KR100437942B1 - 가스절연 개폐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스절연 개폐장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차단기의 개폐동작 횟수, 가스밀폐부의 가스밀도, 피뢰기의 동작횟수 및 누설전류를 원격지에서 감시할 수 있는 가스절연 개폐장치에 관한 것이다.

본 발명은 GIS의 운전상태를 원격지에서 감시 할 수 있도록 GIS에 부착되고 데이터 취득 장치(14)가 연결된 적용 센서와, 각 변전소에 설치되는 디지털 판넬의 신호 전송부와, 주 변전소내 스카다 시스템의 GIS 감시부로 구성된 가스절연 개폐장치에 있어서, 상기 데이터 취득 장치(14)는 가스밀도센서(11) 및 미소전류 측정용 CT 신호처리부(12)의 전원부(27)와, 센서로부터 얻은 신호의 입력탄자부(25)와, 원격지로 신호를 전송하는 출력단자부(26)로 구성되어 있고, 상기 데이터 취득장치(14)는 PCB로 구성되며 연결단자는 SMB 및 BNC 컨넥터로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

가스절연 개폐장치{SWITCHGEAR FOR GAS INSULATION}

본 발명은 가스절연 개폐장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가스절연 개폐장치를 구성하는 차단기,단로기,접지개폐기,피뢰기의 운전상태를 나타내는 파라메터중 중요하게 판단되는 차단기의 개폐동작 횟수, 가스밀폐부(차단기/단로기/접지개폐기)의 가스밀도, 피뢰기의 동작상태 및 전누설전류를 원격지에서 감시할 수 있도록 각 부위별로 적합한 센서를 부착하여 그 각각의 센서로부터 얻어지는 값들로부터 가스절연개폐장치의 운전상태를 판단할 수 있음은 물론 가스절연개폐장치의 주요 부위를 온 라인(On-line)으로 원격지에서 감시하여 주요 부위의 이상을 조기에 파악하여 사고를 미연에 방지하고 보수 점검 계획을 수립할 수 있도록 하는 가스절연 개폐장치에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연개폐장치에는 차단부, 단로기, 접지개폐기, 피뢰기 등 각각의 목적에 부합되는 기능을 갖는 장치로 구성되어 있으나, 이들의 운전상태 및 이력은 GIS에 부착되어 있는 계기로 표시되어 있어, 각 변전소 내에 상주하는 검침원이 주기적으로 현장을 순시하면서 기록하고 있는 것이 현 실정이다.

예를 들어 설명하면 차단부의 동작횟수는 차단기의 조작기에 부착되어 있는 기계적동작 카운터에 의해 차단기의 개폐동작이 기록되고 있으며, GIS의 각 부위(차단기, 단로기, 접지개폐기, 피뢰기 등)의 가스충진상태는 GIS 1Bay당 설치되는 컨트롤 패널(Control panel) 내부에 부착된 GD(Gas Density) 모니터(Monitor)라고 칭하는 온도보상 기능이 첨가된 압력게이지로 표시된다.

종래의 GD는 1차/2차 경보용 접점을 구비하고 있어 만의 하나 발생되는 가스 누기를 원격지에 알리는 기능을 갖고 있지만, 점진적으로 진행되는 가스누기 초기시점에서는 확인하는데 곤란함이 있었다.

이와같이 압력누기가 발생되는 초기시점과 검침원의 순시시점이 일치하지 않으면, GIS 내부사고로 이어지는 원인을 초기에 막을 수 없으며, 또한 내부사고에 의한 순시적인 압력상승이 기록되지 않아 고장점 확인에 도움을 주지 못하였다.

피뢰기의 운전상태에 대해서는 동작카운터 및 누설전류 표시판이 피뢰기 외함에 설치되어 있어, 피뢰기 누적동작 횟수 및 피뢰기의 열화에 따라 흐르는 누설전류 확인을 검침원 순시에 의존하고 있으며, 일부 GIS의 운전상태를 외부에 설치된 장치에 의해 일부 확인이 가능했으나, 이것은 전적으로 검침원의 순시에 의존하고 있기 때문에, 변전소 무인화가 이루어진 곳에서는 주기적인 검침원을 파견하여 기록해야 하는 수고가 반드시 필요하여 문제점으로 대두되었다.

상기와 같은 이유로 인해 검침원의 정기적인 순시가 이루어지지 않거나, 순시 주기가 긴 경우에 있어서는, GIS의 운전상태가 제대로 파악되지 않아 GIS가 소정의 책무를 수행하지 못하는 경우가 발생하게 되며 이러한 GIS의 운전상태의 감시뿐만 아니라, 진단기능까지 겸비한 GIS 감시/진단 시스템이 선진 GIS 메이커에서 선보이고 있으며 실제로 시험 운전중에 있으나, 아직까지는 신뢰성이 확인되지 않아 상용화되지 않고 있으며, 국내에서는 아직 도입되고 있지 않는 것이 현 실정이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명은 가스절연 개폐장치를 구성하는 차단기, 단로기, 접지개폐기, 피뢰기의 운전상태를 나타내는 파라메터중 중요하게 판단되는 차단기의 개폐동작 횟수, 가스밀폐부(차단기/단로기/접지개폐기)의 가스밀도, 피뢰기의 동작상태 및 전누설전류를 원격지에서 감시할 수 있도록 각 부위별로 적합한 센서를 부착하여 그 각각의 센서로부터 얻어지는 값들로부터 가스절연 개폐장치의 운전상태를 판단할 수 있음은 물론 가스절연개폐장치의 주요 부위를 온 라인(On-line)으로 원격지에서 감시하여 주요 부위의 이상을 조기에 파악하여 사고를 미연에 방지하고 보수 점검 계획을 수립할 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 GIS의 운전상태를 원격지에서 감시 할 수 있도록 GIS에 부착되고 데이터 취득 장치(14)가 연결된 적용 센서(2)와 각 변전소에 설치되는 디지털 판넬의 신호 전송부와, 주 변전소내 스카다 시스템의 GIS 감시부로 구성된 가스절연 개폐장치에 있어서, 상기 데이터 취득 장치(14)는 가스밀도센서(11) 및 미소전류 측정용 CT 신호처리부(12)의 전원부(27)와, 적용 센서(2)로부터 얻은 신호의 입력단자부(25)와, 원격지로 신호를 전송하는 출력단자부(26)로 구성되어 있고, 상기 데이터 취득장치(14)는 PCB로 구성되어 있고, 상기 데이터 취득 장치(14)는 PCB로 구성되며, 연결단자는 SMB 및 BNC 컨넥터로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명 가스절연 개폐장치의 전체 구성도 구성도

도 2는 본 발명 센서 유니트의 주요부를 나타낸 구성도

도 3은 본 발명 센서 유니트의 데이터 취득장치를 나타낸 구성 개략 블록도

도 4는 본 발명 피뢰기 누설전류 측정장치의 주요 구성 블록도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가스절연 개폐장치 2 : 적용센서

3 : 데이터 취득 시스템 4 : 네트웍

5 : 모니터 6 : 차단기 동작횟수

7 : 구간별 가스압력 8 : 피뢰기 동작횟수9 : 피뢰기 누설전류 10 : 차단기 보조접점11 : 가스밀도센서 12 : 피뢰기 동작 카운터 접점13 : 미소전류 측정용 CT 14 : 데이터 취득장치15 : 감시 데이터 수집장치 16 : 통신제어장치(CCU)17 : MCB(Main CPU Board) 18 : AIM(Analog Input Module)19 : DIM(Digital Input Module) 20 : SIM(Serial Input Module)21 : 감시장치 22 : I/O 서버23 : 데이터 베이스 서버25 : 입력 단자부 26 : 출력 단자부27 : DC 24V 전원부28 : 미소전류 측정용 CT 신호처리부29 : 피뢰기 동작 카운터 30 : 피뢰기 접지선

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 가스절연 개폐장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명 센서 유니트의 주요부를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명 센서 유니트의 데이터 취득장치를 나타낸 구성 개략 블록도이고, 도 4는 본 발명 피뢰기 누설전류 측정장치의 주요 구성 블록도를 도시한 것이다.

본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이 가스절연 개폐장치(Gas Insulated Switchgear)(1), 적용센서(Sensor Application)(2), 데이터 취득시스템(Data Acqusition System)(3), 네트웍(Networking)(4), 모니터(Monitor)(5)로 구성되어 있다.

가스절연 개폐장치(1)의 운전상태를 원격지에서 감시 할 수 있는 감시항목은차단기 동작횟수(6), 구간별 가스압력(7), 피뢰기 동작횟수(8) 및 누설전류(9)를 측정 할 수 있으며, 상기 감시 항목별 적용되는 적용 센서(6)는 차단기 동작횟수(6)를 감지하여 신호변동을 데이터 취득장치(14)로 송부하는 보조접점(10) "b"와, 구간 별 가스압력(7)을 감지하여 데이터 취득장치(14)로 송부하는 가스밀도센서(GDT ; Gas Density Transmitter)와, 피뢰기 동작횟수(8)를 감지하여 신호변동을 상기 데이터 취득장치(14)로 송부하는 동작 카운터 접점(12)과, 피뢰기 접지선에 장착되어 피뢰기 누설전류(9)를 전압으로 계측하여 상기 데이터 취득장치(14)로 송부하는 누설 전류 측정용 CT(13) 및 신호처리부(28)로 구성되어 있다.

적용 센서(2)는 차단기 동작횟수(6), 구간별 가스압력(7), 피뢰기의 동작횟수(8), 피뢰기 누설전류(9)를 검출한다.

차단기 동작 횟수(6)는 기존차단기 조작부에 설치되어 있는 보조접점(Auxiliary Contact) "b"를 이용하여 차단기 동작시 기계적으로 구동되는 보조접점(10)에 전원을 인가하여 연결/단선에 따른 신호변동을 검출해서 원격지에 보낸다.

즉, 케이블을 이용하여 보조접점(10) "b"의 신호를 데이터 취득장치(14) 입력 단자부(25) Ch. 1에 연결한 후, 보조접점(10) "b"의 연결/단선에 따라 상기 데이터 취득장치(14)에서 소정의 신호처리과정을 거쳐 출력단자부(26) 채널A에 임의의 신호가 발생, 원격지에 있는 감시데이터 수집장치(15)로 전송되고, 이 신호를 이용하여 원격지에 있는 스카다(SCADA) 시스템 감시장치(21)의 HMI(24)에는 동작횟수가 기록된다.

가스 구획별 가스 충진 상태 즉, 구간별 가스압력(7)에 대해서는 가스밀도센서(GDT:11)를 가스구간별로 설치하여 상시 온라인(On-line)으로 가스 충진상태를 원격지로 보내도록 되어 있다.

상기 가스밀도센서(11)에는 온도보상 기능이 내장되어 있으며, 입력 DC 24V 전원부(27)를 ⓛ~⑧에 인가하면 가스충진 상태에 따른 신호를 상기 데이터 취득장치(14)의 입력단자부(25)의 채널2 내지 채널9에 연결한 후, 출력단자부(26)의 채널B~I를 거쳐 출력으로 DC 4-20mA를 원격지로 송부한다. 따라서 적용 센서(2)는 각 가스구간별로 설치되는데 대체적으로 1Bay당 5~8개 정도로 설치되며, 가스밀도센서(11)의 전원부(27) 및 출력단자부(26)는 도 3의 상기 데이터 취득장치(14)에 내장되어 있다.

이 출력값으로부터 20℃ 기준 가스압(단위 ㎏/㎠.G)으로 환산되는 식이 감시데이터 수집장치(15)에 내장되어 출력으로 압력값이 원격지에 스카다 시스템 감시장치(21)의 HMI(24)에 보여지게 된다.

피뢰기의 동작횟수(8)는 피뢰기의 기존 동작 카운터(29)의 장치 내부에 동작 카운터 접점(12)을 내장시켜 동작 발생시 접점이 온/오프(On/Off)된다.

따라서 상기 데이터 취득장치(14) 내부에 소정의 회로를 구성한 후, 상기 동작 카운터 접점(12)과 연결하여 동작에 따른 신호변동을 원격지에 보내도록 되어 있다. 이 방식은 차단기 동작 횟수(6)에 대한 감시시스템과 유사하다. 상기 데이터 취득장치(14)의 입력 단자부(25)에 있어서의 채널10 및 채널11에 연결한 후, 상기 데이터 취득장치(14)의 소정의 신호처리과정을 거쳐 출력단자부(26)의 채널J 및 채널K에 임의의 신호가 발생하면, 원격지에 있는 감시데이터 수집장치(15)로 전송된다.

또한 피뢰기 누설전류(9)의 측정은 도 4에 도시한 바와 같이 피뢰기 접지선(30)에 별도의 미소전류 측정용 CT(13)(Current Transformer)를 장착시켜 누설전류를 전압으로 계측한다. 미소전류 측정용 CT(13)에 의해 측정된 신호를 CT 신호처리부(28)에서 신호처리 되어 실누설전류값(0.1∼10mA)에 비례하여 DC 4∼20mA로 환산해서 출력한다.

상기 CT 신호처리부(28)의 회로에 필요한 압력 DC 24V 전원부(27)의 DC 24V를 ⑨~⑩을 인가하면 상기 데이터 취득장치(14)의 입력단자부(25)에 있어서의 채널12 내지 채널13에 연결한 후, 출력단자부(26)의 채널L 및 채널M을 거쳐 출력으로 DC 4∼20mA를 원격지로 송부한다.

즉, 두 개의 케이블을 각각 미소전류 측정용 CT(13)의 신호처리부 채널1과 데이터 취득장치(14)의 입력단자부(25)에 있어서 채널12에 연결하고, 또 다른 케이블은 미소전류 측정용 CT(13)의 신호처리부(28)에 있어서의 채널3과 상기 데이터 취득장치(14)의 DC 24V 전원부(27)의 ⑨에 연결하면, 출력신호로 출력단자부(26)의 채널1에서 DC 4 ~ 20mA가 출력된다. 이 출력값으로부터 실제의 누설전류값이 환산되는 식이 스카다 시스템에 내장되어 원격지에서 출력해서 볼 수 있다.

데이터 취득장치(14)는 각 센서의 DC 24V 전원부(27) 및 적용센서(2)로부터 신호를 수신하는 입력단자부(25), 그리고 원격지로 신호를 전송하는 출력단자부(26)를 갖고 있다. GIS 1Bay 당 설치되는 로컬 컨트롤 패널에 하나씩 설치되는 상기 데이터 취득장치(14)는 도 3에 도시한 바와 같이 센서입력부(25), 출력단자부(26), 가스밀도센서(11) 및 미소전류 측정용 CT(13)의 신호처리부(28)의 DC 24V 전원부(27)로 구성되는데, 센서입력부(25)의 채널1은 차단기 보조접점(10), 채널2 내지 채널9는 가스밀도센서(11), 채널10 내지 채널11은 피뢰기 동작횟수용 동작 카운터 접점(12), 채널12 내지 채널13은 피뢰기 누설전류 측정용 CT(13)의 신호처리부(28)로부터 신호를 받아서 내부의 회로를 거쳐 채널A 내지 채널M의 출력단자부(26)로 보낸다.

상기 출력단자부(26)의 신호는 1개소 변전소에 설치되는 디지털 패널부로 전송되며, 상기 데이터 취득장치(14)는 가스밀도센서(11) 및 피뢰기 누설전류 측정용 CT(13)의 신호처리부(28)에 전원 DC 24V를 제공하기 위해 입력전원 DC 110V를 DC 24V로 변환하여 각각 적용 센서(2)로 송부하는 DC 24V 전원부(27)로 구성되어 있다.

상기 적용 센서(2)의 신호를 받는 감시 데이터 수집장치(15)와 감시장치(21)로 이루어진 네트워킹(4) 및 모니터(5)에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

감시 데이터 수집장치(15)는 변전소별로 1대씩 설치되어, 변전소내 모든 GIS에 부착되어 있는 센서로부터 측정하고자 하는 다양한 형태의 데이터를 취득하여 통신제어장치(16 ; CCU: Communication Control Unit)가 인지할 수 있는 신호로 변환하고, 통신제어장치(16)를 통해 스카다 시스템 감시장치(21)로 전송하는 장치로서, 다양한 출력 형태를 가지는 다수의 적용 센서(2)로부터 데이터를 직접 취득한다.

감시데이터 수집장치(15)에는 고속의 데이터처리능력을 가지고 있는 통신제어장치(16)와, 광통신(Optical LAN; Ethernet, 10Mbps급)을 이용하여 고속 데이터 통신을 가능케 하는 MCB(17 ; Main CPU Board)와, 여기에 연결되어 각종 적용센서(2)로부터의 아날로그 입력을 모니터링 장치에 표시하기 위해 디지털 신호로 변환하는 AIM(18 ; Analog Input Module), 접점의 온/오프 등의 신호를 처리하는 DIM(19 ; Digital Input Module)과, 각종 물리량 분석장치로부터 직렬통신으로 입력되는 분석 데이터 처리를 위한 SIM(20 ; Serial Input Module)과, 그 외 데이터 저장장치인 Memory Board 및 전원을 공급하는 전원부 등이 포함되어 있다.

상기 AIM(18), DIM(19), SIM(20)을 거친 신호는 MCB(17)에서 종합되어 통신제어장치(16)를 통하여 스카다 시스템 감시장치(21)로 전송되는 것이다.

스카다 시스템 감시장치(21)는 감시데이터 수집장치(15)의 통신제어장치를 통하여 전송되어지는 각종 센서 데이터를 컴퓨터상에서 운영자가 실시간으로 감시할 수 있는 시스템을 의미하는 것이다.

운영자가 정의한 데이터의 기준치를 고려하여 데이터의 이상발생시 가청, 가시적인 형태로 운영자에게 인식시키며, 향후 사고를 대비하여 변전기기의 효과적인 유지보수를 위하여 측정데이터를 데이터베이스에 저장한다.

상기 스카다 시스템 감시장치(21)는 크게 다음과 같은 3가지의 주 요소로 구성되어 있다.

첫 번째로 I/O 서버(22)인데, 상기 I/O 서버(22)는 통신제어장치(16)로부터 전송되는 측정데이터를 스카다 시스템 감시장치(21)에서 운영자가 모니터링 할 수 있도록 하며 데이터 베이스(Data base)에 저장하는 기능을 담당한다.

두 번째로는 데이터 베이스 서버(23)인데, 데이터 베이스 서버(23)는 변전기기의 상태 및 트렌드(Trend)를 분석하기 위하여 운영자가 정의한 변전기기의 측정데이터에 대하여 데이터 베이스에 저장하며 이벤트 및 사고에 대한 정보를 저장한다. 또한 변전설비에 대한 전반적인 데이터를 저장한다.

세 번째로는 HMI(Human Machine Interface)(24)인데, HMI(24)는 I/O 서버(22)를 통하여 올라온 측정데이터를 변전기기별로 분리하여 운영자가 쉽고 편리하게 온라인상에서 모니터링 할 수 있게 하는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 기존에 정기적으로 수행했던 GIS의 운전상태 점검/순시 작업에 소요되는 수고가 필요없이 온라인으로 원격지에서 상시 감시가 가능하며, 이러한 상시 감시를 통해 만의 하나 발생되는 GIS의 운전 이상 즉, GIS 각 가스구획 별 누기 및 피뢰기의 열화 정도를 조기에 확인·경보가 가능하며, 신뢰성 높은 GIS 운전이 가능하며, 또한 검침원의 순시에만 의존되었던 차단기 동작 횟수 및 피뢰기 동작횟수를 원격지에서 자동적으로 기록·보존이 가능하여 보수 계획 수립도 가능하며, 상기 감시유니트는 디지털 기술을 적용 데이터 취득장치 및 CT 신호처리부 2를 PCB화하여 경제성을 향상시켰으며, SMB 및 BNC 연결 케이블로 간단히 회로구성을 시킴으로써 조립의 용이성을 추가시킨 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 삭제
2. GIS의 운전상태를 원격지에서 감시 할 수 있도록 GIS에 부착되고 데이터 취득 장치(14)가 연결된 적용 센서(2)와 각 변전소에 설치되는 디지털 판넬의 신호 전송부와, 주 변전소내 스카다 시스템의 GIS 감시부로 구성된 가스절연 개폐장치에 있어서,

   상기 데이터 취득 장치(14)는 가스밀도센서(11) 및 미소전류 측정용 CT 신호처리부(12)의 전원부(27)와, 적용 센서(2)로부터 얻은 신호의 입력단자부(25)와, 원격지로 신호를 전송하는 출력단자부(26)로 구성되어 있고, 상기 데이터 취득장치(14)는 PCB로 구성되어 있고,

   상기 데이터 취득 장치(14)는 PCB로 구성되며, 연결단자는 SMB 및 BNC 컨넥터로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 데이터 취득 장치(14)에 차단기 동작 횟수(6)를 감지하여 신호 변동을 상기 데이터 취득장치(14)로 송부하는 보조접점(10) "b"와,

   구간별 설치된 구간별 가스압력(7)을 감지하여 상기 데이터 취득 장치(14)로 송부하는 가스밀도센서(11)와,

   피뢰기 동작횟수(8)를 감지하여 신호 변동을 상기 데이터 취득 장치(14)로 송부하는 동작 카운터 접점(12)과,

   피뢰기 접지선(30)에 장착되어 피뢰기 누설전류(9)를 전압으로 계측하여 상기 데이터 취득 장치(14)로 송부하는 미소전류 측정용 CT(13) 및 신호처리부(28)가 연결 결합되어 이루어진 적용 센서(2)를 감시 데이터 수집장치(15)와 스카다 시스템 감시 장치(21)로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치.