KR20140018687A - 전력량계 및 이의 이상 상태 검출 방법 - Google Patents

전력량계 및 이의 이상 상태 검출 방법 Download PDF

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KR20140018687A
KR20140018687A KR1020120085185A KR20120085185A KR20140018687A KR 20140018687 A KR20140018687 A KR 20140018687A KR 1020120085185 A KR1020120085185 A KR 1020120085185A KR 20120085185 A KR20120085185 A KR 20120085185A KR 20140018687 A KR20140018687 A KR 20140018687A
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은 3상 전류의 벡터 합성을 통해 도전, 누전과 같은 이상 상태를 검출할 수 있는 전력량계 및 이의 이상 상태 검출 방법에 관한 것으로, 교류 전원의 전류를 검출하는 센싱부; 상기 센싱부에 의해 검출된 교류 전원의 전류값을 벡터 합성하여 이상 상태를 검출하는 이상 상태 검출부; 및 상기 이상 상태 검출부로부터의 검출 결과에 따라 이상 상태 표시를 제어하는 제어부를 포함하는 전력량계 및 이의 이상 상태 검출 방법을 제안한다.

Description

전력량계 및 이의 이상 상태 검출 방법{WATT-HOUR-METER AND DETECTION METHOD FOR ABNORMAL STATUS THEREOF}
본 발명은 도전, 누전과 같은 이상 상태를 검출할 수 있는 전력량계 및 이의 이상 상태 검출 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 기능의 다양성 및 사용자의 활용도 등의 증가에 의해서 일상 생활에서 전자 장치의 사용이 증가되고 있다.
이러한 전자 장치 중 일례로 가정 또는 건물 등에 공급되는 전력, 도시가스, 수도 등을 계량하기 위한 계량기를 들 수 있다.
이러한 계량기는 기존에 공급되는 전력, 도시가스, 수도 등의 물리량을 검침하고, 검침원이 직접 계량기를 육안으로 확인하여 중앙 센터에 자료를 전송하는 방식으로 계량이 이루어졌다.
이에 더하여, 원거리 무선 통신, 데이터 통신 등의 통신 기술이 발전함에 따라 공급되는 전력, 도시가스, 수도 등의 물리량을 검침하여 유무선 통신을 통해 전송하는 전자식 계량기가 활용되고 있다.
이러한 전자식 계량기 특히 선행기술문헌이 기재된 발명과 같이 전력량계는 사용 전력량을 정확하게 검침하여 이를 사용자에게 과금할 수 있도록 검침 정보를 제공하나, 장비의 노후 및 파손 등에 의한 누전 또는 과금을 피하기 위해 전력을 탈취하는 도전과 같은 이상 상태가 발생할 수 있다.
국내공개특허공보 제10-2009-0055782호
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 3상 전류의 벡터 합성을 통해 도전, 누전과 같은 이상 상태를 검출할 수 있는 전력량계 및 이의 이상 상태 검출 방법을 제안한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면으로는 교류 전원의 전류를 검출하는 센싱부; 상기 센싱부에 의해 검출된 교류 전원의 전류값을 벡터 합성하여 이상 상태를 검출하는 이상 상태 검출부; 및 상기 이상 상태 검출부로부터의 검출 결과에 따라 이상 상태 표시를 제어하는 제어부를 포함하는 전력량계를 제안하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 교류 전원은 단상 또는 3상 4선식 교류 전원일 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 이상 상태 검출부는 상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전원의 벡터 합성 전류와 중성선 전류를 비교하여 이상 상태를 검출할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 이상 상태 검출부는 상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전류의 실효값을 측정하는 제1 실효값 측정부; 상기 제1 실효값 측정부에 의해 측정된 각 상의 실효값을 제곱하는 제곱부; 상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전류를 서로 번갈아서 곱셈하는 곱셈부; 상기 곱셈부로부터의 각 곱셈값을 적분하는 적분부; 상기 적분부의 각 적분값을 2배수 증가시키는 제1 연산부; 상기 제곱부의 각 제곱값과 상기 제1 연산부의 각 연산값을 결합시키는 결합부; 상기 결합부의 결합된 값을 루트연산하는 루트 연산부; 상기 중성선 전류의 실효값을 측정하는 제2 실효값 측정부; 및 상기 루트 연산부의 연산된 값과 상기 제2 실효값 측정부를 비교하여 그 차이를 연산하는 제2 연산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 센싱부는 상기 교류 전원의 전류값을 검출하는 전류 센싱부; 및 상기 교류 전원의 전압값을 검출하는 전압 센싱부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 센싱부에 의해 검출된 전류값 및 전압값에 기초하여 전력량을 연산하는 전력 연산부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제어부의 제어에 따라 이상 상태를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면으로는 교류 전원의 전류를 검출하는 단계; 검출된 교류 전원의 전류값을 벡터 합성하여 이상 상태를 검출하는 단계; 및 검출 결과에 따라 이상 상태를 표시하는 단계를 포함하는 전력량계의 이상 상태 검출 방법을 제안하는 것이다.
본 발명에 따르면, 3상 전류의 벡터 합성을 통해 도전, 누전과 같은 이상 상태를 검출할 수 있어 3상 4선식의 교류 전원 시스템에서 도전, 누전과 같은 이상 상태를 간략한 회로 구성을 통해 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전력량계의 개략적인 블럭도.
도 2는 본 발명의 전력량계에 채용된 이상 상태 검출부의 개략적인 블럭도.
도 3은 본 발명의 전력량계의 이상 상태 검출 방법을 나타내는 플로우 챠트.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 전력량계의 전기적 특성을 나타내는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 전력량계의 개략적인 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전력량계(100)는 센싱부(110,120), 전력 연산부(130), 이상 상태 검출부(140), 제어부(150) 및 표시부(160)를 포함할 수 있다.
센싱부(110,120)는 전압 센싱부(110) 및 전류 센싱부(120)를 포함할 수 있다.
전압 센싱부(110)는 전력량계(100)에 입력된 교류 전원의 전압 레벨을 검출할 수 있으며, 전류 센싱부(120)는 입력된 교류 전원의 전류 레벨을 검출할 수 있다.
전력 연산부(130)는 전압 센싱부(110)에 의해 검출된 전압 레벨과 전류 센싱부(120)에 의해 검출된 전류 레벨에 기초하여 사용자가 사용한 전력량을 연산할 수 있다.
제어부(150)는 전력 연산부(130)에 의해 연산된 전력량을 누적하여 과금에 필요한 정보를 외부의 중앙 처리 장치에 전송하도록 제어할 수 있다.
한편, 사용자의 전력 사용 도중 또는 전력량계의 연산 동작 도중 도전 또는 누전과 같은 이상 상태가 발생할 수 있다.
이상 상태 검출부(140)는 전류 센싱부(120)에 의해 검출된 전류값을 벡터 합성하여, 벡터 합성된 전류에 기초해서 전력량계의 이상 상태를 검출할 수 있다.
상기 교류 전원은 단상 교류 전원일 수 있으며, 더하여 3개의 상과, 3개의 상에 해당하는 라이브(live)선과 하나의 중성(netural)선을 갖는 3상 4선식 교류 전원일 수 있다.
3상 4선식 교류 전원을 예로 들면, 이상 상태 검출부(140)는 검출된 3상 전류의 벡터 합성 전류값과 중성선 전류값의 차이에 따라 이상 상태를 검출할 수 있다.
이를 위해, 이상 상태 검출부(140)는 다음과 같이 도시된 구성 요소를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 전력량계에 채용된 이상 상태 검출부의 개략적인 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 이상 상태 검출부(140)는 제1 실효값 측정부(141), 제곱부(142), 곱셈부(143), 적분부(144), 제1 연산부(145), 결합부(146), 루트 연산부(147), 제2 실효값 측정부(148) 및 제2 연산부(149)를 포함할 수 있다.
제1 실효값 측정부(141)는 3상 4선식 교류 전원에서 전류 센싱부(120)에 의해 검출된 3상 전류값 각각의 실효값(Root Means Square;RMS)을 측정할 수 있다.
제곱부(142)는 제1 실효값 측정부(141)에 의해 측정된 각 상의 실효값을 제곱할 수 있다.
곱셈부(143)는 3상 4선식 교류 전원에서 전류 센싱부(120)에 의해 검출된 3상 전류값 각각을 서로 번갈아서 곱셈할 수 있다. 예를 들어, 3상 교류 전원이 a,b 및 c상을 가질 경우, a상 교류 전류값과 b상 교류 전류값을 곱셈하고, b상 교류 전류값과 c상 교류 전류값을 곱셈하며, c상 교류 전류값과 a상 교류 전류값을 곱셈할 수 있다.
적분부(144)는 곱셈부(143)의 각 곱셈값을 적분할 수 있다.
제1 연산부(145)는 적분부(144)에 의해 각각 적분된 각 적분값은 2배수로 증가시킬 수 있다.
결합부(146)는 제곱부(142)의 각 제곱값과 제1 연산부(145)의 각 연산값을 결합시킬 수 있으며, 루트 연산부(147)는 결합부(146)에 의해 결합된 값을 루트(root) 연산시킬 수 있다.
제2 실효값 측정부(148)은 3상 4선식 교류 전원에서 중성선 전류의 실효값을 측정할 수 있다.
제2 연산부(149)는 루트 연산부(147)에 의해 연산된 값과 제2 실효값 측정부(148)를 비교하여 그 차이를 연산할 수 있다.
한편, 제어부(150)는 이상 상태 검출부(140)의 검출 결과에 따라 표시부(160)에 이상 상태를 표시하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 전력량계의 이상 상태 검출 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 1과 함께, 도 3을 참조하면, 먼저, 전류 센싱부(120)에서 3상 4선식 교류전원의 3상 교류 전원의 전류값과 중성선 전원의 전류값을 각각 검출할 수 있다(S10).
다음으로, 이상 상태 검출부(140)는 3상 교류 전원의 벡터 합성 전류값과 중성선 전원의 전류값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 이상 상태를 검출할 수 있다. 도 2를 참조하면, 이상 상태 검출 단계(S20)는 이상 상태 검출부(140)의 이상 상태 검출부(140)는 제1 실효값 측정부(141), 제곱부(142), 곱셈부(143), 적분부(144), 제1 연산부(145), 결합부(146), 루트 연산부(147), 제2 실효값 측정부(148) 및 제2 연산부(149)를 통해, 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전류의 실효값을 측정하는 제1 실효값 측정 단계; 상기 제1 실효값 측정 단계에 의해 측정된 각 상의 실효값을 제곱하는 제곱 단계; 상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전류를 서로 번갈아서 곱셈하는 곱셈 단계; 상기 곱셈 단계로부터의 각 곱셈값을 적분하는 적분 단계; 상기 적분 단계의 각 적분값을 2배수 증가시키는 제1 연산 단계; 상기 제곱 단계의 각 제곱값과 상기 제1 연산 단계의 각 연산값을 결합시키는 결합단계; 상기 결합 단계의 결합된 값을 루트연산하는 루트 연산 단계; 상기 중성선 전류의 실효값을 측정하는 제2 실효값 측정 단계; 및 상기 루트 연산 단계의 연산된 값과 상기 제2 실효값 측정 단계를 비교하여 그 차이를 연산하는 제2 연산 단계를 진행할 수 있다.
제어부(150)에서는 3상 교류 전원의 전류값과 중성선 전원의 전류값의 차이에 해당하는 전류값이 사전에 설정된 기준 전류값 이상이면 이상 상태를 표시부(160)를 통해 표시하고, 기준 전류값 이하이면 동작을 유지할 수 있다(S30,S40).
상술한 이상 상태 검출부(140)의 검출 방법을 수식으로 전개하면 다음과 같을 수 있다.
먼저, 중성선 전류는 다음의 수식1과 같이 각 상의 전류의 벡터합으로 표시될 수 있다.
(수식1)
Figure pat00001
(여기서,IN은 중성선 전류, Ia,Ib,Ic는 각각 a상, b상, c상의 전류)
이는 다시 다음과 같은 수식2로 표현될 수 있다.
(수식2)
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
이므로,
이를 수식2에 대입하면, 다음의 수식3,4가 전개될 수 있다.
(수식3)
Figure pat00004
(수식4)
Figure pat00005
수식3과 수식4를 더하면 다음의 수식5와 같을 수 있다.
(수식5)
Figure pat00006
이를 정리하면, 다음의 수식6과 같을 수 있다.
(수식6)
Figure pat00007
예를 들어, 각 상의 위상차가 120도일 경우(a=0, b=120도, c=-120도)다음과 같이 벡터 합성 전류는 간략하게 표현될 수 있다.
Figure pat00008

도 4 내지 도 6은 본 발명의 전력량계의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 3상 전류 중 각 상의 전류가 10[A](암페어)이고 각각 위상차가 120도(a상은 0도 b상은 120도 c상은 -120도)일 경우 중성선 전류는 평형상태를 이루어 '0'의 값을 가질 수 있다. 도 4의 식별부호 'a'는 이상적인 값이며, 'b'는 본 발명에 의한 측정치이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 측정치가 이상적인 값에 수렴하는 것을 알 수 있다.
도 5는 3상 전류 중 a상의 전류는 0[A]이고 b상 및 c상의 전류가 10[A]이고 각각 위상차가 120도(a상은 0도 b상은 120도 c상은 -120도)일 경우 중성선 전류는 평형상태를 이루어 10[A]의 값을 가질 수 있다. 도 5의 식별부호 'a'는 이상적인 값이며, 'b'는 본 발명에 의한 측정치이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 측정치가 이상적인 값에 수렴하는 것을 알 수 있다.
도 6은 3상 전류 중 각 상의 전류가 10[A]로 동일하지만, 각각 위상차가 a상은 0도 b상은 90도 c상은 -120도로 불평형일 경우 중성선 전류는 5.1763[A]의 값을 가질 수 있다. 도 4의 식별부호 'a'는 이상적인 값이며, 'b'는 본 발명에 의한 측정치이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 측정치 이상적인 값에 수렴하는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 3상 전류의 벡터 합성을 통해 도전, 누전과 같은 이상 상태를 검출할 수 있어 3상 4선식의 교류 전원 시스템에서 도전, 누전과 같은 이상 상태를 간략한 회로 구성을 통해 검출할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 전력량계
110: 전압 센싱부
120: 전류 센싱부
130: 전력 연산부
140: 이상 상태 검출부
141: 제1 실효값 측정부
142: 제곱부
143: 곱셈부
144: 적분부
145: 제1 연산부
146: 결합부
147: 루트 연산부
148: 제2 실효값 측정부
149: 제2 연산부
150: 제어부
160: 표시부

Claims (11)

  1. 교류 전원의 전류를 검출하는 센싱부;
    상기 센싱부에 의해 검출된 교류 전원의 전류값을 벡터 합성하여 이상 상태를 검출하는 이상 상태 검출부; 및
    상기 이상 상태 검출부로부터의 검출 결과에 따라 이상 상태 표시를 제어하는 제어부
    를 포함하는 전력량계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교류 전원은 단상 또는 3상 4선식 교류 전원인 전력량계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이상 상태 검출부는 상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전원의 벡터 합성 전류와 중성선 전류를 비교하여 이상 상태를 검출하는 전력량계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이상 상태 검출부는
    상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전류의 실효값을 측정하는 제1 실효값 측정부;
    상기 제1 실효값 측정부에 의해 측정된 각 상의 실효값을 제곱하는 제곱부;
    상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전류를 서로 번갈아서 곱셈하는 곱셈부;
    상기 곱셈부로부터의 각 곱셈값을 적분하는 적분부;
    상기 적분부의 각 적분값을 2배수 증가시키는 제1 연산부;
    상기 제곱부의 각 제곱값과 상기 제1 연산부의 각 연산값을 결합시키는 결합부;
    상기 결합부의 결합된 값을 루트연산하는 루트 연산부;
    상기 중성선 전류의 실효값을 측정하는 제2 실효값 측정부; 및
    상기 루트 연산부의 연산된 값과 상기 제2 실효값 측정부를 비교하여 그 차이를 연산하는 제2 연산부
    를 포함하는 전력량계.
  5. 제1항에서,
    상기 센싱부는
    상기 교류 전원의 전류값을 검출하는 전류 센싱부; 및
    상기 교류 전원의 전압값을 검출하는 전압 센싱부
    를 포함하는 전력량계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센싱부에 의해 검출된 전류값 및 전압값에 기초하여 전력량을 연산하는 전력 연산부를 더 포함하는 전력량계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 따라 이상 상태를 표시하는 표시부를 더 포함하는 전력량계.
  8. 교류 전원의 전류를 검출하는 단계;
    검출된 교류 전원의 전류값을 벡터 합성하여 이상 상태를 검출하는 단계; 및
    검출 결과에 따라 이상 상태를 표시하는 단계
    를 포함하는 전력량계의 이상 상태 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 교류 전원은 단상 또는 3상 4선식 교류 전원인 전력량계의 이상 상태 검출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이상 상태 검출 단계는 상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전원의 벡터 합성 전류와 중성선 전류를 비교하여 이상 상태를 검출하는 전력량계의 이상 상태 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이상 상태 검출 단계는
    상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전류의 실효값을 측정하는 제1 실효값 측정 단계;
    상기 제1 실효값 측정 단계에 의해 측정된 각 상의 실효값을 제곱하는 제곱 단계;
    상기 3상 4선식 교류 전원의 각 상의 교류 전류를 서로 번갈아서 곱셈하는 곱셈 단계;
    상기 곱셈 단계로부터의 각 곱셈값을 적분하는 적분 단계;
    상기 적분 단계의 각 적분값을 2배수 증가시키는 제1 연산 단계;
    상기 제곱 단계의 각 제곱값과 상기 제1 연산 단계의 각 연산값을 결합시키는 결합단계;
    상기 결합 단계의 결합된 값을 루트연산하는 루트 연산 단계;
    상기 중성선 전류의 실효값을 측정하는 제2 실효값 측정 단계; 및
    상기 루트 연산 단계의 연산된 값과 상기 제2 실효값 측정 단계를 비교하여 그 차이를 연산하는 제2 연산 단계
    를 포함하는 전력량계의 이상 상태 검출 방법.
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