| [전력기술동향 ②] 유 · 무선망을 혼용한 전력량 측정 기술 및 Wi-GEM | |
| 2011-11-03 | |
 Ferrite 분할 변류기｜페라이트 소재는 투자율이 높고 포화 특성은 낮다. 이러한 결점은 50/60㎐의 어플리케이션에서 나타난다. 그러나 최근 소재 개발로 다양한 범위의 파워 모니터링 어플리케이션에 적용하도록 만들었다. 새로운 타입들은 투자율을 상당히 개선했으며, 50/60㎐에서 낮은 마그네틱 포화 수준에도 FeSi나 FeNi 코어를 대체하는 제품으로 사용할 수 있다. 새 페라이트 코어를 사용한 분할 변류기는 50/60㎐ 어플리케이션 분야를 포함한 확장 주파수 범위에서 AC 전류를 정밀하게 측정한다. 이 제품은 매우 낮은 전류 수준에서도 우수한 정밀도와 직진성을 제공하는 특정 페라이트 품질의 최적 설계가 가능하다. 특히, 실제 활성 전력과 에너지의 정밀한 측정에 필수적인 입력과 출력 사이의 낮은 위상차를 특징으로 한다. 단단하고 밀도가 높은 코어는 에어 갭Air Gaps을 최소로 하고, 이 제품들은 FeSi나 FeNi와 같은 다른 소재에 비해 수명과 온도 변화에 덜 민감하고 코어의 녹 방지 문제 설계도 용이하다. FeSi 분할 변류기｜가격 면에서 적절한 FeSi는 분할 변류기에 폭넓게 이용한다. FeSi로 얻는 특성은 일반적으로 낮은데, 특히 낮은 전류 수준에서 직진성이 떨어지고 높은 값의 위상차가 발생한다. 이것은 높은 정밀도가 필요 없는 파워 모니터링에서 꽤 높은 전류를 측정하는 데 용이하다. FeSi 분할 변류기의 단점은 제품이 매우 크고 무거워진다는 것이다. 그렇기에 제한된 공간에 설치해야 하는 환경에 적절하지 않다. FeNi 분할 변류기｜FeNi는 분할 변류기의 장기간 사용에 좀 더 나은 소재다. 이 제품은 좋은 특성을 제공하지만 가격이 비싸다. 낮은 전류를 측정하거나, 정밀도와 위상차를 중요시하는 환경에서 FeSi의 훌륭한 대안이다. 가격을 제외한 단점은 산업 시설이나 패널 보드 내부에서 FeSi 분할 변류기와 마찬가지로 공간을 상당히 차지한다는 것이다. 그러나 광대역 폭 주파수 모니터링에 적합한 소재다.  분할 로고스키 코일은 분할형 및 측정하는 도체에 쉽게 거는 플렉시블 소재로 만든다. 코일 끝에 두 개의 출력 터미널이 있고, 비도체 한쪽 끝부터 시작해 다른 한쪽 끝까지 감아 되돌아오는 리드 와이어 나선형 코일로 이뤄진다. 최적의 설치 특성을 제공하기 위해 관련 전류 측정 범위에 따라 길이를 선택한다. 이 기술은 입력 전류에 비례하는 출력 전압을 유도하도록 1차 전류 변화율에 매우 정밀한 감지를 제공한다. 전자 적분기 회로는 입력 전류에 비례하는 전압신호를 출력 신호로 바꾸기 위해 필요하다. 다시 말해 추가적인 전자 부품과 보정으로 분할 로고스키 코일은 매우 정밀한 구조와 직진성을 가진 전류 센서가 된다. 분할 로고스키 코일은 전류 트랜스포머보다 낮은 인덕턴스를 갖고, 마그네틱 코어 소재를 사용하지 않기에 마그네틱 코어 소재를 사용한 분할 변류기에 비해 주파수 특성이 좋다. 이것은 포화를 발생시키는 코어를 사용하지 않기에 높은 1차 전류에서도 매우 정밀한 출력을 나타낸다. 그러므로 분할 로고스키 코일은 특히 높거나 빠른 전류 변화를 갖는 파워 측정 시스템에 적용하기 좋다.  전자적인 방해에 대해 내구성을 높이려면 균일한 2차 코일 권선이 필요한데, 이 점은 분할 로고스키 코일의 제조 능력에 좌우된다. 또 다른 특징은 제품을 여닫는 부분이 코일 간 단절을 유도하는데, 이는 외부 도체에 대한 민감성과 루프 안에서 측정 도체의 관통 위치를 결정한다.   * 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다. Locking 또는 Clamping 시스템은 코일 끝의 매우 정밀하고 재생 가능한 부분과 높은 대칭성을 확실하게 해야 한다. 이 영역에 대해 최근 나타난 새로운 기술은 특별히 기계적이고 전기적인 특성으로, 보다 우수한 정밀도와 1차 케이블 위치에 대한 내구성을 가능하게 했다. 기존 1차 전류 케이블의 관통 위치에 의한 오차율이 50/60㎐ 주파수 영역에서 ±3% 였던 반면, 최근 개발한 분할 로고스키 코일은 ±0.5% 정도로 오차율이 매우 낮다. 로고스키 코일 테크놀로지는 대전류 측정을 위한 성능이 좋을 뿐만 아니라 작고 가벼우며 플렉시블한 분할 변류기다. 하지만 이 제품들이 최적의 특성을 내려면 신호 변환과 보정이 필요하다. 설계와 제조공정에서 개선을 통해 로고스키 코일은 제품의 가격과 1차 관통 전류의 위치에 따른 출력의 민감성을 줄였다. 이로 인해 로고스키 코일의 주요 문제점을 극복했다고 볼 수 있다. 측정 유닛의 이해와 구조 전력량을 측정하기 위한 핵심 장치가 바로 측정유닛이다. 이 측정 장치의 모양은 <그림 5>와 같으며, 현장 분전반에 설치된 모습은 <그림 6>과 같다. EMU 장치의 기본 전력량 측정과 관련된 기능은 다음과 같다. 측정 주기 설정｜10초~1분, 5분, 6분, 10분, 15분, 30분 설정 가능. 측정 항목｜
지그비 무선 통신 방식 이해 본 장치에서 응용하는 지그비 통신에 대한 간단한 기능은 다음과 같다.
EMU에서 측정된 전력량 데이터는 <그림 7>의 메시 라우터란 장치를 통해 <그림 8>의 메시 게이트까지 중계된다. 현장에 설치된 메시 라우터의 모습은 <그림 8>과같다. 이 메시 라우터 장치의 기본 규격은 다음과 같다.
메시 라우터에 의해 중계된 무선 데이터는 <그림 9>의 메시 게이트 장치를 통해 컴퓨터 서버에 직접연결 또는 TCP/IP 컨버터 등에 의해 인트라넷 망에 연결돼 유선망으로 중계할 수도 있다. 현장 노트북에 설치된 모습은 <그림 10>과같다.  
종합 설치 구성 방식 이 장치를 이용한 유 · 무선 통합망 구축 방법은 <그림11>과같이구성할수있다. 실제로 현장에 설치한 종합 구성도는 <그림 12>와 같이 구성할 수 있다.  이 장치를 통해 그동안 공장을 포함한 대형 건물 등에서 사무실별, 부서별, 설비별 에너지 사용량을 계량하기 위해 계량기 자체 비용보다 설비 정전 후 설치 문제, 통합 관리를 위한 유선 감시망 구축에 따른 케이블 및 배관 설치 공사, 인테리어 손상, 복구 등에 드는 막대한 비용 문제를 해결할 수 있다. 선진국은 이러한 필요성을 인지해 이미 유사 제품을 개발해 전 세계에 판매하지만, 장비 가격이 유선 방식에 비해 상대적으로 비싸 시장에서 크게 활성화되지 못했다. 하지만 국내에서 이에 대한 모든 문제를 해결함으로써 앞으로 탄소 발생량 감소를 위한 에너지절감에 대한 에너지 측정과 절감 실적에 대한 사후평가와 향후 에너지 절감 대책 수립 업무가 매우 용이해졌다. 핵심 기술은 전기 용접기와 전기 모터 등 순간적인 전력량 변화까지 전력량을 정확하게 측정하는 한국전력의 전력량 측정 방식과 동일하게 측정하는 알고리즘을 채택한 전력량 측정 센서다.  
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