KR20180022387A - 오결선 감지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

오결선 감지 장치 및 방법이 개시된다. 상기 오결선 감지 장치는, 각 상의 전압값 및 전류값을 측정하는 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 각 상의 전압값 및 전류값을 기초로, 각 상의 유효전력, 무효전력, 전압 실효값(RMS, Root Mean Square value), 전류 실효값, 전압 전류 위상각과, 상간 위상각을 포함하는 파라미터를 산출하는 산출부; 및 상기 산출부에 의해 산출된 파라미터를 기초로 기 설정된 조건을 만족하는지 판단하여 오결선 여부를 판단하는 판단부를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 기 설정된 조건은, 어느 두 상의 전류 실효값의 크기가 동일하고, 전류 실효값의 크기가 동일한 두 상의 평균 역률이 기 설정치 이하인 경우를 포함한다.

Description

오결선 감지 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD OF DETECTING CONNECTION ERROR}
본 출원은 오결선 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 오결선 검출 기술은 부하측 전류 결선(예를 들어, 1L, 2L, 3L)이 N상과 연결(Common)되어 있다는 가정하에 오결선 여부를 감지한다. 구체적으로, 종래 기술에 따르면, 상별 전압 전류의 위상각(θ)이 90°이상(단상 2선식, 3상 4선식 기준) 차이가 나타날 때 전력(P=VICOSθ)이 역방향 발생함을 인지하여 오결선을 판단한다.
그러나, 부하측 전류결선이 N상과 연결(Common)되어 있지 않는 경우에는, 부하측 전류결선이 교차결선(예를 들어, 1L↔2L, 2L↔3L, 3L↔1L) 되었을 때 비정상 계량이 발생한다. 이는 전압 전류 위상각(θ)이 90°(부하역률이 50% 이상 및 부하 평형 상태를 가정) 이내이기 때문에 상별 전력값 또는 삼상 전력의 합산값이 역방향으로 흐르지 않게 되고, 이 경우 종래의 오결선 검출 기술로는 이를 감지할 수 없다.
이와 관련하여, 하기 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은, 스마트 미터의 오결선을 감지하기 위한 오결선 감지 장치 및 방법을 개시하고 있다.
한국공개특허 제2013-0019194호 (공개일: 2013.02.26.)
따라서, 당해 기술분야에서는 부하측 전류결선이 N상과 연결(Common)되어 있지 않는 경우에도 오결선을 감지하기 위한 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 오결선 감지 장치를 제공한다. 상기 오결선 감지 장치는, 각 상의 전압값 및 전류값을 측정하는 측정부; 상기 측정부에 의해 측정된 각 상의 전압값 및 전류값을 기초로, 각 상의 유효전력, 무효전력, 전압 실효값(RMS, Root Mean Square value), 전류 실효값, 전압 전류 위상각과, 상간 위상각을 포함하는 파라미터를 산출하는 산출부; 및 상기 산출부에 의해 산출된 파라미터를 기초로 기 설정된 조건을 만족하는지 판단하여 오결선 여부를 판단하는 판단부를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 기 설정된 조건은, 어느 두 상의 전류 실효값의 크기가 동일하고, 전류 실효값의 크기가 동일한 두 상의 평균 역률이 기 설정치 이하인 경우를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 오결선 감지 방법을 제공한다. 상기 오결선 감지 방법은, 각 상의 전압값 및 전류값을 기초로, 각 상의 유효전력, 무효전력, 전압 실효값(RMS, Root Mean Square value), 전류 실효값, 전압 전류 위상각과, 상간 위상각을 산출하는 단계; 어느 두 상의 전류 실효값의 크기가 기 설정된 허용오차 이내의 범위에서 동일한지 여부를 판단하는 단계; 동일하다고 판단된 두 상의 평균 역률이 기 설정치 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 평균 역률이 기 설정치 이하인 경우 오결선으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래의 기술로는 감지할 수 없는 오결선을 실시간으로 감지할 수 있게 된다. 이에 따라, 오결선으로 인한 동작 불량을 예방할 수 있고, 전력량계의 이상 여부를 확인하기 위한 정기점검 업무의 효율성을 제고할 수 있다.
도 1은 부하측 단자가 연결된 경우 전압 전류의 벡터도이다.
도 2는 3상 4선식 전력량계에서 오결선의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 3은 부하측 단자가 연결되지 않은 경우 전압 전류의 벡터도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오결선 감지 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오결선 감지 방법의 흐름도이다.
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 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 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.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 오결선 감지 장치 및 방법에 대해 구체적으로 설명하기에 앞서, 부하측 단자가 연결(Common)된 경우 및 연결되지 않은 경우의 전압, 전류의 특성을 3상 4선식 전력량계에서 오결선의 경우를 예를 들어 설명한다.
도 1은 부하측 단자가 연결된 경우 전압 전류의 벡터도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 3상 4선식 전력량계에서 부하측 단자가 연결된 경우에는 하나의 노드로 인식되므로, 각상의 전압 및 전류가 평형인 경우 전압, 전류 및 전력은 다음의 수학식 1을 만족하게 된다.
Figure pat00001
이 경우, 부하측 단자는 연결(common), 즉 하나의 노드이므로, 부하측 전류결선이 교차결선된 경우라도 정상적으로 계량이 된다.
그러나, 부하측 단자가 연결되지 않은 경우에는 각 상별로 개별노드이고, 교차결선시에 비정상 계량이 발생하게 된다.
도 2는 3상 4선식 전력량계에서 오결선의 일 예를 도시하는 도면이고, 도 3은 부하측 단자가 연결되지 않은 경우 전압 전류의 벡터도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 3상 4선식 전력량계에서 부하측 단자 1L 및 3L 교차결선시, A상의 변류기 K단자→계기측 1S단자→계기측 1L단자→C상의 변류기 L단자→C상의 변류기 K단자→계기측 3S단자→계기측 3L단자→A상의 변류기 L단자로 회로가 구성된다.
각상의 전압 및 전류가 평형인 경우, I2는 정상결선인 경우와 동일하나, I1 및 I3의 전류는 도 3에 도시된 바와 같이 합성되어 이론적으로는 동일한 값 및 동일한 위상이 되고, 크기는 A상과 B상의 변류비의 영향으로 정상상태의 B상 전류의 반값이 되어, 상별 전력량 또는 3상 합산 전력량이 역 방향이 발생하지 않고, 이에 따라 종래의 기술로는 오결선의 감지가 불가능하다.
이 경우, 전압, 전류 및 전력은 다음의 수학식 2와 같이 구해질 수 있으며, 부하측 단자 오결선 발생시에 전력 계량값은 정상결선 대비 1/2 과소 계량됨을 알 수 있다.
Figure pat00002
이와 같은 특성을 기초로, 본 발명에 따른 오결선 감지 장치 및 방법은 도 4 및 도 5를 참조하여 후술하는 바와 같이 오결선을 감지하도록 구성될 수 있다.
다시 말해, 본 발명에서는 교차결선된 상의 전류값의 크기가 소정 범위 내에서 동일하고, 부하 불평형으로 인해 교차결선된 상의 전압 전류가 90°이내로 유지되면 교차결선된 상의 평균 역률은 50% 이하의 낮은 역률로 나타나는 특성을 감지하여 오결선을 감지하는 기술을 제안한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오결선 감지 장치의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오결선 감지 장치(40)는 측정부(41), 산출부(42), 판단부(43), 표시부(44) 및 통신부(45)를 포함하여 구성될 수 있다.
측정부(41)는 각 상의 전압값 및 전류값을 측정하기 위한 것으로, 예를 들어, 전압계 및 전류계를 포함하여 구성될 수 있다.
측정부(41)에 의해 측정된 아날로그 신호는 컨버터(미도시)를 통해 디지털 신호로 변환된 후 산출부(42)로 제공될 수 있다.
산출부(42)는 측정부(41)에 의해 측정된 각 상의 전압값 및 전류값을 기초로 각 상의 유효전력, 무효전력, 전압 실효값(RMS, Root Mean Square value), 전류 실효값, 전압 전류 위상각과, 상간 위상각을 포함하는 파라미터를 산출하기 위한 것이다.
판단부(43)는 산출부(42)에 의해 산출된 파라미터를 기초로 기 설정된 조건을 만족하는지를 판단하여 오결선 여부를 판단하기 위한 것이다.
여기서, 기 설정된 조건은 소정 기간 동안 어느 두 상의 전류 실효값의 크기가 동일하고, 전류 실효값의 크기가 동일한 두 상의 평균 역률이 기 설정치 이하인 경우를 포함하며, 해당 조건 만족시에 오결선으로 판단한다.
여기서, 두 상의 전류값이 기 설정된 허용 오차(예를 들어, ±0.5%) 범위 내인 경우에도 동일한 값으로 간주할 수 있다. 이론적으로 교차결선된 두 상의 전류값은 벡터적으로 합성되어 동일한 값을 가져야 하나 계측오차를 고려하여 허용오차를 설정함으로써 오결선 감지의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 두 상의 평균 역률에 대한 기 설정치는 이론적으로 50%일 수 있다. 그러나, 이는 계량기기의 고유오차 및 부하 사용 조건에 따라 차이가 날 수 있다. 따라서, 기 설정치는 50%를 기준으로, 사용자에 의해 설정된 오차 범위 또는 계량기기의 고유오차 및 부하 사용 조건에 따른 오차 범위를 고려한 값으로 설정될 수 있다.
표시부(44)는 판단부(43)에 의해 오결선으로 판단된 경우 오결선 정보를 표시하기 위한 것으로, 예를 들어 LCD, LED 등의 디스플레이 장치로 구현될 수 있다.
통신부(45)는 판단부(43)에 의해 오결선으로 판단된 경우 오결선 정보를 외부 기기, 예를 들어 사용자 휴대단말, 서버장치 등으로 전송하기 위한 것으로, 예를 들어 통상의 기술자에게 알려진 유/무선 기술로 구현될 수 있다.
도 4를 참조하여 상술한 오결선 감지 장치(40)는, 예를 들어 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함하는 컴퓨팅 디바이스에 의해 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오결선 감지 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 우선, 측정된 각 상의 전압값 및 전류값을 기초로 각 상의 유효전력, 무효전력, 전압 실효값, 전류 실효값, 전압 전류 위상각과, 상간 위상각을 포함하는 파라미터를 산출할 수 있다(S51).
이후, 어느 두 상의 전류 실효값의 크기가 기 설정된 허용오차 이내의 범위에서 동일한지 여부를 판단하고(S52), 동일한 경우 동일한 두 상의 평균 역률이 기 설정치(예를 들어, 50%) 이하인지 여부를 판단한다(S53). 여기서, 기 설정된 허용오차 및 기 설정치는 도 4를 참조하여 상술한 바와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상술한 S52 및 S53의 판단 조건을 모두 만족하는 경우 오결선으로 판단할 수 있다(S54).
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
40: 오결선 감지 장치
41: 측정부
42: 산출부
43: 판단부
44: 표시부
45: 통신부

Claims (5)

  1. 각 상의 전압값 및 전류값을 측정하는 측정부;
    상기 측정부에 의해 측정된 각 상의 전압값 및 전류값을 기초로, 각 상의 유효전력, 무효전력, 전압 실효값(RMS, Root Mean Square value), 전류 실효값, 전압 전류 위상각과, 상간 위상각을 포함하는 파라미터를 산출하는 산출부; 및
    상기 산출부에 의해 산출된 파라미터를 기초로 기 설정된 조건을 만족하는지 판단하여 오결선 여부를 판단하는 판단부를 포함하며,
    상기 기 설정된 조건은, 어느 두 상의 전류 실효값의 크기가 동일하고, 전류 실효값의 크기가 동일한 두 상의 평균 역률이 기 설정치 이하인 경우를 포함하는 오결선 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단부는 어느 두 상의 전류 실효값이 기 설정된 허용오차 범위 내인 경우 동일한 것으로 판단하는 오결선 감지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단부에 의해 오결선으로 판단된 경우 오결선 정보를 표시하는 표시부를 더 포함하는 오결선 감지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단부에 의해 오결선으로 판단된 경우 오결선 정보를 외부 기기로 전송하는 통신부를 더 포함하는 오결선 감지 장치.
  5. 각 상의 전압값 및 전류값을 기초로, 각 상의 유효전력, 무효전력, 전압 실효값(RMS, Root Mean Square value), 전류 실효값, 전압 전류 위상각과, 상간 위상각을 산출하는 단계;
    어느 두 상의 전류 실효값의 크기가 기 설정된 허용오차 이내의 범위에서 동일한지 여부를 판단하는 단계;
    동일하다고 판단된 두 상의 평균 역률이 기 설정치 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 평균 역률이 기 설정치 이하인 경우 오결선으로 판단하는 단계를 포함하는 오결선 감지 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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