KR100327448B1 - 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기 - Google Patents

우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 설정된 정격 전류의 일정 값 이상이 배전선로에 흐르면 외부의 장치에 우선 순위를 갖는 신호를 제공하여 이 신호를 사용하여 배전반 시스템에서 부하들에 대한 우선 순위를 갖고 선로를 제어할 수 있는 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기를 제공하기 위한 것이다. 이와 같은 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기는 적어도 하나 이상의 상위의 전자식 배선용 차단기와, 상기 상위의 전자식 배선용 차단기와 동일 배전선로에 연결되며, 다수개의 설정된 누전차단 우선 순위를 갖는 복수개의 하위 전자식 배선용 차단기들과, 상기 복수개의 하위 전자식 배선용 차단기의 각각에 구성되어 상기 하위 전자식 배선용 차단기들 중 적어도 하나 이상의 하위 전자식 배선용 차단기에서 과부하가 발생하면 상기 하위 전자식 배선용 차단기들의 트립을 제어하는 신호를 발생하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서의 제어신호를 수신하여 상기 우선 순위에 따라 상기 하위 전자식 배선용 차단기들을 설정된 순서로 제어하는 우선순위 제어부로 구성된다.

Description

우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기{Electronic Mold Case Circuit Breaker having priority control function}
본 발명은 전자식 배선용 차단기에 관한 것으로, 특히 정격 전류의 일정 값 이상이 선로에 흐르면 외부의 장치에 우선 순위를 갖는 신호를 제공하여 이 신호를 사용하여 배전반 시스템에서 부하들에 대한 우선 순위를 갖고 선로를 제어할 수 있도록 한 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기에 관한 것이다.
배선용 차단기(Electronic Mold Case Circuit Breaker : MCCB)는 전로(電路) 및 부하에 과부하 및 단락(short)시 전로를 차단하여 전로 및 부하를 보호하는 것을 주기능으로 수행한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 전자식 배선용 차단기를 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 배전반 구성도이다.
일반적인 배전반 구성은 하나의 상위 배선용 차단기(100)에 예를 들면 제 1부터 제 3 배선용 차단기(101,102,103)가 연결된 것으로서, 각 배선용 차단기는 각각 부하인 중요설비(104)와 제 1, 제 2 일반설비(105,106)와 연결되어 있다.
이와 같은 하나의 상위 배선용 차단기(100)가 제 1부터 제 3 하위 배선용 차단기(101,102,103)와 공통 선로로 연결되어 있을 때 흐르는 전류(I)는 다음식으로 나타낼 수 있다.
it=i1+i2+i3
이때 과부하로 인하여 it가 정격 전류의 110% 이상이 흐르게되면 일정시간후 선로를 차단하게 된다.
이때 제 1 하위 배선용 차단기(MCCB)(101)와 연결된 장비는 매우 중요한 설비이고, 제 3 배선용 차단기(MCCB)(103)와 연결된 설비는 그에 비해 중요하지 않은 설비라해도 상위 배선용 차단기(MCCB)가 차단되면 하위 배선용 차단기(101,102,103)를 통해 중요설비(104)와 제 1, 제 2 일반설비(105,106)로 흐르던 전원도 차단된다.
도 2는 종래 전자식 배선용 차단기를 나타낸 블록 구성도이다.
종래 전자식 배선용 차단기는 R상, S상 및 T상의 변류기(Current Transformer : CT) 출력부(1,2,3)의 출력을 전파정류하는 정류부(4)와, 정류부(4)의 -단자를 부담저항을 통과시켜 전압성분으로 변환하여 정류부(4)를 사용하여 일정한 비율로 반전 증폭하여 순시 검출부(7)와 아날로그/디지털 변환부(이하, A/D 변환부라 약칭함)(8)로 출력하는 증폭부(5)와, 정류부(4)의 +단자를 입력으로 받아서 일정한 전압을 출력하여 제어 회로로 공급하는 정전원부(6)와, 상기 증폭부(5)에서 증폭된 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하는 A/D 변환부(8)와, A/D 변환부(8)에서 출력된 디지털 값과 특성 설정부(10)에 설정된 특정 디지털 값을 입력으로 하여 과부하가 발생하면 반한시 특성에 맞게 트립부(11)로 전로 차단신호를 발생시키는 제어신호를 발생시키는 마이크로 프로세서(9)로 구성된다.
이와 같은 종래 전자식 배선용 차단기는 R,S,T의 변류기(CT)의 출력을 정류부(4)를 통과시켜서 전파 정류하고, 정류부(4)의 -단자를 부담저항을 통과시켜서 전압 서운으로 변환하여 증폭부(5)를 사용하여 일정한 비율로 반전 증폭하고, 정류부(4)의 +단자를 정전원부(6)에서 입력으로 받아서 일정한 비율로 전압을 출력하여 제어 회로(도시하지 않음)에 공급하고, 증폭부(5)의 출력을 입력받아서 A/D 변환부(8)에서 디지털 값으로 변환하여 마이크로 프로세서(9)로 보내고, 마이크로 프로세서(9)는 A/D 변환부(8)의 출력 값과 특성 설정부(10)의 값을 입력받아 과부하가 발생하면 반한시 특성에 맞게 트립부(11)에 출력을 내보내서 전로를 차단한다.
도 3는 종래 전자식 배선용 차단기의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 2에 나타낸 종래 전자식 배선용 차단기(MCCB)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 배선용 차단기에 전원 온(Power On)되면 배선용 차단기(MCCB)는 초기화 루틴을 진행한다(S1).
이어서, 특성 설정부(도 1의 10)를 거쳐, 1주기가 됐는가를 판단한다(S2,S3).
판단결과(S3) 1주기가 됐으면, 최대상을 검출한다(S4).
최대상 검출결과 최대상이 110% 이상인가를 판단한다(S5). 즉, 과부하가 걸렸는가를 판단한다.
판단결과(S5) 최대상이 110% 이상(과부하가 걸렸으면)이면 배선용 차단기의 트립(Trip)시간을 계산한다(S6).
이어서, 플래그인가를 판단한다(S7).
판단결과(S7) 플래그이면, 트립부(도 1의 11)에 출력을 보내서 트립 코일(Trip coil)을 제어하여 전로(電路)를 차단시킨다. 이때 일반적으로 트립 코일이 동작하여 크로스바를 회선시키고 그에 따라 링크 기구부가 동작하여 전로를 차단하도록 동작한다.
도 4은 도 3에 나타낸 배선용 차단기 동작중 인터럽트 루틴 발생시 인터럽트 루틴을 설명하기 위한 플로우차트이다.
이와 같은 도 4은 도 3에 나타낸 바와 같은 전자식 배선용 차단기 동작중 인터럽트가 발생한 경우를 설명하기 위한 플로우차트(S11부터 S20)로써 일반적인 동작이다.
여기서 초기화 루틴(S11)후 샘플 카운트가 33보다 큰가를 판단한다(S12). 여기서, 샘플 카운트(SC)가 33보다 큰가라는 것은 설정된 주기가 됐는가를 판단하는 것으로 상기 샘플 카운트는 운용자가 임의로 설정하는 숫자로 필요에 따라 바꿀 수 있다.
판단결과(S12) 샘플 카운트(SC)가 33보다 크면 샘플 카운트를 0으로하고 R, S, T는 실효치(RMS)가 된다(S13).
그리고 S14부터 S20의 단계는 실효치(RMS) 계산 루틴을 보여주고 있다.
이와 같은 종래 전자식 배선용 차단기는 배전선로에서의 상위 배선용 차단기(MCCB)에 과부하가 발생할 경우 배전선로를 차단하게 되면, 상위 배선용 차단기와 연결된 하위 배선용 차단기(MCCB)들도 전로(電路)가 차단되는 시스템의 경우 각각의 하위의 부하들에게서 과부하(과전류)가 흐르게 되어 상위의 배선용 차단기가 트립할 수도 있게 된다. 이때 부하들이 단순한 부하일 경우에는 큰 문제가 발생하지 않지만 중요한 부하(설비)일 경우에는 갑자기 전원공급이 중단되면 설비자체에 이상이 발생할 수 있거나, 생산품의 불량 발생등의 중요한 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 정격 전류의 일정 값 이상이 선로에 흐르면 외부의 장치에 우선 순위를 갖는 신호를 제공하여 이 신호를 사용하여 배전반 시스템에서 부하들에 대한 우선 순위를 갖고 선로를 제어하여 중요설비를 보호할 수 있는 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 배전반 구성도
도 2는 종래 전자식 배선용 차단기를 나타낸 블록 구성도
도 3은 종래 전자식 배선용 차단기의 동작을 설명하기 위한 플로우차트
도 4는 도 3에 나타낸 배선용 차단기 동작중 인터럽트 루틴 발생시 인터럽트 루틴을 설명하기 위한 플로우차트
도 5는 본 발명에 따른 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기를 나타낸 블록 구성도
도 6은 도 5에 나타낸 전자식 배선용 차단기의 우선순위 제어부를 상세히 나타낸 도면
도 7은 본 발명에 따른 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기의 동작을 설명하기 위한 플로우차트
도 8은 도 7에 나타낸 배선용 차단기 동작중 인터럽트 루틴 발생시 인터럽트 루틴을 설명하기 위한 플로우차트
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21,22,23 : R,S,T상 변류기 출력부 24 : 정류부
25 : 증폭부 26 : 정 전원부
27 : 순시 검출부 28 : A/D 변환부
29 : 마이크로 프로세서 30 : 특성 설정부
31 : 트립부 32 : 우선순위 제어부
본 발명의 특징은 적어도 하나 이상의 상위의 전자식 배선용 차단기와, 상기 상위의 전자식 배선용 차단기와 동일 배전선로에 연결되며, 다수개의 설정된 누전차단 우선 순위를 갖는 복수개의 하위 전자식 배선용 차단기들과, 상기 복수개의 하위 전자식 배선용 차단기의 각각에 구성되어 상기 하위 전자식 배선용 차단기들중 적어도 하나 이상의 하위 전자식 배선용 차단기에서 과부하가 발생하면 상기 하위 전자식 배선용 차단기들의 트립을 제어하는 신호를 발생하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서의 제어신호를 수신하여 상기 우선 순위에 따라 상기 하위 전자식 배선용 차단기들을 설정된 순서로 제어하는 우선순위 제어부로 구성됨에 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기를 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기는 R상, S상 및 T상의 변류기(Current Transformer : CT) 출력부(21,22,23)의 출력을 전파정류하는 정류부(24)와, 정류부(24)의 -단자를 부담저항을 통과시켜 전압성분으로 변환하여 정류부(24)를 사용하여 일정한 비율로 반전 증폭하여 순시 검출부(27)와 아날로그/디지털 변환부(이하, A/D 변환부라 약칭함)(28)로 출력하는 증폭부(25)와, 정류부(24)의 +단자를 입력으로 받아서 일정한 전압을 출력하여 제어 회로로 공급하는 정전원부(26)와, 상기 증폭부(25)에서 증폭된 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하는 A/D 변환부(28)와, A/D 변환부(28)에서 출력된 디지털 값과 특성 설정부(30)에 설정된 특정 디지털 값을 입력으로 하여 과부하가 발생하면 반한시 특성에 맞게 전로 차단 제어신호와 우선순위 제어 신호를 발생시키는 마이크로 프로세서(29)와, 마이크로 프로세서(29)의 전로차단 제어신호를 수신하여 전로를 차단하는 트립부(31)와, 우선순위 제어 신호에 따라 하위 배선용 차단기를 제어하는 우선순위 제어부(32)로 구성된다.
도 6은 도 5에 나타낸 전자식 배선용 차단기의 우선순위 제어부를 상세히 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 전자식 배선용 차단기의 우선순위 제어부는 마이크로 프로세서(29)의 일 출력신호(P1) 단자에 일측이 연결된 저항(R1)과, 상기 저항(R1)의 타측에 베이스가 연결되고, 콜렉터가 다이오드(D1)의 애노드에 연결되며 이미터가 접지에 연결된 트랜지스터(Q1)와, 상기 저항(R1)과 트랜지스터(Q1)의 베이스에 일측이 연결되고 타 일측이 접지에 연결된 커패시터(C1)와, 상기 캐소드가 전원전압단(Vcc)에 연결된 다이오드(D1)와, 상기 다이오드(D1)의 캐소드와 전원전압단(Vcc)에 일 입력측이 연결되고, 타 입력측이 다이오드(D1)의 애노드와 트랜지스터(Q1)의 콜렉터사이에 연결되고, 출력측이 하부 배선용 차단기(MCCB)의 전압 트립장치에 연결된 릴레이(32a)로 구성된다.
이와 같은 구성의 우선순위를 갖는 전자식 배선용 차단기는 전로에 과부하 발생시 일정시간이 경과후 트립부(도 4의 31)에 신호를 보내기 전에 마이크로 프로세서(29)의 출력신호(P1)를 우선순위 제어부(32)에 인가하면 저항을 통해 일정전압이 트랜지스터(Q1)의 베이스에 입력되고 그에 따라 트랜지스터(Q1)가 턴온되어 전원전압(Vcc)이 릴레이(32a)를 동작시켜 릴레이의 접점이 하위 배선용 차단기(MCCB)의 전압트립장치가 동작하여 배전선로에 흐르는 전류는 하위 배선용 차단기(MCCB)에 흐르던 전류만큼 감소하게 되어 과부하 상태에서 정상적인 상태로 되어 하위 배선용 차단기에 연결된 부하중 우선 순위가 낮은 부하에 선로를 차단하므로 상위 배선용 차단기에 연결된 모든 부하에 대한 선로 차단을 방지할 수 있다.
즉, 도 1에 설명한 일반적인 배전반에서 제 1 하위 배선용 차단기(MCCB)(101)와 연결된 중요 설비(104)와 제 3 배선용 차단기(MCCB)(103)와 연결된 중요하지 않은 설비인 일반설비(106)에서, 우선순위 제어부(32)의 출력을 제 3 하위 배선용 차단기(103)의 전압부족 장치(SHT)에 연결하면 과부하에 의하여 선로를 차단하기 전에 먼저 제 3 하위 배선용 차단기(103)를 동작시켜 전체 전류는 다음 식과 같이 감소한다.
it=i1+i2
그러므로 사용자는 매우 중요한 설비를 과부하에 의한 차단으로부터 보호할 수 있으며 보다 신뢰성있는 배전반을 구축할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
본 발명에 따른 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기의 동작을 도 6 및 도 7를 참조하여 설명하면, 배선용 차단기(MCCB)가 전원 온되면 초기화루틴에 따라 배전선로의 R,S,T상의 변류기(CT) 출력을 정류부(24)에 통과시켜 전파 정류하고, 정류부(24)의 - 단자를 부담저항으르 통과시켜 전압성분으로 변환하여 증폭부(24)를 사용하여 일정한 비율로 반전 증폭하고, 정류부(24)의 + 단자를 정전원부(26)에서 입력으로 받아서 일정한 비율로 전압을 출력하여 제어회로에 공급하고, 증폭부(25)의 출력을 입력받아서 A/D변환부(28)에서 디지털 값으로 변환하여 마이크로 프로세서(29)로 보내고, 마이크로 프로세서(29)는 A/D 변환부(28)의 출력값과 특정설정부의 값을 입력받는다(S21,S22).
이어서, 1주기가 됐는가를 판단한다(S23).
판단결과(S23) 1주기가 됐으면 최대상을 검출한다(S24).
그 다음 최대상 검출결과 최대상이 110% 이상인가를 판단한다(S25). 즉, 과부하가 걸렸는가를 판단한다.
판단결과(S25) 최대상이 110% 이상(과부하가 걸렸으면)이면 반한시 특성에 맞게 배선용 차단기의 트립시간을 계산한다(S26). 이와 같은 계산 후 트립부에 출력을 내보내서 트립코일이 동작하여 크로스바를 회전시켜 링크 구조부의 동작으로 전로를 차단하도록 동작한다.
이어서, 우선 순위가 설정되어 있는가를 판단하고(S27), 우선 순위에 따라 제어한다(S27,S28). 즉, 전로에 과부하 발생시 일정시간 경과후 트립부에 시간을 신호를 보내기 전에 마이크로 프로세서(29)의 출력신호를 우선순위 제어부(32)에 인가하여 중요더가 덜한 부하(장비)부터 선로를 차단하도록 한다.
이어서, 플래그인가를 판단한다(S29).
판단결과 플래그이면 트립부에 출력을 보내서 트립 코일을 제어하여 전로를 차단한다.
도 8은 도 7에 나타낸 우선순위 제어기능을 갖는 배선용 차단기 동작중 인터럽트 루틴 발생시 인터럽트 루틴을 설명하기 위한 플로우차트
이와 같은 도 7은 도 6에 나타낸 바와 같은 전자식 배선용 차단기 동작중 인터럽트가 발생한 경우를 설명하기 위한 플로우차트(S31부터 S40)로써 일반적인 동작이다.
여기서 초기화 루틴(S31)후 샘플 카운트가 33보다 큰가를 판단한다(S32). 즉, 설정된 주기가 됐는가를 판단하는 것으로 상기 샘플 카운트는 운용자가 임의로 설정하는 숫자로 필요에 따라 바꿀 수 있다.
판단결과(S32) 샘플 카운트(SC)가 33보다 크면 샘플 카운트를 0으로하고 R, S, T는 실효치(RMS)가 된다(S33).
그리고 S34부터 S40의 단계는 실효치(RMS) 계산 루틴을 보여주고 있다.
이상의 설명에서와 같은 본 발명은 전자식 배선용 차단기에 과부하 발생시 과부하에 대하여 반한시 특성으로 선로를 차단하여 하위의 부하를 보호할 때 우선순위에 따라 중요도가 떨어지는 부하측 배선용 차단기가 동작하도록 함으로써 상위 배선용 차단기에 흐르는 전류를 감소시켜 중요한 부하를 보호함은 물론 사용자에게 보다 안전한 배전반을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 적어도 하나 이상의 상위의 전자식 배선용 차단기와,
    상기 상위의 전자식 배선용 차단기와 동일 배전선로에 연결되며, 다수개의 설정된 누전차단 우선 순위를 갖는 복수개의 하위 전자식 배선용 차단기들과,
    상기 복수개의 하위 전자식 배선용 차단기의 각각에 구성되어 상기 하위 전자식 배선용 차단기들 중 적어도 하나 이상의 하위 전자식 배선용 차단기에서 과부하가 발생하면 상기 하위 전자식 배선용 차단기들의 트립을 제어하는 신호를 발생하는 마이크로 프로세서와,
    상기 마이크로 프로세서의 제어신호를 수신하여 상기 우선 순위에 따라 상기 하위 전자식 배선용 차단기들을 설정된 순서로 제어하는 우선순위 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 우선순위 제어부는 상기 마이크로 프로세서의 일 출력신호 단자에 일측이 연결된 저항과, 상기 저항의 타측에 베이스가 연결되고, 콜렉터가 다이오드의 애노드에 연결되며, 이미터가 접지에 연결된 트랜지스터와, 상기 저항과 트랜지스터의 베이스 사이에 일측이 연결되고, 타 일측이 접지에 연결된 커패시터와, 상기 캐소드가 전원전압단(Vcc)에 연결된 다이오드로 구성됨을 특징으로 하는 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기.
  3. 제 2 항에 있어서, 하위 배선용 차단기의 전압트립장치는 상기 다이오드(D1)의 캐소드와 전원전압단(Vcc)에 일 입력측이 연결되고, 타 입력측이 다이오드(D1)의 애노드와 트랜지스터(Q1)의 콜렉터사이에 연결된 릴레이의 출력측에 연결됨을 특징으로 하는 우선순위 제어기능을 갖는 전자식 배선용 차단기.
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