KR0155299B1 - 아크고장 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실험실등 저압 조건하에서 고압계통의 이상시 발생하는 아크를 수반하는 고장현상을 일으키는 실험용 고장 발생장치에 관한 것으로 전력설비의 고장현상을 파악하여 원인과 대책을 마련하기 위한 연구 및 교육용 설비이다.

지금까지는 이러한 현상을 실제 규모인 고전압 하에서 수행해 왔으나 인력, 물자소모, 계통조건 및 실험에 대한 위험부담 등으로 다양한 시험이 사실상 곤란하였으며 충분한 시험자료를 얻기 위한 많은 횟수의 시험시도가 어렵고 극히 제한적인 시험만을 수행할 수밖에 없었다.

따라서 저전압으로 구성된 모의 실험설비가 요구되며 이때 필연적으로 필요한 저전압 전극간에 자연고장 현상과 유사한 아크고장이 다양한 형태로 발생되어야 하는바 본 발명은 저압 시험회로에 아크고장을 임의로 인가시키므로서 고장에 수반된 제반전기 현상의 특성 및 분석에 유용한 연구시험 및 교육용 장치이다.

Description

아크 고장 발생 장치

제1도는 본 발명에 따른 아크고장 발생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.

제2도는 제1도에서 고장 및 상 선택부의 상세도.

제3도는 제1도에서 고압발생부 및 고장검출부의 상세도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 변압기 200 : 차단기

300 : 고장 및 상 선택부 400, 500, 600 : 아크고장발생회로

401, 501, 601 : 주전극 402, 502, 602 : 보조전극

410, 510, 610 : 고압발생부 420, 520, 620 : 고장검출부

460, 560, 660 : 아크 발생부

본 발명은 특고압(extra-high voltage)을 포함하는 고전압의 전력회로에서 발생되는 아크(arc)를 수반하는 고장(이하, 아크고장이라함) 현상을 모의하기 위한 장치에 관한 것으로서, 실험실 레벨의 저전압 회로에서 아크 방전(arc discharge)을 안전하게 인위적으로 발생시켜, 전력계통 및 각종 전력설비에서 일어나는 아크고장 현상을 파악, 분석하고, 그 고장현상에 대한 원인규정 및 보호대책 등을 연구개발하는데 실험용으로 이용하거나 또는 아크고장 현상에 대한 교육 실험용으로 이용하는 장치에 관한 것이다.

전력계통에서의 고장은 대부분이 아크고장인데, 아직까지 이에 대한 보호대책이 미비한 설정이며 이의 현상분석 및 대책기술개발이 필요하다.

이를 위하여는 아크고장 재현이 필요한데, 실제의 고전압 전력계통이나 전력기기에서 강제적으로 아크고장을 발생시켜 실험한다는 것은 경비가 막대하게 소요될 뿐만 아니라 안전문제도 있어 실제 규모의 아크고장을 일으켜 이용하기는 매우 어렵다.

일반적으로 공기속에서의 섬락(Spark discharge)이나 아크방전은 전압과 시간사이의 관계가 반한시적인 성질을 갖고 있다.

즉, 전극간의 전압이 높아도 전극사이에 있는 공기가 절연파괴(공기의 전리개시 및 파괴)되기 까지에는 시간지연이 있기 때문에 더욱이 전압이 낮은 저압회로에서는 원하는 시간에 안정된 아크고장을 얻기가 곤란하다.

전극간의 간격을 아무리 작게 하여도 시간지연은 있으며 전극간의 간격이 너무 작은 경우에는 아크가 발생된다 하여도 아크의 길이가 짧아 자연스런 아크의 성질과 달라 이용할 수가 없는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 저전압에서 안정적으로 아크고장 현상을 발생시켜, 손쉽고 안전하게 연구개발 시험 및 아크현상 교육교재로 사용가능한 아크 발생장치를 제공하는 것이다.

앞의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는 실험실 또는 저압 회로상에서 필요로 하는 자연스런 고장현상을 발생시키기 위해 주전극(상-상간, 상-대지간)외에 아크발생을 돕기 위한 매우 예리한 모양의 별도 보조전극을 구성하고 이에 고전압을 인가하여 시험계통에서 고장을 일으킬 수 있도록 한다.

기술적인 특징으로서, 본 발명은 시험계통내에 설치된 고장발생 조작신호에 의해 점화되는 고압(15000V)의 보조전극을 포함하여 보조전극의 선행방전으로 저압이 가해진 주전극 양단 사이에 아크방전을 일으키게 되는 방전수단과; 계통의 회로상에서 3상단락, 2상단락, 3상지락, 2상지락 및 1상지락과 같이 필요로 하는 고장상을 선택하기 위한 고장상 선택수단 및; 아크방전이 이행된 후 사고가 계통에 발생된 것을 검출하여 주회로를 차단하고 표시, 계측하기 위한 수단을 포함한다.

이제부터 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 대해 상세히 설명하도록 하겠다.

제1도는 본 발명에 따른 아크고장 발생장치를 나타낸 것이다. 도면에서, 참조번호 100은 변압기를 나타내고, 200은 차단기, 300은 고장 및 상 선택부, 400, 500, 600은 각각 아크고장 발생회로를 나타낸 것이다.

도면의 좌측 부분은 시험용 변압기(100)가 설치되어 있는 경우를 예시한 것으로, 3상 star결선(星刑結線)된 2차측을 나타내고 있다.

변압기가 없는 경우에는 그 2차측 출력 A상(101), B상(102), C상(103) 및 N상(104)을 전원설비 또는 수전설비의 3상 4선식 입력으로 동일하게 간주하면 된다.

변압기(100)의 출력단 또는 수전입력단 A, B, C에 연결되는 차단기(200)는 본 발명에 따른 회로의 부하전류를 개폐하고 또 고장발생시 자동적으로 회로를 차단하여 설비를 보호하는 역할을 하는 것으로, 제1도의 전기회로에는 선간 440V의 전압, 그리고 대지간 400/V의 전압으로 이루어져 있다.

고장 및 상 선택부(300)는 고장을 일으키고자 하는 계통에 4선으로 이루어진 단자(A₁, B₁, C₁, N)를 연결하므로서 아크고장 발생회로가 주회로에 장착이 되며 내부에서는 단락이나 지락과 같은 고장종류와 A, B, C의 각 상을 동시에 임의로 선택할 수 있다. 고장 및 상 선택부(300)의 내부구주에 대해서는 추후 제2도를 참조하여 상세히 설명하겠다.

아크고장 발생회로들(400), (500), (600)은 각각 3개의 구성요소들 즉, 고압발생부(410), (510), (610)와 고장검출부(420), (520), (620) 및 아크발생부(460), (560), (660)으로 이루어진다.

고압발생부(410), (510), (610) 각각은 아크 방전을 위한 고전압을 발생시킨다. 고장검출부(420), (520), (620) 각각은 아크 고장이 발생하였을 때 고장을 검출하여 회로를 차단하고 계측기 측정 및 기타 응용기기 신호원으로 활용된다.

아크고장 발생회로들(400), (500), (600) 각각은 주전극(401), (501), (601) 및 보조전극(402), (502), (602)로 구성되어 고전압에 의해 아크 방전을 일으킨다. 아크고장 발생회로(400), (500), (600)에 대해서는 추후 제3도를 참조하여 상세히 설명하겠다.

제2도는 본 발명에 따른 아크고장 발생장치의 고장 및 상 선택부(300)의 상세한 구성을 나타낸 것이다.

제2도에는 고장 및 상 선택부(300)와 주전극들(401), (501), (601)간의 상세한 결선이 도시되어 있다.

제2도에서, 참조번호 301, 302, 303은 각각 고장의 종류 및 상을 선택하기 위한 전환스위치를 나타내고, 401, 501, 601은 아크고장 발생회로들(400), (500), (600) 각각의 주전극을 나타내고, 407은 차단기(200)의 출력단자와 접지에 연결되는 제1단자대를 나타내고, 408 및 409는 전환스위치들(301, 302, 303)과 주전극들(401, 501, 601)을 상호 연결하는 제2 및 제3단자대를 각각 나타낸다.

제1단자대(407)는 아크 고장 시험을 하고자 하는 전력설비(예를 들면, 제1도의 변압기 등)와 연결된다.

제1전환스위치(301)는 A-B상 단락 및 A-N상 지락의 선택을 위한 것이고, 제2전환스위치(302)는 B-C상 단락 및 B-N상 지락의 선택을 위한 것이며 그리고 제3전환스위치(303)는 C-A상 단락 및 C-N상 지락을 선택하기 위한 것이다.

여기서, 각 스위치(301~303)의 가등접점(a)을 제1고정접점(b)에 연결하면 단락이 선택되고, 가동접점(a)을 제2고정접점(c)에 연결하면 지락이 선택되며, 가동접점(a)을 제1고정접점(b)과 제2고정접점(c) 사이에 위치시키면 고장이 일어나지 않는 정상회로를 구성하게 된다.

제2도에서는, 제1전환스위치(301)의 가동접점(a)만이 제1고정접점(b)과 연결되어 있고 그리고 제2 및 제3전환스위치(302, 303) 각각의 가동접점은 중립위치에 있으므로 (A-B)상 단락고장을 일으키게 된다.

제3도는 아크고장 발생회로들(400, 500, 600) 각각의 고압발생부 및 고장검출부의 상세한 회로구성을 나타낸 것이다.

고압발생부(401)는 소정의 고장발생조작신호에 의해 고장가동접점(411)이 닫히게 되면 제어전원이 공급되어 제1계선기(412)가 여자된다. 제1계전기(412)가 여자되면 계전기접점(413)이 닫히게 되므로 여기에 결선된 변압기(420)의 1차측에 110V의 전원이 인가된다.

이 변압기(420)는 110/15000의 변압비를 가진 고압발생 변압기로서 1차측에 전압이 인가되면 2차측에 15000V의 전압이 유도되어 보조전극(402)으로 가해지게 된다.

보조전극(402)은 고압이 인가되더라도 빠른 방전을 유도하기 위해 침(針) 대 침(針) 형상 배열을 하므로서 방전개시 전압을 낮추게끔 뾰족한 동봉으로 구성된다.

보조전극(402)에 가해진 15000V의 고압은 양전극 사이의 절연을 파괴하여 섬락방전(spark discharge)을 일으킨다.

보조전극(402)과 교차하는 방향에 위치한 주전극(401)에는 주회로(450)로부터의 전압이 인가되므로, 보조전극(402)의 방전에 의해 이미 주전극(401) 사이에 존재하는 공기의 전리 및 파괴로 낮은 회로전압(440V 또는 440/V)에 의해서도 아크방전이 일어나게 된다. 주전극(401)은 방전시 대전류가 흘러 전극이 용융되는 것을 막기 위해 끝부분이 반구형으로 이루어진 둥근 탄소봉으로 형성된다.

아크방전이 시작되어 주전극(401)에 연결된 주회로(450) 상에 고장전류가 흐르게 되면 이 전류를 변류기(430)가 검출한다.

변류기(430)에 의해 검출된 전류는 전압변환부(460)에서 전압으로 변환되어서 제2계전기(431)를 여자시킨다. 여자된 제2계전기(431)는 접점(432)을 닫아 제3계전기(433)를 여자시킨다.

제3계전기(433)에 의해 접점(434)이 닫이게 되면 차단기(200)로는 주회로를 차단하라는 명령(차단신호)가 주어지게 되며, 이로써 소정의 고장 지속시간 후에 차단기(200)가 회로를 끊어 과전류에 의한 전원설비 등의 소손 차단부 접촉자 등의 급격한 마모를 막아 시험설비로서의 증용한 기능이 반복적이고, 장기적인 사용에도 본래의 성능을 유토록 한다.

상기 접점(434)과 연동되는 다른 접점(435)는 회로의 동작 상태 확인과 계측기 등에 의한 기록운용에 사용된다.

Claims (2)

1. 실험실 및 저전압회로상에서 요구되는 단락 및 지락고장현상을 발생시키는 장치에 있어서 : 시험용 변압기 등의 전원 설비 또는 수전설비로부터 입력되는 A, B, C상을 차단/연결하는 차단기(200)와, 시험계통내에 설치된 고장발생 조작신호에 의해 점화되는 고압(15000V)의 보조전극을 포함하여 보조전극의 선행방전으로 저압이 가해진 주전극 양단 사이에 아크방전을 일으키게 되는 3개의 방전수단과; 그 차단기(200)를 통한 A, B, C상(3상)과 상기 전원설비 또는 수전설비의 N상(지락)을 입력받아 상기 3개의 방전수단의 주전극의 양단에 각상의 전원을 선택적으로 인가시켜 3상단락, 2상단락, 3상지락, 2상지락 및 1상지락과 같이 필요로 하는 고장상을 선택하기 위한 고장상 선택수단 및; 상기 방전수단의 주전극에서 아크방전이 이행된 후 사고가 계통에 발생된 것을 검출하여 상기 차단기(200)를 작동시켜 주회로를 차단하고, 상기 방전수단의 주전극에서 아크 방전을 검출하여 계측하기 위한 계측수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아크 고장 발생장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 방전수단은 한쌍의 보조전극과 한쌍의 주전극으로 이루어지는 3개의 방전수단으로 이루어지고, 상기 하나의 방전수단은, 상기 소정의 고장발생 조작신호에 의해 고전압을 발생하는 고압발생수단과, 상기 고압발생수단에 연결되고 그리고 소정의 간격을 두고 서로 대향하는 설치되는 한쌍의 보조전극과, 상기 한쌍의 보조전극들과 교차하도록 서로 대향하게 설치되고 상기 고장상 선택수단에 의해 각 상의 전원이 선택적으로 연결되어 아크방전을 발생하는 한쌍의 주전극으로 이루어지며, 상기 고장상 선택수단은, 상기 차단기(200)를 통해 입력되는 A, B, C상 전원을 상기 3개의 방전수단의 각 주전극의 일측전극에 각각 연결시킴과 아울러 D상(N상; 지락)을 입력받는 제1단자대(407)와, 그 제1단자대(407)의 A, B, C상 입력단자(A1, B1, C1) 및 D상(N)에 각각 N, A11, B11, C11의 단자가 연결되는 제2단자대(408)와, 상기 3개의 방전수단의 각 주전극의 타측 전극에 각각 A12, B12, C12단자가 연결되는 제3단자대(409)와, 상기 제2단자대의 D상 단자(N)가 각각 일측 고정단자(N)에 공통 연결되고, 상기 제2단자대(408)의 B11, C11, A11의 단자가 각각 타측 고정단자(b, c, a)에 연결되며, 상기 제3단자대(409)의 A12, B12, C12 단자가 각각의 가동단자(a, b, c)에 연결되어 각각의 가동단자가 각각의 일측 또는 타측 고정단자에 선택연결되어 고장상을 선택할 수 있는 3개의 상 절체 스위치(301, 302, 303)로 구성된 것을 특징으로 하는 아크 고장 발생 장치.