KR100442326B1 - 자기진단형 안전 계전기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모선에서 분기된 간선에 차단기가 설치되고, 전원 이상시 부하의 고장을 방지하기 위해 차단기를 개방시키게 되는 안전용 계전기에 있어서: 상기 차단기를 개폐하는 제 1 마그네트코일로 작동 전원을 공급하되, 제 2 마그네트코일에 의해 개폐되는 제 1 릴레이부; 소정의 AC/DC변환부의 출력단과 제 2 마그네트코일 사이에 연결되어 마그네트코일로 인가되는 전원을 개폐하는 제 2 릴레이수단; 상기 AC/DC변환부로부터 출력되는 전원을 제공받아 동작되며, 소정의 자기검출수단으로부터 입력되는 전원을 각 입력포트를 통해 제공받아 계전기의 회로 설계나 동작의 에러 여부를 검출하는 검출회로부; 상기 검출회로부를 통해 출력되는 신호를 제공받아 계전기의 전원이상 또는 동작에러를 판단한 후 그에 해당하는 표시 및 제어신호를 출력하는 제 1 마이크로프로세서; 상기 검출회로부를 통해 출력되는 신호를 제공받아 계전기의 전원이상 또는 동작에러를 판단함과 아울러 제 1 마이크로프로세서와 크로스 체크하여 작동상태를 상호 감시한 후 그에 해당하는 표시 및 제어신호를 출력하는 제 2 마이크로프로세서; 등을 구비하여, 계전기에 내장된 메인 릴레이스위치의 구동을 2개의 마이크로프로세서가 서로 동기하면서 계전기의 상태 을 서로 크로스 체크하여 계전기의 작동 신뢰성을 보다 더 높일 수 있는 자기진단형 안전 계전기를 제공한다.
Description
본 발명은 계전기(Relay)에 관한 것으로, 특히 계전기에 내장된 메인 릴레이스위치의 구동을 2개의 마이크로프로세서가 서로 동기하면서 계전기의 상태와 입력전원 등을 서로 크로스 체크하여 제어함으로써, 안정된 동작을 수행할 수 있는 자기진단형 안전 계전기에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 계통에는 많은 안전사고가 발생하게 되는 데, 벼락 등의 천재지변에 의한 피해, 까치 등의 조류에 의한 단락사고, 계통의 과부하로 인한 저전압 발생 및 기기의 손상, 전동기 등 부하의 누전에 의한 지락사고 등 많은 안전사고가 내재되어 있다.
이러한 사고들을 그냥 방치했을 경우 인적, 물적 자원의 손실이 대단히 심각해지기 때문에 통상 계전기를 비롯한 계통 보호용 기기들을 채택하여 사고시 사고 계통을 다른 정상 계통과 신속하게 분리하여 다른 계통으로의 사고의 파급을 막음과 동시에 사고 계통내의 사고 확산을 방지하는 방법을 취하고 있다.
도 1은 종래의 계전기와 그 감시 장치를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와같이 모선으로부터 분기된 간선에 전력의 공급을 선택 차단하여 부하에 전력을 인가하는 차단기(1)와, 상기 차단기(1)를 통해 흐르는 전류 및 인가되는 전압을 2차측으로 유기하는 계기용 변성기(2)와, 상기 계기용 변성기(2)의 출력을 입력받아 그에 상응하는 소정 연산 후 제어신호를 출력하는 연산 및 제어부(3)와, 상기 연산 및 제어부(3)의 증폭된 출력 신호를 입력받아 상기 차단기(1)의 구동을 제어하는 차단기 구동용 릴레이(RLY1; 5)와, 교류전원(AC)에 의해 동작되는 포토커플러(PC1; 6)와, 상기 포토커플러(6)의 동작에 따른 출력신호를 입력받아 변환시켜 상기 연산및 제어부(3)에 신호를 입력하는 아날로그디지털변환부(7)로 구성되어 있다.
상기 차단회로의 상태 감시는 교류전원(AC)에 의해 상기 차단기 트립코일(1a)을 거쳐 상기 포토커플러(6)에 전류가 흐르게 되어 상기 연산 및 제어부(3)에 입력됨에 따라 정상적으로 동작하고 있는지를 감시할 수 있다.
이때 상기 차단기 트립코일(1a)이 동작할 수 있는 전류값보다 낮도록 저항(R)값을 설정하여 그 차단기 트립코일(1a)이 동작하지 못하도록 하고, 상기 연산 및 제어부(3)의 차단회로 및 상기 차단기 트립코일(1a)의 단선 혹은 단락이나 상기 교류전원(AC)의 이상이 발생할 경우, 상기 포토커플러(6)는 구동되지 않게 되어 상기 연산 및 제어부(3)는 신호를 입력받지 못하게 된다. 따라서, 상기 연산 및 제어부(3)에서는 차단회로의 이상을 감시할 수 있게 된다.
한편, 과전력이 인가되면 상기 전력검출부(2)의 검출된 신호는 상기 연산 및 제어부(3)에 입력되고 제어된 출력전류를 상기 차단기 구동용 릴레이(RLY1)의 코일을 여자시킨다.
이에 의해 상기 차단기 구동용 릴레이(RLY1)의 스위치(A접점)가 단락됨에 따라, 상기 차단기 트립코일(4)이 동작되어 상기 차단기(1)는 개방되고 과전력이 부하에 인가되는 것을 막는다.
그러나, 상기와 같이 동작하는 종래기술에 있어서, 차단기 구동용 릴레이는 계통의 사고시에만 동작하므로 도체로 이루어진 릴레이의 접점(A접점)은 공기에 지속적으로 노출되어 오래될 경우 부식이 일어나고, 수회의 차단 동작으로도 차단 동작시에 흐르는 전류에 의해 그 릴레이 접점의 소손이 발생할 수도 있다.
또한, 차단기 구동용 릴레이 코일의 단선, 단락 등에 의해 유사시 상기 릴레이가 동작하지 않을 수도 있으며 계전기 내부회로의 이상 발생에 의해 그 차단기 구동용 릴레이를 구동시키는 전기회로가 단선 혹은 단락되어 있더라도 차단기를 구동시켜 보기전까지는 이상을 감시해 낼 수 있는 방법이 없다. 즉, 상기 차단기 구동용 릴레이를 점검하려고 그 차단기 구동용 릴레이의 코일에 전기를 인가하면, 동시에 차단기가 동작되는 문제점이 있었다.
이외에도 종래의 계전기는 구동회로를 마이크로프로세서가 아니라 트랜지스터로 구현하거나 출력방식을 릴레이가 아닌 트랜지스터를 이용한다든가 하는 방식들이 제안된 바 있는 데, 구동회로를 트랜지스터로 할 경우에는 계전기의 오배선에 대한 검사가 불가능함과 아울러 단순 회로에 의한 오작동의 우려가 있었고, 또한 출력방식을 릴레이가 아니라 트랜지스터를 이용할 경우 저전압에서만 사용가능한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 계전기에 내장된 메인 릴레이스위치의 구동을 2개의 마이크로프로세서가 서로 동기하면서 계전기의 상태와 입력전원 등을 서로 크로스 체크하여 제어함으로써, 안정된 동작을 수행할 수 있는 자기진단형 안전 계전기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 계전기의 오배선 검사와 입출력의 크로스 검사 및 고장알람 기능을 추가하여 자가진단을 가능케 함으로써, 계전기의 동작 신뢰성을 높인 자기진단형 계전기를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 계전기와 그 감시 장치를 보인 예시도이고,
도 2는 본 발명에 적용된 계전기 및 그 주변 회로를 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 자기진단형 계전기를 나타낸 내부 블록도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 부하 30: 차단기
70: 자기검출수단 100: 계전기
110: AC/DC변환부 120: 제 1 릴레이부
130: 제 2 릴레이수단 140: 검출회로부
150: 제 1 마이크로프로세서 160: 제 2 마이크로프로세서
170: 표시수단 180: 제 1 앤드게이트
190: 제 2 앤드게이트 P1∼P4: 제 1 포트
R1∼R2: 제 2 포트 Y1: 제 3 포트
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 모선에서 분기된 간선에 차단기가 설치되고, 전원 이상시 부하의 고장을 방지하기 위해 차단기를 개방시키게 되는 안전용 계전기에 있어서: 코일을 통해 모선에서 유기된 교류전원을 제공받아 직류전원으로 변환한 후 계전기의 제반 회로로 전원을 공급하는 AC/DC변환부; 상기 차단기를 개폐하는 제 1 마그네트코일로 작동 전원을 공급하되, 제 2 마그네트코일에 의해 개폐되는 제 1 릴레이부; 상기 AC/DC변환부의 출력단과 제 2 마그네트코일 사이에 연결되어 마그네트코일로 인가되는 전원을 개폐하는 제 2 릴레이수단; 상기 AC/DC변환부로부터 출력되는 전원을 제공받아 동작되며, 소정의 자기검출수단으로부터 입력되는 전원을 각 입력포트를 통해 제공받아 계전기의 회로 설계나 동작의 에러 여부를 검출하는 검출회로부; 상기 검출회로부를 통해 출력되는 신호를 제공받아 계전기의 전원이상 또는 동작에러를 판단한 후 그에 해당하는 표시 및 제어신호를 출력하는 제 1 마이크로프로세서; 상기 검출회로부를 통해 출력되는 신호를 제공받아 계전기의 전원이상 또는 동작에러를 판단함과 아울러 제 1 마이크로프로세서와 크로스 체크하여 작동상태를 상호 감시한 후 그에 해당하는 표시 및 제어신호를 출력하는 제 2 마이크로프로세서; 상기 제 1 및 제 2 마이크로프로세서의 설계 및 동작 상태에 대한 판단 결과에 따라 이상여부를 표시하는 표시수단; 상기 제 1 및 제 2 마이크로프로세서의 출력신호를 논리곱하여 제 2 마그네트코일의 작동을 제어하는 제 1 앤드게이트; 및 상기 제 1 및 제 2 마이크로프로세서의 출력신호를 논리곱하여 제 2 릴레이수단의 개폐를 제어하는 제 2 앤드게이트;를 구비한것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.
도 2는 본 발명에 적용된 계전기 및 그 주변 회로를 도시한 것으로, 부하(10), 차단기(30), 코일(50), 자기검출수단(70) 및 계전기(100)로 이루어져 있다.
모터나 전력기기와 같은 부하(10)는 모선에서 분기된 간선의 일측단에 연결되어 있고, 부하(10)의 전단에는 전원공급을 개폐하는 안전용 차단기(30)가 설치되어 있다.
그리고, 코일(50)은 모선에서 분기된 또다른 간선에 1차측코일(L1)이 연결되고 2차측코일(L2)에는 계전기(100)의 입력단자가 연결되어 있다.
즉, 계전기(100)는 입력단자(IN1, IN2)로 코일(50)을 통해 유도된 전원을 입력받아 계전기(100)를 구동함과 아울러 전원의 이상여부를 판단한 후 차단기(30)의 개폐를 제어하게 된다.
상기 차단기(30)는 계전기(100)에 내장된 제 1 릴레이부(120)의 출력신호에 의해 결정되는 데, 제 1 릴레이부(120)의 각 스위치는 노오말(normal) 상태에서 개방(Open)되어 있다. 그리고, 자기검출수단(70; SS, RS)과 접속된 계전기(100)의 R1-R2 포트는 리셋입력단자고, P1-P2 및 P3-P4 포트는 비상스위치(SS) 또는 안전문과 연결되는 입출력부이다.
상기 비상스위치(SS)는 도시된 바와 같이 P1-P2, P3-P4 포트에 관련되어 있고, 비상스위치(SS)는 노오말 상태에서 폐쇄(Close)되어 있는 것이 준비 상태이며,R1-R2 단자에 설치된 리셋스위치(RS)는 노오말 상태에서 개방(Open)되어 있는 것이 준비 상태이다.
리셋스위치(RS)가 폐쇄되어 있으면, 제 1 릴레이부(120)가 작동되어 유지되며, 리셋스위치(RS)가 한번 폐쇄된 후 개방되더라도 제 1 릴레이부(120)는 작동상태를 유지하게 된다.
상기 비상스위치(SS)가 개방되는 순간 제 1 릴레이부(120)는 멈추고 초기화되며, 재작동시에는 안전성을 위하여 사용자가 리셋스위치(RS)를 수동으로 재동작시켜야만 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 자기진단형 계전기(100)를 나타낸 내부 블록도로서, AC/DC변환부(110), 제 1 릴레이부(120), 제 2 릴레이수단(130), 검출회로부(140), 제 1 마이크로프로세서(150), 제 2 마이크로프로세서(160), 표시수단(170), 제 1 앤드게이트(180) 및 제 2 앤드게이트(190) 등으로 이루어져 있다.
통상, 안전용 계전기(100)는 공급전원에 이상이 있을 경우 부하(10)와 접속되는 차단기(30)를 자동 개방시킴으로써, 부하(10)의 고장과 그로인한 재산적 손실을 원천적으로 방지하게 된다.
이와 같은 기능을 하는 본 발명에 의한 계전기(100)는, 코일(50)을 통해 모선에서 유기된 교류전원을 입력단자(IN1, IN2)를 통해 제공받아 적절한 직류전원으로 변환한 후 계전기(100)의 제반 회로로 전원을 공급하는 AC/DC변환부(110)와, 상기 차단기(30)를 개폐하는 제 1 마그네트코일(MC1, MC2)로 작동 전원을 공급하되제 2 마그네트코일(MC11, MC12)에 의해 개폐되는 2개의 릴레이스위치로 구성된 제 1 릴레이부(120)와, 상기 AC/DC변환부(110)의 출력단과 제 2 마그네트코일(MC11, MC12) 사이에 연결되어 제 2 마그네트코일(MC11, MC12)로 인가되는 전원을 개폐하는 제 2 릴레이수단(130)과, 상기 AC/DC변환부(110)로부터 출력되는 전원을 제공받아 동작되며 소정의 드라이 콘택트(Dry Contact) 방식으로 접속된 자기검출수단(70; SS, RS)의 각 입력포트(P1∼P4, Y1, R1-R2)를 통해 입력되는 전원을 제공받아 계전기(100)의 회로 설계나 동작의 에러 여부를 검출하는 검출회로부(140)와, 상기 검출회로부(140)를 통해 출력되는 신호를 제공받아 계전기(100)의 전원이상 또는 동작에러를 판단한 후 그에 해당하는 표시 및 제어신호를 출력하는 제 1 마이크로프로세서(150)와, 상기 검출회로부(140)를 통해 출력되는 신호를 제공받아 계전기(100)의 전원이상 또는 동작에러를 판단함과 아울러 제 1 마이크로프로세서(150)와 크로스 체크하여 작동상태를 상호 감시한 후 그에 해당하는 표시 및 제어신호를 출력하는 제 2 마이크로프로세서(160)와, 상기 제 1 및 제 2 마이크로프로세서(150, 160)의 설계 및 동작 상태에 대한 판단 결과에 따라 이상여부를 표시하는 2개의 표시수단(170)과, 상기 제 1 및 제 2 마이크로프로세서(150, 160)의 출력신호를 논리곱하여 제 2 마그네트코일(MC11, MC12)의 작동을 제어하는 제 1 앤드게이트(180), 및 상기 제 1 및 제 2 마이크로프로세서(150, 160)의 출력신호를 논리곱하여 제 2 릴레이수단(130)의 개폐를 제어하는 제 2 앤드게이트(190) 등으로 이루어져 있다.
그리고, 제 1 릴레이부(120)는 복수개의 2단 스위치군(S1∼S6)으로 이루어져있어, 1단 스위치군(S1∼S3)은 제 1 및 제 2 마이크로프로세서(150, 160)의 출력신호를 논리곱하는 제 1 앤드게이트(180)의 출력신호에 의해 개폐되고, 2단 스위치군(S4∼S6)은 제 1 및 제 2 마이크로프로세서(150, 160)의 출력신호를 논리곱하는 제 2 앤드게이트(190)의 출력신호에 의해 개폐된다.
또한, 검출회로부(140)의 입력포트는, 계전기의 오배선을 체크함과 아울러 작동중지 명령을 입력하는 비상스위치(SS)가 연결된 제 1 포트(P1∼P4)와, 계전기의 이상 발생시 자동 개방된 후 수동으로 조작하는 리셋스위치(RS)가 장착된 제 2 포트(R1-R2), 및 상기 제 1 포트의 입력 방식을 계전기의 내부 전원을 할 것인지 또는 외부 전원으로 할 것인지에 대한 입력 모드를 선택하는 제 3 포트(Y1)로 구성되어 있고, 상기 제 2 포트(R1-R2)에 제 1 릴레이부(120)의 출력을 피드백받아 제 1 릴레이부의 동작 상태를 감시하는 2개의 마그네트코일(MC111, MC112)을 리셋스위치(RS)와 직렬 연결되어 있다.
상기 표시수단(170)은, 제 1 및 제 2 마이크로프로세서(150, 160)가 크로스 체크하여 제 1 마이크로프로세서(150)에서 이상이 있을 경우 제 2 마이크로프로세서(160)의 제어신호에 따라 발광하는 제 1 발광다이오드(LED1)와, 제 1 및 제 2 마이크로프로세서(150, 160)가 크로스 체크하여 제 2 마이크로프로세서(160)에서 이상이 있을 경우 제 1 마이크로프로세서(150)의 제어신호에 따라 발광하는 제 2 발광다이오드(LED2), 및 제 1 및 제 2 마이크로프로세서(150, 160)에서 출력되는 신호를 논리곱하여 이상이 없을 경우 발광하는 제 3 발광다이오드(LED3)로 이루어져 있다.
즉, 본 발명에 의한 계전기(100)는, 제 1 릴레이부(120)의 출력을 마이크로프로세서(150, 160)에서 검출회로부(140)의 R1-R2 단자의 스위치(MC111, MC112)를 통해 피드백받아 제 1 릴레이부(120)의 동작 상태를 감시하도록 구성하여 보다 정확한 제어를 할 수 있다.
또한, 모든 입력은 제 1 마이크로프로세서(150)와 제 2 마이크로프로세서(160)에서 동시에 검사하여 정확하고 적절한 입력으로 인정될 경우에만 작동되도록 한다. 그리고, 출력또한 제 1 마이크로프로세서(150)와 제 2 마이크로프로세서(160)가 모두 출력으로 인정할 경우에만 작동되므로 확실한 로직에서만 계전기(100)가 작동된다.
이로인해 종래의 리셋스위치(RS)의 불안정한 동작에 의한 오동작을 체크하고 제거할 수 있다.
그리고, Y1 포트는 P2 및 P4의 입력을 P1 및 P3의 출력만으로 연결할 것인지 또는 외부 전원에 의해 연결할 것인지를 결정하는 모드선택포트로, 내부 연결로 선택할 경우 오배선에 따른 에러를 검출할 수 있다. 제 1 마이크로프로세서(150)와 제 2 마이크로프로세서(160)는 서로 동기하면서 작동되므로, 만약 제 1 마이크로프로세서(150)에 문제가 발생할 경우 또다른 제 2 마이크로프로세서(160)에서 제 2 발광다이오드(LED2)만을 발광시키거나 알람 신호를 출력함으로서 즉각적인 조치가 가능하다.
또한, AC/DC변환부(110)에는 저전압 잠금 기능이 있어 입력전압이 정격전압보다 낮은 전압일 경우 에러방지를 위해 자동 셧 다운(Shut Down) 된다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
따라서, 본 발명에서는 계전기에 내장된 메인 릴레이스위치의 구동을 2개의 마이크로프로세서가 서로 동기하면서 계전기의 상태와 입력전원 등을 서로 크로스 체크하여 제어함으로써, 안정된 동작을 수행할 수 있고, 또한 계전기의 오배선 검사와 입출력의 크로스 검사 및 고장알람 기능을 추가하여 자가진단을 가능케 함으로써, 계전기의 작동 신뢰성을 보다 더 높일 수 있다.
Claims (4)
- 모선에서 분기된 간선에 차단기가 설치되고, 전원 이상시 부하의 고장을 방지하기 위해 차단기를 개방시키게 되는 안전용 계전기에 있어서:코일을 통해 모선에서 유기된 교류전원을 제공받아 직류전원으로 변환한 후 계전기의 제반 회로로 전원을 공급하는 AC/DC변환부;상기 차단기를 개폐하는 제 1 마그네트코일로 작동 전원을 공급하되, 제 2 마그네트코일에 의해 개폐되는 제 1 릴레이부;상기 AC/DC변환부의 출력단과 제 2 마그네트코일 사이에 연결되어 마그네트코일로 인가되는 전원을 개폐하는 제 2 릴레이수단;상기 AC/DC변환부로부터 출력되는 전원을 제공받아 동작되며, 소정의 자기검출수단으로부터 입력되는 전원을 각 입력포트를 통해 제공받아 계전기의 회로 설계나 동작의 에러 여부를 검출하는 검출회로부;상기 검출회로부를 통해 출력되는 신호를 제공받아 계전기의 전원이상 또는 동작에러를 판단한 후 그에 해당하는 표시 및 제어신호를 출력하는 제 1 마이크로프로세서;상기 검출회로부를 통해 출력되는 신호를 제공받아 계전기의 전원이상 또는 동작에러를 판단함과 아울러 제 1 마이크로프로세서와 크로스 체크하여 작동상태를 상호 감시한 후 그에 해당하는 표시 및 제어신호를 출력하는 제 2 마이크로프로세서;상기 제 1 및 제 2 마이크로프로세서의 설계 및 동작 상태에 대한 판단 결과에 따라 이상여부를 표시하는 표시수단;상기 제 1 및 제 2 마이크로프로세서의 출력신호를 논리곱하여 제 2 마그네트코일의 작동을 제어하는 제 1 앤드게이트; 및상기 제 1 및 제 2 마이크로프로세서의 출력신호를 논리곱하여 제 2 릴레이수단의 개폐를 제어하는 제 2 앤드게이트;를 구비한 것을 특징으로 하는 자기진단형 안전 계전기.
- 청구항 1에 있어서,상기 검출회로부의 입력포트는,작동중지 명령을 입력하는 비상스위치가 연결된 제 1 포트;계전기의 이상 발생시 자동 개방된 후 수동으로 조작하는 리셋스위치가 장착된 제 2 포트; 및상기 제 1 포트의 입력 방식을 계전기의 내부 전원을 할 것인지 또는 외부 전원으로 할 것인지에 대한 입력 모드를 선택하는 제 3 포트;로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기진단형 안전 계전기.
- 청구항 2에 있어서,상기 제 2 포트는, 제 1 릴레이부의 출력을 피드백받아 제 1 릴레이부의 동작 상태를 감시하는 2개의 마그네트코일을 리셋스위치와 직렬 연결한 것을 특징으로 하는 자기진단형 안전 계전기.
- 청구항 1에 있어서,상기 표시수단은,제 1 및 제 2 마이크로프로세서가 크로스 체크하여 제 1 마이크로프로세서에서 이상이 있을 경우 제 2 마이크로프로세서의 제어신호에 따라 발광하는 제 1 발광다이오드;제 1 및 제 2 마이크로프로세서가 크로스 체크하여 제 2 마이크로프로세서에서 이상이 있을 경우 제 1 마이크로프로세서의 제어신호에 따라 발광하는 제 2 발광다이오드; 및제 1 및 제 2 마이크로프로세서에서 출력되는 신호를 논리곱하여 이상이 없을 경우 발광하는 제 3 발광다이오드;로 구성된 것을 특징으로 하는 자기진단형 안전 계전기.
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