2차과제_전력량계

[송승호]

 

전력량계(Watt Hour Meter; WHM)는 전기 사용량을 측정하는 계기로서 일반 가정뿐만 아니라 전기를 사용하는 어느 곳에서도 설치되어 있는 기기입니다. 전력량계의 종류로는 유도형 전력량계, 전자식 전력량계, 선납금 전력량계(Prepayment System)등이 있습니다. 이 중에서 현재까지 가장 많이 사용되고 있는 유도형 전력량계에 대해 알아보겠습니다.

1. 전력량계란?

 - 전력량계는 가정용 및 산업용에 사용하여 소비 전력량을 측정하는 계기로서 일반적으로 한국 산업 규격명칭으로 보통 전력량계(Watt Hour Meter)로 표기되어 있으며 약호로 WHM로 표기합니다. 보통전력량계는 공급전압과 전류를 곱한 값에 시간이 가산됨으로 사용된 전력량을 표시하는 계기입니다. 전력량을 구하는 공식은 Wh(전력량)=E(전압)*I(전류)*cosφ(역률)*t(시간)입니다.

2. 용도에 따른 분류

 - 전력량계를 용도에 따라 여러 가지로 분류 할 수 있지만 크게 정밀도에 의한 분류, 적용회로에 따른 분류, 사용방식 및 설치 방식에 의하여 분류 됩니다.

가. 정밀도에 의한 분류

 - 전력량계의 정밀도에는 ±2.0%, ±1.0%, ±0.5%로 표기되어있는데 이는 전력량계가 측정한 전력량의 오차범위를 나타냅니다. 즉 ±2.0%라고하면 측정한 전력량의 오차범위가 ±2.0%이내라고 보면 됩니다. 오차범위가 적을수록 고정밀 제품입니다. 500kWal만의 수용가의 경우에는 ±2.0%ml 보통 전력량계를 사용하면 500~10,000kW범위의 수용가 에서는 ±1.0%의 정밀전력량계를 사용하며, 10,000kW 이상의 수용가에서는 정밀도 ±0.5% 이내의 특별 전력량계를 적용하고 있습니다.

나. 적용회로에 따른 분류

 - 간선방식에 따른 단상2선식, 3상3선식, 3상4선식 제품이 있으며 일반적인 외관은 그림과 같습니다.

다. 사용방식에 의한 분류

 - 사용부하에 직접 연결하여 전력량을 측정하는 단독계기와 전압이 고압일 경우나, 전류량이 전력량계가 측정 할 수 있는 범위를 넘는 경우, 계기용 변압기 PT, 계기용 변성기 CT등을 조합하여 간접적으로 전력량을 측정하는 변성기부 계기로 나누어집니다.

라. 설치방식에 의한 분류

(1) 표면취부형 : 일반적으로 범용 방식으로 건물의 벽 표면에 걸어 고졍할 수 있도록 외함 구조를 가진 가장 일반적인 제품입니다.

(2) 배전반 매입형 : 전력 배전반 등에 일반 전기계기와 같이 표면에 노출되지 않게 설치할 수 있도록 한 외함 구조를 가진 제품입니다.

(3) 소켓형 : 특히 미국의 ANSI규격을 따르는 지역에서 많이 사용되며 단자의 결선작업 없이 전용 소켓과 직접 결합할 수 있도록 설치된 제품입니다.

이외에도 사용환경에 따라 설치장소에 따라 옥내형, 외부 설치의 경우에는 사용환경에 따른 보통 내후형, 강화 내후형으로 구분하기도 합니다.

3. 유도형 전력량계 동작 원리 및 기본 구조

유도형 전력량계는 그림과 같이 자계에 의한 회전력발생원리를 이용하여 회전 원판이 동작되며 전력 사용량 증감에 따라 회전속도가 가,가감됨에 따라 전력량을 측정하게 된다. 구동 회전력을 구하는 공식은 아래와 같다. 구동회전력:D = K ×(ΦP) ×(ΦC) ×sin Φ (K:비례상수, , ΦP:전압권선에 의한 원판을 통과하는 자속, ΦC:전류권선에 의한 원판을 통과하는 자속, sin Φ: ΦP 와 ΦC의 위상차 각) 유도형 계량기의 주요 구성은 구동장치, 그림2. 유도형 전력량계 내부 구조도 조정장치, 제어장치 그리고 계량장치로 나누어진다. 구동장치는 전압,전류소자를 이용하여 회전원판을 구동하는 장치이며, 조정장치는 회전자의 속도가 전력에 정확하게 비례하도록 조정하는 장치이다. 제어 장치는 회전자를 전력에 비례한 속도에서 회전 시키도록 하며 계량장치는 회전자의 회전수를 적산하는 장치이다.

4. 전력량계 명판 및 외부 구조

ⓐ 정밀도를 나타내고 2.0급이라 함은 오차율 ±2% 이내라는 의미 입니다

ⓑ 품질보증기간을 표시하며 자사의 경우는 제조일로부터 30개월 입니다.

ⓒ 전력량계 사용량을 나타내며 만일 CT, PT 와 연결되는 변성기취부형일 경우는 이 값에

CT, PT의 배율만큼을 곱해줘야 실제 사용 전력량을 얻을 수 있습니다

ⓓ 계량기의 상선식을 나타내며 단상 2선식, 3상 3선식, 3상 4선식 등과 같이 표기 됩니다.

ⓔ 각 제조사의 고유 모델명입니다.

ⓕ 현재 전력을 사용하고 있을 때 원판이 회전하게 됩니다.

ⓖ 전력량계의 정격전압, 정격전류, 주파수를 나타냅니다.

ⓗ 계기정수라고 하며 1kWh를 측정하는데 소요되는 원판 회전 수를 나타냅니다. 그림의 600rev/kWh는 전력량계가 1kWh를 측정하는데 원판이 600번 회전 한다는 의미입니다.

ⓘ 제조년월을 표시합니다.

ⓙ 전력량계에서 측정된 값은 법적인 근거로 활용되어 요금을 부과함에 따라 임의 조작을

할 수 없도록 전면 커버 및 단자 커버에 봉인을 하게 되어있습니다.

ⓚ 전압연결핀 또는 테스트 핀이라고도 하며 전압과 전류를 분리하며 각종 시험 시에 활용합니다.(현장 설치 사용시 : 단자와 결합, 제품 테스트 활용시: 단자와 분리)

ⓛ 단자부분이며 전원측과 부하 측을 분리해서 결선을 하게 되어있습니다.

5. 전력량계의 선정방법

전력량계의 선정방법은 위에서도 잠깐 논의 되었지만, 아래 표에 따라 선정하면 된다.

1)상선식에 의한 계량기 선정

상선식	적합 전력량계
단상 2선식 회로(1P-2W)	단상 2선식 전력량계
3상 3선식 회로(3P-3W)	3상 3선식 전력량계
3상 4선식 회로(3P-4W)	3상 4선식 전력량계

2)부착방식에 의한 선정

부착방식	적합 전력량계
표면부착 표면접속	노출형 전력량계
매입부착 배면접속	매입형 전력량계(형명끝에 “Te"표기)
3상 4선식 회로(3P-4W)	3상 4선식 전력량계

3)단독계기/변성기부계기 선정기준

용량	적합 전력량계
전압 : 220V 초과	변성기부계기 (PT,CT 조합 사용)
전압 : 220V 이하 전류 : 120A 이상	변성기부계기 (CT 조합 사용)
전압 : 220V 이하 전류 : 120A 이하	단독계기 사용

표. 전력량계 선정방법

!! 상식 !!

1)전력량계 정격을 보면 30(10)A라고 표기되어있는데 그 의미는?

 - 정격 전류라 함은 괄호 밖 30을 발하며 이는 최대 부하 전류를 30A까지 적용할 수 있다는 뜻입니다.

괄호안의 10은 KS규격상의 기준 전류라 하여 실제적으로 사용자 입장에서는 의미가 없으며 단지, KS규격에 계기를 구분하는 기중이 되는 값입니다. 괄호 안의 숫자(기준전류)와 괄호 밖의 숫자(정격전류)의 배수를 가지고  II형(200%), III형(300%), IV형(400%)으로 구분하고 있으며,

아래와 같은 전류 범위에서 계기가 갖고 있는 오차를 보증 한다는 의미 입니다.

1. II형 계기 : (1/20 ×정격전류) ~ (정격전류)

2. III형 계기 : (1/30 ×정격전류) ~ (정격전류)

3. IV형 계기 : (1/40 ×정격전류) ~ (정격전류)

즉, 예를들어 60(20)A 는 III형 계기이고(정격전류가 기준전류의 3배), 60A는 정격전류로 이는 최대 사용할 수 있는 전류값이며, 주어진 오차를 만족하는 최소 전류범위는 2A (1/30 ×60A) 입니다. 2A 이하에서도 사용 할 수는 있으나, 2A 이하에서는 오차를 시험하지는 않는다는 의미입니다.

2) 전력량계의 검정유효기간이란 무엇이고 기간은 어떻게 되는가?

일반 저압에서는 110/220/380V 전원에 직접 연결하여 계량기를 사용할 수 있지만 고압계통에서는 직접연결시 계량기가 소손 되거나 파손되기 때문에 PT 와 CT를 통해 전압과 전류를 계량기에 맞게 일정 비율로 떨어뜨린 후 계량기에 연결하게 됩니다.

이러한 계량기를 앞서말한 변성기 취부형전력량계라고 합니다.

따라서 변성기취부형 계량기를 통해 얻은 전력사용량은 실제 계통의 사용량이 아니며, CT와 PT의 비율만큼 감안해 주어야 실제적인 사용량을 얻을 수 있는 것입니다.

예를 들어 CT와 PT를 통해 측정된 변성기취부형 계량기의 전력사용량이 5kWh라고 하고 CT비가 20/5 이고 PT비가 660/110 이였다고 하면 실제 전력 사용량은

5(계량기 측정전력량)*4(CT승률)*6(PT승률)=120kWh

가 되는 것입니다.