KR20090055782A - 누전 감지 기능을 가지는 전력량계 - Google Patents

누전 감지 기능을 가지는 전력량계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 누전 감지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 누전 감지 기능을 가지는 전력량계에 관한 것이다.
이 전력량계는 전력량을 측정하는 전력량 측정부; 누전 전류를 검출하는 누전 검출부; 및 상기 전력량 측정부의 측정 결과와 상기 누전 검출부의 검출 결과를 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 누전 검출부는 부하에 입력되는 입력 전류와 상기 부하로부터 출력되는 출력 전류의 차를 측정하여 영상 전류를 출력하는 영상 변류기와 상기 부하에 입력되는 기준 전압을 검출하는 전압 검출부를 포함하는 누전 정보 취득부; 및 상기 영상 전류와 상기 기준 전압의 위상 차를 비교하여 연산을 통해 상기 누전 전류를 추출하는 누전 전류 추출부를 포함한다.

Description

누전 감지 기능을 가지는 전력량계{WATT-HOUR METER HAVING THE FUNCTION FOR SENSING ELECTRIC LEAKAGE}
본 발명은 누전 감지 기능을 가지는 전력량계에 관한 것으로, 특히 누전 감지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전력량계에 관한 것이다.
최근, 기계식 전력량계를 전자식 전력량계로 교체하는 움직임이 활발하다.
전력량계는 일정 기간 동안 사용한 전력량을 측정하여 기록하는 역할을 수행하는 장치로, 우리나라에서는 오랫동안 기계식 전력량계를 사용해왔으나 다기능을 갖춘 전력량계에 대한 필요에 따라 1993년, 전자식 전력량계를 도입하여 사용하기 시작하였다. 한국전력공사는 기계식 전력량계를 점차 전자식 전력량계로 교체하는 한편, 기계식 전력량계의 수리업무를 대폭 축소하여 2011년에 종료할 계획이며, 2015년부터는 전자식 전력량계로 완전 교체할 것을 발표하였다.
이러한 전력량계는 부가적으로 누전을 감지하는 기능을 수행할 수 있다. 누 전이란 전선의 피복이 벗겨진 부분이나 전기 제품의 절연이 불량한 부분을 통하여 전기가 땅으로 흐르는 현상을 말한다. 누전은 전기를 손실시킬 뿐만 아니라, 손실된 전기가 외부의 도체 등으로 전달되어 감전이나 화재를 발생시키기도 하기 때문에, 전력량계의 누전 감지 기능은 매우 중요한 기능으로 부각되고 있다.
보통, 전력량계는 도 1에 도시된 것과 같은 영상 변류기(Zero-phase Current Transformer, 이하, "ZCT"라 함)(10)를 사용하여 누전을 감지하게 된다. ZCT(10)는 부하(20)로 입력되는 전류(Ii)와 부하(20)로부터 출력되는 전류(Io)를 측정하여 그 전류 차를 검출함으로써 누전을 감지한다. 이때, ZCT(10)는 입력 전류(Ii)와 출력되는 전류(Io)의 차이만으로 누전을 점검하기 때문에, 실제 절연 열화로 인한 누전 전류(Igr)과 함께, 선로에 존재하는 정전 용량으로 인한 누설 전류(Igc)를 동시에 측정하게 된다. 누설 전류(Igc)는 누전되는 전류가 아니라 정상적인 전기 선로에 의한 전류이기 때문에, 누전을 정확하게 파악하기 위해서는 누전 전류(Igr)를 검출해야 한다. 하지만, 상술한 바와 같이 종래의 전력량계는 누전 전류(Igr)와 누설 전류(Igc)의 합을 측정하기 때문에 정확한 누전 전류(Igr)의 파악이 어렵고, 누설 전류(Igc)를 누전으로 오감지할 가능성이 있기 때문에, 실제 누전을 감지하는 것에 있어 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 누전 감지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 누전 감지 기능을 가지는 전력량계를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 감지 기능을 가지는 전력량계는 전력량을 측정하는 전력량 측정부; 누전 전류를 검출하는 누전 검출부; 및 상기 전력량 측정부의 측정 결과와 상기 누전 검출부의 검출 결과를 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 누전 검출부는 부하에 입력되는 입력 전류와 상기 부하로부터 출력되는 출력 전류의 차를 측정하여 영상 전류를 출력하는 영상 변류기와 상기 부하에 입력되는 기준 전압을 검출하는 전압 검출부를 포함하는 누전 정보 취득부; 및 상기 영상 전류와 상기 기준 전압의 위상 차를 비교하여 연산을 통해 상기 누전 전류를 추출하는 누전 전류 추출부를 포함한다.
상기 누전 전류 추출부는 상기 영상 전류와 상기 기준 전압을 벡터적으로 계산하여 상기 누전 전류를 연산한다.
상기 누전 전류 추출부는 상기 누전 전류의 크기를 연산하고, 상기 누전 전류의 누전 시간을 측정한다.
상기 전력량계는 상기 전력량 측정부의 측정 결과와 상기 누전 검출부의 검출 결과가 저장되는 메모리를 더 포함한다.
상기 전력량계는 상기 전력량 측정부의 측정 결과와 상기 누전 검출부의 검출 결과를 네트워크에 전송하는 통신 인터페이스를 더 포함한다.
본 발명에 따른 누전 감지 기능을 가지는 전력량계에 의하면, 실제 누전 전류의 검출이 가능하기 때문에 누전 감지의 신뢰성이 확보된다.
아울러 본 발명에 따른 전력량계는 전자식 전력량계로 이용됨으로써 관리자가 누전 정보를 제공받기 용이할 뿐만 아니라, 누전 정보가 지속적으로 메모리에 저장되기 때문에 누전 가능성에 대한 진단이 가능하여 누전으로 인한 사고를 사전에 예방할 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력량계를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력량계는 전자식 전력량계로서, 사용한 전력량을 측정하고 기록하는 전력량 측정부(100), 누전을 감지하고 누 전 여부를 파악하는 누전 검출부(200), 및 전력량 측정 결과와 누전 검출 결과를 출력하는 출력부(300)를 포함한다.
먼저, 전력량 측정부(100)는 전력량 취득부(110)와 전력량 연산부(120)를 포함한다.
전력량 취득부(110)는 전압과 전류를 샘플링하여 전력량 연산부(120)로 공급한다.
전력량 연산부(120)에서는 전력량 취득부(110)에서 샘플링된 신호들을 승산하여 전력을 계산하고, 전력에 비례하는 펄스를 발생하며, 이 펄스를 누적하여 전력량을 계산한다. 예를 들어, 초의 증가를 판단하여 60초가 되면 1분을 증가시키고, 15분이 되면 입력된 펄스 수를 토대로 연산하여 최대 수요전력을 계산한다. 또한, 분의 증가를 판단하여 60분이 되면 1시간을 증가시키고, 분 증가 버퍼(Buffer)를 0으로 초기화한다. 시간의 증가를 판단하여 24시간이 되면 1일을 증가시키고, 시 증가 버퍼를 0으로 초기화한다. 이렇게 해서 증가된 날짜의 값이 계기에 설정된 자동 검침일과 동일하면, 자동 검침을 실시한다.
이와 같이 검침된 사용 전력량에 대한 정보는 출력부(300)를 통해 출력되어 표시장치 등에 표시될 수 있으며, 네트워크에 접속 가능한 통신 인터페이스 등을 통해 관리자에게 제공될 수 있을 뿐만 아니라 메모리 등에 저장되어 활용 가능하다.
누전 검출부(200)는 누전 정보 취득부(210)와 누전 전류 추출부(220)를 포함한다.
누전 정보 취득부(210)는 영상 변류기(이하, "ZCT"라 함)(211)와 전압 검출부(212)를 포함한다.
ZCT(211)는 부하로 입력되는 입력 전류와 부하로부터 출력되는 출력 전류를 측정하고 입력 전류와 출력 전류 사이에 전류 차가 발생하는 경우 그 전류 차, 즉 영상 전류를 출력한다. 이때, 영상 전류는 실제 절연 열화로 인한 누전 전류(Igr)와 선로나 기기의 대지 절연 저항 등을 통해 발생되는 누설 전류(Igc)의 합으로 얻어지게 되며, 누전 전류(Igr)와 누설 전류(Igc)가 90도의 위상 차를 가지므로 그 벡터 합계치가 된다.
전압 검출부(212)는 부하의 입력단으로부터 기준 전압을 검출한다. 누전 정보 취득부(210)의 전압 검출부(212)는 전력량 취득부(110)에서 사용되는 전압 검출부와 동일한 부품으로도 사용 가능하다.
누전 전류 추출부(220)는 위상 비교부(221)와 누전 전류(Igr) 연산부(222)를 포함한다.
위상 비교부(221)는 누전 정보 취득부(210)의 ZCT(211)로부터 출력된 영상 전류와 누전 정보 취득부(210)의 전압 검출부(212)로부터 출력된 기준 전압의 위상 차를 비교한다.
누전 전류(Igr) 연산부(222)는 위상 비교부(221)의 위상 비교를 통해 출력된 부하 입력단의 기준 전압의 위상과 영상 전류의 위상 차를 벡터적으로 계산하여 영상 전류로부터 누전 전류(Igr)값을 추출한다. 상세히 하면, 먼저 기준 전압과 영상 전류의 위상 차를 비교함으로써 영상 전류의 정확한 위상을 파악한다. 상술한 바와 같이, 영상 전류는 누전 전류(Igr)와 누설 전류(Igc)의 벡터합이므로, ZCT(211)를 통해 취득된 영상 전류의 크기와 기준 전압과의 위상 비교를 통해 취득된 영상 전류의 위상을 통해 누전 전류(Igr)의 크기 및 위상과 누설 전류(Igc)의 크기 및 위상을 각각 추출할 수 있게 된다. 이때, 미리 설정된 소정의 범위를 통해 누전 전류(Igr)의 크기 및 누전 시간을 단계별로 나누고 각 단계에 따라 경보를 발생할 수 있다.
누전 전류의 크기와 누전 시간 등의 누전 정보와 경보는 출력부(300)를 통해 출력되어 표시장치 등에 표시될 수 있으며, 네트워크에 접속 가능한 통신 인터페이스 등을 통해 관라자에게 제공될 수 있을 뿐만 아니라 메모리 등에 저장되어 누전으로 인한 사고를 예방하고 누전 가능성을 사전에 진단할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자식 전력량계는 아날로그/디지털 컨버터를 더 포함함으로써 전력량 취득부(110) 및 누전 정보 취득부(210)에서 취득된 전압 및 전류의 아날로그 정보를 디지털 정보로 변환하여 사용할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 전력량계의 누전 감지 기능에 대한 실시 예를 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하여 본 발명에 따른 전력량계의 누전 감지 기능을 설명하면, 먼저 기준 전압과 영상 전류를 검출하는 것으로 누전 감지를 시작한다.(S31) 상술한 바와 같이 기준 전압은 부하의 입력단에서 검출되는 전압이며, 영상 전류는 부하의 입출력단 전류의 차를 계산함으로써 취득된다.
이어서, 검출된 기준 전압과 영상 전류의 위상을 비교하고,(S32) 이 때 비교된 위상 차의 연산을 통해 누전 전류(Igr)가 추출된다.(S33)
이후, 누전 전류(Igr)의 크기를 측정하는 단계들이 실행된다. 우선, 누전 전류(Igr)가 1~4mA 범위 내에 속하는지 판단한다.(S34) 만약, 누전 전류(Igr)가 1~4mA 범위 내에 속하는 경우, 1단계 경고 알람을 발생하고,(S35) 시작 단계(S31)로 돌아가 지속적으로 누전 감지를 실행한다.
누전 전류(Igr)가 1~4mA 범위 내에 속하지 않는 경우, 5~9mA 범위 내에 속하는지 판단한다.(S36) 누전 전류(Igr)가 5~9mA 범위 내에 속하는 경우, 2단계 경고 알람을 발생하고,(S37) 시작 단계(S31)로 돌아가 지속적으로 누전 감지를 실행한다.
누전 전류(Igr)가 5~9mA 범위 내에 속하지 않는 경우, 10~14mA 범위 내에 속 하는지 판단한다.(S38) 누전 전류(Igr)가 10~14mA 범위 내에 속하는 경우, 3단계 경고 알람을 발생하고,(S39) 시작 단계(S31)로 돌아가 지속적으로 누전 감지를 실행한다.
누전 전류(Igr)가 10~14mA 범위 내에 속하지 않는 경우, 15mA 이상의 크기를 가지는지 판단한다.(S40) 누전 전류(Igr)가 15mA 이상의 크기를 가지는 경우, 4단계 경고 알람을 발생하고,(S41) 다시 시작 단계(S31)로 돌아가 지속적으로 누전 감지를 실행한다.
누전 전류(Igr)의 범위 및 단계는 설정값에 따라 변경 가능하며, 누전 지속 시간이 미리 설정된 기준 시간보다 긴 경우에도 누전 경보를 발생할 수 있다. 누전 경보는 표시장치를 통한 표시나 부저 울림, 네트워크에 접속 가능한 통신 인터페이스를 통한 알람 등으로 실시될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 누전 감지 기능을 가지는 전력량계에 따르면 실제 누전 전류(Igr)의 측정이 가능하여 누설 전류로 인해 누전을 잘못 판단할 여지가 없기 때문에 누전 감지에 있어서 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 전력량계는 전자식으로 이용됨으로써 관리자가 누전 정보를 제공받기에 용이하여 누전으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 누전 발생 횟수, 누전 전류 크기 등의 정보가 게속 저장되기 때문에 누전 가 능성에 대한 진단도 가능하다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 종래 전력량계에 사용되는 영상 변류기를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력량계를 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 전력량계의 누전 감지 기능에 대한 실시 예를 나타내는 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10, 211 : ZCT 20 : 부하
100 : 전력량 측정부 110 : 전력량 취득부
120 : 전력량 연산부 200 : 누전 검출부
210 : 누전 정보 취득부 212 : 전압 검출부
220 : 누전 전류 추출부 221 : 위상 비교부
222 : 누전 전류 연산부 300 : 출력부

Claims (5)

  1. 전력량을 측정하는 전력량 측정부;
    누전 전류를 검출하는 누전 검출부; 및
    상기 전력량 측정부의 측정 결과와 상기 누전 검출부의 검출 결과를 출력하는 출력부
    를 포함하고,
    상기 누전 검출부는,
    부하에 입력되는 입력 전류와 상기 부하로부터 출력되는 출력 전류의 차를 측정하여 영상 전류를 출력하는 영상 변류기와 상기 부하에 입력되는 기준 전압을 검출하는 전압 검출부를 포함하는 누전 정보 취득부; 및
    상기 영상 전류와 상기 기준 전압의 위상 차를 비교하여 연산을 통해 상기 누전 전류를 추출하는 누전 전류 추출부
    를 포함하는 누전 감지 기능을 가지는 전력량계.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 누전 전류 추출부는 상기 영상 전류와 상기 기준 전압을 벡터적으로 계산하여 상기 누전 전류를 연산하는 것을 특징으로 하는 누전 감지 기능을 가지는 전력량계.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 누전 전류 추출부는 상기 누전 전류의 크기를 연산하고, 상기 누전 전류의 누전 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 누전 감지 기능을 가지는 전력량계.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전력량 측정부의 측정 결과와 상기 누전 검출부의 검출 결과가 저장되는 메모리를 더 포함하는 누전 감지 기능을 가지는 전력량계.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전력량 측정부의 측정 결과와 상기 누전 검출부의 검출 결과를 네트워크에 전송하는 통신 인터페이스를 더 포함하는 누전 감지 기능을 가지는 전력량계.
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