KR20110015358A - 효율성 및 간결성을 증대시키는 다중선로 전력 계측 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배전반, 분전반 또는 모터제어반에서의 주인입단의 주선과 지선의 전력을 계측하는 전력 계측 시스템에 있어서, 상기 주선에 대한 아날로그 전압신호를 센싱하여 디지털로 변환한 주전압 데이터를 생성하는 전압 센싱부와, 상기 주선의 주전류 데이터 또는 상기 지선의 부전류 데이터를 생성하는 전류 센싱부와, 센싱된 데이터 또는 그를 이용하여 생성된 전력 관련 데이터를 전송하는 전류데이터 통신부 또는 전압데이터 통신부 등을 포함하고 상기 센싱된 데이터 또는 아날로그 전압신호를 이용하여 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터를 산출하여 표시 또는 전달하는 전력 계측 시스템이며, 상기한 전력 계측 시스템의 효율성을 증대시키고 상기한 전력 계측 시스템을 구성하기 위한 신호라인, 통신라인 등을 포함하는 배선의 간결성을 증대시키는 효과가 있다.

Description

효율성 및 간결성을 증대시키는 다중선로 전력 계측 시스템{Electric Power Measuring System for Multi-Line Increasing Efficiency and Simplicity Thereof}

본 발명은 배전반, 분전반 또는 모터제어반의 전압신호 및 전류신호를 입력받아 전력을 계측하는 전력 계측기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주 인입단의 주선(主線)및 모든 지선(支線)의 전력 및 전력 품질을 계측함에 있어서 효율적이고도 간결한 배선을 위한 계측 장치들로 구성된 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전력 계측 방식은 전력 부하에 흐르는 전압 및 전류를 센싱하여 전력 계측기에 입력하며, 전력 계측기에서는 이를 전처리한 후 ADC(A/D converter : 아날로그-디지털 컨버터)에서 변환하며, 곱연산 및 누적연산을 통해 싸이클당 평균을 구함으로써 평균전력을 계산한다. 전압 및 전류의 센싱 과정에서는 실제의 전압과 전류를 아날로그의 전압신호 및 아날로그의 전류신호로 변환하기 위해서 PT(Potential Transformer)와 CT(Current Transformer)를 사용한다. 이 PT와 CT는 전압과 전류을 각각 센싱할 수 있는 것이면 되고 여기서는 더 설명하지 않았으나 다양한 방법으로 구현된 PT 또는 CT가 이용될 수 있음은 당연하다.

도 1은 일반적인 배전반 또는 분전반의 구성을 도시한다. 배전반 및 분전반에 유입되는 주 인입단의 주선은 “주 MCCB(Molded Case Circuit Breaker : 배선용차단기)”를 통과하여 여러 개의 지선으로 분기되며, 각 지선의 “MCCB”를 통과하여 각 지선의 부하로 공급된다.

도 2는 배전반 또는 분전반의 계측을 위한 하나의 구성예를 도시한다. 주선 및 지선에 설치된 “MU(Measuring Unit : 계측장치)(10)”는 계측장치로써 전압 및 전류를 측정하여 전력을 계산하고 이를 전송하는 것이고, “DU(Display Unit : 표시장치)(20)”는 이 MU(10)로부터 전송받은 전력을 아날로그 또는 디지털로 표시하는 것이다.

도 3은 일반적인 MU의 구성을 도시한다. 마이크로컨트롤러(Microcontroller), DSP(Digital Signal Processor) 등의 프로세서를 기반으로 하고 전압 센싱부(11), 전류 센싱부(12), 전력 계산부(13), 통신부(14), MU 제어부(15) 등을 포함하여 구성된다. 전압 센싱부(11)는 PT에 의해 측정된 아날로그 전압신호를 ADC에서 변환하여 전압 데이터를 생성하고, 전류 센싱부(12)는 CT에 의해 측정된 아날로그 전류신호를 ADC에서 변환하여 전류 데이터를 생성한다.

전력 계산부(13)는 이렇게 생성된 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여 전력 데이터를 계산하고 이를 통신부(14)를 통해 DU(20)로 전송하여 전력이 표시되도록 한다. MU 제어부(15)는 상기한 MU(10)에 포함된 전압 센싱부(11), 전류 센싱부(12), 전력 계산부(13), 통신부(14) 등이 동작하도록 제어한다.

MU(10)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 볼트 체결 구조의 단자대를 갖는 단자형 MU와 체결 구조가 없는 관통형 MU로 나뉜다. 단자형 MU는 단자대를 갖고 있기 때문에 MCCB와의 연결이 용이한 반면 면적을 많이 차지하기 때문에 공간이 협소한 분전반의 분지회로에 적용하는데 한계가 있다. 관통형 MU는 선로가 MU를 관통하므로 공간적으로 유리하나 전압 및 전력을 계측하기 위해서는 전압계측용 단자를 별도로 구비하고 결선하여야 하기 때문에 매우 복잡한 구성이 된다.

이와 같은 MU(10)는 주 인입단의 주선 및 각 지선에 위치할 수 있다. 주 인입단만 계측할 목적이라면 주 인입단에만 설치하고, 만약 각 지선까지도 계측할 필요성이 있는 경우에는 각 지선에까지 MU(10)를 설치하게 된다.

도 5는 일반적인 DU의 구성을 도시한다. DU(20)는 표시부(21), 표시 통신부(22), 표시 제어부(23) 등을 포함하여 구성된다. 표시 통신부(22)는 MU(10)로부터 전력 데이터를 자체의 DU(20) 내에 구비된 표시부(21)에 표시하거나 상위 시스템의 요구에 따라 상위 시스템으로 데이터를 전송하기도 한다. 표시 제어부(23)는 DU(20)에 포함된 표시부(21), 표시 통신부(22) 등이 동작되도록 제어한다.

도 2 내지 도 5를 통해 설명한 상기와 같은 구성은 각각의 MU(10)가 독립적으로 전압 및 전류를 센싱하여 연산하기 때문에 다른 MU(10)와의 상호 간섭없이 독자적으로 운영될 수 있다. 이와 같이 독자적으로 운영되어 연산된 전력 및 전력 품질 데이터를 RS-485 통신과 같은 멀티드롭(multi-drop)이 가능한 시리얼(serial) 통신으로 여러 대의 MU(10)를 단일 네트워크에 연결하여 DU(20)로 보내기도 한다. 그러나, 각각의 MU(10)마다 전압과 전류를 모두 센싱하여야 하고, 이를 위해 여러 선을 결선해야 하기 때문에 설치 및 배선이 간결하지 않고 많은 면적을 차지하는 단점이 있다.

도 6은 배전반 또는 분전반의 계측을 위한 또 하나의 구성예를 도시한다. 도 2에서의 각각의 지선에 설치된 MU(10)가 CT(Current Transformer)(40)로 대체되었으며, 주 인입단의 MU(10)를 대신하여 “TMU(Total Measuring Unit : 통합측정장치)(30)”로 대체되었다. TMU(30)의 구성은 추후 도 7을 통해 상세하게 설명한다.

각각의 지선에 흐르는 전류에 대한 아날로그 전류신호를 TMU(30)로 전달해야 하기 때문에 각각의 지선에 설치된 CT(40)마다 아날로그 전류신호를 전달하기 위한 구분된 신호라인을 연결하여야 한다.

도 7은 TMU의 구성을 도시한다. TMU(30)는 전압 센싱부(31), 통합전류 센싱부(32), 전력 계산부(33), 통신부(34), TMU 제어부(35) 등을 포함하여 구성된다. 일반적으로 전압은 주 인입단의 주선 및 모든 지선이 동일하기 때문에 각각 센싱할 필요없이 주 인입단의 주선에 걸린 전압만 전압 센싱부(31)의 PT로 받아들여 센싱을 하고, 각 지선에 CT(40)를 배치하여 전류를 센싱함으로써 CT(40)로부터 신호라인을 통해 전달받은 아날로그 전류신호를 TMU(30)의 통합전류 센싱부(32)에서 ADC를 이용하여 모두 변환할 수 있도록 구성한 것이다.

전력 계산부(33)와 통신부(34)에 대한 설명은 각각 도 3을 통해 설명한 MU(10)에서의 전력 계산부(13), 통신부(14)와 같으며, TMU 제어부(25)는 상기한 TMU(30)에 포함된 전압 센싱부(31), 통합전류 센싱부(32), 전력 계산부(33), 통신부(44) 등이 동작하도록 제어한다.

도 6 및 도 7을 통해 설명한 구성에 의한 전력 계측 시스템은, 각각의 지선에서는 CT(40)만 있으면 되고 마이크로컨트롤러, DSP 등의 프로세서 장치가 필요하지 않아 지선의 전력 계측을 위한 구성의 비용을 절약할 수 있는 면이 있다. 그러나, 주 인입단에서는 TMU(30)에 집중된 여러 개의 아날로그 전류신호들을 모두 프로세싱하기 위해서 성능이 우수한 ADC 및 연산 프로세서를 필요로 하며 기술적 난이도가 높아지고 비용이 증가하는 면이 있으며, CT(40) 하나당 신호라인 2가닥을 TMU(30)까지 배선해야 하기 때문에 지선의 개수가 증가함에 따라 신호라인의 개수가 증가하게 되어 배선이 어렵고 미관상 지저분해질 수 있는 단점이 있다.

상기 배경 기술의 문제를 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 주 인입단 및 지선의 전력 및 전력 품질 데이터를 효율적이면서도 간결하고 용이하게 획득하기 위한 전력 계측 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력 계측 시스템은, 주선과 지선의 전력을 계측하는 전력 계측 시스템에 있어서, 상기 주선 또는 상기 지선의 전압에 의한 아날로그 전압신호를 센싱하고 디지털 데이터로 변환하여 주전압 데이터를 생성하는 전압 센싱부와, 상기 주선 또는 상기 지선의 전류에 의한 아날로그 전류신호를 센싱하고 디지털 데이터로 변환하여 각각의 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 생성하는 전류 센싱부와, 상기 전류 센싱부에 의해 생성된 상기 주전류 데이터 또는 상기 부전류 데이터를 전송하는 전류데이터 통신부와, 상기 전류데이터 통신부로부터 상기 전류 센싱부에 의해 생성된 상기 주전류 데이터 또는 상기 부전류 데이터를 전송받는 전압데이터 통신부와, 상기 전압 센싱부에 의해 생성된 상기 주전압 데이터와 상기 전압데이터 통신부를 통해 전송받은 상기 주선을 센싱하는 전류 센싱부에 의해 생성된 상기 주전류 데이터를 이용하여 상기 주선의 주선전력 데이터를 산출하고, 상기 전압 센싱부에 의해 생성된 상기 주전압 데이터와 상기 전압데이터 통신부를 통해 전송받은 상기 지선을 센싱하는 전류 센싱부에 의해 생성된 상기 부전류 데이터를 이용하여 상기 지선의 지선전력 데이터를 산출하는 통합전력 계산부와, 적어도 상기 전압 센싱부, 상기 전압데이터 통신부 및 상기 통합전력 계산부의 동작을 제어하는 전압 계측 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 전력 계측 시스템은, 주선과 지선의 전력을 계측하는 전력 계측 시스템에 있어서, 상기 주선 또는 상기 지선의 전압에 의한 아날로그 전압신호를 센싱하고 디지털 데이터로 변환하여 주전압 데이터를 생성하는 전압 센싱부와, 상기 주선 또는 상기 지선의 전류에 의한 아날로그 전류신호를 센싱하고 디지털 데이터로 변환하여 각각의 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 생성하는 전류 센싱부와, 상기 전압 센싱부에 의해 생성된 상기 주전압 데이터를 전송하는 전압데이터 통신부와, 상기 전압데이터 통신부로부터 상기 전압 센싱부에 의해 생성된 상기 주전압 데이터를 전송받는 전류데이터 통신부와, 상기 전류데이터 통신부를 통해 전송받은 상기 주전압 데이터와 상기 주선 또는 상기 지선을 센싱하는 전류 센싱부에 의해 생성된 각각의 상기 주전류 데이터 또는 상기 부전류 데이터를 이용하여 각각 상기 주선의 주선전력 데이터 또는 상기 지선의 지선전력 데이터를 산출하는 개별전력 계산부와, 적어도 상기 전압 센싱부 및 상기 전압데이터 통신부의 동작을 제어하는 전압 계측 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 한편, 본 발명의 또 다른 전력 계측 시스템은, 주선과 지선의 전력을 계측하는 전력 계측 시스템에 있어서, 상기 주선 또는 상기 지선의 전압에 의한 아날로그 전압신호를 센싱하고 상기 아날로그 전압신호가 디지털 데이터로 변환되도록 전달하는 전압 센싱부와, 상기 주선 또는 상기 지선의 전류에 의한 아날로그 전류신호를 센싱하고 디지털 데이터로 변환하여 각각의 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 생성하는 전류 센싱부와, 상기 전압 센싱부에 의해 센싱된 아날로그 전압신호를 전달받아 디지털 데이터로 변환하여 주전압 데이터를 생성하는 전압 ADC(Analog-to-Digital Converter)와, 상기 전압 ADC에 의해 생성된 상기 주전압 데이터와 상기 주선 또는 상기 지선을 센싱하는 전류 센싱부에 의해 생성된 각각의 상기 주전류 데이터 또는 상기 부전류 데이터를 이용하여 각각 상기 주선의 주선전력 데이터 또는 상기 지선의 지선전력 데이터를 산출하는 개별전력 계산부와, 적어도 상기 전압 센싱부의 동작을 제어하는 전압 계측 제어부와, 적어도 상기 전압 ADC, 상기 전류 센싱부 및 상기 개별전력 계산부의 동작을 제어하는 전류 계측 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

주선 또는 지선에서 센싱된 아날로그 전압신호 또는 아날로그 전류신호를 디지털 데이터로 변환하여 생성한 전압 데이터 또는 전류 데이터를 한 장치에서 다른 장치로 멀티드롭이 가능한 시리얼 통신을 통하여 주고 받음으로써 배전반, 분전반 및 모터제어반의 주 인입단 및 지선의 전력 및 전력 품질 데이터를 효율적이면서도 간결하고 용이하게 획득하기 위한 계측 시스템의 제공이 가능하다.

또한, 주선의 전압을 계측한 주전압 데이터를 공통으로 이용하게 함으로써 전력 계측 시스템의 간결성을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 주선에서 센싱된 아날로그 전압신호를 공유하게 하여 전압 데이터와 전류 데이터를 전압 센싱부와 전류 센싱부 사이에서 동기화하지 않고도 정확한 전력 데이터를 산출할 수 있으며 아날로그 전압신호를 전달하는 신호라인을 간결하게 구성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 배전반 또는 분전반의 구성도.
도 2는 배전반 또는 분전반에 설치된 종래의 전력 계측 시스템의 구성을 도시한 하나의 예시도.
도 3은 종래의 MU(Measuring Unit)의 구성도.
도 4는 종래의 MU의 형태 예시도.
도 5는 종래의 DU(Display Unit)의 구성도.
도 6은 배전반 또는 분전반에 설치된 종래의 전력 계측 시스템의 구성을 도시한 또 하나의 예시도.
도 7은 종래의 TMU(Total Measuring Unit)의 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 제 1 실시예에서의 배전반 또는 분전반에 설치된 전력 계측 시스템의 전체 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 제 1 실시예에서의 전력 계측 시스템의 세부 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 제 1 실시예에서의 전력 표시장치의 구성도.
도 11은 본 발명에 따른 제 1 실시예에서의 전원 공급장치의 구성도.
도 12는 본 발명에 따른 제 2 실시예에서의 모터제어반에 설치된 전력 계측 시스템의 전체 구성도.
도 13은 본 발명에 따른 제 2 실시예에서의 전력 계측 시스템의 세부 구성도.
도 14는 본 발명에 따른 제 3 실시예에서의 전력 계측 시스템의 세부 구성도.
도 15은 본 발명에 따른 제 4 실시예에서의 전원 공급부를 포함한 전압 계측 장치의 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 계측 시스템을 상세하게 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명에 따른 제 1 실시예에서의 배전반 또는 분전반에 설치된 전력 계측 시스템의 구성을 도시한다. 전력계측 시스템은 전압 계측 장치(100)와 전류 계측 장치(200)를 포함하여 구성된다. 먼저, 전압 계측 장치(100)는 주 인입단의 주선에 걸리는 전압을 계측하고 주선에 흐르는 전류의 계측 데이터를 전송받아 주선의 전력을 산출한다.

또한, 지선에 흐르는 전류의 계측 데이터를 전송받아 지선의 전력을 산출하며, 이 산출된 주선 또는 지선의 전력을 표시하는 전력 표시장치(180)로 전달한다. 아울러, 전류 계측 장치(200)는 주선 또는 지선에 흐르는 전류를 계측하여 전압 계측 장치(100)로 전송한다.

전원 공급장치(190)는 상기한 전압 계측 장치(100), 전류 계측 장치(200) 또는 전력 표시장치(180)의 동작을 위해 필요한 전원을 공급하는 것으로서, 이 전원을 공급하기 위한 전원라인이 각각의 전압 계측 장치(100), 전류 계측 장치(200) 또는 전력 표시장치(180)로 연결된다. 이 전원 공급장치(190)는 추후 도 11을 통해 상세하게 설명하기로 한다.

상기한 전압 계측 장치(100), 전류 계측 장치(200) 또는 전력 표시장치(180) 사이에 전압, 전류 등이 센싱되어 디지털 데이터로 변환된 전압 데이터, 전류 데이터 등과 이를 이용하여 산출된 전력 데이터 등을 포함하는 전력 계측 데이터를 주고 받기 위해 통신라인을 연결하는데, RS-485 등과 같은 멀티드롭(multi-drop)이 가능한 시리얼(serial) 통신을 이용하면, 전압 계측 장치(100), 전류 계측 장치(200) 또는 전력 표시장치(180) 사이에 연결되는 통신라인을 더욱 간결하게 구성할 수 있는 효과가 있다.

상기한 전력 계측 데이터는 전압, 전류 또는 전력 데이터 뿐만 아니라 상기한 데이터를 이용하여 생성되어 전력 품질을 나타낼 수 있는 다양한 형태의 데이터가 포함될 수도 있음을 알아야 한다.

도 9는 본 발명에 따른 제 1 실시예에서의 전력 계측 시스템의 세부 구성을 도시한다. 전압 계측 장치(100)는 전압 센싱부(110), 통합전력 계산부(130), 전압데이터 통신부(140), 전압 계측 제어부(150) 등을 포함하여 구성된다. 먼저, 전압 센싱부(110)는 PT(Potential Transformer)에 의해 측정된 주선의 아날로그 전압신호를 ADC에서 변환하여 주전압 데이터를 생성한다.

전압데이터 통신부(140)는 전류 계측 장치(200)에서 생성된 주선 또는 지선의 전류에 대한 각각의 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 전송받는다. 상기한 주선 또는 지선의 전류에 대한 각각의 주전류 데이터 또는 부전류 데이터의 생성에 대해서는 추후 다시 설명하기로 한다.

주선과 지선에 인가되는 전압이 동일한 경우 지선의 전압을 별도로 센싱할 필요가 없으며, 본 실시예에서는 전압 센싱부(110)가 주선의 전압을 측정하는 것으로 도시하였으나 주선 이외에 지선의 전압을 센싱하여 상기한 주전압 데이터를 생성할 수도 있음은 당연하며 배선의 간결성을 위해서 전압 센싱부(110)와 가장 가까운 주선 또는 지선을 센싱하도록 하는 것이 바람직하다.

통합전력 계산부(130)는 상기한 전압 센싱부(110)에 의해 생성된 주전압 데이터와 전압데이터 통신부(140)를 통해 전송받은 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 이용하여 각각 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 산출한다.

상기한 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터뿐만 아니라, 주전압 데이터와 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 이용하여 산출할 수 있는 전력 품질에 대한 다양한 데이터를 추가로 산출하여 이용되도록 할 수 있음은 당연하다.

전압 계측 제어부(150)는 마이크로컨트롤러(Microcontroller), DSP(Digital Signal Processor) 등에 구비된 명령어들을 이용하여 상기한 전압 센싱부(110), 통합전력 계산부(130) 및 전압데이터 통신부(140)가 동작되도록 제어하며, 전압 계측 장치(100)에서의 동작이 수행되도록 구성된 프로그램을 포함하여 구성된다. 이와 같은 전압 계측 제어부(150)는 주선전력 데이터 및 지선전력 데이터가 정확하게 산출되도록 하기 위해서 주전압 데이터, 주전류 데이터 및 부전류 데이터의 생성 시점을 동기화하도록 구성하는 것이 바람직하다.

전류 계측 장치(200)는 전류 센싱부(220), 전류데이터 통신부(240), 전류 계측 제어부(250) 등을 포함하여 구성된다. 먼저, 전류 센싱부(220)는 CT(Current Transformer)에 의해 측정된 주선 또는 지선의 아날로그 전류신호를 ADC에서 변환하여 각각의 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 생성한다. 전류데이터 통신부(240)는 전류 센싱부(220)에서 생성된 주선 또는 지선의 전류에 대한 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 전압 계측 장치(100)로 전송한다.

전류 계측 제어부(250) 또한 전압 계측 제어부(150)와 마찬가지로 마이크로컨트롤러, DSP 등에 구비된 명령어들을 이용하여 상기한 전류 센싱부(220) 및 전류데이터 통신부(240)가 동작되도록 제어하며, 전류 계측 장치(200)에서의 동작이 수행되도록 구성된 프로그램을 포함하여 구성된다. 이와 같은 전류 계측 제어부(250)는 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터가 통합전력 계산부(130)에서 정확하게 산출되도록 하기 위해서 주전압 데이터의 생성 시점에 주전류 데이터 또는 부전류 데이터의 생성 시점을 동기화할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기한 전류데이터 통신부(240)로부터 전압데이터 통신부(140)로의 주전류 데이터 또는 부전류 데이터의 전송을 위하여 RS-485 등의 멀티드롭(Multi-drop)이 가능한 시리얼(serial) 통신이 이용된다. 이 멀티드롭이 가능한 시리얼 통신은 전압 계측 장치(100) 또는 전류 계측 장치(200) 사이의 통신을 위한 통신라인을 더욱 간결하게 구성할 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한, 전류 계측 장치(200)의 수가 증가하여도 전압 계측 장치(100) 또는 다른 전류 계측 장치(200)를 통해 통신라인을 순차적으로 연결하여 확장할 수 있으므로 지선이 증가하여도 통신라인의 구성을 용이하게 할 수 있어 전력 계측 시스템의 효율성을 증대시키는 효과가 있다.

도 10은 본 발명에 따른 제 1 실시예에서의 전력 표시장치의 구성을 도시한다. 전력 표시장치(180)는 전력표시부(181), 표시데이터 통신부(182), 표시장치 제어부(183) 등을 포함하여 구성된다. 전력 표시부(181)는 전압 계측 장치(100)에서 산출된 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터를 포함하는 전력 계측 데이터를 표시한다. 이 전력 표시부(181)에서의 표시는 아날로그, 디지털 등을 포함한 다양한 방법이 이용될 수 있다.

표시데이터 통신부(182)는 전압 계측 장치(100)의 통합전력 계산부(130)에서 산출된 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터를 포함하는 전력 계측 데이터를 전송받아 상기 전력 표시부(181)에서 표시될 수 있도록 한다. 표시장치 제어부(183)는 상기한 전력 표시부(181) 및 표시데이터 통신부(182)를 포함한 전력 표시장치(180)의 동작을 제어한다.

도 11은 본 발명에 따른 제 1 실시예에서의 전원 공급장치의 구성을 도시한다. 전원 공급장치(190)는 전력 계측 시스템의 동작을 위해 필요한 전원을 각 장치에 공급하는 것으로 전원 공급부(191)를 포함하여 구성된다. 상기한 전력 계측 시스템에 포함된 전압 계측 장치(100), 전류 계측 장치(200) 또는 전력 표시장치(180)에 전원 인입부와 전원 인출부가 별도로 구비될 경우, 전압 계측 장치(100), 다른 전류 계측 장치(200) 또는 전력 표시장치(180)를 통해 전원라인을 순차적으로 연결할 수 있도록 함으로써 전원라인이 연결된 배선의 간결성을 증대시키는 효과를 발생시킬 수도 있다.

또한, 도 8 내지 도 10을 통해 설명한 통신라인과 도 11을 통해 설명한 전원라인을 통합하여 구성할 경우 전력 계측 시스템의 배선을 더욱 간단하고 용이하게 하여 전력 계측 시스템의 효율성을 증대시키는 효과가 있으며, 전압 계측 장치(100), 전류 계측 장치(200) 또는 전력 표시장치(180)에 전원 공급부(191)를 더 구비하게 할 경우 전원 공급장치(190)를 별도로 구비할 필요가 없어 간결성을 증대시키는 효과가 있다.

아울러, 상기한 전압 계측 장치(100)와 상기한 전류 계측 장치(200)를 하나의 장치로 구성할 수 있음은 당연하며, 주선의 전압과 전류를 측정하기 위해 전압 계측 장치(100)와 전류 계측 장치(200)가 하나로 구성된 경우 하나로 구성된 전류 계측 장치(200)에 의해 생성된 주전류 데이터는 통신라인을 통한 전송이 필요하지 않음을 알아야 한다. 또한, 상기한 전압 계측 장치(100)와 상기한 전류 계측 장치(200)를 하나로 구성한 장치에 전원 공급부(191)를 더 구비하여 구성하는 등의 다양한 조합이 가능함은 당연하다.

도 12는 본 발명에 따른 제 2 실시예에서의 모터제어반에 설치된 전력 계측 시스템의 전체 구성을 도시한다. 일반적으로 모터제어반(MCC : Motor Control Center)은 각 지선에 MC(Motor Controller)와 EOCR(Electronic Over Current Relay : 전자 과전류 보호 계전기)이 연결되어 각 지선에 연결된 모터에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 제 2 실시예는 이 EOCR의 전류 측정 기능을 이용하여 전류 계측 장치를 구성한 것이다. 또한, 전압 계측 장치(300)에 도 10을 통해 설명한 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터를 포함하는 전력 계측 데이터를 표시하는 전력 표시부(381)를 더 포함하여 구성한 것이다.

도 13은 본 발명에 따른 제 2 실시예에서의 전력 계측 시스템의 세부 구성을 도시한다. 전압 계측 장치(300)는 전압 센싱부(310), 전압데이터 통신부(340), 전압 계측 제어부(350), 전력 표시부(381) 등을 포함하여 구성된다. 전압 센싱부(310)는 도 9를 통해 설명한 바와 같고, 전력 표시부(381)는 도 10을 통해 설명한 바와 같다.

주선과 지선에 인가되는 전압이 동일한 경우 지선의 전압을 별도로 센싱할 필요가 없으며, 전압데이터 통신부(340)는 상기한 전압 센싱부(310)에서 생성된 주전압 데이터를 전류 계측 장치(400)로 전송하고, 이 주전압 데이터를 이용하여 전류 계측 장치(400)에서 산출된 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 전송받는다. 이 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터의 산출에 대해서는 추후 다시 설명하기로 한다.

전압 계측 제어부(350)는 마이크로컨트롤러(Microcontroller), DSP(Digital Signal Processor) 등에 구비된 명령어들을 이용하여 상기한 전압 센싱부(310) 및 전압데이터 통신부(340)가 동작되도록 제어하며, 전압 계측 장치(300)에서의 동작이 수행되도록 구성된 프로그램을 포함하여 구성된다. 이와 같은 전압 계측 제어부(350)는 주선전력 데이터 및 지선전력 데이터가 정확하게 산출되도록 하기 위해서 주전압 데이터 및 주선 또는 지선의 전류에 대한 각각의 주전류 데이터 또는 부전류 데이터의 생성 시점을 동기화하도록 구성하는 것이 바람직하다.

전류 계측 장치(400)는 전류 센싱부(420), 개별전력 계산부(430), 전류데이터 통신부(440), 전류 계측 제어부(450) 등을 포함하여 구성된다. 주선을 센싱하는 전류 센싱부(420)는 CT에 의해 측정된 주선의 아날로그 전류신호를 ADC에서 변환하여 주전류 데이터를 생성하고, 지선을 센싱하는 전류 센싱부(420)는 EOCR에 의해 측정된 지선의 아날로그 전류신호를 ADC에서 변환하여 부전류 데이터를 생성한다.

전류데이터 통신부(440)는 전압 계측 장치(300)에서 생성된 주선의 전압에 대한 주전압 데이터를 전송받는다. 주선과 지선에 인가되는 전압이 동일한 경우 지선의 전압을 별도로 센싱할 필요가 없으며, 개별전력 계산부(430)는 이 전류데이터 통신부(440)에서 전송받은 주전압 데이터와 주선 또는 지선을 센싱하는 각각의 전류 센싱부(420)에 의해 생성된 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 이용하여 각각 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 산출한다.

상기한 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터뿐만 아니라, 주전압 데이터와 주전류 데이터 또는 부전류 데이터를 이용하여 산출할 수 있는 전력 품질에 대한 다양한 데이터를 추가로 산출하여 이용되도록 할 수 있음은 당연하다. 전류데이터 통신부(440)는 이렇게 산출된 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터를 포함한 전력 품질에 대한 다양한 데이터를 전압 계측 장치(300)로 전송한다.

전류 계측 제어부(450) 또한 전압 계측 제어부(350)와 마찬가지로 마이크로컨트롤러, DSP 등에 구비된 명령어들을 이용하여 상기한 전류 센싱부(420), 개별전력 계산부(430) 및 전류데이터 통신부(440)가 동작되도록 제어하며, 전류 계측 장치(400)에서의 동작이 수행되도록 구성된 프로그램을 포함하여 구성된다. 이와 같은 전류 계측 제어부(450)는 주선전력 데이터 및 지선전력 데이터가 정확하게 산출되도록 하기 위해서 전류데이터 통신부(440)에서 전송받은 주전압 데이터의 생성 시점에 주전류 데이터 또는 부전류 데이터의 생성 시점을 동기화할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기한 전압데이터 통신부(340)와 전류데이터 통신부(440) 사이의 주전압 데이터, 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터의 전송을 위하여 RS-485 등의 멀티드롭(Multi-drop)이 가능한 시리얼(serial) 통신이 이용된다. 이 멀티드롭이 가능한 시리얼 통신은 도 9를 통해 설명한 바와 같다.

도 14는 본 발명에 따른 제 3 실시예에서의 전력 계측 시스템의 세부 구성을 도시한다. 본 발명에 따른 제 3 실시예는 전압 계측 장치(500)의 전압 센싱부(510)에서 센싱된 아날로그 전압신호를 전류 계측 장치(600)로 전달하여 전류 계측 장치(600)에서 데이터를 동기화하지 않고도 전력을 계측할 수 있도록 구성한 것이다.

전압 계측 장치(500)는 전압 센싱부(510), 전압데이터 통신부(540), 전압 계측 제어부(550) 등을 포함하여 구성된다. 전압 센싱부(510)는 PT를 포함하여 주선의 전압에 대한 아날로그 전압신호를 생성할 수 있으면 되고, 이 아날로그 전압신호를 전류 계측 장치(600)로 전달한다.

전압 계측 장치(500)의 전압데이터 통신부(540)는 전압, 전류 등이 센싱되어 디지털 데이터로 변환된 전압 데이터, 전류 데이터 등과 이를 이용하여 산출된 전력 데이터 등을 포함하는 전력 계측 데이터를 전력 표시장치(580)로 전송하여 표시되도록 하는 것으로서 이 전력 표시장치(580)를 대신하여 도 13을 통해 설명한 전력 표시부(381)를 전압 계측 장치(500)에 더 구비하여 구성될 수도 있음을 알아야 한다.

또한, 통신라인이 전류 계측 장치(600)로부터 전력 표시장치(580)까지 전압 계측 장치(500)를 거치지 않고 연결된 경우, 상기한 전압, 전류 등이 센싱되어 디지털 데이터로 변환된 전압 데이터, 전류 데이터 등과 이를 이용하여 산출된 전력 데이터 등을 포함하는 전력 계측 데이터가 전력 표시장치(580)로 직접 전달되어 표시되게 할 수도 있음은 당연하다.

전압 계측 장치(500)에 포함된 전압 센싱부(510)의 PT에서 센싱된 아날로그 전압신호는 신호라인을 통해 전류 계측 장치(600)로 전달된다. 전압데이터 통신부(540)는 전류 계측 장치(600)에서 산출된 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 전송받아 전력 표시장치(580)에 의해 표시되도록 할 수도 있다. 이 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터의 산출에 대해서는 추후 다시 설명하기로 한다. 전압 계측 제어부(550)는 도 13을 통해 설명한 바와 같다.

전류 계측 장치(600)는 전류 센싱부(620), 개별전력 계산부(630), 전류데이터 통신부(640), 전류 계측 제어부(650) 등을 포함하여 구성된다. 주선과 지선에 인가되는 전압이 동일한 경우라 하더라도 주선의 전압에 대한 주전압 데이터를 이용하여 지선의 지선전력 데이터를 정확하게 산출하기 위해서는 주전압 데이터와 부전류 데이터의 생성 시점을 동기화해야 하는 불편함이 있다.

본 발명에 따른 제 3 실시예에서는 전압 계측 장치(500)에서 센싱한 아날로그 전압신호를 전류 계측 장치(600)로 전달하고, 이 아날로그 전압신호를 이용하여 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 산출할 수 있도록 전류 계측 장치(600)에 전압 ADC(610)를 더 포함하여 구성함으로써, 동기화를 위한 프로세싱을 경감하여 전력 계측 시스템의 효율성을 증대시키는 효과가 있다.

본 발명에 따른 제 3 실시예에서는 전류 계측 장치(600)에 전압 계측 장치(500)로부터의 아날로그 전압신호를 전달받기 위한 단자를 더 구비하여야 한다. 도 6 및 도 7을 통해 설명한 종래의 TMU 및 CT를 이용한 구성에서 아날로그 전류신호를 사용하는 경우와 달리, 이 아날로그 전압신호를 이용한 본 발명에 따른 제 3 실시예는 전류 계측 장치(600)의 수가 증가하여도 여러 전류 계측 장치(600)에서 하나의 신호라인을 공유하여 사용할 수 있어 신호라인을 간략하게 구성할 수 있는 효과를 발생시킨다.

또한, 아날로그 전압신호를 전달하기 위한 신호라인은, 전압데이터 통신부(540)와 전류데이터 통신부(640) 사이의 데이터 전송을 위해 이용되는 멀티드롭이 가능한 시리얼 통신에서와 마찬가지로, 이 신호라인이 다른 전류 계측 장치(600)를 통해 순차적으로 연결되면 전압 계측 장치(500)에서 센싱된 아날로그 전압신호를 복수의 전류 계측 장치(600)에서 공유하여 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 산출하는데 이용될 수 있게 한다.

아울러, 아날로그 전압신호를 전달하기 위한 신호라인을 주선전력 데이터 또는 지선전력 데이터의 전송을 위해 이용되는 통신라인과 함께 구성하여 상기한 구성을 위한 배선을 더욱 간결하게 할 수도 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 전압 계측 장치(500)에 포함된 전압 센싱부(510)의 PT가 센싱한 아날로그 전압신호가 전압데이터 통신부(540)의 여분의 연결 단자로 연결되게 하고, 통신라인의 여분의 전선을 이용하여 상기한 아날로그 전압신호가 전달되게 하고, 이 아날로그 전압신호를 전달하는 전선과 연결되는 전류 계측 장치(600)의 전류데이터 통신부(640)의 여분의 연결 단자를 통해 전류 계측 장치(600)에서 전압 계측 장치(500)에서 센싱된 아날로그 전압신호를 이용할 수 있게 구성할 수 있다.

전압 ADC(610)는 전압 계측 장치(500)로부터 전달받은 주선의 아날로그 전압신호를 디지털로 변환함으로써 주선의 전압에 대한 아날로그 전압신호를 이용하여 전류 계측 장치(600)에서 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 산출하기 위한 주전압 데이터를 생성한다. 이와 같은 방법이 주선과 지선의 전압이 같은 경우에 사용하는 방법임은 당연하다.

또한, 전압 ADC(610)는 전압 계측 장치(500)로부터 전달받은 아날로그 전압신호를 디지털 데이터로 변환하여 주전압 데이터를 생성하면서, 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 산출하기 용이한 범위의 주전압 데이터가 생성되도록 하기 위하여 그 신호레벨을 적절하게 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 전류 센싱부(620)는 도 9를 통해 설명한 바와 같다.

개별전력 계산부(630)는 상기한 전압 ADC(610)에서 생성된 주전압 데이터와 주선을 센싱하는 전류 센싱부(620)에서 생성된 주선의 전류에 대한 주전류 데이터 또는 지선을 센싱하는 전류 센싱부(620)에서 생성된 지선의 전류에 대한 부전류 데이터를 이용하여 각각 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 산출한다.

전류데이터 통신부(640)는 이렇게 산출된 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 전력 표시장치(580)로 전송한다. 또한, 상기한 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 전압 계측 장치(500)로 전송하여 전력 표시장치(580)를 통해 표시되도록 할 수도 있다. 전압 계측 장치(500) 내에 도 13에서의 전력 표시부(381)와 같은 전력 표시부를 포함하고 있는 경우 상기한 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 전압 계측 장치(500)로 전송하여 상기한 전력 표시부를 통해 표시되도록 해야 함은 당연하다.

이와 같이, 전류 계측 장치(600)에는 전압에 의해 아날로그 전압신호를 센싱하는 PT를 필요로 하지 않아 전력 계측 시스템의 간결성을 증대시키는 효과가 있고, 전력 측정을 위해 아날로그 전압신호를 전달하게 함으로써 신호라인을 공유할 수 있어 신호라인의 간결성도 증대시키는 효과가 있다.

전류 계측 제어부(650) 또한 전압 계측 제어부(550)와 마찬가지로 마이크로컨트롤러, DSP 등에 구비된 명령어들을 이용하여 상기한 전압 ADC(610), 전류 센싱부(620), 개별전력 계산부(630) 및 전류데이터 통신부(640)가 동작되도록 제어하며, 전류 계측 장치(600)에서의 동작이 수행되도록 구성된 프로그램을 포함하여 구성된다. 이와 같이 구성된 전류 계측 장치(600)는 동기화를 위한 프로세싱이 필요 없어 전력 계측 시스템의 효율성을 증대시키는 효과가 있다.

상기한 주선의 주선전력 데이터 또는 지선의 지선전력 데이터를 포함하는 전력 계측 데이터를 표시하기 위한 전류데이터 통신부(640) 또는 전압데이터 통신부(540)로부터의 상기한 전력 계측 데이터의 전송을 위하여 RS-485 등의 멀티드롭(Multi-drop)이 가능한 시리얼(serial) 통신이 이용된다. 이 멀티드롭이 가능한 시리얼 통신은 도 9를 통해 설명한 바와 같다. 아울러, 주선의 아날로그 전압신호를 전달받기 위한 연결선을 상기한 멀티드롭이 가능한 시리얼 통신에 이용되지 않는 여분의 통신라인을 이용하여 구성할 수도 있어 전력 계측 시스템의 배선의 간결성을 증대시키는 효과가 있다.

도 15은 본 발명에 따른 제 4 실시예에서의 전원 공급부를 포함한 전압 계측 장치의 구성을 도시한다. 본 발명에 따른 제 4 실시예는 전압 계측 장치(700)에 도 11을 통해 설명한 바와 같은 전원 공급부(791)를 더 포함하여 구성된다. 도 15에서는 도 9, 도 13 또는 도 14를 통해 설명한 전압 센싱부, 전류 센싱부, 전압데이터 통신부, 전압 계측 제어부 등의 구성요소를 표시하지 않았으나 각각의 장치는 이를 포함하고 있는 것임을 알아야 한다.

본 발명에 따른 제 4 실시예에서는 전압 계측 장치(700)에 전원 공급부(791)를 더 포함하여 구성하였으나, 전류 계측 장치(800) 또는 전력 표시장치(780)에도 전원 공급부(791)를 더 포함하여 구성할 수 있음은 당연하다. 도 11을 통해 설명한 바와 같이, 전원 인입부와 전원 인출부가 별도로 구비될 경우, 전압 계측 장치(700), 다른 전류 계측 장치(800) 또는 전력 표시장치(780)를 통해 전원라인을 순차적으로 연결할 수 있도록 함으로써 전원라인이 연결된 배선의 간결성을 증대시키는 효과를 발생시킬 수도 있다.

또한, 도 8 내지 도 10을 통해 설명한 통신라인과 도 15를 통해 설명한 전원라인을 통합하여 구성할 경우 전력 계측 시스템의 배선을 더욱 간단하고 용이하게 하여 전력 계측 시스템의 효율성을 증대시키는 효과가 있음도 도 11을 통해 설명한 바와 같다.

도 13을 통해 전력 표시부(381)가 포함된 전압 계측 장치(300)를 설명하였고, 도 15를 통해 전원 공급부(791)가 포함된 전압 계측 장치(700)를 설명하였으나, 상기한 도 13의 전력 표시부(381)와 도 15의 전원 공급부(791)가 함께 포함된 전압 계측 장치를 구성할 수 있음은 당연함을 알아야 한다.

또한, 상기한 제 1 실시예 또는 제 2 실시예를 통해 설명한 전력 표시부(181, 381)는 배전반, 분전반 또는 모터제어반을 내장한 함의 문짝 바깥에 설치되거나 상기한 함의 문짝을 투명하게 구성하여 배전반, 분전반 또는 모터제어반을 내장한 함의 외부로 보여지도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10 : MU(Measuring Unit) 11, 31 : 전압 센싱부
12 : 전류 센싱부 13, 33 : 전력 계산부
14, 34 : 통신부 15 : MU 제어부
20 : DU(Display Unit) 21 : 표시부
22 : 표시 통신부 23 : 표시 제어부
30 : TMU(Total Measuring Unit) 32 : 통합전류 센싱부
35 : TMU 제어부 40 : CT(Current Transformer)
100, 300, 500, 700 : 전압 계측 장치
110, 310, 510 : 전압 센싱부 130 : 통합전력 계산부
140, 340, 540 : 전압데이터 통신부 150, 350, 550 : 전압 계측 제어부
180, 580, 780 : 전력 표시장치 181, 381 : 전력 표시부
182 : 표시데이터 통신부 183 : 표시장치 제어부
190, 390 : 전원 공급장치 191, 791 : 전원 공급부
200, 400, 600, 800 : 전류 계측 장치
220, 420, 620 : 전류 센싱부 240, 440, 640 : 전류데이터 통신부
250, 450, 650 : 전류 계측 제어부 430, 630 : 개별전력 계산부
610 : 전압 ADC

Claims (2)

1. 주선 및 지선을 내부에 구성한 배전반, 분전반 또는 제어반에서 상기 지선의 전력을 계측하는 전력 계측 방법에 있어서,
   상기 주선의 전압을 센싱하고 이를 디지털 데이터로 변환하여 주전압 데이터를 생성하고, 상기 지선의 전류를 센싱하고 이를 디지털 데이터로 변환하여 부전류 데이터를 생성하는 제 1 단계;
   상기 제 1 단계에서 생성된 상기 부전류 데이터를 전송하는 제 2 단계;
   상기 제 2 단계에서 전송받은 상기 부전류 데이터와, 상기 주전압 데이터를 이용하여 상기 지선의 전력 데이터를 산출하는 제 3 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계측 방법.
   
2. 주선 및 지선을 내부에 구성한 배전반, 분전반 또는 제어반에서 상기 지선의 전력을 계측하는 전력 계측 방법에 있어서,
   상기 주선의 전압을 센싱하고 이를 디지털 데이터로 변환하여 주전압 데이터를 생성하고, 상기 지선의 전류를 센싱하고 이를 디지털 데이터로 변환하여 부전류 데이터를 생성하는 제 1 단계;
   상기 제 1 단계에서 생성된 상기 주전압 데이터를 전송하는 제 2 단계;
   상기 제 2 단계에서 전송받은 상기 주전압 데이터와, 상기 부전류 데이터를 이용하여 상기 지선의 전력 데이터를 산출하는 제 3 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계측 방법.
   

Images