 및 누전 검출부(130)에 연결되어 있으며, 전력량 측정부(120)로부터 인가되는 유효 및 무효 전력량을 저장 및 지정된 경로로 전송하도록 지시하고, 과전류 검출부(125) 또는 누전 검출부(130)로부터 인가되는 신호를 수신하여 전원 공급을 공급 또는 차단하는 차단기 제어신호를 지정된 경로[예컨대, 차단기 제어부(160)]로 전송하고, 지정된 동작을 수행하도록 각 구성요소를 제어하는 역할을 수행한다. 중앙처리 장치부(135)는 각 기능별로, 이상적인 동작에 의한 중지 또는 프로그램의 오류에 의한 반복상태를 방지하기 위한 감시 계기(Watch-dog) 모듈(135a), LCD를 구동시키기 위한 LCD 구동 모듈(135b), 각종 데이터(예컨대, 유효 및 무효 전력량 등)를 저장하기 위한 데이터 메모리 모듈(135c), 날짜 및 시간을 관리하기 위한 실시간 시계 모듈(135d), 인가되는 각종 데이터를 연산 처리하는 연산 모듈(135e), 소비전력을 제어하기 위한 전력 제어 모듈(135f), 인가되는 전원을 감시하기 위한 비교 측정 모듈(135g), 일정 전압이 인가되면 초기상태로 복귀하기 위한 임계 리셋 모듈(135h) 및 본 발명의 전자식 전력량계의 구동 프로그램을 저장하기 위한 프로그램 메모리 모듈(135i)을 포함한다.

배터리(140)는 전원 공급부(105)에서 전원이 공급되지 않을 경우, 중앙처리 장치부(135)로 보조 전원을 공급하는 역할을 수행한다. 중앙처리 장치부(135)는 전원 공급부(105)로부터 주 전원이 공급되지 않으면 배터리(140)로부터 보조 전원을 공급받으며, 보조 전원이 공급될 경우에는 소비 전력을 최소화하기 위해 전력 제어 모듈을 통해 슬립 모드로 전환하여 전력 소모를 최소화하는 것이 바람직하다.

표시부(145)는 중앙처리 장치부(135)에 연결되어 있으며, 중앙처리 장치부(135)로부터 인가되는 LCD 구동신호를 인가받아 해당 데이터(예컨대, 유효 및 무효 전력량, 역률, 시간 정보, 전자식 전력량계의 현재 상태 등)를 표시하는 역할을 수행한다. 또한, 표시부(145)에는 계기 정수에 따른 출력 펄스 확인용 유효 및 무효 전력량 LED, 통신모듈의 통신 상태 확인용 LED, 차단기의 동작상태 확인용 LED를 포함하여 구성되어 있다.

메모리부(150)는 중앙처리 장치부(135)와 상호 연결되어 있으며, 중앙처리 장치부(135)로부터 인가되는 각종 데이터(예컨대, 유효 및 무효 전력량 데이터 등)를 저장하는 역할을 수행한다. 메모리부(150)는 전원이 공급되지 않은 상태에서도 저장된 데이터가 지워지지 않는 비휘발성 메모리로 구현하는 것이 바람직하다.

통신모듈 인터페이스부(155)는 중앙처리 장치부(135)와 상호 연결되어 있으며, 지정된 경로와의 데이터 통신을 위해 인가되는 데이터의 형식 및 타이밍을 조절하도록 인터페이싱하는 역할을 수행한다. 통신모듈 인터페이스부(155)는 특정 통신방식(예컨대, 적외선, RS-232, RS-422/485)을 통해 데이터를 송수신하기 위한 통신 단자 및 지정된 경로[예컨대, 통신모듈(170)]로 전원을 공급하기 위한 전원 공급 단자를 포함하여 구성되어 있다.

차단기 제어부(160)는 중앙처리 장치부(135)와 상호 연결되어 있으며, 중앙처리 장치부(135)로부터 인가되는 차단기 제어신호에 따라 차단기로 공급 또는 차단되는 전원을 제어하도록 지정된 경로[예컨대, 차단기(165)]로 전원공급 또는 전원차단 제어신호를 송출하는 역할을 수행한다. 여기에서, 차단기 제어부(160)는 중앙처리 장치부(135)로부터 인가되는 차단기 제어신호에 의해 차단기(165)로 전원공급 또는 전원차단 제어신호를 송출할 수 있지만, 특정 스위치를 구비하여 해당 스위치의 동작에 따라 전원공급 또는 전원차단 제어신호를 송출하도록 구현할 수 있음은 물론이다.

착탈식 차단기(165)는 본 발명의 전자식 전력량계(100)에 착탈이 가능한 형태로 구현되어 차단기 제어부(160)에 연결되는 구조로 이루어져 있으며, 차단기 제어부(160)로부터 인가되는 전원공급 또는 전원차단 제어신호에 따라 전원을 공급 또는 차단하는 역할을 수행한다. 착탈식 차단기(165)는 본 발명의 전자식 전력량계(100)의 최대 전류를 차단 및 공급할 수 있는 충분한 접점 용량을 가진 기계식 차단기로 구현하는 것이 바람직하다.

착탈식 통신모듈(170)은 본 발명의 전자식 전력량계(100)에 착탈이 가능한 형태로 구현되어 통신모듈 인터페이스부(155)에 연결되는 구조로 이루어져 있으며, 특정 통신방식(예컨대, 적외선, RS-232, RS422/485)을 통해 전자식 전력량계(100)와 특정 데이터를 송수신하고, 특정 통신망(예컨대, 이동통신망, PSTN 등)을 통해 외부기기(예컨대, 중계기, 원격검침 서버 등)와 특정 데이터를 송수신하는 역할을 수행한다. 착탈식 통신모듈(170)은 특정 통신방식(예컨대, 적외선, RS-232, RS422/485)를 통해 전자식 전력량계와 데이터 통신을 수행하고, 별도의 커넥터를 통해 전자식 전력량계로부터 동작에 필요한 전원을 공급받는다.

이하에서는, 본 발명에 따른 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계 및 이의 제어방법에 대한 동작관계를 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 전자식 전력량계의 전력량 데이터 측정 및 저장과정을 설명하는 흐름도이고, 전자식 전력량계에 착탈식 차단기 및 착탈식 통신모듈을 결합시키고, 전자식 전력량계의 전원 커넥터를 교류 전원에 연결시켰다고 가정한다.

전자식 전력량계에 교류 전압이 인가되면 전원 공급부는 직류 전압으로 변환하여 각 구성요소에 전원을 공급하고, 중앙처리 장치부는 내부 레지스터 및 각종 변수, 입출력(I/O) 포트, 통신 포트, 인터럽트 등을 초기화시킨다(S210). 다음에, 중앙처리 장치부는 전력량 측정부, 실시간 시계 모듈, 감시 계기 모듈, 메모리부 등의 주요 구성요소가 정상 상태를 유지하고 있는가를 판단(S220)하여 정상 상태가 아니면 초기 단계(S210)로 진행하여 초기화 과정을 반복 수행하고, 정상 상태이면 메모리부로부터 데이터를 리드하고(S230), 실시간 시계 모듈로부터 현재 시간 정보를 취득한다(S240).

중앙처리 장치부는 외부(예컨대, 통신모듈)로부터 프로토콜에 대한 프로토콜 처리 플래그 상태를 확인하여 프로토콜 처리 플래그 상태가 세팅되었는가를 판단(S250)하여 프로토콜 처리 플래그 상태가 세팅되었으면 해당 프로토콜을 처리한다(S260). 프로토콜 처리과정은 도 4를 참조하여 상세하게 후술한다. 여기에서, 프로토콜 처리 플래그 상태가 세팅되었다는 것은 해당 프로토콜의 시작 헤더, 데이터 및 종료 헤더가 모두 수신되었다는 의미이다. 상기 단계(S250)에서 프로토콜 처리 플래그 상태가 세팅되지 않았거나 상기 단계(S260)에서 해당 프로토콜이 처리되면, 중앙처리 장치부는 타임 플래그 상태를 확인하여 타임 플래그 상태가 세팅되었는가를 판단한다(S270). 타임 플래그 상태의 세팅 여부를 판단하는 이유는 표시부에 표시될 데이터를 전환할 시간이 되었는가를 판별하기 위함이다. 본 발명의 전자식 전력량계는 기 설정된 시간(예컨대, 6초)마다 표시부에 표시할 데이터를 전환한다. 예컨대, 처음에는 유효 전력량을 표시하고, 설정된 시간(예컨대, 6초)이 경과되면 무효 전력량을 표시하고, 다시 설정된 시간(예컨대, 6초)이 경과되면 날짜 및 시간을 표시하도록 운용된다.

타임 플래그 상태가 세팅되면, 중앙처리 장치부는 설정된 시간에 해당하는 데이터(예컨대, 유효 전력량, 무효 전력량, 날짜 및 시간 데이터)를 전환하여 표시한다(S280). 상기 단계(S270)에서 타임 플래그 상태가 세팅되지 않았거나 상기 단계(S280)에서 해당 데이터를 표시한 다음에, 중앙처리 장치부는 전력량 측정부를 통해 계량 데이터를 취득하고(S290), 해당 계량 데이터를 연산 처리하여 메모리부에 저장(S295)한 후, 상기 단계(S240)로 복귀하여 이후의 단계들을 반복 수행한다.

도 3은 본 발명에 따른 과전류 또는 누전 발생시 처리과정을 설명하는 흐름도이고, 전자식 전력량계는 도 2의 전력량 데이터 측정 및 저장과정을 수행하고 있다고 가정한다.

먼저, 중앙처리 장치부는 과전류 검출부로부터 인가되는 과전류 검출신호의 유무에 따라 과전류가 검출되었는가를 판단하고(S310), 과전류가 검출되지 않았으면 누전 검출부로부터 인가되는 누전 검출신호의 유무에 따라 누전이 발생하였는가를 판단한다(S320). 과전류 검출부는 전류 변환부로부터 인가되는 전류 신호가 기설정된 기준치 이상일 때 과전류 검출신호를 중앙처리 장치부로 전달하고, 누전 검출부는 영상 전류가 기설정된 기준치 이상일 때 누전 검출신호를 중앙처리 장치부로 전달하므로 중앙처리 장치부는 과전류 검출신호 및 누전 검출신호의 도달 여부에 의해 과전류 및 누전 발생을 인지할 수 있다.

상기 단계(S310)에서 과전류가 검출되거나 상기 단계(S320)에서 누전이 발생하면, 중앙처리 장치부는 차단기 제어부로 차단기 제어신호를 인가하고, 차단기 제어부는 전원차단 제어신호를 착탈식 차단기로 전달하여 전원 공급을 차단하도록 제어한다(S330). 다음에, 중앙처리 장치부는 차단기 제어가 성공적으로 이루어졌는지를 판단(S340)하여 성공적으로 이루어지지 않았으면 상기 단계(S330)로 진행하여 차단기 제어과정을 반복 수행하고, 차단기 제어가 성공적으로 이루어지면 모든 처리과정을 종료한다.

도 3은 과전류 및 누전 발생시의 처리과정을 설명하였지만, 수용가의 요금 체납에 의해 강제적으로 전원 공급을 차단하고자 하는 경우 또는 전원이 차단된 상태에서 전원을 공급하고자 하는 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다. 즉, 중앙처리 장치부로부터 인가되는 차단기 제어신호에 따라 차단기 제어부가 전원공급 제어신호 또는 전원차단 제어신호를 착탈식 차단기로 인가함으로써, 전원 공급 및 차단을 제어할 수 있다. 또한, 차단기 제어부는 특정 스위치의 동작에 따른 수동 동작으로 전원공급 또는 전원차단 제어신호를 송출하도록 구현할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 통신모듈을 통한 데이터 통신의 인터럽트 처리과정을 설명하는 흐름도이고, 전자식 전력량계에 착탈식 차단기 및 착탈식 통신모듈을 결합시키고, 전자식 전력량계의 전원 커넥터를 교류 전원에 연결시켰다고 가정한다.

먼저, 중앙처리 장치부는 통신 인터럽트가 발생하였는가를 판단(S410)하여 통신 인터럽트가 발생되지 않았으면 대기하고, 통신 인터럽트가 발생하였으면 통신모듈 및 통신모듈 인터페이스부를 통해 해당 데이터를 수신한다(S420). 다음에, 수신된 데이터의 시작 헤더 플래그를 체크(S430)하여 해당 데이터의 시작 헤더 플래그가 세팅되어 있는가를 판단한다(S440). 여기에서, 해당 데이터의 시작 헤더 플래그가 세팅되어 있는가를 판단하는 이유는 해당 데이터가 이전에 세팅된 시작 헤더 플래그의 데이터인지 새로운 데이터인가를 판별하기 위함이다.

상기 단계(S440)의 판단 결과, 시작 헤더 플래그가 세팅되었으면 해당 데이터가 종료 헤더인가를 판단(S450)하여 종료 헤더이면 프로토콜 처리 플래그를 세팅하고(S460), 종료 헤더가 아니면 해당 데이터를 링버퍼에 저장한다(S470). 또한, 상기 단계(S440)에서 해당 데이터의 시작 헤더 플래그가 세팅되어 있지 않으면, 해당 데이터가 시작 헤더인가를 판단(S480)하여 시작 헤더가 아니면 잘못된 데이터이므로 처리과정을 종료하고, 시작 헤더이면 시작 헤더 플래그를 세팅하여 이후에 수신되는 데이터를 수신할 준비를 수행한 후, 모든 처리과정을 종료한다.

이상의 설명은 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 첨부한 특허청구범위 내에서 다양하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계 및 이의 제어방법에 의하면, 수용가의 영상전류 및 부하전류를 실시간으로 계측하여 누전 및 과전류 발생시 또는 전력 사용료 체납시 차단기를 제어하여 수용가로 인가되는 공급 전압을 차단하고, 전원이 차단된 상태에서 전원을 공급하고자 하는 경우 별도의 비용 및 시간이 소요됨이 없이 원격지에서 즉각적으로 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 누전 차단기 및 통신모듈을 전자식 전력량계에 착탈 구조로 결합시킴으로써, 누전 차단기 및 통신모듈 고장 발생시 용이하게 수리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 통신모듈을 이용하여 특정 통신망을 통해 원격지와 통신 가능하도록 구현함으로써, 통신모듈을 통해 전자식 전력량계의 현재 상태(예컨대, 차단기 온/오프 상태, 누전 및 과전류에 의한 차단기의 차단 횟수 등) 및 계량 데이터를 지정된 경로(예컨대, 중계기, 원격검침 서버 등)로 전달하고, 원격지에서 전자식 전력량계의 동작을 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한 누전 및 과전류에 의한 차단기의 차단 횟수 데이터를 이용하여 누전이 자주 발생하거나 과전류에 의한 차단이 자주 발생하는 수용가에 대해 전기안전검사를 시행하여 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자식 전력량계의 내부 구성을 보여주는 블록도이고,

도 1a는 본 발명에 따른 전압 및 전류 변환부의 세부 구성도이고,

도 1b는 본 발명에 따른 전력량 측정부의 세부 구성도이고,

도 1c는 본 발명에 따른 과전류 및 누전 검출부의 세부 구성도이고,

도 1d는 본 발명에 따른 중앙처리 장치부의 세부 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 전자식 전력량계의 전력량 데이터 측정 및 저장과정을 설명하는 흐름도이고,

도 3은 본 발명에 따른 과전류 또는 누전 발생시 처리과정을 설명하는 흐름도이고,

도 4는 본 발명에 따른 통신모듈을 통한 데이터 통신의 인터럽트 처리과정을 설명하는 흐름도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

100: 전자식 전력량계 105: 전원 공급부

110: 전압 변환부 115: 전류 변환부

120: 전력량 측정부 125: 과전류 검출부

130: 누전 검출부 135: 중앙처리 장치부

140: 배터리 145: 표시부

150: 메모리부 155: 통신모듈 인터페이스부

160: 차단기 제어부 165: 착탈식 차단기

170: 착탈식 통신모듈

Claims

주 전원인 전원 공급부 또는 보조 전원인 배터리를 통해 동작 전원을 공급 받고, 전압 변환부 및 전류 변환부로부터 인가되는 전압 및 전류를 기초로 전력량 측정부를 통해 전력량을 측정하고, 측정된 전력량을 연산 처리하여 표시부를 통해 표시하는 전자식 전력량계에 있어서,

상기 전류 변환부에 연결되어 있으며, 상기 전류 변환부로부터 인가되는 전류 신호가 기설정된 기준치 이상인가를 판별하여 과전류 여부를 검출하는 과전류 검출부;

누전시에 발생되는 영상 전류가 기설정된 기준치 이상인가를 판별하여 누전 발생 여부를 검출하는 누전 검출부;

상기 전력량 측정부, 과전류 검출부 및 누전 검출부에 연결되어 있으며, 상기 전력량 측정부로부터 인가되는 상기 전력량을 저장 및 지정된 경로로 전송하도록 지시하고, 상기 과전류 검출부 또는 누전 검출부로부터 인가되는 신호를 수신하여 전원 공급을 공급 또는 차단하는 차단기 제어신호를 지정된 경로로 전송하고, 지정된 동작을 수행하도록 각 구성요소를 제어하는 중앙처리 장치부;

상기 중앙처리 장치부와 상호 연결되어 있으며, 상기 중앙처리 장치부로부터 인가되는 각종 데이터를 저장하는 메모리부;

상기 중앙처리 장치부와 상호 연결되어 있으며, 지정된 경로와의 데이터 통신을 위해 인가되는 데이터의 형식 및 타이밍을 조절하도록 인터페이싱하는 통신모듈 인터페이스부;

상기 중앙처리 장치부와 상호 연결되어 있으며, 상기 중앙처리 장치부로부터 인가되는 상기 차단기 제어신호에 따라 지정된 경로로 전원공급 또는 전원차단 제어신호를 송출하는 차단기 제어부;

착탈이 가능한 형태로 구현되어 상기 차단기 제어부에 연결되는 구조로 이루어져 있으며, 상기 차단기 제어부로부터 인가되는 전원공급 또는 전원차단 제어신호에 따라 전원을 공급 또는 차단하는 착탈식 차단기; 및

착탈이 가능한 형태로 구현되어 상기 통신모듈 인터페이스부에 연결되는 구조로 이루어져 있으며, 상기 통신모듈 인터페이스부와 특정 데이터를 송수신하고, 특정 통신망을 통해 외부기기와 특정 데이터를 송수신하는 착탈식 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계.
제1항에 있어서,

상기 과전류 검출부는 상기 전류 변환부를 통해 인가되는 전류 신호를 계기용 변류기(CT)를 통해 측정 가능한 미소 전류로 변환하고, 과전류 검출 및 처리회로를 통해 변환된 상기 미소 전류가 기준치 이상인가를 판별하여 기준치 이상이면 과전류 발생 여부를 상기 중앙처리 장치부로 전달하고,

상기 누전 검출부는 누전시 발생되는 영상 전류를 영상 전류 변류기(ZCT: Zero phase Current Transformer)를 통해 미소 전류로 변환하고, 영상 전류 검출 및 처리회로를 통해 변환된 미소 전류가 기준치 이상인가를 판별하여 기준치 이상이면 누전 발생 여부를 상기 중앙처리 장치부로 전달하는 것을 특징으로 하는 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계.
제1항에 있어서,

상기 중앙처리 장치부는 각 기능별로,

이상적인 동작에 의한 중지 또는 프로그램의 오류에 의한 반복상태를 방지하기 위한 감시 계기(Watch-dog) 모듈;

LCD를 구동시키기 위한 LCD 구동 모듈;

각종 데이터를 저장하기 위한 데이터 메모리 모듈;

날짜 및 시간을 관리하기 위한 실시간 시계 모듈;

인가되는 각종 데이터를 연산 처리하는 연산 모듈;

소비전력을 제어하기 위한 전력 제어 모듈;

인가되는 전원을 감시하기 위한 비교 측정 모듈;

일정 전압이 인가되면 초기상태로 복귀하기 위한 임계 리셋 모듈; 및

상기 전자식 전력량계의 구동 프로그램을 저장하기 위한 프로그램 메모리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계.
제1항에 있어서,

통신모듈 인터페이스부는 적외선 통신방식, RS-232 통신방식, RS422/485 통신 방식 중에서 어느 하나를 통해 데이터를 송수신하기 위한 통신 단자 및 상기 착탈식 통신모듈로 전원을 공급하기 위한 전원 공급 단자를 포함하고,

상기 통신모듈 인터페이스부와 착탈식 통신모듈은 적외선 통신방식, RS-232 통신방식, RS422/485 통신방식 중에서 어느 하나를 통해 데이터를 교환하는 것을 특징으로 하는 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계.
주 전원인 전원 공급부 또는 보조 전원인 배터리를 통해 동작 전원을 공급 받고, 전압 변환부 및 전류 변환부로부터 인가되는 전압 및 전류를 기초로 전력량 측정부를 통해 전력량을 측정하고, 측정된 전력량을 연산 처리하여 표시부를 통해 표시하는 전자식 전력량계의 제어방법에 있어서,

교류 전압이 인가되면 직류 전압으로 변환하여 각 구성요소에 전원을 공급하고, 내부 레지스터 및 각종 변수, 입출력(I/O) 포트, 통신 포트, 인터럽트를 초기화하는 단계;

상기 전자식 전력량계의 각 구성요소가 정상 상태를 유지하고 있는가를 판단하여 정상 상태가 아니면 초기화 과정을 반복 수행하고, 정상 상태이면 메모리부에 저장된 데이터를 리드하고, 중앙처리 장치부의 실시간 시계 모듈로부터 현재 시간 정보를 취득하는 단계;

외부로부터 수신된 프로토콜에 대한 프로토콜 처리 플래그 상태를 확인하여 상기 프로토콜 처리 플래그 상태가 세팅되면 해당 프로토콜을 처리하는 단계;

상기 프로토콜 처리 플래그 상태가 세팅되지 않았거나 상기 프로토콜이 처리되면, 타임 플래그 상태를 확인하여 타임 플래그 상태가 세팅되었는가를 판단하여 타임 플래그 상태가 세팅되면, 설정된 시간에 해당하는 데이터를 전환하여 표시하는 단계; 및

상기 타임 플래그 상태가 세팅되지 않았거나 상기 데이터가 표시되면, 상기 전력량 측정부를 통해 계량 데이터를 취득하고, 상기 계량 데이터를 연산 처리하여 메모리부에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계의 제어방법.
제5항에 있어서,

과전류 검출부로부터 인가되는 과전류 검출신호의 유무에 따라 과전류가 검출되었는가를 판단하고, 상기 과전류가 검출되지 않았으면 누전 검출부로부터 인가되는 누전 검출신호의 유무에 따라 누전이 발생하였는가를 판단하는 단계; 및

상기 과전류가 검출되거나 누전이 발생하면 중앙처리 장치부는 차단기 제어부로 차단기 제어신호를 인가하고, 상기 차단기 제어부는 전원차단 제어신호를 착탈식 차단기로 전달하여 전원 공급을 차단하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계의 제어방법.
제5항에 있어서,

통신 인터럽트가 발생하면 통신모듈 및 통신모듈 인터페이스부를 통해 해당 데이터를 수신하는 단계;

수신된 데이터의 시작 헤더 플래그를 체크하여 해당 데이터의 시작 헤더 플래그가 세팅되어 있는가를 판단하고, 상기 시작 헤더 플래그가 세팅되었으면 해당 데이터가 종료 헤더인가를 판단하여 종료 헤더이면 프로토콜 처리 플래그를 세팅하고, 종료 헤더가 아니면 해당 데이터를 지정된 버퍼에 저장하는 단계; 및

상기 데이터의 시작 헤더 플래그가 세팅되어 있지 않으면, 상기 데이터가 시작 헤더인가를 판단하여 시작 헤더이면 시작 헤더 플래그를 세팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 및 과전류 차단기능을 가진 전자식 전력량계의 제어방법.