WO2020105850A1 - 무선 전력 계측기 - Google Patents

무선 전력 계측기

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WO2020105850A1
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Definitions

  • the present invention relates to a power meter, in particular, attached to a low voltage circuit breaker such as a miniature circuit breaker or an electric leakage circuit breaker installed in a distribution panel, and the load connected to the low voltage circuit breaker. It relates to a wireless power meter (aka Power Tag) that can measure the amount of electricity including voltage, current, and power and transmit it wirelessly to a data collector installed in a distribution panel.
  • a wireless power meter aka Power Tag
  • the power meter 1 is installed in the distribution panel 10, and detects a current indicating the amount of current per phase (pole) through a signal line from a plurality of phase (current) transformers per phase (pole) Receive a signal.
  • a voltage detection signal indicating a voltage value for each phase from a plurality of voltage detectors for each phase (pole) (not normally detected by a detection pin connected to a line for each phase and a voltage divider circuit connected to the detection pin) Is received through a signal line.
  • An unshown analog-to-digital converter embedded in the power meter 1 converts the received analog values of the current detection signal and the voltage detection signal into digital values, and an unshown microcomputer embedded in the power meter 1
  • the unit MCU reads the converted digital values of the current detection signal and the voltage detection signal.
  • the microcomputer unit embedded in the power meter 1 may calculate a power value based on the digital values of the current detection signal and the voltage detection signal and accumulate the corresponding power value to calculate the amount of power.
  • the power data calculated as described above may be transmitted to the smart meter 3 in the lower device communication line L1, such as a serial communication line in FIG. 1, and the smart meter 3 received from the power meter 1 Based on the power data, various power data including power factor, active power, and reactive power can be calculated.
  • Various power data calculated by the smart meter 3 may be transmitted to a remote monitoring system (SCADA system) 4 which is a higher-level system through a serial communication line such as RS-485 or a communication line L2 such as a power line.
  • SCADA system remote monitoring system
  • Various power data calculated by the smart meter 3 may be transmitted and displayed on the local display 5 through the optical communication line L3.
  • the power meter according to the above-mentioned prior art requires construction to arrange signal lines for transmitting the output of a complex current transformer and signal lines for transmitting the output of a voltage detection signal within the distribution panel, and it is difficult for the current transformer to be fixedly installed. It poses many problems, such as line-to-line interference and safety problems due to aging of the sheath.
  • the communication line between the power meter and the data collector such as a smart meter that collects power data
  • the data collector such as a smart meter that collects power data
  • the wiring of the communication line is complicated and the above signal line is a problem when multiple power meters are installed. And similar problems.
  • the present invention is to solve the problem of the power meter according to the above-described prior art, one object of the present invention is to integrate the current detection unit and the voltage detection unit signal detection for receiving the current detection signal and the voltage detection signal from the detection sensor unit It is to provide a wireless power meter that does not require wiring and can transmit measured power data wirelessly.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power meter that is easily connected to a measurement object directly and can be easily fixed, so that wiring between the detection sensor and the power meter is unnecessary and the position is easy to fix.
  • At least one pole having at least one first through-hole to allow the wire to be measured, the current to detect the current of the wire to be measured
  • a current sensing printed circuit board having a detection circuit portion; It has at least one second through hole that allows at least one pole to be measured through the wire, and converts an AC voltage of the voltage to be measured and a voltage detection circuit to detect the voltage of the wire to be measured into a DC voltage.
  • a voltage detection and power supply printed circuit board including a rectification and step-down circuit section providing DC power; It has at least one third through hole that allows at least one pole to be measured through a wire, and the amount of power based on the current detected by the current sensing printed circuit board and the voltage detected by the voltage detection and power supply printed circuit board.
  • It includes a measuring unit for measuring the measurement unit and the wireless transceiver unit capable of transmitting the measured amount of electricity data as a radio signal and receiving a radio request signal and an antenna for emitting the radio signal or receiving the radio request signal Wireless communication and instrumentation printed circuit boards; And the current sensing printed circuit board, the voltage detection and power supply printed circuit board, and the wireless communication and measurement printed circuit board, and communicating with the first through portion, the second through portion, and the third through portion. It can be achieved by providing a wireless power meter according to the invention comprising an enclosure with a through-hole.
  • Another object of the present invention is to penetrate the enclosure so that it can be connected to one end of the wireless power meter which is electrically connected to the voltage detection and power printed circuit board and to the load side wire connection terminal part of the low voltage circuit breaker. It can be achieved by providing a wireless power meter according to the invention, characterized in that it further comprises at least one plug (PLUG) type voltage withdrawal terminal having a protruding other end.
  • PLUG plug
  • the current detection circuit part includes a Rogowski coil or a Hall sensor.
  • the wireless power meter is a light emitting device that is electrically connected to the wireless transceiver unit of the wireless communication and measurement printed circuit board, and lights or turns off according to the control of the wireless transceiver unit. It further includes.
  • the measurement unit converts the value of the current provided by the current sensing printed circuit board and the value of the voltage provided by the voltage sensing and power supply printed circuit board into an actual current amount and an actual voltage value. It includes a memory for storing calibration factor data as a conversion coefficient for doing so.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board further includes a memory for storing the accumulated value of the amount of power measured by the measurement unit.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board further includes an impedance matching circuit unit for minimizing radiation loss of the antenna.
  • the wireless communication and metered printed circuit board is configured to store unique identification information of the individual wireless power meter.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board is configured to transmit information indicating a state in which the master to receive the measured electric quantity data is not determined, and the data collector of the distribution panel is the master.
  • the wireless power meter is designated to request transmission of data, the measured electric quantity data is configured to be transmitted.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board is configured to automatically transmit the electricity data periodically measured to the data collector of the distribution panel.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board, the data collection of the distribution panel when the low-voltage circuit breaker to which the wireless power meter is connected is in an OFF state, a trip state, or a power outage state
  • the device is configured to switch to an operation stop state after transmitting data indicating the operation stop state of the corresponding wireless power meter.
  • the rectifying and step-down circuit unit comprises: a rectifying circuit unit rectifying an AC voltage provided by the voltage detecting circuit unit into a DC voltage; A smoothing circuit unit connected to the rectifying circuit unit to smooth and provide a DC voltage provided by the rectifying circuit unit; A voltage limiting circuit part that is connected to the smoothing circuit part and restricts the direct current voltage provided by smoothing the smoothing circuit part from exceeding a predetermined voltage; And a DC-DC converter provided by step-down the DC voltage provided by the voltage limiting circuit unit.
  • the wireless power meter includes a printed circuit board having a detection circuit unit that detects current and voltage, not a configuration that connects the detection sensor and the instrument to signal lines that provide separate current and voltage detection signals. Since the entire instrument including the enclosure is installed directly on the measurement target side, there is no need to wire signal lines between the detection sensor and the instrument, and the measured electricity data can be transmitted as a wireless signal. It is possible to obtain an effect of not having to wire communication lines between the data collection means and the instrument that receive data from the instrument.
  • the wireless power measuring instrument includes one end electrically connected to the voltage detection and power supply printed circuit board, and the other end protruding through the enclosure so that it can be connected to the load side wire connection terminal part of the low voltage circuit breaker. Since it further includes at least one plug-type voltage withdrawal terminal having a plug-in voltage withdrawal terminal to the load-side wire connection terminal portion of the low-voltage circuit breaker, installation and fixation of the wireless power meter according to the present invention is easily achieved. At the same time, it is possible to obtain an effect that the connection to the measurement object for detecting the voltage and the connection for securing the power required in the wireless power meter can be simultaneously achieved.
  • the current detecting circuit part includes a Rogowski coil or Hall sensor, it is effective in miniaturizing the wireless power measuring device because the size of the current detecting circuit can be miniaturized in preparation for configuring the current transformer. .
  • the wireless power meter according to the present invention further includes a light emitting device provided to be exposed to the enclosure, it lights up when normal power supply is performed, and includes circuit breakage or power failure of the low voltage circuit breaker. By turning off when power supply is not possible, it is possible to provide an effect of easily checking the state of the power circuit to be measured from the outside of the instrument.
  • the measuring unit converts the value of the current provided by the current sensing printed circuit board and the value of the voltage provided by the voltage sensing and power printed circuit board into an actual current amount and an actual voltage value.
  • the measuring unit includes a memory that stores calibration factor data, so it is easy to convert and provide the current value and voltage value measured by the wireless power meter to the current value and voltage value of the actual power circuit, or to save the effect as data. Can be obtained.
  • the wireless communication and the measuring printed circuit board further include a memory that stores the accumulated value of the measured electric power, so that the electric power data can be accumulated and provided over time. You can get the effect.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board further includes an impedance matching circuit, there is an effect of minimizing radiation loss of the antenna.
  • the wireless communication and measurement printed circuit boards are configured to store unique identification information of the individual wireless power measuring instruments, and thus, when transmitting data wirelessly, include the unique identification information in the transmission data
  • the wireless communication and measuring printed circuit board is configured to transmit information indicating a state in which the master to receive the measured electric quantity data is not determined, and the data collector of the distribution panel is a master When the designated wireless power meter is requested to transmit data, the measured electric quantity data is configured to be transmitted. Therefore, when a new wireless power meter is mounted in the distribution panel, information indicating its master is not determined is transmitted. In response, when the data collector of the distribution panel designates the corresponding wireless power meter as the master and requests the transmission of the data, the master-slave communication between the newly installed wireless power meter and the data collector is easily transmitted by transmitting the measured electricity data. The effect is that the system can be built and added.
  • the wireless communication and measuring printed circuit board are configured to automatically transmit the measured electricity data to the data collector of the distribution panel periodically, so the wireless power measuring instrument is missing the latest update data. Without it, it is possible to obtain the effect that can be provided to the data collector of the distribution panel.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board when the low-voltage circuit breaker to which the wireless power measuring instrument is connected is in an OFF state, a trip state, or a power failure state, collecting data of the distribution panel Since the data indicating the operation stop state of the wireless power meter is transmitted to the machine and then switched to the operation stop state, the power supply status of the power circuit related to the wireless power meter and the occurrence time when the power supply is interrupted through the data collector of the distribution panel It is possible to obtain an effect to easily check the information including the.
  • the rectifying and step-down circuit unit comprises: a rectifying circuit unit rectifying an AC voltage provided by the voltage detecting circuit unit into a DC voltage; A smoothing circuit unit connected to the rectifying circuit unit to smooth and provide a DC voltage provided by the rectifying circuit unit; A voltage limiting circuit part that is connected to the smoothing circuit part and restricts the direct current voltage provided by smoothing the smoothing circuit part from exceeding a predetermined voltage; And a DC-DC converter provided by stepping down the DC voltage provided by the voltage limiting circuit part, thereby rectifying the AC voltage provided by the voltage detection circuit part into DC voltage and stepping down with a small DC voltage to wirelessly It is possible to obtain an effect of supplying DC power to the printed circuit boards constituting the power meter.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram showing a power meter according to the prior art and a distribution panel and a monitoring system equipped with the same,
  • Figure 2 is a perspective view showing the appearance of a wireless power meter for a single pole according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a perspective view showing the appearance of a two-pole wireless power meter according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a wireless power meter of FIG. 3 rotated at a predetermined angle to more clearly show the plug-type voltage withdrawal terminal;
  • FIG. 5 is a perspective view of an installation state showing a state in which the wireless power meter according to the present invention is fixedly installed in a measurement target by inserting a plug-type voltage withdrawing terminal into a wire connection terminal part of a low voltage circuit breaker according to the present invention;
  • Figure 6 is a perspective view showing a main configuration negative current sensing printed circuit board, voltage detection and power supply printed circuit board and wireless communication and measurement printed circuit board included in the wireless power meter according to the present invention
  • FIG. 7 is a block diagram of a wireless power meter according to the present invention.
  • FIG. 8 is a partial perspective view of a distribution panel showing a state in which the wireless power meter and the wireless data collector according to the present invention are installed in the distribution panel;
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the rectification and step-down circuit part included in the voltage detection and power supply printed circuit board in the wireless power meter according to the present invention.
  • the wireless power meter 11 is the current sensing printed circuit board (second circuit board) (PCB2), voltage detection and power supply of FIG. It includes a printed circuit board (third circuit board) (PCB3), a wireless communication and measurement printed circuit board (first circuit board) (PCB1), and an enclosure 11a shown in FIG. 2.
  • PCB2 printed circuit board
  • PCB3 printed circuit board
  • PCB1 wireless communication and measurement printed circuit board
  • enclosure 11a shown in FIG. 2.
  • the current sensing printed circuit board has at least one first through hole that allows the at least one pole (POLE) to be measured electric wire (see symbol W1 in FIG. 8) to pass through as shown in FIG. (22).
  • the first through-hole portion 22 may be one as shown in FIG. 6, but the first through-hole portion 22 when the wireless power meter 11 is for two poles as shown in FIG. 3 It can be composed of two to allow the penetration of the electric wire to be measured in Figure 2 pole.
  • the first through hole 22 may also be composed of 3 to allow penetration of a 3-pole measurement object wire, and 4-pole (4-phase) In the case of), the first through hole 22 may also be composed of four to allow the penetration of the electric wire to be measured of the four poles.
  • the measurement target wire W1 may be a load-side wire according to a preferred aspect.
  • the current sensing printed circuit board (PCB2) has a current detection circuit part that detects the current of the measurement target wire (W1).
  • the current detection circuit part is a core of a ring type (refer to reference numeral RC in FIG. 6) and a secondary winding (not shown, primary winding) that is wound on the corresponding core RC according to one preferred aspect.
  • a current sensor unit consisting of a Rogowski coil or a hall sensor that includes the measurement target wire, and a small voltage, for example, output through the secondary winding or the output line of the hall sensor. It may include a circuit and a connector (CON2) for transmitting or amplifying and transmitting a signal-type current detection signal.
  • the connector CON2 is an output part of the current sensing printed circuit board (PCB2) so as to correspond to the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) to transmit the current detection signal to the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1). It may be provided to be electrically connected to the connector (CON1) provided.
  • the voltage detection and power supply printed circuit board (PCB3) has at least one second through hole (for allowing at least one pole to be measured wire (see symbol W1 in FIG. 8) to penetrate as shown in FIG. 6). 36).
  • the second through-hole 36 may also be configured in two to allow penetration of the wire to be measured of the two poles.
  • the second through hole 36 may also be composed of 3 to allow penetration of a 3-pole measurement target wire, and a 4-pole (4-phase) In the case of), the second through-hole 36 may also be composed of four to allow penetration of the electric wire to be measured of the four poles.
  • the voltage detection and power supply printed circuit board includes a voltage detection circuit unit (see reference numeral 21 in FIG. 7) for detecting the voltage of the wire to be measured (see reference numeral W1 in FIG. 8), and a wire for measurement (W1). It includes a rectifying and step-down circuit unit (see reference numeral 20 in FIG. 7) that converts AC voltage to DC voltage to provide DC power.
  • the wireless power meter 11 further includes at least one PLUG-type voltage withdrawing terminal (see reference numeral 11c in FIGS. 2 to 4).
  • the plug-in voltage withdrawal terminal 11c is connected to one end of the voltage detection and power supply printed circuit board (PCB3) electrically connected to the load-side wire connection terminal part of the low-voltage circuit breaker (refer to CB in FIG. 5). It has the other end protruding through the enclosure (11a) so that it can.
  • PCB3 voltage detection and power supply printed circuit board
  • the voltage withdrawal terminal 11c is configured as one in the case of the wireless power meter 11 according to the present invention shown in FIG. 2, but may be composed of two in the case of the wireless power meter 11 according to the present invention shown in FIG. 3. In the case of the three-pole wireless power meter 11, it may be composed of three, and the four-pole (four phase) wireless power meter 11 may be composed of four.
  • the voltage detection circuit unit 21 is determined in advance by voltage dividing the voltage transmitted from the other end of the voltage withdrawal terminal 11c by a plurality of resistors as shown in FIG. 7 according to a preferred embodiment. It can be composed of a voltage divider circuit (aka a resistance voltage divider circuit) that provides a level voltage signal.
  • the voltage of the wire to be measured is a hundreds of volts (Volt) level divider circuit, that is, the output voltage of the voltage detection circuit unit 21 is not shown in the microcomputer or wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) included in
  • the measurement circuit section (measurement integrated circuit section) or the analog-to-digital conversion section may be a small voltage of a few millivolts (mV) to several volts (V) level.
  • the rectification and step-down circuit unit 20 as can be seen with reference to Figure 9 rectifier circuit unit 20a, smoothing circuit unit (C1), voltage limiting circuit unit (ZD1) and DC-DC converter (DC-DC) CONVERTER) 20b.
  • an AC voltage source VAC may be provided by a voltage withdrawal terminal 11c as an AC voltage of the wire to be measured where the circuit breaker CB is installed, for example, AC 85 volts (V) to hundreds of AC It may be a bolt (V).
  • a capacitor (not assigned) provided between the AC voltage source VAC and the rectifying circuit unit 20a may be provided as a means for removing the DC component.
  • the capacitor C2 provided closest to the output terminal OUT may be provided to provide a constant voltage output.
  • the rectifying circuit unit 20a rectifies and provides an AC voltage provided by the voltage detecting circuit unit as a DC voltage, and may be configured as a diode bridge.
  • the smoothing circuit part C1 is a means for smoothing a DC voltage in the form of a pulsating current provided by the rectifying circuit part 20a into a smooth DC, and may be composed of a capacitor.
  • the voltage limiting circuit part ZD1 is connected to the smoothing circuit part C1, and may be provided as a means for limiting the DC voltage provided by the smoothing circuit part C1 to be smooth so as not to exceed a predetermined voltage. It can be composed of.
  • the DC-DC converter 20b is connected to the voltage limiting circuit part ZD1, and provides a DC voltage provided by the voltage limiting circuit part ZD1 by step-down to a DC voltage of, for example, several volts (V).
  • the DC voltage of the level of several volts (V) provided by the DC-DC converter 20b is a DC power of a constant voltage through the capacitor C2 and corresponds to a voltage detection and power output terminal of the power printed circuit board (PCB3). It may be provided to the current sensing printed circuit board (PCB2) and the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) through the connector (CON3) of Figure 6 or another connector not shown.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) has at least one third through hole 13 that allows the at least one pole to be measured through the wire, as can be referred to FIG. 6.
  • the third through-hole 13 may also be configured in two to allow penetration of the wire to be measured of the two poles.
  • the third through-hole 13 may also be composed of 3 to allow penetration of the 3-pole measurement target wire, and 4-pole (4-phase) In the case of), the third through hole 13 may also be composed of four to allow the penetration of the electric wire to be measured of the four poles.
  • PCB1 wireless communication and measurement printed circuit board
  • the circuit configuration of the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) includes a measurement unit 31, a wireless transceiver unit 32 and an antenna 35, as can be seen in FIG.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) may further include a memory (33).
  • the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) may further include an impedance matching circuit section (34).
  • the measurement unit 31 measures (calculates) the amount of power (instantaneous power) based on the current detected by the current sensing printed circuit board (PCB2) and the voltage detected by the voltage detection and power supply printed circuit board (PCB3).
  • the measurement unit 31 measures the current value provided by the current sensing printed circuit board (PCB2) and the voltage provided by the voltage detection and power supply printed circuit board (PCB3) by the actual current amount and As a conversion coefficient for converting to an actual voltage value, a memory (not shown) that stores calibration factor data may be included.
  • the memory for storing the calibration factor data may be configured as a memory that is connected to the wireless transceiver unit 32 and accessible by the wireless transceiver unit 32 as shown in the memory 33 of FIG. 7, According to another embodiment, the memory for storing the calibration factor data may be configured as a separate memory that is exclusively connected to or embedded in the measurement unit 31.
  • the measurement unit 31 may be configured as a small integrated circuit chip for measuring the amount of power.
  • the wireless transceiver unit 32 may transmit the electricity data measured by the measurement unit 31 as a radio signal having a radio frequency of a predetermined band and receive a radio request signal.
  • the radio request signal may be a radio request signal radiated (wireless transmission) from the data collector (DCR) installed in the distribution panel 10 in FIG. 8 according to an embodiment.
  • the wireless transceiver unit 32 may have not only a function for wireless communication, but also a function of a control unit for collectively controlling wireless communication and a measurement printed circuit board (PCB1) and a function for calculating additional power-related processing information.
  • PCB1 measurement printed circuit board
  • the wireless transceiver unit 32 may request the new electricity amount data from the measurement unit 31 and store the new electricity amount data received from the measurement unit 31 in the memory 33, and the data collector shown in FIG. 8
  • the amount of electricity stored in the memory 33 may be wirelessly transmitted (wireless transmission) toward the data collector (DCR).
  • the wireless transceiver unit 32 may calculate a cumulative value over time of the measured (calculated) amount of power and may store the accumulated calculated amount of power data in the memory 33.
  • the wireless transceiver unit 32 is based on the detected current and the detected voltage data provided by the measurement unit 31 according to the calculation program stored in the program storage means (not shown), the effective value of the voltage and current, effective power,
  • the power-related processing information (data) such as reactive power, apparent power, power factor, and AC frequency may be further calculated.
  • the memory 33 may be configured as a non-volatile memory according to a preferred embodiment, for example, EEPROM or flash memory.
  • the memory 33 may store a processing program of the wireless transceiver unit 32, the wireless transceiver unit 32 may store the accumulated power amount data accumulated by accumulating instantaneous power amount, and may store the processing information (data). , It is also possible to store the calibration factor data.
  • the memory 33 may store setting value data such as an operation reference value of a circuit breaker to which the wireless power meter 11 is connected and installed, such as a reference value of overcurrent (overvoltage) and a reference value of instantaneous cut-off current.
  • setting value data such as an operation reference value of a circuit breaker to which the wireless power meter 11 is connected and installed, such as a reference value of overcurrent (overvoltage) and a reference value of instantaneous cut-off current.
  • the memory 33 may store communication cycle data of the wireless transceiver unit 32.
  • the memory 33 may be configured as a single memory and configured to store each processing program or data in each predetermined storage area, or may be configured as a plurality of memories to store each processing program or data. .
  • the memory 33 included in the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) may further store unique identification information of the individual wireless power meter 11, and the unique identification information may include the MAC address (MAC address).
  • the impedance matching circuit part 34 is provided to minimize radiation loss of the antenna 35.
  • the wireless power meter 11 further includes a light emitting element 11b as shown in FIGS. 2 to 5.
  • the light emitting element 11b may be formed of a light emitting diode (LED) according to a preferred embodiment.
  • LED light emitting diode
  • the wireless transceiver unit 32 is electrically connected to the light emitting element 11b, and the light emitting element 11b can be turned on or off according to the control of the wireless transceiver unit 32.
  • the wireless transceiver unit 32 lights up the light emitting element 11b when the DC power of several volts level supplied from the rectification and step-down circuit unit 20 is normally supplied.
  • the light emitting element 11b is configured to be turned off to provide status information indicating whether the wire to be measured is normally energized according to whether DC power is supplied, and the wireless transceiver unit 32
  • DCR data collector
  • the antenna 35 is provided as a means for radiating the radio signal or receiving the radio request signal.
  • the antenna 35 is composed of a pattern-type antenna printed on a wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1), and the wireless power meter according to the present invention due to the antenna 35 ( It is possible to prevent the thickness (height) of 11) from increasing.
  • PCB1 wireless communication and measurement printed circuit board
  • the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) is a wireless power corresponding to the initial master is not determined
  • the measuring device 11 may be configured to transmit information (data) indicating a state in which the master to receive the measured electric quantity data has not been determined.
  • the wireless power meter when the data collector (DCR) of the distribution panel 10 designates a corresponding wireless power meter 11 as a master and requests transmission of data (send the wireless request signal), the wireless power meter according to the processing program
  • the radio communication and measurement printed circuit board (PCB1) of (11) may be configured to transmit the measured electric quantity data.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) of the corresponding wireless power measuring instrument 11 automatically transmits the measured electricity data to the data collector (DCR) of the distribution panel 10 periodically. It can be configured to transmit.
  • the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) of the wireless power measuring instrument (11) has a low voltage circuit breaker (CB) to which the wireless power measuring instrument (11) is connected, or is OFF or tripped.
  • CB low voltage circuit breaker
  • the wireless power measuring instrument (11) is connected, or is OFF or tripped.
  • TRIP low voltage circuit breaker
  • DCR data collector
  • the enclosure 11a accommodates the current sensing printed circuit board (PCB2), the voltage detection and power supply printed circuit board (PCB3) and the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1), and the current sensing printed circuit board (PCB2), the first through hole 22, the second through hole 36 and the third through of the voltage detection and power printed circuit board (PCB3) and the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) It has a through-hole 11d as can be referred to FIGS. 2 to 4 in communication with the sphere 13.
  • the enclosure 11a is a miniature circuit breaker in which even in the case of the 2-pole wireless power meter 11, the horizontal, vertical, and height can be composed of tens of millimeters (mm) or less, respectively, and the low-voltage circuit breaker (CB) is frequently used for home use.
  • CB low-voltage circuit breaker
  • it can be implemented in a small size, similar to the size of the 2-pole terminal part of the miniature circuit breaker.
  • the enclosure 11a may be formed by casting an artificial resin material having electrical insulation, and therein the current sensing printed circuit board (PCB2), the voltage detection and power printed circuit board (PCB3) and the wireless communication and measurement printing
  • One surface for receiving the circuit board (PCB1) may be configured to include an open case (case) and a cover (cover) covering the open surface of the case.
  • the low-voltage circuit breaker (CB) shown in FIG. 5 is the ultra-small circuit breaker that is frequently used for home use. In FIG. 5, four low-voltage circuit breakers (CB) are shown.
  • four single-pole low-voltage circuit breakers each have a handle (H) for on / off manual operation, and a terminal portion (T) to which a wire to be measured (see symbol W1 in FIG. 8) can be connected. And a terminal cover TC covering the terminal portion T.
  • the terminal cover TC is provided with an opening portion allowing access to an unsigned screw driver, and a terminal electrically connected to the side of the low-voltage circuit breaker CB, not shown, of the movable contactor inside the terminal portion T ( A wire fixing screw (not shown) is provided to maintain a connection state between the corresponding terminal and the wire to be measured (see reference numeral W1 in FIG. 8).
  • reference numeral W2 denotes a power supply side (LINE side) electric wire connected to a power source side terminal portion of the low voltage circuit breaker (CB), and thus the measurement target electric wire W1 is considered to mean a load side electric wire.
  • the wireless power measuring instrument 11 is shown in FIG. 5 with the plug-in voltage withdrawing terminal 11c shown in FIGS. 2 to 4 along with the electric wire to be measured for each pole (refer to symbol W1 in FIG. 8). Inserted into the terminal portion (T) of the low-voltage circuit breaker (CB) as described above, and tighten the wire fixing screw (not shown) with a screwdriver (not shown) to securely mount the wireless power meter 11 and measure the wires for each pole The connection operation of (refer to symbol W1 in Fig. 8) is completed at the same time.
  • the voltage detection circuit unit 21 divides the voltage of the measurement target wire W1 transmitted from the voltage withdrawal terminal 11c by a plurality of resistors as shown in FIG. 7 to a predetermined level, for example, several millivolts. It is a voltage signal having a level of (mV) to several volts (V) and is stepped down to provide it to the measurement unit 31.
  • the rectifying circuit unit 20a is, for example, connected to the voltage withdrawal terminal 11c of 85 volts (V) to hundreds of volts (V).
  • the AC voltage source VAC provided is rectified by a DC voltage.
  • the smoothing circuit part C1 smoothes the DC voltage in the form of a pulsating current provided by the rectifying circuit part 20a into a smooth DC.
  • the voltage limiting circuit part ZD1 limits the DC voltage provided by the smoothing circuit part C1 to be smooth so as not to exceed a predetermined voltage.
  • the DC-DC converter 20b step-downs the DC voltage provided by the voltage limiting circuit unit ZD1 to a DC voltage of a level of, for example, several volts (V).
  • the DC voltage of the level of several volts (V) provided by the DC-DC converter 20b is a current sensing printed circuit board (PCB2) and a wireless communication and measurement printed circuit board through a connection between a connector and a connector or through a power supply line. (PCB1).
  • PCB2 current sensing printed circuit board
  • PCB1 wireless communication and measurement printed circuit board
  • the wireless power measuring instrument 11 detects the amount of electricity of the electric wire to be measured for each pole (refer to symbol W1 in FIG. 8) and calculates and stores power-related data.
  • a current proportional to the current flowing through the electric wire to be measured (see symbol W1 in FIG. 8).
  • the detection signal is induced in the secondary winding (not shown) wound on the ring-shaped core RC in the current sensing printed circuit board PCB2 in FIG. 6, and the current detection signal is as shown in FIG. It is provided to the measurement section 31.
  • the measurement unit 31 samples the value of the voltage signal provided by the voltage detection circuit unit 21 and the current value according to the current detection signal provided by the current sensing printed circuit board (PCB2) by a built-in analog-to-digital converter. And converting it into digital data to obtain the instantaneous current value and instantaneous voltage value of the wire to be measured.
  • PCB2 current sensing printed circuit board
  • the calibration factor data stored in the internal memory or the memory 33 is read to convert the instantaneous detection current value and instantaneous detection voltage value obtained as described above into instantaneous current values and instantaneous voltage values of the actual wires to be measured.
  • the measurement unit 31 calculates the instantaneous power amount by multiplying the instantaneous current value and the instantaneous voltage value by a pre-stored processing program.
  • the data of the instantaneous current value, instantaneous voltage value and instantaneous power amount obtained as described above are transmitted to the wireless transceiver unit 32.
  • the wireless transceiver unit 32 By driving the processing program stored in the memory 33, the wireless transceiver unit 32 accumulates and accumulates over time based on data of the instantaneous current value, instantaneous voltage value, and instantaneous power amount provided from the measurement unit 31, and And the power-related processing information (data) such as an effective value of current, active power, reactive power, apparent power, power factor, and AC frequency.
  • the calculated or received electricity data may be stored in the memory 33, or may be stored in a memory for storing other data not shown.
  • wireless power measuring instrument 11 In the wireless power measuring instrument 11 according to the present invention, dozens of wireless communication devices may be connected to one data collector (DCR) in one distribution panel 10.
  • DCR data collector
  • ASSOCIATION a communication subscription operation
  • DCR data collector
  • the data collector (DCR) of the distribution panel 10 stores the unique identification information of the corresponding wireless power meter 11 in the built-in memory, while designating the wireless power meter 11 as the master by the unique identification information Request the transmission of data (transmit the radio request signal).
  • the wireless transceiver unit 32 transmits the measured electric quantity data to the master of the distribution panel 10 that is the master. Can be sent to a data collector (DCR).
  • DCR data collector
  • the method in which the wireless power meter 11 wirelessly transmits the amount of electricity data to the data collector (DCR) may be performed in one of two ways.
  • the first method is a polling method, in which a data collector (DCR) sequentially designates by the unique identification information to transmit a request signal requesting (requests) the amount of electricity data, and has the corresponding unique identification information.
  • the wireless transceiver unit 32 of the wireless power meter 11 transmits the amount of electricity data to the data collector (DCR) in response to the corresponding request signal.
  • This data communication method has an advantage in that it is possible to prevent communication failure due to simultaneous communication attempts when the number of wireless power measuring devices 11 subscribed to a data collector (DCR) is several tens or so.
  • DCR data collector
  • the second method is an auto report method, in which a plurality of wireless power meters 11 subscribed to one data collector (DCR) are periodically cycled at different periods even when there is no request signal from the data collector (DCR). In this case, the electricity amount data is transmitted to a data collector (DCR).
  • DCR data collector
  • the data of the instantaneous current value, instantaneous voltage value, and instantaneous power amount that the measurement unit 31 provided to the wireless transceiver unit 32 of the wireless communication and measurement printed circuit board (PCB1) is also stopped.
  • the wireless transceiver unit 32 transmits data indicating that the corresponding wireless power meter 11 will be in a stopped state to a data collector (DCR) according to a previously stored processing program, and then switches to a stopped state.
  • DCR data collector
  • the wireless power measuring instrument does not have a configuration for connecting a measuring sensor and a measuring instrument that provide a separate current and voltage detection signal with a signal line, but has a detection circuit unit for measuring the current and voltage by the measuring instrument. Since the entire instrument including the printed circuit board and the enclosure is installed directly on the measurement target side, there is no need to wire signal lines between the detection sensor and the instrument, and the measured electricity data is converted into a wireless signal. Since it can transmit, it is possible to obtain an effect of not having to wire communication lines between the data collection means and the instrument that receive data from the instrument.

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Abstract

본 발명은 분전 반에 설치된 소형 회로차단기(Miniature Circuit Breaker), 누전 차단기(Electric Leakage Circuit Breaker)와 같은 저압 회로차단기류에 부착되어 해당 저압 회로차단기류에 접속된 부하의 전압, 전류 및 전력을 포함하는 전기량을 계측하여 무선으로 분전 반 내에 설치된 데이터 수집 기에 전송할 수 있는 무선 전력 계측기(일명 Power Tag)에 관한 것이다.

Description

무선 전력 계측기
본 발명은 전력 계측기에 관한 것으로, 특히 분전 반에 설치된 소형 회로차단기(Miniature Circuit Breaker), 누전 차단기(Electric Leakage Circuit Breaker)와 같은 저압 회로차단기류에 부착되어 해당 저압 회로차단기류에 접속된 부하의 전압, 전류 및 전력을 포함하는 전기량을 계측하여 무선으로 분전 반 내에 설치된 데이터 수집 기에 전송할 수 있는 무선 전력 계측기(일명 Power Tag)에 관한 것이다.
도 1을 참조하여 종래기술의 일 예에 따른 전력 계측기에 대해서 설명한다.
종래기술에 따른 전력 계측기(1)는 분전 반(10) 내에 설치되며, 복수의 상(극)별 변류기(Current Transformer)(2)로부터 신호 선을 통해 상(극)별 전류 량을 나타내는 전류 검출신호를 수신한다.
미도시한 복수의 상(극)별 전압 검출기(통상 상 별 선로에 접속된 검출 핀과 해당 검출 핀에 접속된 분압 회로에 의해 상 별 전압을 검출)로부터는 상 별 전압 값을 나타내는 전압 검출신호를 신호 선을 통해 수신한다.
전력 계측기(1)에 내장된 미도시한 아날로그-디지털 변환기는 수신한 상기 전류 검출신호와 상기 전압 검출신호의 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하고, 전력 계측기(1)에 내장된 미도시한 마이크로 컴퓨터 유닛(MCU)가 변환된 상기 전류 검출신호와 상기 전압 검출신호의 디지털 값을 읽어 들인다.
전력 계측기(1)에 내장된 상기 마이크로 컴퓨터 유닛은 상기 전류 검출신호와 상기 전압 검출신호의 디지털 값을 기초로 전력 값을 산출하고 해당 전력 값을 누적하여 전력 량을 산출할 수 있다.
이와 같이 산출된 전력 데이터는 도 1에 있어서 예컨대 직렬 통신선과 같은 하부기기 통신 선로(L1)를 통해 스마트 미터(3)에 전달될 수 있고, 스마트 미터(3)는 전력 계측기(1)로부터 수신한 전력 데이터를 기초로 역률, 유효 전력, 무효 전력 등을 포함하는 다양한 전력 데이터를 산출할 수 있다.
스마트 미터(3)가 산출한 다양한 전력 데이터는 RS-485와 같은 직렬 통신 선로 또는 전력선과 같은 통신 선로(L2)를 통해 상위 시스템인 원방 감시 시스템(SCADA 시스템)(4)에 전송될 수 있다.
스마트 미터(3)가 산출한 다양한 전력 데이터는 광 통신 선로(L3)를 통해 현장 표시 장치(Local Display)(5)에 전달되고 표시될 수 있다.
그러나 상술한 종래기술에 따른 전력 계측기는 분전 반 내에서 복잡한 변류 기의 출력을 전달하는 신호선과 전압 검출 신호의 출력을 전달하는 신호선을 정리해야 하는 공사가 필요하고, 변류 기가 고정 설치되기 어려우며, 신호 선간 간섭과 피복 노후에 따른 안전 문제 등 많은 문제를 내포하고 있다.
또한 분전 반 내에서 전력 계측기와 전력 데이터를 수집하는 스마트 미터와 같은 데이터 수집 기 간의 통신 선로가 유선으로 배선됨에 따라서 복수의 전력 계측기가 설치되는 경우에 해당 통신 선로의 배선도 복잡하고 위의 신호 선의 문제와 유사한 문제가 야기된다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술에 따른 전력 계측기의 문제를 해소하는 것으로서 본 발명의 일 목적은 전류 검출 부와 전압 검출 부를 내장하여 검출 센서 부로부터 전류 검출 신호와 전압 검출 신호의 수신을 위한 신호 선의 배선이 불필요하고 계측한 전력 데이터를 무선으로 전송할 수 있는 무선 전력 계측기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 계측 대상에 직접 견고하게 접속되고 간편하게 위치 고정될 수 있어서 검출 센서와 전력 계측기 간의 배선이 불필요하고 위치 고정이 간편한 무선 전력 계측기를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 일 목적은, 무선 전력 계측기에 있어서, 적어도 한 극(POLE)의 계측 대상 전선이 관통하는 것을 허용하는 적어도 하나의 제1 관통 구 부를 가지며, 상기 계측 대상 전선의 전류를 검출하는 전류 검출 회로 부를 갖는 전류 센싱 인쇄회로기판; 적어도 한 극의 계측 대상 전선이 관통하는 것을 허용하는 적어도 하나의 제2 관통 구 부를 가지며, 상기 계측 대상 전선의 전압을 검출하는 전압 검출 회로 부와 상기 계측 대상 전선의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 직류 전원을 제공하는 정류 및 강압회로 부를 포함하는 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판; 적어도 한 극의 계측 대상 전선이 관통하는 것을 허용하는 적어도 하나의 제3 관통 구 부를 가지며, 상기 전류 센싱 인쇄회로기판이 검출한 전류와 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판이 검출한 전압을 근거로 전력량을 계측하는 계측 부 및 상기 계측 부가 계측한 전기 량 데이터를 무선신호로 송신하고 무선 요청신호를 수신할 수 있는 무선 송수신기 부 및 상기 무선신호를 방사하거나 상기 무선 요청신호를 수신하기 위한 안테나를 포함하는 무선통신 및 계측 인쇄회로기판; 및 상기 전류 센싱 인쇄회로기판, 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판 및 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판을 수납하며, 상기 제1 관통 구 부, 제2 관통 구 부 및 제3 관통 구 부와 연통하는 관통 구 부를 갖는 외함을 포함하는 본 발명에 따른 무선 전력 계측기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적은, 상기 무선 전력 계측기에 있어서 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되는 일단부와, 저압 회로차단기의 부하 측 전선연결 단자 부에 접속될 수 있도록 상기 외함을 관통하여 돌출하는 타단부를 가진 적어도 하나의 플러그(PLUG)형 전압 인출 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 무선 전력 계측기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서, 상기 전류 검출 회로 부는 로고스키 코일(Rogowski coil) 또는 홀 센서(Hall sensor)를 포함한다.
본 발명의 다른 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 무선 전력 계측기는, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판의 상기 무선 송수신기 부와 전기적으로 접속되어, 상기 무선 송수신기 부의 제어에 따라서 점등 또는 소등하는 발광 소자를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 계측 부는 상기 전류 센싱 인쇄회로기판이 제공하는 전류의 값 및 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판이 제공하는 전압의 값을 실제 전류 량 및 실제 전압 값으로 변환하기 위한 변환 계수로서 캘리브레이션 팩터 데이터(Calibration Factor Data)를 저장하는 메모리를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은, 상기 계측 부가 계측한 전력량의 누적값을 저장하는 메모리를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은 상기 안테나의 방사 손실을 최소화하기 위한 임피던스 정합 회로 부를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은 개별 상기 무선 전력 계측기의 고유 식별 정보를 저장하게 구성된 다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은 계측한 상기 전기 량 데이터를 수신할 마스터가 결정되지 않은 상태를 나타내는 정보를 송신하게 구성되고, 분전 반의 데이터 수집 기가 마스터로서 해당 무선 전력 계측기를 지정하여 데이터의 송신을 요구하면, 계측한 상기 전기 량 데이터를 송신하게 구성된다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은 주기적으로 계측한 상기 전기 량 데이터를 분전 반의 데이터 수집 기에 자동으로 전송하게 구성된다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은, 무선 전력 계측기가 접속되는 저압 회로차단기가 오프(OFF) 상태이거나 트립(TRIP)상태이거나 정전 상태일 때 분전 반의 데이터 수집 기에 해당 무선 전력 계측기의 동작 정지 상태를 나타내는 데이터를 송신한 후 동작 정지 상태로 전환하게 구성된다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 정류 및 강압회로 부는, 상기 전압 검출 회로 부가 제공하는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류 회로 부; 상기 정류 회로 부의 접속되어, 상기 정류 회로 부가 제공하는 직류 전압을 평활하여 제공하는 평활 회로 부; 상기 평활 회로 부에 접속되어, 상기 평활 회로 부가 평활하여 제공하는 직류 전압이 미리 결정된 전압을 초과하지 못하도록 제한하는 전압 제한 회로 부; 및 상기 전압 제한 회로 부가 제공하는 직류 전압을 강압하여 제공하는 직류-직류 변환기(DC-DC CONVERTER)를 포함한다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기는, 별도의 전류와 전압의 검출 신호를 제공하는 검출 센서와 계측기를 신호 선으로 연결하는 구성이 아니고 계측기가 전류와 전압을 검출하는 검출 회로 부를 가진 인쇄회로기판을 포함하며, 외함을 포함한 계측기 전체가 계측 대상 측에 직접 설치되는 구성이므로, 검출 센서와 계측기 사이에 신호 선을 배선할 필요가 없는 효과가 있고, 계측한 전기 량 데이터를 무선신호로 송신할 수 있으므로, 계측기로부터 데이터를 수신하는 데이터 수집 수단과 계측기 사이에 통신 선도 배선할 필요가 없는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기는, 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되는 일단부와, 저압 회로차단기의 부하 측 전선연결 단자 부에 접속될 수 있도록 상기 외함을 관통하여 돌출하는 타단부를 가진 적어도 하나의 플러그 형 전압 인출 단자를 더 포함하므로, 해당 플러그 형 전압 인출 단자를 저압 회로차단기의 부하 측 전선연결 단자 부에 꽂는 것에 의해서 간편하게 본 발명에 따른 무선 전력 계측기의 설치와 고정이 달성되는 동시에 전압을 검출하기 위한 측정 대상과의 접속과 무선 전력 계측기에서 필요한 전원 확보를 위한 접속이 동시에 성취될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서, 상기 전류 검출 회로 부는 로고스키 코일 또는 홀 센서를 포함하므로, 전류 검출 회로 부를 변류 기로 구성하는 것에 대비하여 크기를 소형화할 수 있어 무선 전력 계측기를 소형화하는데 효과적이다.
본 발명의 다른 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 무선 전력 계측기는 외함에 노출되게 마련되는 발광 소자를 더 포함하므로, 정상 전원 공급이 수행될 때 점등하고, 저압 회로차단기의 회로 차단 또는 정전을 포함하여 전원 공급이 불가할 때 소등하여 계측 대상 전력회로의 상태를 계측기의 외부에서 용이하게 확인 할 수 있게 하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서, 상기 계측 부는 상기 전류 센싱 인쇄회로기판이 제공하는 전류의 값 및 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판이 제공하는 전압의 값을 실제 전류 량 및 실제 전압 값으로 변환하기 위한 변환 계수로서 캘리브레이션 팩터 데이터를 저장하는 메모리를 포함하므로, 무선 전력 계측기가 계측한 전류 값과 전압 값을 실제 전력 회로의 전류 값과 전압 값으로 쉽게 변환하여 제공하거나 데이터로서 저장할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은 상기 계측 부가 계측한 전력량의 누적값을 저장하는 메모리를 더 포함하므로, 전력량 데이터를 시간경과에 따라 누적하고 제공할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은 임피던스 정합 회로 부를 더 포함하므로 안테나의 방사 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은 개별 상기 무선 전력 계측기의 고유 식별 정보를 저장하게 구성되므로, 데이터를 무선 송신할 때 해당 고유 식별 정보를 송신 데이터에 포함시켜 본 발명에 따른 무선 전력 계측기로부터 데이터를 수신하는 상대기기 예컨대 무선 수집 기가 어느 무선 전력 계측기로부터의 데이터인지 나아가 어느 전력회로에 관련한 데이터인지 용이하게 확인할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은 계측한 상기 전기 량 데이터를 수신할 마스터가 결정되지 않은 상태를 나타내는 정보를 송신하게 구성되고, 분전 반의 데이터 수집 기가 마스터로서 해당 무선 전력 계측기를 지정하여 데이터의 송신을 요구하면, 계측한 상기 전기 량 데이터를 송신하게 구성되므로, 새로운 무선 전력 계측기가 분전 반에 장착되었을 때 자신의 마스터가 결정되지 않은 상태를 나타내는 정보를 송신하고 이에 응답하여 분전 반의 데이터 수집 기가 마스터로서 해당 무선 전력 계측기를 지정하여 데이터의 송신을 요구하면, 계측한 상기 전기 량 데이터를 송신함으로써 간편하게 새로 장착된 무선 전력 계측기와 데이터 수집 기 간의 마스터-슬레이브 통신 시스템이 구축되고 추가될 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은 주기적으로 계측한 상기 전기 량 데이터를 분전 반의 데이터 수집 기에 자동으로 전송하게 구성되므로, 무선 전력 계측기가 최신의 갱신 데이터를 누락 없이 분전 반의 데이터 수집 기에 제공할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은, 무선 전력 계측기가 접속되는 저압 회로차단기가 오프(OFF) 상태이거나 트립(TRIP)상태이거나 정전 상태일 때 분전 반의 데이터 수집 기에 해당 무선 전력 계측기의 동작 정지 상태를 나타내는 데이터를 송신한 후 동작 정지 상태로 전환하게 구성되므로, 분전 반의 데이터 수집 기를 통해서 해당 무선 전력 계측기에 관련된 전력 회로의 전력공급 상태 및 전력공급 중단 시 발생 시각을 포함하는 정보를 용이하게 확인할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서, 상기 정류 및 강압회로 부는, 상기 전압 검출 회로 부가 제공하는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류 회로 부; 상기 정류 회로 부의 접속되어, 상기 정류 회로 부가 제공하는 직류 전압을 평활하여 제공하는 평활 회로 부; 상기 평활 회로 부에 접속되어, 상기 평활 회로 부가 평활하여 제공하는 직류 전압이 미리 결정된 전압을 초과하지 못하도록 제한하는 전압 제한 회로 부; 및 상기 전압 제한 회로 부가 제공하는 직류 전압을 강압하여 제공하는 직류-직류 변환기(DC-DC CONVERTER)를 포함하므로, 전압 검출 회로 부가 제공하는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하고 작은 직류 전압으로 강압하여 무선 전력 계측기를 구성하는 인쇄회로기판들에 직류 전원으로 공급할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전력 계측기와 이를 장착한 분전 반 및 감시 시스템 구성을 보여주는 시스템 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1극용 무선 전력 계측기의 외형을 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2극용 무선 전력 계측기의 외형을 보여주는 사시도,
도 4는 플러그 형 전압 인출 단자를 더욱 명확하게 보여주기 위해서 도 3의 무선 전력 계측기를 소정각도 회전시켜 보여주는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 무선 전력 계측기가 플러그 형 전압 인출 단자를 저압 회로차단기의 전선연결 단자 부에 꽂아서 본 발명에 따른 무선 전력 계측기가 계측 대상에 고정 설치된 상태를 보여주는 설치 상태 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 포함되는 주요 구성 부인 전류 센싱 인쇄회로기판, 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판 및 무선통신 및 계측 인쇄회로기판을 보여주는 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 무선 전력 계측기의 블록 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 무선 전력 계측기와 무선 데이터 수집 기가 분전 반에 설치된 상태를 보여주는 분전 반의 부분 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 무선 전력 계측기에 있어서 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판에 포함되는 정류 및 강압 회로 부의 구성 예를 보여주는 블록도이다.
상술한 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 2 또는 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 전력 계측기(11)는 도 6의 전류 센싱 인쇄회로기판(제2 회로기판)(PCB2), 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(제3 회로기판)(PCB3), 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(제1 회로기판)(PCB1) 및 도 2에 도시한 외함(11a)을 포함한다.
전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2)는 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 적어도 한 극(POLE)의 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)이 관통하는 것을 허용하는 적어도 하나의 제1 관통 구 부(22)를 가진다.
여기서 제1 관통 구 부(22)는 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 하나일 수 있지만, 무선 전력 계측기(11)가 도 3에 도시된 바와 같은 2극용인 경우 제1 관통 구 부(22)도 2극의 계측 대상 전선의 관통을 허용하도록 2개로 구성될 수 있다.
무선 전력 계측기(11)가 미도시하였지만 3극(3상)용인 경우 제1 관통 구 부(22)도 3극의 계측 대상 전선의 관통을 허용하도록 3개로 구성될 수 있고, 4극(4상)용인 경우 제1 관통 구 부(22)도 4극의 계측 대상 전선의 관통을 허용하도록 4개로 구성될 수 있다.
여기서 계측 대상 전선(W1)은 바람직한 양상에 따라서 부하 측 전선일 수 있다.
전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2)는 상기 계측 대상 전선(W1)의 전류를 검출하는 전류 검출 회로 부를 갖는다.
여기서 전류 검출 회로 부는 바람직한 일 양상에 따라서 링(ring)형의 코어(core)(도 6의 부호 RC 참조), 해당 코어(RC)에 권선되는 출력 선으로 2차 권선(미도시, 1차 권선은 상기 계측 대상 전선임)을 포함하는 로고스키 코일(Rogowski coil) 또는 홀 센서(hall sensor)로 구성되는 전류 센서 부와, 상기 2차 권선 또는 상기 홀 센서의 출력 선을 통해 출력되는 예컨대 작은 전압 신호형태의 전류 검출 신호를 전달하거나 증폭하여 전달하는 회로 및 커넥터(connector)(CON2)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 커넥터(CON2)는 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2)의 출력 부로서 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 상기 전류 검출 신호를 전달하도록 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 대응되게 마련되는 커넥터(CON1)와 전기적으로 연결되게 마련될 수 있다.
전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3)은 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 적어도 한 극의 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)이 관통하는 것을 허용하는 적어도 하나의 제2 관통 구 부(36)를 가진다.
무선 전력 계측기(11)가 도 3에 도시된 바와 같은 2극용인 경우 제2 관통 구 부(36)도 2극의 계측 대상 전선의 관통을 허용하도록 2개로 구성될 수 있다.
무선 전력 계측기(11)가 미도시하였지만 3극(3상)용인 경우 제2 관통 구 부(36)도 3극의 계측 대상 전선의 관통을 허용하도록 3개로 구성될 수 있고, 4극(4상)용인 경우 제2 관통 구 부(36)도 4극의 계측 대상 전선의 관통을 허용하도록 4개로 구성될 수 있다.
전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3)은 상기 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)의 전압을 검출하는 전압 검출 회로 부(도 7의 부호 21 참조)와, 상기 계측 대상 전선(W1)의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 직류 전원을 제공하는 정류 및 강압회로 부(도 7의 부호 20 참조)를 포함한다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)는 적어도 하나의 플러그(PLUG)형 전압 인출 단자(도 2 내지 도 4의 부호 11c 참조)를 더 포함한다.
상기 플러그 형 전압 인출 단자(11c)는 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3)에 전기적으로 연결되는 일단부와, 저압 회로차단기(도 5의 부호 CB 참조)의 부하 측 전선연결 단자 부에 접속될 수 있도록 상기 외함(11a)을 관통하여 돌출하는 타단부를 가진다.
전압 인출 단자(11c)는 도 2에 도시한 본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)의 경우 하나로 구성되지만, 도 3에 도시한 본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)의 경우 2개로 구성될 수 있으며, 3극의 무선 전력 계측기(11)의 경우 3개로 구성될 수 있고, 4극(4상)의 무선 전력 계측기(11)의 경우 4개로 구성될 수 있다.
전압 검출 회로 부(21)는 바람직한 실시 예에 따라서 도 7을 참조할 수 있는 바와 같이 전압 인출 단자(11c)의 상기 타단부로부터 전달되는 전압을 복수의 저항에 의해 분압(voltage dividing)하여 미리 결정된 수준의 전압 신호로 제공하는 분압 회로(일명 저항 분압 회로)로 구성될 수 있다. 여기서, 예컨대 상기 계측 대상 전선의 전압은 수백 볼트(Volt) 수준의 분압 회로 즉 전압 검출 회로 부(21)의 출력 전압은 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 포함되는 미도시한 마이크로 컴퓨터 또는 계측 회로 부(계측 집적 회로 부) 또는 아날로그-디지털 변환 부가 감당할 수 있는 수 밀리 볼트(mV) 내지 수 볼트(V) 수준의 작은 전압일 수 있다.
한편, 정류 및 강압회로 부(20)는 도 9를 참조할 수 있는 바와 같이 정류 회로 부(20a), 평활 회로 부(C1), 전압 제한 회로 부(ZD1) 및 직류-직류 변환기(DC-DC CONVERTER)(20b)를 포함하게 구성될 수 있다.
도 9에 있어서 교류 전압 원(VAC)은 회로차단기(CB)가 설치되는 상기 계측 대상 전선의 교류 전압으로서 전압 인출 단자(11c)에 의해 제공될 수 있고, 예컨대 교류 85 볼트(V) 내지 교류 수백 볼트(V)일 수 있다.
도 9에 있어서 교류 전압 원(VAC)과 정류 회로 부(20a) 사이에 마련되는 캐패시터(부호 미 부여)는 직류 성분을 제거하기 위한 수단으로 마련될 수 있다.
도 9에 있어서 출력 단(OUT)에 가장 가깝게 마련되는 캐패시터(C2)는 정 전압 출력을 제공하도록 마련될 수 있다.
정류 회로 부(20a)는 상기 전압 검출 회로 부가 제공하는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하여 제공하며, 다이오드 브릿지(diode bridge)로 구성될 수 있다.
평활 회로 부(C1)는 정류 회로 부(20a)가 제공하는 맥류 형태의 직류 전압을 매끄러운 직류로 평활하는 수단으로서, 커패시터로 구성될 수 있다.
전압 제한 회로 부(ZD1)는 평활 회로 부(C1)에 접속되어, 평활 회로 부(C1)가 평활하여 제공하는 직류 전압이 미리 결정된 전압을 초과하지 못하도록 제한하는 수단으로 제공될 수 있으며, 제너 다이오드로 구성될 수 있다.
직류-직류 변환기(20b)는 전압 제한 회로 부(ZD1)에 접속되어, 전압 제한 회로 부(ZD1)가 제공하는 직류 전압을 예컨대 수 볼트(V) 수준의 직류 전압으로 강압하여 제공한다.
직류-직류 변환기(20b)가 제공하는 수 볼트(V) 수준의 직류 전압은 상기 캐패시터(C2)를 통해서 정 전압의 직류 전원으로서 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3)의 전원 출력 단자에 해당하는 도 6의 커넥터(CON3)를 통해서 또는 다른 미도시의 커넥터를 통해서 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2) 및 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 제공될 수 있다.
무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)는 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 적어도 한 극의 계측 대상 전선이 관통하는 것을 허용하는 적어도 하나의 제3 관통 구 부(13)를 가진다.
무선 전력 계측기(11)가 도 3에 도시된 바와 같은 2극용인 경우 제3 관통 구 부(13)도 2극의 계측 대상 전선의 관통을 허용하도록 2개로 구성될 수 있다.
무선 전력 계측기(11)가 미도시하였지만 3극(3상)용인 경우 제3 관통 구 부(13)도 3극의 계측 대상 전선의 관통을 허용하도록 3개로 구성될 수 있고, 4극(4상)용인 경우 제3 관통 구 부(13)도 4극의 계측 대상 전선의 관통을 허용하도록 4개로 구성될 수 있다.
무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)의 회로 구성에 대해서 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)의 회로 구성은 도 7을 참조할 수 있는 바와 같이 계측 부(31), 무선 송수신기 부(32) 및 안테나(35)를 포함한다.
무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)는 메모리(33)를 더 포함할 수 있다.
무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)은 임피던스 정합 회로 부(34)를 더 포함할 수 있다.
계측 부(31)는 상기 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2)이 검출한 전류와 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3)이 검출한 전압을 근거로 전력량(순시 전력량)을 계측(산출)한다.
일 실시 예에 따라서 상기 계측 부(31)는 상기 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2)이 제공하는 전류의 값 및 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3)이 제공하는 전압의 값을 실제 전류 량 및 실제 전압 값으로 변환하기 위한 변환 계수로서 캘리브레이션 팩터 데이터(Calibration Factor Data)를 저장하는 미도시의 메모리를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라서 상기 캘리브레이션 팩터 데이터를 저장하는 메모리는, 도 7의 메모리(33)와 같이 무선 송수신기 부(32)에 접속되어 무선 송수신기 부(32)에 의해 접근 가능한 메모리로 구성될 수 있고, 다른 실시 예에 따라서 상기 캘리브레이션 팩터 데이터를 저장하는 메모리는 계측 부(31)에 전용으로 접속되거나 내장되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)를 소형화 구성하기 위해서 바람직하기로 계측 부(31)는 전력량 계측을 위한 소형의 집적회로 칩(chip)으로 구성될 수 있다.
무선 송수신기 부(32)는 계측 부(31)가 계측한 전기 량 데이터를 미리 결정된 대역의 무선 주파수를 가진 무선신호로 송신하고 무선 요청신호를 수신할 수 있다. 여기서 상기 무선 요청신호는 실시 예에 따라서 도8에 있어서 분전 반(10)에 설치된 데이터 수집 기(DCR)로부터 방사(무선 송신)된 무선 요청신호일 수 있다.
무선 송수신기 부(32)는 무선 통신을 위한 기능뿐 아니라 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)을 총괄 제어하는 제어 부의 기능과 추가적 전력관련 가공 정보의 산출 기능도 가질 수 있다.
따라서 무선 송수신기 부(32)는 계측 부(31)에 새로운 전기 량 데이터를 요구하고 계측 부(31)로부터 받은 새로운 전기 량 데이터를 메모리(33)에 저장할 수 있으며, 도 8에 도시된 데이터 수집 기(DCR)로부터의 요청(상기 무선 요청신호)에 응답해서 메모리(33)에 저장된 전기 량 데이터를 데이터 수집 기(DCR)를 향해 무선 전송(무선 송신)할 수 있다.
무선 송수신기 부(32)는 계측(산출)한 전력량의 시간 경과에 따른 누적값을 산출할 수 있고 누적 산출된 전력량 데이터를 메모리(33)에 저장할 수 있다.
무선 송수신기 부(32)는 미도시한 프로그램 저장수단에 저장된 산출 프로그램에 따라서 계측 부(31)가 제공하는 상기 검출한 전류와 상기 검출한 전압의 데이터를 근거로 전압 및 전류의 실효치, 유효전력, 무효전력, 피상전력, 역률 및 교류 주파수와 같은 상기 전력관련 가공 정보(데이터)를 더 산출할 수 있다.
메모리(33)는 바람직한 실시 예에 따라서 비 휘발성 메모리로 구성될 수 있으며 예컨대 EEPROM 또는 플래시 메모리(flash memory)로 구성될 수 있다.
메모리(33)는 무선 송수신기 부(32)의 처리 프로그램을 저장할 수 있고, 무선 송수신기 부(32)가 순시 전력량을 누적하여 적산한 누적 전력량 데이터를 저장할 수 있으며 상기 가공 정보(데이터)를 저장할 수 있고, 상기 캘리브레이션 팩터 데이터를 저장할 수도 있다.
메모리(33)는 본 무선 전력 계측기(11)가 접속되어 설치되는 회로차단기의 동작 기준 값, 예컨대 과전류(과전압)의 기준 값, 순시 차단전류의 기준 값과 같은 설정 값 데이터를 저장할 수 있다.
또한 메모리(33)는 무선 송수신기 부(32)의 통신주기 데이터를 저장할 수 도 있다.
메모리(33)는 하나의 메모리로 구성되어 미리 결정된 각각의 저장 영역에 각각의 처리 프로그램이나 데이터를 저장하게 구성될 수 있고 복수의 메모리로 구성되어 각각의 처리 프로그램이나 데이터를 저장하게 구성될 수 있다.
바람직한 일 양상에 따라서, 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 포함되는 메모리(33)는 개별 상기 무선 전력 계측기(11)의 고유 식별 정보를 더 저장할 수 있으며 해당 고유 식별 정보는 맥 어드레스(MAC address)로 구성될 수 있다.
임피던스 정합 회로 부(34)는 상기 안테나(35)의 방사 손실을 최소화하기 위해 마련된다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같은 발광 소자(11b)를 더 포함한다.
발광 소자(11b)는 바람직한 실시 예에 따라서 발광 다이오드(LED)로 구성될 수 있다.
무선 송수신기 부(32)는 발광 소자(11b)에 전기적으로 접속되고, 발광 소자(11b)는 무선 송수신기 부(32)의 제어에 따라서 점등 또는 소등될 수 있다.
무선 송수신기 부(32)에 제공되는 프로그램에 따라서, 무선 송수신기 부(32)는 정류 및 강압 회로 부(20)로부터 제공되는 수 볼트 수준의 직류 전원이 정상 공급될 때 발광 소자(11b)를 점등하고 상기 직류 전원이 공급되지 않을 때 발광 소자(11b)를 소등하게 구성되어 직류 전원 공급 여부에 따른 측정 대상 부하 측 전선의 정상 통전 여부를 나타내는 상태 정보를 제공할 수도 있고, 무선 송수신기 부(32)는 계측한 전기 량 데이터를 송신하거나 데이터 수집 기(DCR)로부터 무선 요청신호를 수신할 때 통신 정상 상태를 나타내는 상태 정보를 제공할 수도 있다.
안테나(35)는 상기 무선신호를 방사하거나 상기 무선 요청신호를 수신하기 위한 수단으로서 마련된다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서 안테나(35)는 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 인쇄되는 패턴(pattern)형 안테나로 구성되어, 안테나(35)로 인해 본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)의 두께(높이)가 증가하는 것을 방지할 수 있다.
상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 포함되는 메모리(33)에 저장되는 상기 처리 프로그램에 따라서, 초기 마스터가 결정되지 않은 상태에서 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)은 해당 무선 전력 계측기(11)가 계측한 상기 전기 량 데이터를 수신할 마스터가 결정되지 않은 상태를 나타내는 정보(데이터)를 송신하게 구성될 수 있다.
이에 분전 반(10)의 데이터 수집 기(DCR)가 마스터로서 해당 무선 전력 계측기(11)를 지정하여 데이터의 송신을 요구(상기 무선 요청신호를 송신)하면, 상기 처리 프로그램에 따라서 해당 무선 전력 계측기(11)의 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)은 계측한 상기 전기 량 데이터를 송신하게 구성될 수 있다.
상기 처리 프로그램에 따라서, 해당 무선 전력 계측기(11)의 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)은 주기적으로 계측한 상기 전기 량 데이터를 분전 반(10)의 데이터 수집 기(DCR)에 자동으로 전송하게 구성될 수 있다.
상기 처리 프로그램에 따라서, 해당 무선 전력 계측기(11)의 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)은, 무선 전력 계측기(11)가 접속되는 저압 회로차단기(CB)가 오프(OFF) 상태이거나 트립(TRIP)상태이거나 정전 상태일 때 분전 반(10)의 데이터 수집 기(DCR)에 해당 무선 전력 계측기(11)가 동작 정지 상태가 될 것임을 나타내는 데이터를 송신한 후 동작 정지 상태로 전환하게 구성될 수 있다.
한편, 외함(11a)은 상기 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2), 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3) 및 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)을 수납하며, 상기 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2), 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3) 및 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)의 상기 제1 관통 구 부(22), 제2 관통 구 부(36) 및 제3 관통 구 부(13)와 연통하는 도 2 내지 도 4를 참조할 수 있는 바와 같은 관통 구 부(11d)를 갖는다.
상기 외함(11a)은 2극용 무선 전력 계측기(11)의 경우에도 가로, 세로 및 높이가 각각 수십 밀리미터(mm)이하로 구성될 수 있고 저압 회로차단기(CB)가 가정용으로 많이 사용되는 초소형 회로차단기(Miniature Circuit Breaker)일 때 해당 초소형 회로차단기 중 2극 단자 부의 크기와 비슷한 정도로 소형으로 구현될 수 있다.
외함(11a)은 전기적 절연성을 갖는 인공 수지 재를 주조하여 형성될 수 있고, 내부에 상기 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2), 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3) 및 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)을 수납하는 일 면이 개방된 케이스(case)와 해당 케이스의 개방 면을 덮는 커버(cover)를 포함하게 구성될 수 있다.
한편 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)가 장착되는 저압 회로차단기(CB)의 구성을 간략히 설명한다.
도 5에 도시한 저압 회로차단기(CB)는 가정용으로 많이 사용되는 상기 초소형 회로차단기로서 도 5에서 4개의 단 극 용 저압 회로차단기(CB)가 도시되었다.
도 5에서 4개의 단 극 용 저압 회로차단기(CB)는 각각 온/오프 수동조작을 위한 핸들(H)과, 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)이 접속될 수 있는 단자 부(T) 및 단자 부(T)를 덮는 단자 커버(TC)를 포함한다.
여기서 단자 커버(TC)에는 부호 미 부여한 스크류 드라이버의 접근을 허용하는 개구 부가 마련되며, 단자 부(T)의 내부에는 저압 회로차단기(CB)의 미도시한 가동접촉자 측과 전기적으로 접속되는 단자(미도시)와, 해당 단자와 상기 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)의 접속상태를 유지시켜주는 전선 고정 나사(미도시)가 구비된다.
도 8에 있어서 부호 W2는 저압 회로차단기(CB)중 전원 측 단자 부에 접속되는 전원 측(LINE 측) 전선을 지시하며, 따라서 상기 계측 대상 전선(W1)은 부하 측 전선을 의미하는 것으로 볼 수 있다.
상술하게 구성되는 본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)의 동작을 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
먼저 무선 전력 계측기(11)를 설치하는 동작을 설명한다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)는 도 2 내지 도 4에 도시된 플러그 형 전압 인출 단자(11c)를 각각의 극 별 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)과 함께 도 5에 도시된 바와 같은 저압 회로차단기(CB)의 단자 부(T)에 삽입하고, 상기 전선 고정 나사(미도시)를 스크류 드라이버(미도시)로 조여 무선 전력 계측기(11)의 고정 장착과 극 별 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)의 접속 동작을 동시에 완료한다.
다음, 무선 전력 계측기(11)의 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(PCB3)이 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)의 전압을 검출하고 전원을 공급하는 동작을 설명한다.
전압 검출 회로 부(21)는 도 7을 참조할 수 있는 바와 같이 전압 인출 단자(11c)로부터 전달되는 계측 대상 전선(W1)의 전압을 복수의 저항에 의해 분압하여 미리 결정된 수준, 예컨대 수 밀리 볼트(mV) 내지 수 볼트(V) 수준의 전압 신호로서 강압하여 계측 부(31)에 제공한다.
한편, 도 9를 참조할 수 있는 바와 같이 정류 및 강압회로 부(20)에 있어서 정류 회로 부(20a)는 예컨대 교류 85 볼트(V) 내지 교류 수백 볼트(V)의 전압 인출 단자(11c)에 의해 제공되는 교류 전압 원(VAC)을 직류 전압으로 정류한다.
이어 평활 회로 부(C1)는 정류 회로 부(20a)가 제공하는 맥류 형태의 직류 전압을 매끄러운 직류로 평활한다.
전압 제한 회로 부(ZD1)는 평활 회로 부(C1)가 평활하여 제공하는 직류 전압이 미리 결정된 전압을 초과하지 못하도록 제한한다.
이어 직류-직류 변환기(20b)는 전압 제한 회로 부(ZD1)가 제공하는 직류 전압을 예컨대 수 볼트(V) 수준의 직류 전압으로 강압하여 제공한다.
직류-직류 변환기(20b)가 제공하는 수 볼트(V) 수준의 직류 전압은 커넥터와 커텍터의 연결을 통해서 또는 전원 공급 선로를 통해서 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2) 및 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 제공될 수 있다.
다음, 본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)가 극 별 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)의 전기 량을 검출하고 전력관련 데이터를 산출하고 저장하는 동작을 설명한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)가 저압 회로차단기(CB)의 단자 부(T)에 설치된 상태에서, 계측 대상 전선(도 8의 부호 W1 참조)에 흐르는 전류에 비례하는 전류 검출 신호가 도 6에 있어서 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2)에 있어서 링 형 코어(RC)에 권선된 2차권선(미도시)에 유도되고 해당 전류 검출 신호는 도 7을 참조할 수 있는 바와 같이 계측 부(31)에 제공된다.
이에 계측 부(31)는 전압 검출 회로 부(21)가 제공한 전압 신호의 값과 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2)이 제공한 전류 검출 신호에 따른 전류 값을 내장된 아날로그-디지털 변환기에 의해서 샘플링하고 디지털 데이터로 변환함으로써 계측 대상 전선의 순시 전류 값과 순시 전압 값을 얻는다.
이어 내장 메모리 또는 메모리(33)에 저장된 캘리브레이션 팩터 데이터를 읽어와서 상기와 같이 얻은 순시 검출 전류 값과 순시 검출 전압 값을 실제 계측 대상 전선의 순시 전류 값과 순시 전압 값으로 변환한다.
또한 미리 저장된 처리 프로그램에 의해서 계측 부(31)는 상기 순시 전류 값과 순시 전압 값을 곱해서 순시 전력량을 산출한다.
상기와 같이 얻은 순시 전류 값과 순시 전압 값 및 순시 전력량의 데이터는 무선 송수신기 부(32)에 전달된다.
메모리(33)에 저장된 처리 프로그램을 구동해서, 무선 송수신기 부(32)는 계측 부(31)로부터 제공된 순시 전류 값과 순시 전압 값 및 순시 전력량의 데이터를 근거로 시간 경과에 따라 누적 적산하고, 전압 및 전류의 실효치, 유효전력, 무효전력, 피상전력, 역률 및 교류 주파수와 같은 상기 전력관련 가공 정보(데이터)를 더 산출할 수 있다.
산출되거나 수신한 전기 량 데이터는 예컨대 메모리(33)에 저장되거나 다른 미도시한 데이터 저장용 메모리에 저장될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 계측기(11)는 하나의 분전 반(10)에 있어서 하나의 데이터 수집 기(DCR)에 수십 대가 무선 통신 연결될 수 있다.
다음, 각각의 무선 전력 계측기(11)와 데이터 수집 기(DCR)가 서로 데이터를 송수신할 수 있는 준비 단계로서 통신 가입 동작(ASSOCIATION)을 설명한다.
상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 포함되는 메모리(33)에 저장되는 상기 처리 프로그램에 따라서, 초기 마스터가 결정되지 않은 상태에서 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)의 무선 송수신기 부(32)는 해당 무선 전력 계측기(11)가 마스터가 결정되지 않은 상태를 나타내는 정보(데이터)를 자신의 고유 식별정보(고유 식별 데이터)와 함께 송신한다.
이에 분전 반(10)의 데이터 수집 기(DCR)가 해당 무선 전력 계측기(11)의 고유 식별정보를 내장 메모리에 저장함과 아울러 마스터로서 해당 무선 전력 계측기(11)를 상기 고유 식별정보에 의해 지정하면서 데이터의 송신을 요구(상기 무선 요청신호를 송신)한다.
이로서 통신 가입 동작(ASSOCIATION)이 완료된다.
이후, 상기 처리 프로그램에 따라서 해당 무선 전력 계측기(11)의 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)에 있어서 무선 송수신기 부(32)는 계측한 상기 전기 량 데이터를 마스터인 분전 반(10)의 데이터 수집 기(DCR)에 송신할 수 있다.
다음, 무선 전력 계측기(11)와 데이터 수집 기(DCR)간의 전기량 데이터의 송수신 동작을 설명한다.
무선 전력 계측기(11)가 데이터 수집 기(DCR)에 무선으로 전기량 데이터를 송신하는 방법은 2가지중 어느 하나로 수행될 수 있다.
첫 번째 방법은 일명 폴링(polling) 방식으로서 데이터 수집 기(DCR)가 순차적으로 상기 고유 식별정보에 의해 지정하여 전기량 데이터의 전송을 요구(요청)하는 요청신호를 송신하고, 해당 고유 식별정보를 가진 무선 전력 계측기(11)의 무선 송수신기 부(32)가 해당 요청신호에 응답하여 전기량 데이터를 데이터 수집 기(DCR)에 송신하는 것이다.
이러한 데이터 통신 방식은 데이터 수집 기(DCR)에 가입된 무선 전력 계측기(11)의 대수가 수 십대 정도로 많을 때 동시 통신시도에 따른 통신실패를 방지할 수 있는 측면에서 유리한 점이 있다.
두 번째 방법은 일명 오토 리포트(auto report) 방식으로서 데이터 수집 기(DCR)로부터의 요청 신호가 없어도 하나의 데이터 수집 기(DCR)에 가입된 복수의 무선 전력 계측기(11)가 서로 다른 주기 별로 주기적으로 전기량 데이터를 데이터 수집 기(DCR)에 송신하는 것이다.
이러한 데이터 통신 방식은 각각의 무선 전력 계측기(11)에 서로 다른 데이터 송신 주기 정보를 미리 설정해 주는 작업이 전제되어야 하며, 무선 전력 계측기(11)가 자신의 송신 주기가 되면 자동적으로 데이터를 전송할 수 있어서 데이터의 현시 성이 높아질 수 있는 이점이 있다.
다음, 정전 시 또는 저압 회로차단기(CB)가 회로차단 시 무선 전력 계측기(11)의 동작을 설명한다.
정전 시 또는 저압 회로차단기(CB)가 회로차단 시 플러그 형 전압 인출 단자(11c)로부터 검출되는 전압 검출 신호와 전류 센싱 인쇄회로기판(PCB2)으로부터 제공되는 전류 검출 신호가 모두 제공 중단된다.
이에 따라 계측 부(31)가 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(PCB1)의 무선 송수신기 부(32)에 제공하던 순시 전류 값과 순시 전압 값 및 순시 전력량의 데이터도 제공이 중단된다.
이에 따라 무선 송수신기 부(32)는 미리 저장된 처리 프로그램에 따라서 데이터 수집 기(DCR)에 해당 무선 전력 계측기(11)가 동작 정지 상태가 될 것임을 나타내는 데이터를 송신한 후 동작 정지 상태로 전환한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 계측기는, 별도의 전류와 전압의 검출 신호를 제공하는 검출 센서와 계측기를 신호 선으로 연결하는 구성이 아니고 계측기가 전류와 전압을 검출하는 검출 회로 부를 가진 인쇄회로기판을 포함하며, 외함을 포함한 계측기 전체가 계측 대상 측에 직접 설치되는 구성이므로, 검출 센서와 계측기 사이에 신호 선을 배선할 필요가 없는 효과가 있고, 계측한 전기 량 데이터를 무선신호로 송신할 수 있으므로, 계측기로부터 데이터를 수신하는 데이터 수집 수단과 계측기 사이에 통신 선도 배선할 필요가 없는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 무선 전력 계측기에 있어서,
    적어도 한 극(POLE)의 계측 대상 전선이 관통하는 것을 허용하는 적어도 하나의 제1 관통 구 부를 가지며, 상기 계측 대상 전선의 전류를 검출하는 전류 검출 회로 부를 갖는 전류 센싱 인쇄회로기판(제2 회로기판);
    적어도 한 극의 계측 대상 전선이 관통하는 것을 허용하는 적어도 하나의 제2 관통 구 부를 가지며, 상기 계측 대상 전선의 전압을 검출하는 전압 검출 회로 부와 상기 계측 대상 전선의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 직류 전원을 제공하는 정류 및 강압회로 부를 포함하는 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판(제3 회로기판);
    적어도 한 극의 계측 대상 전선이 관통하는 것을 허용하는 적어도 하나의 제3 관통 구 부를 가지며, 상기 제2 회로기판이 검출한 전류와 상기 제2 회로기판이 검출한 전압을 근거로 전력량을 계측하는 계측 부 및 상기 계측 부가 계측한 전기 량 데이터를 무선신호로 송신하고 무선 요청신호를 수신할 수 있는 무선 송수신기 부를 포함하는 무선통신 및 계측 인쇄회로기판(제1 회로기판); 및
    상기 전류 센싱 인쇄회로기판, 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판 및 상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판을 수납하며, 상기 제1 관통 구 부, 제2 관통 구 부 및 제3 관통 구 부와 연통하는 관통 구 부를 갖는 외함을 포함하는 무선 전력 계측기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 검출 회로 부는 로고스키 코일(Rogowski coil) 또는 홀 센서(Hall sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 계측기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되는 일단부와, 저압 회로차단기의 부하 측 전선연결 단자 부에 접속될 수 있도록 상기 외함을 관통하여 돌출하는 타단부를 가진 적어도 하나의 플러그(PLUG)형 전압 인출 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 계측기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판의 상기 무선 송수신기 부와 전기적으로 접속되어, 상기 무선 송수신기 부의 제어에 따라서 점등 또는 소등하는 발광 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 계측기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계측 부는 상기 전류 센싱 인쇄회로기판이 제공하는 전류의 값 및 상기 전압 검출 및 전원 인쇄회로기판이 제공하는 전압의 값을 실제 전류 량 및 실제 전압 값으로 변환하기 위한 변환 계수로서 캘리브레이션 팩터 데이터(Calibration Factor Data)를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 계측기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은
    상기 계측 부가 계측한 전력량의 누적값을 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 계측기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은
    안테나를 더 포함하고,
    상기 안테나의 방사 손실을 최소화하기 위한 임피던스 정합 회로 부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 계측기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은
    개별 상기 무선 전력 계측기의 고유 식별 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 계측기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무선통신 및 계측 인쇄회로기판은,
    주기적으로 계측한 상기 전기 량 데이터를 분전 반의 데이터 수집 기에 전송하게 구성된 것을 특징으로 하는 무선 전력 계측기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 정류 및 강압회로 부는,
    상기 전압 검출 회로 부가 제공하는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류 회로 부;
    상기 정류 회로 부의 접속되어, 상기 정류 회로 부가 제공하는 직류 전압을 평활하여 제공하는 평활 회로 부;
    상기 평활 회로 부에 접속되어, 상기 평활 회로 부가 평활하여 제공하는 직류 전압이 미리 결정된 전압을 초과하지 못하도록 제한하는 전압 제한 회로 부; 및
    상기 전압 제한 회로 부에 접속되어, 상기 전압 제한 회로 부가 제공하는 직류 전압을 강압하여 제공하는 직류-직류 변환기(DC-DC CONVERTER)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 계측기.
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