중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템{METERING SYSTEM USING THREE-PHASE THREE-WIRE SYSTEM FOR NEUTRAL GROUNDING CUSTOMER}

본 발명은 계량 시스템에 관한 것이고, 보다 상세하게 3상3선식 2소자 계량방식에 있어서, 중성점을 접지한 중성점 접지 고객에게 적용될 수 있는 3상3선식 2소자 계량 시스템 에 관한 것이다.

국내 154kV 고객의 전력량 계량은 3상(A상, B상, C상) 전압을 측정하고, 전류는 2상(A상, C상) 또는 3상(A상, B상, C상) 전류를 측정함으로써 이루어진다. 이러한 전력량 계량 방식은 크게 3상 4선식 계량 방식과 3상 3선식 계량 방식으로 나뉠 수 있다.

3상 4선식 계량 방식 구체적으로, 3상 4선식 3소자 계량방식은 고객에게 3개의 계기용 변류기(CT)를 설치하고, 모든 상(A상, B상, C상)의 전류를 측정하는 방식을 나타낸다. 이러한 3상 4선식 3소자 계량방식의 경우, 변압기의 중성점의 접지 여부와 관계 없이, 정확한 전력량 산정이 가능한 장점이 존재한다.

또한, 3상 3선식 계량 방식은 변압기의 1차측을 Y 결선한 고객에 대해 이루어지는 방식으로서, 고객에게 2개의 계기용 변류기(CT)를 설치하고, 계기용 변류기(CT)의 출력 결과를 이용하여 전력량을 산정하는 기술을 나타낸다. 다만, 3상 3선식 계량 방식의 경우, 중성점의 접지 여부에 따라 전력량 산정시 오차가 발생할 수 있는 문제점이 존재한다.

구체적으로, 신규로 전력공급을 받는 고객이 초기에 중성점을 비접지로 하면, 2개의 CT를 설치하고, 3상3선_2소자 계량방식을 적용하여도 전력량 산정에 오차가 발생되지 않는다. 반면, 전력공급 이후에 발전기를 설치하면, 전력 공급사와 발전기 병렬운전 조작 합의에 의해 고장전압 상승 억제 등을 이유로 중성점을 접지하여 운용하게 된다. 이 경우, 중성선에 흐르는 전류에 의해 계량 오차가 발생하게 된다.

이에 관련하여, 종래에는 상술한 계량 오차를 보정하기 위해 변압기의 중성선에 별도의 계기용 변류기(CT)를 설치하고, 이를 근거로 계량 오차를 보정하는 방법들이 연구되었다. 다만, 이러한 종래 기술의 경우, 계기용 변류기(CT)의 오결선 문제, 계량기의 수량을 증가시키는 문제 또는 계기용 변류기(CT)의 결선 변경으로 인해 작업자에게 혼동을 주는 문제 등이 존재하였다.

이에 관련하여, 발명의 명칭이 "154KV(2CT, 3PT) 중성점 접지방식 3상전력 계량방법"인 한국등록특허 제0591437호가 존재한다.

본 발명은 중성점 접지 고객에게도 계량 오차 없이 정확한 계량 결과를 제공할 수 있는 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 중성점을 접지한 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템은 변압기; A상 선로, B상 선로 및 C상 선로에 연결되고, A상, B상 및 C상 중 A상 및 C상에 대한 전류를 계측하는 계기용 변압 변류기; 및 A상에 대한 전류와 상기 C상에 대한 전류를 이용하여 3상 3선식 계량을 수행하는 전력량계를 포함하고, 변압기와 계기용 변압 변류기를 연결하는 3개의 연결 선로들 중 B상 연결 선로의 외부에 설치되고, B상에 대한 전류를 측정하는 관통형 변류기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 관통형 변류기는 K 단자와 L 단자를 포함하고, 관통형 변류기의 K 단자는 전력량계의 제 2 입력부에 연결될 수 있다.

또한, 계기용 변압 변류기는 제 1 권선형 변류기 및 제 2 권선형 변류기를 포함하고, 제 1 권선형 변류기는 A상 선로에 연결되고, 제 2 권선형 변류기는 C상 선로에 연결될 수 있다.

또한, 제 1 권선형 변류기의 K 단자는 전력량계의 제 1 입력부에 연결되고, 제 2 권선형 변류기의 K 단자는 전력량계의 제 3 입력부에 연결될 수 있다.

또한, 전력량계의 출력부는 계기용 변압 변류기에 포함된 제 1 권선형 변류기와 제 2 권선형 변류기, 그리고 관통형 변류기 각각의 L 단자에 연결될 수 있다.

또한, 관통형 변류기는 B상 연결 선로를 둘러싸도록 설치되고, 상기 관통형 변류기의 내주연과 상기 B상 연결 선로는 서로 이격될 수 있다.

또한, 관통형 변류기는 실리콘을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템에 따르면 기존에 제안한 N상에 CT를 설치하는 3상3선_2소자 계량방식 보완 방식의 문제점이 발생되지 않도록 GIB나 케이블의 외부에 관통형 CT를 설치하여 B상 전류를 측정하므로 3상4선식 3소자 계량방식과 동일하게 전력량 계량이 가능하고, CT 일체형 GIS 교체설치를 위한 작업 및 정전이 수반되지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템에 대한 회로도이다.
도 3은 3상 4선식 3소자 방식의 계량 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 3상 3선식 2소자 방식의 계량 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5a는 종래 기술의 제 1 예시에 따른 계량 시스템에 대한 개념도이다.
도 5b는 종래 기술의 제 1 예시에 따른 계량 시스템에 대한 회로도이다.
도 6a는 종래 기술의 제 2 예시에 따른 계량 시스템에 대한 개념도이다.
도 6b는 종래 기술의 제 2 예시에 따른 계량 시스템에 대한 회로도이다.
도 7a 및 도 7b는 종래 기술의 제 3 예시에 따른 계량 시스템에 대한 개념도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템을 설명하기 앞서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 더 구체적으로 설명한다.

도 4는 3상 3선식 2소자 방식의 계량 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 3상 3선식 2소자 계량 방식의 경우, 변압기의 1차측이 Y 결선한 고객에 적용되는 방식이다. 도 4에 도시된 3상 3선식 2소자 계량 방식에서 전력량 산정은 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

수학식 1에서, 첨자 a는 A상을 나타내는 첨자이고, b는 B상을 나타내는 첨자이며, c는 C상을 나타내는 첨자를 나타낸다. 여기서, A상 전류, B상 전류 및 C상 전류와 중성선 전류의 관계는 수학식 2 및 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.

수학식 2 및 수학식 3에서, 첨자 n은 중성선을 나타낸다. 수학식 3을 수학식 1에 적용하면 다음의 수학식 4가 도출될 수 있다.

그리고, 3상 4선식 계량 방식에 따른 전력량 산정 방법은 다음의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.

즉, 수학식 4를 참조로 언급된 3상 3선식 계량 방식에 따른 전력량 산정 방법과 수학식 5를 참조로 언급된 3상 4선식 계량 방식에 따른 전력량 산정 방법을 비교하면, -V _b I _n 만큼의 계량 오차가 존재함을 확인할 수 있다.

중성점을 접지하지 않을 경우 중성선에 흐르는 전류는 0이 되므로 계량오차 -V _b I _n 는 0이 되어 오차가 발생되지 않으므로 2개의 CT만 설치해도 정확한 전력량 산정이 가능하다. 그러나 중성점을 접지할 경우 부하 불평형이나 고조파 등에 의하여 중성선에 전류가 흐르면, B상 전압과 중성선에 흐르는 전류가 모두 0이 아니므로 -V _b I _n 만큼의 계량오차가 발생된다.

위에서 설명한 바와 같이, 신규로 전력공급을 받는 고객이 초기에 중성점을 비접지로 하면, 2개의 CT를 설치하고, 3상3선_2소자 계량방식을 적용하여도 전력량 산정에 오차가 발생되지 않는다. 반면, 전력공급 이후에 발전기를 설치한 경우에는 고장전압 상승 억제 등을 이유로 중성점을 접지하여 운용하게 되므로 중성선에 흐르는 전류에 의해 계량 오차가 발생하게 된다.

이러한 고객에 대한 종래의 기술에 따른 계량오차 보정 방안은 도 5 내지 도 7에 도시된다. 도 5a는 종래 기술의 제 1 예시에 따른 계량 시스템에 대한 개념도이다. 도 5b는 종래 기술의 제 1 예시에 따른 계량 시스템에 대한 회로도이다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 종래 기술의 제 1 예시는 변압기(51)의 중성선(N)에 변류기(54)를 설치하고, A상, C상 및 N상 전류로 B상 전류를 구현하는 방식이다. 이 경우, 3상 4선 방식의 전력량 계량이 가능하다.

즉, 종래기술의 제 1 예시의 경우, 도 5b에 도시된 것처럼, A상, C상 및 N상에 계기용 변류기를 설치하고, 계기용 변류기와 전력량계(52)를 연결시킴으로써 전력량을 산정하는 기술을 채택한다. 다만, 종래기술의 제 1 예시의 경우, 계량기 1차측에서 CT 중성점 접지할 수 없는 문제점이 존재한다. 뿐만 아니라, 종래기술의 제 1 예시의 경우 CT측의 K단자를 계량기의 B상 1차측 전류단자에 연결하고, L단자를 2차측 전류단자에 연결하므로, 일반적인 3상 4선식 방식과 결선방식이 상이하여, 작업자에게 오결선을 야기할 수 있는 문제점이 존재한다.

도 6a는 종래 기술의 제 2 예시에 따른 계량 시스템에 대한 개념도이다. 도 6b는 종래 기술의 제 2 예시에 따른 계량 시스템에 대한 회로도이다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 종래기술의 제 2 예시는 중성선용 계기용 변류기와, B상에 계량기를 추가하는 방식이다. 즉, 제 2 예시의 경우, N상 전류와 B상 전압을 이용하여 계량을 수행하는 방식이다. 다만, 제 2 예시의 경우, 3상 3선식 계량기 외에 추가로 별도의 계량기를 설치해야 하는 문제가 존재한다.

도 7a 및 도 7b는 종래 기술의 제 3 예시에 따른 계량 시스템에 대한 개념도이다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 종래 기술의 제 3 예시는 변압기 중성선(N)에 계기용 변류기를 설치하고 A, C, N상 전류로 구현된 B상 전류를 전력량 계 내부에서 계측하여 3상4선식 계량(CT 방식)을 수행하는 방식이다. 이 방식의 경우 중성선에 추가로 설치한 계기용 변류기에서 측정한 N상 전류를 계량기의 B상 전류단자에 입력하면, 앞서 언급한 제 1 예시 및 제 2 예시에 비해 전력량계의 외부 결선이 간결해지는 장점이 있다. 반면, 전력량계 내부에서는 도 7b에 도시된 것처럼 추가로 계기용 변류기의 결선 변경이 요구되는 문제점이 존재한다.

또한, 상술한 방법 외에 종래에는 변압기 1차측 B상 모선에 계기용 변류기를 추가로 설치하고, B상 전류를 측정하여 3상4선식 계량기에 적용하는 방식도 이용되었다. 이 경우, 일반적인 3상 4선식 전력계량방식과 동일한 계량방식이 되는 점에서 장점이 존재한다.

이 경우, 전력량 계량을 위하여 설치되는 계기용 변류기는 변압기 1차측에 설치되며, 변압기 1차측의 A, B, C, N상 모선은 모두 154kV의 높은 전압이 인가된다. 이에 따라, 안전 등을 고려하여 GIB(Gas Insulated Bus) 절연체 내부에 설치되어 있으므로, 계기용 변류기 설치를 위해서는 정전이 수반되며 많은 예산과 기간이 소요되는 문제점이 존재한다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)은 상술한 문제점을 야기하지 않고, 계량 오차를 보정할 수 있는 것을 특징으로 한다. 도 1 및 도 2를 참조하자.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)에 대한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)에 대한 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)은 변압기(110), 전력량계(120) 및 계기용 변압 변류기(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)에 포함된 각 구성들에 대한 설명이 이루어진다.

계기용 변압 변류기(130)는 고전압 대전류 회로의 전류를 계기나 계전기에 필요한 소전류로 변성하는 계기용 변류기(CT: Current Transformer)와 전압을 계기나 계전기에 필요한 저전압으로 변성하는 계기용 변압기(PT: Potential Transformer)를 포함하여 구성된다. 또한, 계기용 변압 변류기(130)의 2차측 출력은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력량계(120)에 연결된다.

3상 3선식 계량의 경우, 계기용 변압 변류기(130)는 2개의 계기용 변류기(CT)를 포함하여 구성될 수 있고, 각 계기용 변류기(CT)는 A상 전원 및 C상 전원에 설치될 수 있다. 구체적으로, 계기용 변압 변류기(130)는 제 1 권선형 변류기 및 제 2 권선형 변류기를 포함하고, 제 1 권선형 변류기는 A상 선로에 연결되고, 제 2 권선형 변류기는 C상 선로에 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 관통형 변류기(142)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 구체적으로, 관통형 변류기(142)는 계기용 변압 변류기(130)와 변압기(110) 사이의 연결 선로에 연결될 수 있다. 구체적으로, 관통형 변류기는 B상 연결 선로를 둘러싸도록 설치되고, 관통형 변류기의 내주연과 상기 B상 연결 선로가 서로 이격되도록 배치될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)은 권선형 변류기가 아닌 관통형 변류기(142)를 GIB(Gas Insulated Bus) 또는 B상 연결선로 외부에 설치함으로써, 3상 3선식 2소자 계량 방식에 따른 계량 오차를 보정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 관통형 변류기(142)에 따르면, 변류기의 설치시 정전을 수반하지 않으므로, 종래 기술 대비 장점이 있다.

이제, 도 2를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)의 결선 구조에 대한 설명이 더 이루어진다.

도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)에서, 계기용 변압 변류기(130)에 포함된 2개의 권선형 변류기(141, 143)와 상술한 관통형 변류기(142)는 전력량계(120)에 연결된다.

여기서, 전력량계(120)는 3개의 입력부(1S, 2S, 3S)와 3개의 출력부(1L, 2L, 3L)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제 1 입력부(1S)는 A상에 대한 데이터를 입력 받는 기능을 하고, 제 2 입력부(2S)는 B상에 대한 데이터를 입력 받는 기능을 하며, 제 3 입력부(3S)는 C상에 대한 데이터를 입력 받는 기능을 한다. 또한, 제 1 출력부(1L)는 A상에 대한 데이터를 출력하는 기능을 하고, 제 2 출력부(2L)는 B상에 대한 데이터를 출력하는 기능을 하며, 제 3 출력부(3L)는 C상에 대한 데이터를 출력하는 기능을 한다.

또한, 각 변류기는 각각 K 단자와 L 단자를 포함하는데, 제 1 권선형 변류기(141)의 K 단자는 전력량계(120)의 제 1 입력부(1S), 그리고 제 3 권선형 변류기(143)의 K 단자는 전력량계(120)의 제 3 입력부(3S)에 연결된다. 그리고, 관통형 변류기(142)의 K 단자는 전력량계(120)의 제 2 입력부(2S)에 연결된다.

그리고, 전력량계(120)는 3개의 출력부(1L, 2L, 3L)를 갖는데 3개의 출력부(1L, 2L, 3L)는 각각 변류기들의 L 단자에 연결된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량계(120)와, 변류기들(141, 142, 143) 간의 결선은 3상 4선식 결선 방법과 동일하게 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)에 따르면, 중성점 접지 고객에게도, 기존의 3상 4선식 결선 방법과 동일한 결선 방법을 제공할 수 있으므로, 결선 방식이 변경되는 종래 기술과는 달리 사용자의 혼동을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 3상 4선식 3소자 계량 방법을 수행할 수 있다. 일반적인 3상 4선식의(3소자 방식)의 계기용 변류기는 일반적으로 3개의 계기용 변류기 모두가 GIB 내부에 설치되어 있지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 2개의 계기용 변류기가 GIB 내부에 설치된 상태에서 1개의 변류기를 GIB 외부에 추가로 설치하는 형태로 구분할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)에 따르면, 일반적인 3상 4선식 3소자 계량 방법과 동일하게 3개의 계기용 변류기를 이용하여 3상 전류를 측정하므로, 전력량 계량은 수학식 5로 언급한 계량 방법을 수행할 수 있다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)의 경우, 2개의 상에 대한 전류는 GIB 내부에 설치된 변류기에 의해 측정되는 점에서, 일반적인 3상 4선식 계량 방법과 동일하나, 나머지 하나의 상의 경우, 일반적인 3상 4선식 계량 방법과 다르게 GIB 외부에 관통형 변류기를 설치하는 방식이다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)의 경우, 관통형 변류기를 제작하는 재질에 의한 영향을 고려해야 한다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 관통형 변류기는 실리콘 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 실리콘 재질의 관통형 변류기는 전류의 크기가 매우 작을 경우, 정밀도가 떨어지는 문제점이 존재하나, 특수재질로 제작된 코어를 사용하고, 오차 보정 기술을 적용하면 작은 전류에서도 정밀도를 유지할 수 있는 장점이 있다.

이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템(100)은 종래기술의 제 1 예시의 계량기 1차측에서 CT 중성점 접지할 수 없는 문제점, 종래기술의 제 2 예시의 3상3선식 계량기 외에 추가적으로 계량기를 추가 설치해야 하는 문제점, 종래기술의 제 3 예시의 계량기 내부에서 CT 결선의 변경이 필요한 문제점, 그리고 계기용 변류기가 GIB 내부에 설치되어 정전이 수반되고, 예산과 기간이 소요되는 문제점 모두를 해소할 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 중성점 접지 고객용 3상3선식 2소자 계량 시스템.
110 : 변압기 120 : 전력량계
130 : 계기용 변압 변류기