KR100374931B1 - 수냉케이블 이상 상태 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 전기로에 전력을 공급하기위한 수냉케이블의 이상상태를 검출하여 이상발생시 전원을 차단시켜 전극선단에서 발생하는 아크를 소멸시키고, 또한 각 수냉케이블에 흐르는 전류를 실시간 기록하여 관리할 수 있게 하는 전기로 수냉케이블 상태감지장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 구성은 각 수냉케이블에 변류기를 설치하고 이들 변류기에서 얻어지는 전류치를 구하고 설정치로서는 로용변압기의 2차전류치를 사용한다. 설정값과 비교하여 설정값을 초과하면 전원을 차단시키고 또한 각각의 수냉케이블의 전류를 실시간 기록하여 노화정도를 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

수냉케이블 이상 상태 검출장치{ABNORMAL STATE OF WATER COOLED TYPE CABLE DETECTING DEVICE}

본 발명은 전기로에 전력을 공급하기 위한 수냉케이블의 이상상태를 검출하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 수냉케이블의 내부의 동선의 일부 혹은 전부 단선등으로 이상발생시 전원을 차단하여 조업을 중단시키며, 나아가 수냉케이블의 노화 경향을 분석할 수 있도록 한 수냉케이블의 이상 상태검출장치에 관한 것이다.

도 1은 전기로의 일반적인 전력공급 및 로의 구조를 개략적으로 도시한 그림으로서 변압기(1)에서 공급되는 대전류를 원형모선(2), 수냉케이블(3), 2차도체(4) 및 전극(5)을 통하여 전극(5)선단에서 아크를 발생시켜 고온의 아크열로 장입원료(일반적으로 고철을 사용)를 용해하는 설비를 도시한 그림이다.

여기서 2차측 도체(4)와 전극(5)은 유동성을 가진 수냉케이블(3)에 연결되어 있으며 유압 혹은 전동기에 의해서 상하구동을 하게 되어 있다.

이러한 전기로에서 사용되는 수냉케이블(3)은 빈번한 기계적인 상하 운동과 또한 전류가 만드는 전자력에 의한 반발력(타상)과 흡인력(동일상)이 작용하여 빈번한 움직임으로 냉각수 흐름이 방해되고, 또 이러한 요인에 의하여 심선이 단선되어 기능이 저하하게 되는 환경하에 놓여 있다.

도 4는 수냉케이블의 내부구조를 설명하기 위한 도면으로서, 그 내부는 여러가닥의 동선(44)으로 이루어져 있으며 이 동선을 통하여 전류가 흐르고 동선을 보호하기 위하여 소공이 형성된 보호튜브(43)와 지지코어(45)가 있으며, 수냉케이블 터미널(40)을 통하여 냉각수가 보호튜브(43),지지코어(45)를 통과하여 반대측 터미널의 토출구로 흘러 나오는 구조로 되어 있다. 또한 외피(46)는 수냉케이블의 내부를 보호하고 냉각수가 흘러 나오지 못하도록 하고 있다.

이와같이 대전류의 전력을 공급하는 전기로용 수냉케이블은 전극을 상하 운동시키기 위하여 플랙시블한 구조로 되어 있고, 대전류에 의한 발열을 줄이기 위하여 냉각수로 냉각시키기 위한 다층형의 복잡한 구성을 취하고 있기 때문에, 수냉케이블의 내부 동선(44)의 빈번한 움직임에 의해 단선이 유발되기 쉽고, 더욱이 동선의 단선이 확산되어 진행되면 정상인 케이블에 과부하를 초래하는 결과가 된다.

실제로 전기로에서는 대형 교류전기로에서는 각 상마다 4본의 케이블이 설치되어 있고, 소형전기로에서는 각 상마다 2본의 케이블이 설치되어 있는 것이 일반적이며, 그러므로 대형전기로는 총12개, 소형전기로는 총6개가 설치되어 있다. 따라서, 수냉케이블이 1개라도 불량한 상태에서 조업을 실시하면 대형전기로에서는 4개, 그리고 소형로에서는 2개의 병열 수냉케이블중 나머지 정상인 수냉케이블에 전류분담이 증가하여 용량이 부족하게 되고 결국 허용전류를 견디지 못하게 된다. 이와같이 수냉케이블에 흐르는 전류가 허용치를 초과하면 케이블에서 열이 발생하여 상태가 양호한 정상인 수냉케이블도 용량부족에 의하여 수명이 단축된다.

수냉케이블이 단선되면 단선된 수냉케이블에 전류가 흐르지 않게 되어 전자력의 힘이 작용하지 않기 때문에 축 늘어진 상태를 유지하고 전류가 정상으로 흐르는 수냉케이블은 전자력의 힘에 의해 꽉 달라 붙거나 밀리는 현상이 나타난다. 점검자는 이러한 상태를 외관으로 확인하거나, 수냉케이블의 입구와 출구의 온도차이를 구하여 설정치 이상이 되면 불량으로 판단하지만, 이러한 장치는 냉각수가 4본의 수냉케이블에 직렬로 연결되어 있어 각각의 케이블의 동선의 단선정도를 판단하기가 어렵고 표준화가 불가능한 문제점이 나타나고 있다.

따라서 각각의 수냉케이블의 단선 및 노화정도를 파악하여 교체시기를 판단하고 정상인 수냉케이블을 보호함으로써 전기로의 원활한 작동을 유지할 필요가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 따라서 본 발명의 목적은 수냉케이블의 각각의 단선 상태를 정확히 검출하여 이상이 발견되면 이를 경보함으로써 신속한 조치가 가능하도록 하고 고장의 진행과 확산을 방지하며, 나아가 수냉케이블의 노화 진행상태를 기록하여 그 수리나 교체시기를 적절히 판단할 수 있도록 한 전기로의 수냉케이블 이상 상태 검출장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 전기로의 구조의 개략도

도 2는 수냉케이블에 변류기를 설치한 도면

도 3은 본 발명장치의 개념도

도 4는 수냉케이블의 단면도

도 5는 본 발명장치의 상세 회로도, 그리고

도 6은 단선진행상태검출도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 변압기 2 : 원형모선

3 : 수냉케이블 4 :2차도체

5 : 전극 6 : 로벽

7 : 집진덕트 8 : 전극승강

9 : 로체 20 : 전원차단기

21 : 변압기 2차변류기 22 : 수냉케이블용 변류기

23 : 설정전류전압변환부 24 : 측정전압변환부

25 : 기록부 26 : 비교판단부

27 : 경보부 28 : 설정전압변환부

29 : 측정입력증폭부 30 : 설정입력증폭부

31 : 측정전류전압변환부

40 : 터미널 41 : 벤딩

42 : 냉각수통로 43 : 보호튜브

44 : 동선 45 : 지지코어

46 : 외피 47 : 수냉케이블외형도

본발명의 수냉케이블의 이상 상태 검출 장치는 변압기의 2차전류치를 설정전압치로 환산하여 검출하는 수단과, 상기 변압기에 연결되어 전기로에 전력을 공급하는 각각의 수냉케이블에 흐르는 전류를 측정전압치로 환산하여 검출하는 수단과, 상기 설정전압치 및 상기 측정전압치를 비교하여 측정전압치가 설정전압치보다 작은 경우 경보부로 이상 신호를 전송하는 비교판단수단을 기본 구성으로 하고 있다.

이러한 본발명에 의하면, 변압기측의 설정전압치를 기준값으로 하여 이를 각각의 수냉케이블측의 측정전압치와 비교한 결과 측정치가 기준값보다 작을 때 이상신호를 전송하도록 하고 있으므로, 단선으로 인해 전류량이 감소한 경우의 수냉케이블의 이상상태를 정확히 검출할 수 있다. 이 경우, 케이블의 용량, 동선의 개수 및 전력량등을 고려하여 양전압치간의 비교차가 소정값 이상인 경우 이상 신호를 전송하도록 하여도 좋다.

나아가, 본발명은 상기 변압기의 2차전류치를 설정전압치로 환산하여 검출하는 수단을 변압기의 2차전류치를 전압치로 변환하는 전류전압변환부, 상기 전류전압변환부로부터의 출력 전압을 배분하는 전압변환부, 상기 전압변환부로부터의 출력 전압을 증폭하는 전압증폭부로 구성하고, 상기 수냉케이블의 전류치를 측정전압치로 환산하여 검출하는 수단을 수냉케이블에 설치된 변류기에서 검출한 전류치를 전압치로 변환하는 전류전압변환부, 상기 전류전압변환부로부터의 출력 전압을 배분하는 전압변환부, 상기 전압변환부로부터의 출력 전압을 증폭하는 전압증폭부로 구성하고 있다.

더욱, 본발명은 상기 수냉케이블의 전류치를 측정전압치로 환산하여 검출하는 수단이 상기 전압증폭부에서 증폭된 전압치를 기록하는 기록부를 더 포함하도록 구성하고 있다.

이러한 본발명에 의하면, 기록부에 기록된 측정전압치의 추이값을 분석하여 단선이 되는 전압치를 파악할 수 있고, 따라서 수냉케이블의 적절한 수리 및 교체시기를 택할 수 있다.

이하, 본발명의 수냉케이블의 이상 상태 검출 장치의 일실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 2는 본발명에 따른 수냉케이블의 전류를 검출하기 위한 변류기(22)가 설치된 것을 도시한 것이고, 본 발명의 개념을 설명하고 있는 도3에서 참고되는 바와 같이, 변압기(1)에서 출력되는 대전류는 원형모선(2)을 통해 공급되는데, 이 원형모선(2)과 2차도체(4)사이에는 수냉케이블(3)이 접속되어 있고, 이 수냉케이블에는 수냉케이블의 전류를 측정할 수 있는 변류기가 각 수냉케이블마다 설치되어 있다. 후술하는 것과 같이, 수냉케이블을 통해 흐르는 전류는 측정전류전압변화부에서 전압으로 변환되어 최종적으로 기록부(25)에 기록되며 또한 케이블의 불량 판단에 따른 출력신호가 경보부(27)에서 출력되어 전원차단기(20)를 차단하는 장치가 구비되어 있다.

도 3은 본발명의 원리를 설명하기 위한 블록도로서, 각각의 수냉케이블에는 변류기(22)를 설치하여 전류를 검출하며, 상기 전류를 전압으로 변환하는측정전류전압변환부(31)와, 상기 전압을 배분하는 측정전압변환부(24)와, 상기 전압를 기록하는 기록부(25)와, 측정전압변환부(24)의 출력을 증폭하는 측정전압증폭부(29)로 이루어지는 측정전압치검출수단이 구비되어 있다. 그리고, 변압기(1)측에는, 변압기의 2차전류를 검출하여 설정전압으로 변환하는 설정전류전압변환부(23)와, 상기 전압을 배분하는 설정전압변환부(28)와, 상기 전압을 증폭하는 설정전압증폭부(30)로 이루어지는 설정전압치검출수단이 구비되어 있다. 비교판단부(26)는, 변압기측의 설정전압치검출수단에서 출력된 설정전압치와 수냉케이블측의 측정전압치검출수단에서 출력된 측정전압치를 비교하여 후자가 전자보다 작은 경우 이를 이상으로 판단하여 그 신호를 경보부(27)로 전달한다. 전원차단기(20)는 운전원이 전원을 투입 혹은 차단시키고자 할 때 사용되는데, 이 전원차단기(20)는 수냉케이블의 상태감지장치의 경보부(27)에서 출력하는 경보출력에 따라 자동으로 차단되도록 구성될 수 있다.

도 5는 본발명의 수냉케이블 이상 상태 검출장치의 각 구성에 대한 회로도의 일례를 나타내고 있다.

여기서 참고되는 바와 같이, 수냉케이블의 전류를 검출하는 변류기(22)의 출력을 전압으로 변환하기 위한 측정전류전압변환부(31)는 다이오드(D1)와 저항(R11)으로 구성되어 전류를 전압으로 변환하며, 이 전압은 측정전압변환부(24)에서 저항(R12)와 가변저항(VR1)에 의하여 배분되고, 가변저항(VR1)에 걸리는 전압이 측정전압증폭부(29)의 입력으로 사용된다. 가변저항(VR1)은 4본/상인 수냉케이블의 경우 변압기 2차 전류의 1/4이 되도록 전압을 환산하여 조정한다. 가변저항(VR1)으로 조정된 전압은 측정전압증폭부(29)의 입력인 연산증폭기(IC11)의 입력으로 사용되는데, 측정전압증폭부(29)는 저항(R11)과 저항(R14) 및 콘덴사(C1)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 측정전압증폭부(29)의 출력은 기록부(25)에서 기록되어 수냉케이블의 추이를 볼 수 있도록 되어 있다. 또한, 후술하는 것과 같이, 측정전압증폭부(29)의 출력은 비교판단부(26)의 저항(R15)을 통하여 연산증폭기(IC12)의 반전신호에 연결되어 있다.

다음, 설정치로 사용되는 변압기의 2차 전류는 다이오드(Dt)와 저항(Rt1)으로 구성된 설정전류전압변환부(23)에서 전압으로 변환되며, 이 전압은 설정전류전압변환부(28)에서 저항(Rt2)와 가변저항(VRt)에 의하여 배분되고, 가변저항(VRt)에 걸리는 전압이 변압기 2차전류의 1/4이 되는 전류가 되도록 전압환산하여 조정된다. 가변저항(VRt)으로 조정된 전압은 설정전압증폭부(30)의 입력인 연산증폭기(ICt)의 입력으로 사용되는데, 설정전압증폭부(30)는 저항(Rt3)과 저항(Rt4) 및 콘덴사(Ct)로 구성되어 있다.

비교판단부(26)에서, 연산증폭기(IC12)의 비반전단자(+)는 저항(Rt5)을 통해 설정전압증폭부(30)의 출력과 연결되어 있고, 반전단자(-)는 저항(R15)을 통하여 측정입력증폭부(29)의 출력과 연결되어 있다. 비교판단부(26)는 비반전단자(+)와 반전단자(-)의 전압을 비교하여 반전단자(-)의 전압이 작으면 트랜지스터(Q1)가 턴온이 되어 릴레이(RY1)에 전류가 흘러 동작되어 부저나 램프등을 동작시킬 수 있도록 구성되어 있다.

도 6은 상기 기록부(25)에 기록된 수냉케이블의 전류 변환 추이의 일례를 도시한 것으로, 세로축에는 측정전압치를 전류치로 환원한 값이 표시되어 있다. 도면에서, 처음에는 전류치가 일정값을 유지하다 "A"점을 지나면서부터 점차 동선의 단선이 발생되어 진행되는 것을 알 수 있다. 수냉케이블의 교체는 이상이 발생한 수냉케이블의 단선 진행 정도와 정상케이블로의 과전류부하상태등의 요소를 고려하여 결정한다. 작업 환경과 케이블의 용량등에 따라 교체시기에 해당하는 전류치를 표준화해 놓으면, 더욱 경제적이고 효율적인 전기로의 활용을 기대할 수 있음은 물론이다.

이상 기술한 본 발명은 수냉케이블의 이상 상태를 정확하게 검출하여 이에 따른 신속한 조치가 가능하게 하며, 케이블의 고장의 진행 및 확산을 예견하고 방지할 수 있는 우월한 효과를 발휘한다. 나아가, 수냉케이블의 단선의 노화 진행 정도와 이상상태를 파악하여 케이블의 수리 및 교체시기를 적절히 택함으로써 경제성과 효율성이 우수한 전기로 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본발명의 일실시예를 설명하였지만, 본발명은 이하에 기술하는 특허청구범위에 기재된 기술 사상 범위내에서 얼마든지 자유로이 변경 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (4)

1. 전기로에 전력을 공급하기 위한 수냉케이블의 이상 상태 검출 장치로서, 상기 검출 장치는, 변압기의 2차전류치를 설정전압치로 환산하여 검출하는 수단과, 상기 변압기에 연결되어 전기로에 전력을 공급하는 각각의 수냉케이블에 흐르는 전류를 측정전압치로 환산하여 검출하는 수단과, 상기 설정전압치 및 상기 측정전압치를 비교하여 측정전압치가 설정전압치보다 작은 경우 경보부로 이상 신호를 전송하는 비교판단수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 변압기의 2차전류치를 설정전압치로 환산하여 검출하는 수단은, 변압기의 2차전류치를 전압치로 변환하는 전류전압변환부, 상기 전류전압변환부로부터의 출력 전압을 배분하는 전압변환부, 상기 전압변환부로부터의 출력 전압을 증폭하는 전압증폭부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수냉케이블의 이상 상태 검출장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 수냉케이블의 전류치를 측정전압치로 환산하여 검출하는 수단은, 수냉케이블에 설치된 변류기에서 검출한 전류치를 전압치로 변환하는 전류전압변환부, 상기 전류전압변환부로부터의 출력 전압을 배분하는 전압변환부, 상기 전압변환부로부터의 출력 전압을 증폭하는 전압증폭부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수냉케이블의 이상 상태 검출장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 수냉케이블의 전류치를 측정전압치로 환산하여 검출하는 수단은 상기 전압증폭부에서 증폭된 전압치를 기록하는 기록부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉케이블의 이상 상태 검출장치.