KR20090082670A - 디지탈 전력량계의 오결선 감지방법 - Google Patents

디지탈 전력량계의 오결선 감지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지탈 전력량계의 오결선감지방법에 관한 것으로서, 상세하게는 수·배전반에 설치되는 디지탈 전력량계에서 각 상의 전압과 전류가 상호 반대되는 방향으로 증가 또는 감소되는 오결선가능 송전위상구간을 설정하고, 실제 위상각과 전류치를 이용하여 설정된 오결선가능 송전위상구간을 비교하므로 오결선의 감지 및 경보 할 수 있는 디지탈 전력량계의 오결선감지방법에 관한 것이다.
본 발명의 제1실시예는, A, B, C상의 전류를 감지하는 전류감지단계와; 전력량계에서 측정된 전류값이 설정된 레벨에 해당되는 지를 판단하는 전력량계의 설정레벨판단단계와; 전압-전류간의 위상차를 판단하는 위상각연산단계와; 측정된 위상각이 A, B, C 상의 오결선가능 송전위상구간에 해당되는 지를 판단하는 오결선가능 송전위상구간 판단단계와; 전압과 전류가 반대방향인 송전위상구간 인지를 판단하는 송전위상구간 판단단계와; 송전위상구간으로 판단되면, 오결선으로 판정하여 경보를 발생시키는 오결선판단단계를 포함하는 것이 바람직하다.
디지탈전력량계, 송전위상구간, 송전전력, 오결선감지방법

Description

디지탈 전력량계의 오결선 감지방법{Wrong wiring measurement method for digital Watt-Hour Meter}
본 발명은 디지탈 전력량계의 오결선감지방법에 관한 것으로서, 상세하게는 수·배전반에 설치되는 디지탈 전력량계에서 각 상의 전압과 전류가 상호 반대되는 방향으로 증가 또는 감소되는 오결선가능 송전위상구간을 설정하고, 실제 위상각과 전류치를 이용하여 설정된 오결선가능 송전위상구간을 비교하므로 오결선의 감지 및 경보 할 수 있는 디지탈 전력량계의 오결선감지방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력계통은 발전기에서 생성된 전력을 수용가에 공급하기 위하여 여러 가지 전송설비를 갖추고 있는데, 발전기에서 생성된 전력을 중간에 여러 가지 송수전 설비를 거쳐 수용가 측에 공급한다.
전력공급을 받는 수용가 측에서는 수전전력의 소비량을 측정하기 위하여 이를 계량할 수 있는 전력량계를 부설하여야 한다. 전력량계는 일반적으로 기계식과 디지털식(전자식)으로 구분되며 현재의 추세는 공급받는 전력의 다양한 정보를 취득할 수 있는 디지털방식의 전력량계가 주를 이룬다.
이 전력량계는 고압과 같이 전력량계가 허용할 수 없는 높은 전압과 전류를 그대로 계량할 수 없으므로 MOF(Metering OutFit)나 CT(Current Transformer)이라는 변성장치와 조합하여 사용하며 이는 수전전력을 일정 비율의 저전압, 저전류로 변성하여 전력량계로 보내며 전력량계는 변성된 저전압, 저전류를 계량하게 된다.
현재 국내에서 통용되는 삼상 4선식 공급방식에서 이를 계량하기 위해서는 전력량계가 전류단자 3개, 전압단자 3개, 전압중성단자 1개, 전류귀로단자 3개의 총 10개의 단자로 구성되며 이러한 단자가 MOF와 같은 변성기와 전력량계사이에 전선으로 연결되는 구조를 가지게 된다. 이때, 변성기와 전력량계의 연결이 잘못될 경우(오결선인 경우) 전압과 전류간의 위상변위가 발생하므로 정상적인 계량을 할 수 없게된다. 또한, 이러한 오결선으로 인한 비정상계량은 부하의 정도, 부하의 역률상태에 따라 정상결선 대비 오결선 적산비율이 상시 변동하기 때문에 정상계량값을 추론하기가 불가능하다.
이러한 수전전력의 유효전력, 무효전력, 역률 등 전력량 정보를 적산 및 보관하는 장치를 전력량계라고 한다.
따라서, 전력설비는 정상적인 전력의 흐름을 기준으로 설계되어 있으나, 고장이 발생하면 과전압, 부족전압, 과전류, 주파수변동 등 수용가 측에 공급지장을 초래하고 설비에도 악영향을 미치는 여러 가지 현상이 발생하므로 고장 초기에 신속히 고장구간을 분리하여 고장을 제거해야 한다.
이러한 전력설비의 고장을 감지하고 차단기에 차단신호를 보내는 장치를 전력량계라고 하는데, 전력량계는 송배전 선로 및 기타 전력 계통의 구성요소를 항상 감시하여 고장 발생시나 계통 운전에 이상이 있을 때, 즉시 이를 검출하고 동작하 여 고장부분을 분리시킴으로써 전력 공급이 원활히 이루어지도록 하거나 시설의 손상을 최소한 억제시키는 전기기기이다.
이와 같은 전력량계는 기계식과 전자식 전력량계로 분류되었으며, 이는 하기의 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같다.
도 1은 종래의 기계식 전력량계의 적산방식을 도시한 그래프, 도 2는 종래의 전자식 전력량계의 적산방식을 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 기계식전력량계는 계기에 인가되는 A, B, C상(1a, 1b, 1c)의 전압, 전류, 부하 역률 이 세가지 요소가 복합적으로 작용하여 유기된 벡터(vector)적 힘, 즉 토크가 발생하여 계기의 회전판을 회전시키고 그 회전된 횟수만큼 소비전력량이 적산되는 방식으로 이루어 짐. 다시 말해서 3상의 전압, 전류와 전압과 전류의 위상차(역률)가 물리적인 힘을 유발시키고 이 힘을 회전자라는 매개체에 전달함으로써 위의 세가지 요소의 미묘한 변화까지 소비전력량에 반영할 수 있는 구조이다.
도 2를 참조하면, 전자식전력량계는 A, B, C상에 해당되는 반도체 소자단위로 개별 적산되는 방식이다. 따라서 각 상(2a, 2b, 2c)의 단자에 인가되는 전압과 전류를 측정하고 전압과 전류의 위상차(역률)를 추출하여 상별로 벡터(Vector) 수식에 의한 산술적 결과값(15분적산 유효, 무효, 역률)을 도출한다. 따라서 종래의 전자식 전력량계는 각 소자별로 도출된 15분간의 산술적 결과값을 합산(A,B,C상의 합)하여 이를 평균값으로 산출한 것이 15분 최대수요전력량이며 이 최대수요전력량의 1/4를 유효전력량으로 도출된다.
이와 같은 종래의 전자식 전력량계는 기계식과의 가장 큰 구조적 차이를 갖고 있다. 즉 기계식은 A, B, C 상의 각 요소가 복합된 힘이 적산량으로 도출되는 반면 전자식은 각 상의 전력량을 산출 후 세 상의 합산 적산량을 도출하는 것이 차이이다. 이것이 의미하는 바는 기계식은 각 상의 복합적인(vector적인) 관계를 반영하는 반면 전자식은 그렇지 못하다는 의미이며 또한 전압, 전류, 역률의 미묘한 아날로그적 변화를 반영하지 못한다는 의미를 가진다.
이러한 차이의 결과, 기계식은 A, B, C 세 상의 벡터적 합이 하나의 에너지원(原)이기 때문에 그 값은 '+'(Plus) 에서 '-'(Minus)에 이르는 전 구간에 대하여 그 에너지값을 표현할 수 있다. 결과값은 각 상이 가질 수 있는 모든 값의 벡터적 합이 표현되기 때문에 그 결과값으로 이미 모든 요소(물론 오결선에 의한 역기전력까지)가 반영된 값이 된다.
그러나, 전자식은 각 소자에 인가되는 요소(전압, 전류, 위상각)을 에너지원으로 하기 때문에 기계식과는 다른 적산방식을 채택한다. 전자식계기에서 각 소자는 전압, 전류, 위상각이라는 에너지요소를 받아들이는 역할만을 한다. 따라서, 기계식전력량계는 수전구간에 해당하는 1, 4사분면과 송전전력에 해당하는 2,3사분면에 해당하는 모든 전력량을 다 포괄, 적산하는 반면 전자식계기는 수전전력에 속해있는 1,4사분면의 전력량만을 적산하게 되는 문제점이 있다.
따라서 종래의 전자식 전력량계는 기저부하에서는 미세전류, 진상 및 지상의 저역률, 부하불평형, 전력량계 자체 역기전력등으로 송전전력과 수전전력이 수시로 교번하므로 오결선 판정의 정확도가 결여되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 각 상의 오결선가능 송전위상구간 및 그 역율을 검출하여 A, B, C 세상중 적어도 하나의 상이 송전위상구간에 속할 경우에 오결선을 판정하여 경보할 수 있는 디지탈전력량계의 오결선감지방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최대부하전류의 일정치(%) 이상 부하전류가 인가되었을 경우에 기저부하에서 중부하 전환시점으로 간주하여 중부하 시간대의 각 상별 전압-전류간 위상차를 측정하여 송전위상구간을 검출하고 검출된 상의 전압-전류간 위상차로 송전상태를 검출하므로 A, B, C상 중 적어도 어느 하나가 송전위상구간에 해당된다면 오결선으로 판정하는 디지탈전력량계의 오결선감지방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.
본 발명의 제1실시예는, 디지탈전력량계의 오결선감지방법에 있어서, A, B, C상의 전류를 감지하는 전류감지단계와; 전력량계에서 측정된 전류값이 설정된 레벨에 해당되는 지를 판단하는 전력량계의 설정레벨판단단계와; 전압-전류간의 위상차를 판단하는 위상각연산단계와; 측정된 위상각이 A, B, C 상의 오결선 가능 위상구간에 해당되는 지를 판단하는 오결선가능 위상구간 판단단계와; 전압과 전류가 반대방향인 송전위상구간 인지를 판단하는 송전위상구간 판단단계와; 송전위상구간으로 판단되면, 오결선으로 판정하여 경보를 발생시키는 오결선판단단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2실시예는, 제1실시예의 디지탈전력량계의 오결선감지방법에 관한 것으로, 상기 설정레벨 판단단계의 설정레벨은 최대 정격전류값의 10% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 제3실시예는, 제1실시예의 디지탈전력량계의 오결선감지방법에 관한 것으로, 상기 설정레벨판단단계에서 상기 설정레벨은 역률이 0.8 이상, 1 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 제4실시예는, 제1실시예의 디지탈전력량계의 오결선감지방법에 관한 것으로, 상기 오결선가능 위상구간 판단단계의 상기 오결선가능 위상구간은 전압-전류간의 위상차(α)로서, 30° < α < 90° 인 것이 바람직하다.
본 발명의 제5실시예는, 제1실시예의 디지탈전력량계의 오결선감지방법에 관한 것으로, 상기 오결선가능 위상구간 판단단계의 상기 오결선가능 위상구간은, 전압과 전류가 제로포인트(zero point)를 지나는 시간차(t)가 1.0ms<t< 4.5ms인 것이 바람직하다.
본 발명의 제6실시예는, 제1실시예의 디지탈전력량계의 오결선감지방법에 관한 것으로, 상기 오결선판단단계는 전압과 전류의 방향이 반대방향인 송전위상구간이 적어도 하나 이상 존재하면 오결선으로 판단한다.
본 발명의 제7실시예는, 제6실시예의 오결선판단단계에 관한 것으로, 상기 오결선판단단계는 위상각에 대한 사인(sin) 또는 코사인(cos) 값에서 전압이 증가할 때 전류가 감소 또는 전압이 감소할 때 전류가 증가하면 오결선으로 판단한다.
본 발명의 제8실시예는 제1실시예의 디지탈전력량계의 오결선감지방법에 관한 것으로, 상기 오결선판단단계는 각 전압단자에 인가되는 전압이 전력량계 정격전압의 80% 이하이거나 130% 이상일 때 이를 오결선으로 판단한다.
본 발명은 A, B, C의 각 상에서 전압과 전류간의 위상차를 통한 오결선가능 송전위상구간과 전압의 제로포인트 변환시간차를 측정하여 공통 위상구간 및 시간구간내에 해당되고, 각 상중에서 어느 하나가 전압과 전류의 부호가 서로 반대인 송전위상구간을 갖고 있으면 오결선으로 판단함으로서 정확히 오결선을 감지할 수 있어 오결선에 의한 계기의 소손등을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지장치를 나타낸 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선 감지장치는 각 위상별 전압과 전류가 검출되는 A, B, C상의 단자와, 전압전류위상의 아날로그신호를 디지탈신호로 변환시키는 컨버터(10)와, 유효전력과 무효전력 및 역률을 연산하여 오결선을 판단하는 제어부(20)와, 상기 제어부(20)의 제어에 의해 디스플레이(40)를 제어하는 디스플레이출력부(30)와, 상기 오결선의 경보메세지를 출력하는 디스플레이(40)를 포함한다.
상기 컨버터(10)는 전압, 전류, 위상의 아날로그 신호를 디지탈신호로 변환시키되, 벡터로 구성된 각 전압, 전류, 위상이 스칼라(Scalar)값으로 변환시켜 상기 제어부(20)로 인가한다.
상기 제어부(20)는 각상의 전압과 전류를 측정하되, 상기 측정된 전류가 최대정격전류의 10%를 이상이면 각 상의 전압과 전류간의 공통위상차와 공통 제로포인트 시간차를 연산하여 설정된 레벨과 비교하고, 비교결과 상기 공통위상차와 공통 제로포인트 시간차에 해당 되면 오결선이 발생할 수 있는 송전위상구간이 존재하는 판단하여 전압과 전류의 방향 및 정격치를 설정된 레벨과 비교한다. 따라서 상기 제어부는 최종적으로 전압과 전류의 방향이 서로 반대방향으로 부호가(+, -) 상반되는 송전위상구간이 존재한다면 오결선으로 판정하여 경보를 발령한다.
여기서 상기 공통위상차 및 제로포인트의 공통시간차는 일반적으로 전력량계에서 이루어지는 각 단자별 결선방식에서 공통적으로 오결선이 발생되는 위상차 및 시간지연구간으로서 이하에서는 오결선가능 송전위상구간이라 칭한다.
상기 디스플레이출력부(30)는 상기 제어부(20)의 제어신호에 따라서 상기 디스플레이(40)의 출력을 제어하여 오결선의 감지를 표시한다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며 이하에서는 본 발명의 제1실시예에 해당되는 디지탈전력량계의 오결선감지방법에 대한 상세한 설명을 위의 구성을 이용하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법은 A, B, C상의 전류를 감지하는 전류감지단계(S11)와, 전력량계에서 측정된 전류값이 최대정격전류값에서 설정레벨에 해당되는 지를 판단하는 설정레벨판단단계(S12)와, 전압-전류간의 위상차를 연산하는 위상각연산단계(S13)와, 측정된 위상각 또는 전류와 전압의 제로포인트의 시간 차가 이 A, B, C 상의 오결선 가능 위상구간에 해당되는 지를 판단하는 오결선가능 위상구간 판단단계(S14)와, 전압과 전류가 반대방향인 송전위상구간 인지를 판단하는 송전위상구간 판단단계(S15)와, 상기 송전위상구간 판단단계(S15)에서 A, B, C상에서 적어도 어느 하나가 송전위상구간을 포함하고 있으면 오결선으로 판단하는 오결선판단단계(S16)와, 오결선으로 판단하여 경보를 발생시키는 경보발생단계(S17)를 포함한다.
상기 전류감지단계(S11)는 상기 제어부(20)에서 상기 컨버터(10)를 통해 인가되는 전압, 전류의 측정치를 수신하는 단계이다. 상기 컨버터(10)는 상기 A, B, C 각상의 전압과 전류의 위상신호의 벡터값을 스칼라값으로 변환시켜 상기 제어부(20)에 인가한다. 따라서 상기 제어부(20)는 인가되는 스칼라값을 통하여 각 상의 측정된 전류치를 수신한다.
상기 설정레벨판단단계(S12)는 상기 제어부(20)에서 상기 컨버터(10)를 통해 인가되는 전류값이 전력량계의 최대정격전류값에서 설정된 레벨에 해당되는 지를 판단하는 단계이다. 이때 상기 제어부(20)는 상기 컨버터(10)를 통해 측정된 전류 값이 최대정격전류값의 10%, 예를들면, 최대정격전류가 5A라면, 측정된 전류가 0.5A 이상이 되는 지를 판단한다. 따라서 상기 제어부(20)는 측정된 전류값이 최대정격전류값의 10%를 초과하면 각 상의 전압 및 전류의 위상각 연산단계를 개시하고, 최대정격전류값의 10%를초과하지 않으면 상기 전류감지단계(S11)로 되돌아간다.
상기 위상각연산단계(S13)는 상기 제어부(20)에서 상기 설정레벨판단단계에서 측정전류치가 최대정격전류값의 10%를 초과하면 상기 전압과 전류의 위상각을 연산하는 단계이다. 이때 상기 제어부(20)는, 도 6c를 참조하면, 사인(Sine)곡선의 교류전압이 인가될 때 전압이 0이 되는 제로포인트를 기준으로 하여 양의 부호를 갖는 위상각과, 음의 부호를 갖는 위상각( -90°~90°) 범위에서 전류곡선을 감지하여 위상각을 산출한다. 아울러 바람직하게는 상기 제어부(20)는 상기 전압의 제로포인트를 기준으로 하여 전류의 지연시간을 산출한다.
상기 오결선가능 위상구간 판단단계(S14)는 상기 제어부(20)에서 상기 전압과 전류의 위상차 또는 시간차가 오결선가능 송전위상구간에 해당되는 지를 판단하는 단계이다. 아울러 본 발명에서는 각 상별에 결선에서 발생되는 오결선이 발생되는 오결선가능 송전위상구간이 공통적으로 부하역률각 -30° ~ 30°구간이며, 부하역률이 0.87 이상인 것을 확인하였다.
따라서 본 발명에서는 상기와 같은 부하역률이 0.87이상 또는 부하역률각(ω) -30° ~ 30°(위상각 30°~90°)의 공통된 오결선가능 위상구간을 설정하였으며, 상기와 같은 전압과 전류의 위상차인 위상각(α) 30°~90°외에 상기 전압의 제로포인트(Zero Point)를 기준으로 하는 전류의 지연시간차(t)가 1.0ms<t<4.5ms의 범위를 갖는 오결선가능 위상구간을 설정하였고, 상기의 전류감지단계에서 설정레벨을 초과하고, 상기 오결선가능 송전위상구간 판단단계에서 상기 오결선가능 송전위상구간에 해당되면, 하기의 송전위상구간판단단계에서 실제 전압과 전류의 방향 및 정격치를 감지하여 송전위상구간이 존재한다면 오결선으로 판정한다.
이하에서는 도 5 내지 도 9를 이용하여 본 발명에서 설정한 오결선가능 위상구간에 대한 설명을 개시하되, 도 6 내지 도 9는 도 5에 도시된 디지탈 전력량계에서 오결선은 A, B, C상에서 이루어지는 각각의 결선을 분류한 A그룹, B그룹, C그룹중의 어느 하나의 결선방법을 이용하여 각 그룹별로 송전위상구간에 대한 설명을 한다.
도 6a는 A그룹에서의 적산가능 범위를 나타낸 벡터로서 도시한 도면이고, 도 6b는 A그룹에서의 역률곡선, 도 6c는 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법에서 A그룹의 송전위상구간을 도시한 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, A그룹의 P1↔P2 교차결선에서 A, B, C상의 오결선의 벡털를 도시하였으며, 이를 정상결선과 비교하면 다음과 같다.
먼저, A상은 도시된 오결선의 유효전력량(W)의 적산범위가 W1 = V2 I1 cos(120°-φ1)이고, 정상결선은 W1 = V1 I1 cos(φ1)이다. 또한 B상의 오결선은 W2 = V1 I2 cos(120°+φ2) 이고 정상결선은 W2 = V2 I2 cos(φ2)이다. 또한 C상의 오결선은 W3 = V3 I3 cos(φ3)이고, 정상결선은 W3 = V3 I3 cos(φ3)이다.
이를 설명하자면, 두 개 단자 상호교차결선의 경우 기본적으로 A상과 B상에서 상술한 적산범위에서 차이가 있듯이 A, B 두 개의 상에서 오결선 효과가 나타난다. 이는 전압의 제로포인트를 기준으로 하여 전류가 전압보다 시계방향으로 뒤지는 경우를 양(+)의 값으로 설정하고 반시계반향으로 앞서는 것을 음(-)의 값으로 설정한다. A상의 경우 실부하의 위상각(역률)이 높으면 높을수록 A상에 인가되는 전압-전류의 위상각은 기본 120도의 위상차에서 좁혀지게 된다. 반면 B상의 경우에는 120도에서 증가하게 된다.
이러한 기본 위상각을 전제로 각 상에서 적산될 수 있는 실제부하각을 산출하면 그 부하각에서는 계기에서 수전전력으로 인지하기 때문에 그 양을 적산하게 된다. 그러나 그 외의 부하각에서는 송전전력으로 인지하기때문에 적산량에서 제외된다. A상의 경우 A상 소자가 적산할 수 있는 위상각 (120-φ1) 은 수전전력범위이어야 한다. 따라서 그 위상각은 -90 도에서 +90 도의 범위에 있어야 하며 이에 따라 실제 부하각은 30 도에서 210 도의 범위를 가질 수 있다. 그러나 부하각은 기준각 0 도에서 최대 90 도의 범위를 가지기 때문에 위의 경우 실제 부하각은 30 도에서 90 도의 범위로 할 수 있다. 나머지 B 상과 C 상의 경우도 마찬가지이다.
이와 같은 A그룹은 전압과 전류가 반대방향으로 서로 다른 부호(+, -)를 갖는 송전위상구간을 갖고 있다. A상의 적산가능범위는 -90° < 120°-φ1 < 90° 이며, φ1 은 90°를 넘을 수 없으므로 30° < φ1 < 90°가 된다. 아울러 상기 A상 의 적산불가능범위, 즉 전압과 전류가 반대방향으로 서로 반대되는 부호를 갖는 송전위상구간은 -90° < 120°-φ1 < 90° 이며, φ1 은 -90°를 넘을 수 없으므로 30° > φ1 > -90°가 된다.
그리고 B상의 적산가능범위는 -90° < 120°+φ2 < 90°에서, φ2 은 -90°를 넘을 수없으므로 -90° < φ2 < -30°가 된다. 아울러 B상의 송전위상구간은 90° < 120°+φ2 < 270°에서, φ2 은 90°를 넘을 수 없으므로 -30° < φ2 < 90°가 된다.
요약하자면, 송전위상구간은 수전구간을 제외한 나머지 구간으로 A상의 경우 30도에서 -90도까지, B상의 경우 -30도에서 90도까지의 실제부하각을 송전전력으로 간주한다. 다시 말해서 수전설비의 부하가 지상 30도의 부하각(역률 0.87)을 가질 경우 계량기는 이를 적산하지 못하게 된다.
이와 같은 A상과 B상의 중첩된 송전위상구간은 하기와 같다.
-30° < φ < 30°, 또는 0.866 < cos φ < 1
아울러 기본 정결선(도 6b의 61)은 역률곡선(cos곡선)으로써 기준각 0도부터 양(+) 90도, 음(-) 90도의 부하각에서 유효전력량 적산이 가능하다. 그러나 오결선의 경우 기본 120도의 위상 변위가 발생하기 때문에 A상(도 6b의 62)의 경우 오른쪽으로 120도만큼 이동한 곡선이, B상(도 6b의 63)의 경우 왼쪽으로 120도만큼 이동한 곡선으로 표현된다. 이때, 전자식전력량계가 유효전력량으로 간주하는 범 위는 +90 ~ -90도의 범위이며 정결선의 경우 +90~-90도의 전범위에서 수전적산이 가능한 반면 오결선의 경우 +30도와 -30도를 기준으로 송전전력과 수전전력으로 구분된다. 따라서 A상은 -90~+30도를 송전전력으로 +30도~90를 수전전력으로 적산하며, B상은 -90 ~ -30도까지는 수전전력, -30 ~ +90도까지를 송전전력으로 적산한다.
이때, 전력량계가 인식할 수 있는 위상차는 다음과 같다. 오결선으로 인하여 전류가 전압보다 150도 뒤질 경우(지상) 이는 계기가 인지하는 +,- 90도의 범위에서 30도로 간주하게 된다.
그리고 위상각에 대한 사인(sin) 또는 코사인(cos) 값이 전압과 전류가 동일하게 증가 또는 감소추세이면 수전전력으로, 전압이 증가할 때 전류가 감소 또는 전압이 감소할 때 전류가 증가한다면 송전전력으로 간주하게 된다.
이를 다시 설명하자면, 시간의 t에서 β까지 V와 I값이 같은 부호일 때는 수전구간, 다른 부호일 때는 송전위상구간이라 한다. 그리고, Vt는 시간 t에서의 전압값, Vt +β는 시간 t+β에서의 전압값이라면, It는 시간 t에서의 전류값, It +β는 시간 t+β에서의 전류값을 표시한다.
예를 들면, t=0, β=10일 경우, V0=1, V10=10, I0=1, I10=5라고 했을 때 V10-V0=10-1=9 인 플러스(+)값이 나오고 I10-I0=5-1=4 인 플러스(+)값이 나오므로, Vt와 Vt+β가 증가추세이며 It와 It +β도 증가추세이므로 수전구간이 된다.
하지만, t=0, β=10일 경우, V0=10, V10=1, I0=1, I10=5라고 했을 때 V10-V0=1-10=-9 인 마이너스(-)값이 나오고 I10-I0=5-1=4 인 플러스(+)값이 나오므로, Vt와 Vt +β가 감소추세이며 It와 It +β는 증가추세이므로 송전위상구간이 된다.
그러므로 송전위상구간은 Vt와 Vt +β가 증가추세(Vt +β-Vt의 값이 플러스값)일 때 It와 It +β가 감소(It +β-It의 값이 마이너스값)할 경우 또는, Vt와 Vt +β가 감소추세(Vt +β-Vt의 값이 마이너스값)일 때 It와 It+β가 증가(It +β-It의 값이 플러스값)할 경우가 되며, 상술한 바와 같이 전압과 전류가 모두 증가 또는 감소되면 수전구간으로서 적산가능하며, 전압과 전류가 감소 및 증가되는 추세가 상호 반대되어 이루어진다면 송전위상구간으로 판단할 수 있다.
아울러 Vt와 Vt +β It와 It +β는 전압의 제로포인트를 기준으로 하는 전압과 전류의 지연시간(t)에 의해 분류될 수 있으며, 상기와 같은 송전위상구간이 갖는 시간차의 범위는 1.0<t<4.5ms의 구간을 갖는다. 이는 하기의 B그룹과 C그룹에서도 동일하게 나타나는 것으로 이하에서는 그 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법에서 B그룹의 송전위상구간을 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, B그룹의 A상의 정상결선의 유효전력량 적산범위는 W1 = V1 I1 cos(φ1), 오결선의 적산범위는 W1 = V3 I1 cos(120°+φ1)이다. B상의 정상결선 의 적산범위는 W2 = V2 I2 cos(φ2) , 오결선의 적산범위는 W2 = V1 I2 cos(120°+φ2)이다. C상의 정상결선 적산범위는 W3 = V3 I3 cos(φ3), 오결선의 적산범위는 W3 = V2 I3 cos(120+φ3)이다.
따라서, A상의 적산가능한 부하역률각의 범위는 -90° < 120°+φ1 < 90°에서 φ1 은 90°를 넘을 수 없으므로 -90° < φ1 < -30° 가 된다. 그리고 A상의 적산 불가능한 송전위상구간의 범위는 -90° < 120°+φ1 < 90° 에서 φ1 은 90°를 넘을 수 없으므로 -30° > φ1 > 90° 가 된다.
또한 B상의 유효전력량 적산가능한 부하역률각의 범위는 -90° < 120°+φ1 < 90° φ1 은 90°를 넘을 수 없으므로 -90° < φ1 < -30° 가 된다. 그리고 B상의 적산불가능한 송전위상구간의 범위는 -90° < 120°+φ1 < 90°에서 φ1 은 90°를 넘을 수 없으므로 -30° > φ1 > 90°가 된다.
또한 C상의 유효전력량 적산가능한 부하역률각의 범위는 -90° < 120°+φ1 < 90°에서 φ1 은 90°를 넘을 수 없으므로 -90° < φ1 < -30° 가 된다. 그리고 C상의 적산 불가능한 송전위상구간은 -90° < 120°+φ1 < 90° 에서 φ1 은 90°를 넘을 수 없으므로 -30° > φ1 > 90° 가 된다.
위와 같은 각 상별 송전위상구간중에서 중첩되는 구간을 부하역률각과 역률 로서 표시하면 -30° < φ < 90°이고, 역률은 0.866 < cos φ < 1이 된다. 즉, B그룹이 가지는 송전위상구간 부하각은 -30 ~ 90도로써 앞의 A그룹 송전위상구간과 비교했을 시 -30~ +30의 중첩구간을 확인할 수 있다. 즉, A그룹 오결선과 B그룹 오결선에서는 실제 부하각 -30도 ~ +30도의 범위에서는 공통적으로 송전전력을 나타내게 된다.
마찬가지로 위와 같은 B그룹의 역률곡선은 상술한 바와 같이, A그룹의 도 6b와 도 6c를 참조, 위상각에 대한 사인(sin) 또는 코사인(cos) 값이 전압과 전류가 동일하게 증가 또는 감소추세이면 수전전력으로, 전압이 증가할 때 전류가 감소 또는 전압이 감소할 때 전류가 증가한다면 송전전력으로 간주하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법에서 C그룹의 송전위상구간을 도시한 그래프이다.
도 8을 참조하면, C그룹에서의 P1↔P0의 교차결선에서의 A상의 유효전력량을 적산할 수 있는 범위는 W1 = V1 I1 cos(φ1), 오결선에 의한 적산불가능범위는 W1 = V1 I1 cos(120°-φ1) 이다. B상은 정결선의 범위가 W2 = V2 I2 cos(φ2), 오결선이 W2 = V2 I2 cosφ2 이다. 그리고 C상은 정결선이 W3 = V3 I3 cos(φ3), 오결선이 W3 = V3 I3 cos(φ3)이다. 즉, C그룹에서는 위상의 변위가 A상에서만 변동이 있다.
따라서 A상에서의 적산가능한 부하역률각의 구간은 -90° < 120°-φ1 < 90°에서 φ1 은 90°를 넘을 수 없으므로 30° < φ1 < 90°가 된다. 또한 A상에서 의 송전위상구간은 90° < 120°-φ1 < 90°에서 φ1 은 -90°를 넘을 수 없으므로 30° > φ1 > -90°가 된다.
또한 B상의 적산가능한 부하역률각의 구간은 90° < φ2 < 90°이고, 송전위상구간은 90° < φ2 < 270°가 된다. 그리고, C상의 적산가능한 부하역률각의 구간은 -90° < φ3 < 90°이고, 송전위상구간은 90° < φ3 < 270°가 된다.
이와 같은 C그룹은 A, B, C상의 A, B, C상 송전위상구간에서 중첩된 부하역률각의 구간은 -90° < φ < 30°이며, 이를 역률로 환산하면, 0 < cos φ < 0.866임을 알수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법에서 오결선가능 송전위상구간을 도시한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 상술한 A, B, C 그룹에서의 각각의 오결선가능 송전위상구간은 도 9에 도시된 바와 같은 오결선가능 송전위상구간을 갖게 되며, 오결선가능 송전위상구간은 -30° ~ 30°의 범위를 갖는다. 따라서, 모든 오결선의 경우 -30 ~ + 30도의 범위에서 송전전력을 가짐을 알 수 있다. 이를 역률로 환산하면 역률 0.87~ 1 의 범위로써 각 상에 인가되는 전압과 전류의 역률이 상기의 범주안에 들어갈 경우 오결선에 의한 송전전력이 반드시 발생하게 된다. 이때, 역률 0.87~1의 범위는 부하가 기저부하에서 중부하로 전환하는 시점으로서 설치부하의 가동율이 13% 이상일 때 역률이 0.87이상으로 상승하게 된다.
따라서 본 발명에서는 상기와 같은 각 그룹간의 오결선가능 송전위상구간인 부하역률각(-30°<ω< 30°)을 부하 위상각(30°<α<90°)으로 환산하여 오결선가능 송전위상구간을 설정하고, 상기 시간차(t) 1.0ms<t<4.5ms의 범위에 해당된다면 송전위상구간이 존재하고 있는 지를 판단한다.
그러므로 상기 제어부(20)는 상술한 바와 같이 상기 측정된 전류치가 최대정격전류치의 10%이상이면, 위상각을 연산하고, 그 위상각 연산결과가 상기 오결선가능 송전위상구간 또는 위상시간차의 범위에 해당된다면 상기의 송전판단단계를 진행한다.
상기 송전판단단계(S15)는 상기 제어부(20)에서 기준전압(Vt)과 상기 기준전압(Vt)과 시간차를 갖는 시간차전압(Vt +ß)과, 기준전류(It)와 상기 기준전류(It)와 시간차를 갖는 시간차전류(It +ß)의 증가 또는 감소추세를 확인하여 송전전력인지를 판단하는 단계이다. 상술한 바와 같이 송전전력은 기준전압(Vt)와 시간차전압(Vt +ß)을 포함하는 전압의 증가 및 감소추세와 기준전류(It) 및 시간차전류(It +ß)가 동일하게 증가 또는 감소되는 지를 판단한다.
따라서 상기 제어부(20)는 A, B, C상에서 적어도 어느 하나가 상기 전압(Vt, Vt+ß)과 전류(It, It +ß)가 동일하게 증가 또는 감소되면 수전전력을 판단하여 상기의 전류감지단계(S11)로 되돌아간다. 그러나 상기 제어부(20)는 상기 전압(Vt, Vt +ß)이 상승할때 상기 전류(It, It +ß)는 감소되고, 상기 전압(Vt, Vt +ß)이 감소될때 상기 전류(It, It +ß)가 감소된다면 송전전력으로 판단한다.
상기 오결선판정단계(S16)는 상술한 바와 같이 전압과 전류의 증가 또는 감소추세가 서로 반대된다면 송전전력으로 판단하여 오결선으로 판정하며, 아울러 상기 제어부(20)는 각 전압단자에 인가되는 전압이 전력량계 정격전압의 80% 이하이거나 130% 이상일 때 이를 오결선으로 판단한다.
상기 경보단계(S17)는 상기 제어부(20)에서 상기와 같이 오결선으로 판단을 하면 상기 디스플레이출력부(30)를 제어하여 상기 디스플레이(40) 또는 기타의 경보수단(알람이나 벨)등을 제어하여 오결선을 출력하는 단계이다.
따라서 본 발명에서는 최대정격전류치와 위상각을 통한 오결선가능 송전위상구간을 설정하고, 설정된 기준에 순차적으로 비교하여 최종적으로 전압과 전류의 증가 또는 감소추세의 확인 및 정격전압을 비교판단하므로 오결선을 확인할 수 있다. 그러므로 본 발명은 정확한 오결선의 감지가 이루어질 수 있어 오결선에 의한 기기의 소손이나 기타 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 전자식 전력량계의 적산방식을 도시한 그래프,
도 2는 종래의 기계식과 전자식 전력량계의 적산차를 비교한 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지장치를 나타낸 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법을 나타낸 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선 종류를 도시한 블럭도,
도 6a, 도 6b, 도 6c는 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법에서 A그룹의 송전위상구간을 도시한 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법에서 B그룹의 송전위상구간을 도시한 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법에서 C그룹의 송전위상구간을 도시한 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 디지탈전력량계의 오결선감지방법에서 오결선가능 송전위상구간을 도시한 그래프이다.
*도면의 주요부분을 나타낸 부호의 설명*
10 : 컨버터 20 : 제어부
30 : 디스플레이출력부 40 : 디스플레이

Claims (7)

  1. 디지탈전력량계의 오결선감지방법에 있어서,
    A, B, C상의 전류를 감지하는 전류감지단계와;
    전력량계에서 측정된 전류값이 설정된 레벨에 해당되는 지를 판단하는 전력량계의 설정레벨판단단계와;
    전압-전류간의 위상차를 판단하는 위상각연산단계와;
    측정된 위상각이 A, B, C 상의 오결선 가능 송전위상구간에 해당되는 지를 판단하는 오결선가능 송전위상구간 판단단계와;
    전압과 전류가 반대방향인 송전위상구간 인지를 판단하는 송전위상구간 판단단계와;
    송전위상구간으로 판단되면, 오결선으로 판정하여 경보를 발생시키는 오결선판단단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈전력량계의 오결선감지방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설정레벨 판단단계의 설정레벨은
    최대 정격전류값의 10% 이상인 것을 특징으로 하는 디지탈전력량계의 오결선감지방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 설정레벨판단단계에서 상기 설정레벨은
    역률이 0.8 이상, 1 이하인 것을 특징으로 하는 디지탈전력량계의 오결선감 지방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 오결선가능 송전위상구간은
    전압-전류간의 위상차(α)로서,
    30° < α < 90°
    인 것을 특징으로 하는 디지탈전력량계의 오결선감지방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 오결선가능 송전위상구간은,
    전압과 전류가 제로포인트(zero point)를 지나는 시간차(t) 가
    1.0ms<t< 4.5ms
    인 것을 특징으로 하는 디지탈전력량계의 오결선감지방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 오결선판단단계는
    위상각에 대한 사인(sin) 또는 코사인(cos) 값에서 전압이 증가할 때 전류가 감소 또는 전압이 감소할 때 전류가 증가하면 오결선으로 판단하는 것을 특징으로 하는 디지탈전력량계의 오결선감지방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 오결선판단단계는
    각 전압단자에 인가되는 전압이 전력량계 정격전압의 80% 이하이거나 130% 이상일 때 이를 오결선으로 판단하는 것을 특징으로 하는 디지탈전력량계의 오결 선감지방법.
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