KR100862031B1 - 고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치에 관한 것으로서,

고압 판넬(1)과 연결 설치된 고압 차단기(3)의 1차측 부스 클립(5)의 이상 유무를 검출하는 장치로서, 고압 차단기(3) 1차측 부스 클립(5) 상부에 설치되되, 적외선 온도계(7c)를 구비하여 부스 클립(5)의 온도를 측정하고, 조명등(7b)과 카메라(7d)를 구비하여 온도 측정시의 부스 클립(5)을 촬영하는 온도 검출부(7)와; 상기 온도 검출부(7)로부터 온도 측정값과 영상 신호를 전송받고, 상기 고압 판넬(1)의 CT(27)로부터 전류값을 인출받아, 이들 신호값을 PLC용 전류 신호로 변환하여 PLC(17)로 전송하는 제어반(20)과; 상기 전송받은 값들을 MMI(16)로 전송하고, 상기 온도 측정값 또는 고압 판넬(1)의 전류값이 상기 MMI(16)에서 설정된 경보치에 이른 경우에는 경보부(23)를 통해 경보를 발생시키며 트립치에 이른 경우에는 상기 제어반(20)으로 트립신호를 출력하여 고압 차단기(3)를 트립시키는 PLC(17)와; 상기 온도 측정값과 전류값에 대한 경보치와 트립치가 설정되어 상기 PLC(17)로 그 값을 전송하며, 연결 설치된 CRT(26)를 통해 상기 온도 측정값과 영상 신호, 전류값에 대한 정보를 출력하는 MMI(16)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하며,

이상온도 상승에 의한 발열 여부를 운전실에서 원격 감시할 수 있도록 하고, 이상 검출시 차단기를 원격 차단함으로써, 2차적인 사고를 예방하여 전원 계통의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

고압 차단기, 부스 클립, 온도 검출

Description

고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치{Automatic Temperature Detecting Apparatus for Bus Clip of High Voltage Circuit Breaker}

도 1a는 고로 설비의 일반적인 고압 판넬의 구성을 나타낸 개략도,

도 1b는 고로 설비의 일반적인 고압 판넬의 전력 계통도,

도 2는 고로 설비의 고압 판넬 내부 차단기의 입체 구성도,

도 3은 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치의 온도 검출부의 단면 구성도,

도 4a는 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치가 설치된 상태를 나타내는 단면 구성도,

도 4b는 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도,

도 5는 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치의 온도,전류 검출신호 전송과정을 나타내는 블록도,

도 6은 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치의 작동 흐름도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 고압 판넬 3: 고압 차단기

3a: 진공 차단기 4: 고압 부스

5: 부스 클립(1차측) 6: 판넬 도어 키핸들

7: 온도 검출부 7a: 베어링

7b: 조명등 7c: 적외선 온도계

7d: 카메라 9: 절연 애자

11: 구동용 모터 12: 엔코더

13: 가이드 14: 구동용 체인

16: MMI(공정용 제어 컴퓨터) 17: PLC

20: 제어반 23: 경보부

26: CRT 27: CT

본 발명은 고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치, 보다 상세하게는 제철소 고로 설비 등의 대규모 전력 계통에 적용되는 고압 차단기의 부스 클립에 발생하는 이상온도를 자동으로 검출하는 장치에 관한 것으로서, 특히 고전압을 수용하는 전기실의 차단기 1차측 클립(CLIP)부에 자동으로 작동되는 온도 검출부를 설치함과 동시에, 전류 검출 시스템을 구성하고 전류 이상을 감지하여, 이상온도 발생시 차단기를 원격으로 제어하고 경보를 발생함으로써, 접촉불량이나 클립부 이상에 의한 발열 및 이에 의한 차단기 소손과 2차적 사고를 예방하는 고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치에 관한 것이다.

도 1a는 고로 설비의 일반적인 고압 판넬의 구성을 나타낸 개략도, 도 1b는 고로 설비의 일반적인 고압 판넬의 전력 계통도, 도 2는 고로 설비의 고압 판넬 내부 차단기의 입체 구성도이다.

일반적인 제철소 고로의 지역전력 계통을 보면, 중앙 전력 공급소(미도시)에서 22 kV를 공급받아, 공장 주 변압기에서 6.6 kV로 변환한 후, 고압 시스템 가동 및 제어 전원으로 활용하고 있다. 고로 공장은 각 설비별로 무인 전기실이 구성되어 있으며, 전원 계통은 고압 모터 공급용과 제어 전원용 변압기(TR')로 공급되면서 운전되고 있다.

그런데, 이러한 고로 공정에서 사용되는 고압 차단기(3)의 부스 클립(Bus Clip, 5)에서는 전기적인 도체에 통전이 될 경우 주울열 효과에 의하여 발열 현상이 발생된다. 즉, 도체들이 서로 접촉하고 있을 경우 미시적으로는 접촉 표면의 거칠기에 의하여 실제의 접촉 면적이 외관상의 접촉 면적보다 훨씬 적어지게 되며, 접촉 표면의 산화, 부식, 이물질 등에 의하여 전류의 흐름을 방해하는 피막이 형성되므로 접촉면에서 상당한 전기저항이 발생하게 되고, 따라서 이와 같은 접촉 저항의 영향으로 접촉부에서는 큰 전위차가 발생하고 많은 발열이 발생하게 된다.

고로 공정은 연속적인 생산 공정으로서, 상기와 같은 발열 현상 및 이로 인한 폭발사고 등의 차단기 사고로 인한 생산 휴지는 막대한 경제적 손실을 초래하며, 또한 불안전한 전력 공급은 생산뿐만 아니라 안전 사고 유발의 주된 원인이 된다.

고로 공장의 전력 계통 문제점을 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 고압반의 점검시 활선 상태에서 점검을 하므로, 대부하 전류와 고전압으로 인한 작업자의 불안감 및 감전 재해가 예상되고 있다. 종래의 점검 수단을 보면, 고압반 도어를 오픈(OPEN)하여 작업자가 인위적으로 오감 및 온도 검출계로 측정을 하고 있다.

둘째, 고로 지역은 고로 가스(BFG)가 다량 발생하여 전기실로 유입됨으로 인하여 고압 판넬 부스 클립부의 부식이 쉽게 발생되고, 이러한 부식시 다량의 수증기가 촉매 역할을 하는 문제가 있다. 특히 부하 변동이 심한 차단기에서 온도 변화에 따라 차단기 클립부가 열화되어, 클립부를 고정하고 있는 스프링이 열화되면 탄성력이 약해져 장력이 떨어지므로, 접촉 저항이 발생하여 온도가 상승, 대부하 전류에 의한 차단기 클립(CLIP)부 폭발이 발생할 수 있다.

차단기 사고의 일례를 살펴보면 다음과 같다. 주 고압용 차단기의 진공 차단기(V.C.B), 진공 스위치(V.C.S)의 클립부 1차측(전원통전 중에는 점검이 안됨) 열화 발생으로 인해, 차단기 클립부 폭발 및 정전사고가 수시로 발생하였고, 저압용 차단기의 A.C.B 클립부에서도 육안으로 점검이 되지 않는 1차측에서 열화 발생이 되어 고로 지역 차단기 사고가 빈번하게 일어나고 있었다. 따라서 부식 열화에 의한 차단기 사고를 최소화하기 위한 노력이 절실히 요구되는 실정이었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술적 수단으로서는 주기적인 설비 휴지 및 정기수리 작업시 고압 차단기를 인출 후 작업자가 실시하는 육안 점검이 최선이었는데, 고압 차단기 1차측은 육안으로도 점검이 어렵고, 정전 작업시 제어 시스템이 모두 꺼지기 때문에 작업자가 작업을 꺼리는 현상이 발생하고 있었다.

셋째, 차단기의 투입을 판넬(PANEL) 전면에서 실시하고 있기 때문에, 차단기 투입시 차단기가 폭발하는 문제가 대두되며, 이와 관련된 안전 사고가 발생한 바 있다.

넷째, 차단기의 2차측 부스 클립의 이상 여부를 측정하는 것은 판넬 뒷면에서 도어를 오픈하여 육안 점검으로 어느 정도 가능하나, 고압 차단기 1차측 부스 클립의 이상 여부나 온도를 확인하려면, 판넬 내부에서 철판으로 칸막이가 되어 막혀있기 때문에, 1차측 부스 클립 이상 여부를 용이하게 알 수 없어, 차단기 이상시 전혀 육안으로 점검이 되지 않아 차단기가 폭발하는 문제가 대두되었으며, 이로 인해 안전사고의 위험과 전력계통 이상으로 인한 공장 설비 가동이 중단되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 환경이 열악한 고전압 수용 전기실 차단기의 고장을 방지하기 위하여, 자동 온도 검출부 및 전류 검출 시스템을 설치하여, 이상온도 상승에 의한 발열 여부를 운전실에서 원격 감시할 수 있도록 하고, 이상 검출시 차단기를 원격 차단함으로써, 2차적인 사고를 예방하여 전원 계통의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고압 판넬(1)과 연결 설치된 고압 차단기(3)의 1차측 부스 클립(5)의 이상 유무를 검출하는 장치로서, 고압 차단기(3) 1차측 부스 클립(5) 상부에 설치되되, 적외선 온도계(7c)를 구비하여 부스 클립(5)의 온도를 측정하고, 조명등(7b)과 카메라(7d)를 구비하여 온도 측정시의 부스 클립(5)을 촬영하는 온도 검출부(7)와; 상기 온도 검출부(7)로부터 온도 측정값과 영상 신호를 전송받고, 상기 고압 판넬(1)의 CT(27)로부터 전류값을 인출받아, 온도 측정값과 전류값을 PLC용 전류 신호로 변환하여 PLC(17)로 전송하는 제어반(20)과; 상기 전송받은 온도 측정값과 전류값을 MMI(16)로 전송하고, 상기 온도 측정값 또는 고압 판넬(1)의 전류값이 상기 MMI(16)에서 설정된 경보치에 이른 경우에는 경보부(23)를 통해 경보를 발생시키며 트립치에 이른 경우에는 상기 제어반(20)으로 트립신호를 출력하여 고압 차단기(3)를 트립시키는 PLC(17)와; 상기 온도 측정값과 전류값에 대한 경보치와 트립치가 설정되어 상기 PLC(17)로 그 값을 전송하며, 연결 설치된 CRT(26)를 통해 상기 온도 측정값과 영상 신호, 전류값에 대한 정보를 출력하는 MMI(16)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 온도 검출부(7)는 여러 개의 고압 차단기(3) 1차측 부스 클립(5) 상부에 연장 형성된 가이드 레일(13)상을 따라 이송용 체인의 구동에 의해 이동하되, 상기 가이드 레일(13)의 일측에는 구동용 모터(11)에 의해 회전 구동되는 스프라켓이 설치되고, 그 반대측에는 온도 검출부(7) 이송용 체인을 지지하는 또 다른 스프라켓이 설치되며, 상기 스프라켓 중 일측에 연결 설치된 엔코더(12)에 의해 온도 검출부(7)의 이동 거리를 계산하여 상기 PLC(17)에 의해 위치 제어를 할 수 있도록 함으로써, 다수개의 고압 차단기(3)의 1차측 부스 클립(5)의 이상 유무를 자동으로 검출할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치의 온도 검출부의 단면 구성도, 도 4a는 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치가 설치된 상태를 나타내는 단면 구성도, 도 4b는 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치가 설치된 상태를 나타내는 사시도, 도 5는 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치의 온도,전류 검출신호 전송과정을 나타내는 블록도, 도 6은 본 발명에 의한 이상온도 자동 검출장치의 작동 흐름도이다.

본 발명은 고로 공장의 열악한 환경으로 인한 부식, 열화 등으로 발생되는 고압 차단기 사고(고장)를 방지하기 위하여, 부하 변동이 큰 고압 차단기(3)에 적외선식 온도 검출부(7)를 차단기 1차측 부스 클립(5) 상부에 설치하고, 온도측정시 판넬 내부 어두움을 방지하기 위한 조명등(7b)과 카메라(7d)를 설치하며, 그 측정신호를 제어반(20) 및 PLC(17)를 거쳐 MMI(MAN MACHINE INTERFACE, 16)로 전송하도록 구성하여, 온도 측정과 동시에 운전자가 화면을 보면서 부스 클립(5)의 이상유무를 감시할 수 있도록 하였다.

상기 온도 검출부(7)는 베어링(7a)을 구비하여 가이드 레일(13) 상을 이동하면서 여러개의 고압 차단기(3)에 대한 부스 클립(5)의 온도 이상 유무를 순차적으로 또한 정기적으로 검출하도록 구성되는데, 상기 가이드 레일(13)의 일측에는 스프라켓을 회전 구동시키는 구동용 모터(11)를 설치하고, 그 반대측에는 또 다른 스프라켓에 의해 온도 검출부(7) 이송용 체인을 지지하도록 하면서, 상기 스프라켓 중 일측에 연결 설치된 엔코더(12)에 의해 온도 검출부(7)의 이동 거리에 의한 위 치 제어를 할 수 있도록 하여, 각 차단기 부스 클립(5)의 온도를 자동으로 검출 할 수 있도록 하였다.

상기 온도 검출부(7)는 상기 체인의 일지점에 고정되어 체인의 회전에 의해 이동력을 받도록 구성되었는데, 이러한 이동용 수단으로서는 상기와 같이 스프라켓과 체인이 이용될 수도 있지만, 휠과 벨트 타입 등의 수단이 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 온도 검출부(7)의 일측에는 감지 신호를 제어반(20)으로 전송하기 위한 신호 전송용 클립이 형성되어 가이드 레일(13)의 내측에 길이방향으로 형성된 노출 전선과 접촉하여 감지 신호를 전송할 수 있도록 구성하였는데, 일반 전선을 연결하여 신호를 전송하도록 구성할 수도 있다.

한편, 본 발명에서는 고압 차단기(3) 고압 판넬(1)의 CT(27)에서 부하 전류를 검출하여, 검출된 값을 제어반(20)의 변환기를 통해 적절한 신호값으로 변환하여 PLC(17)로 전송할 수 있도록 하였다.

상기 제어반(20)은 온도치의 표시부가 구성되고 경보치의 표시가 가능하도록 구성되며, 검출된 온도 및 전류 신호는 PLC(17)의 연산부에 전송되어 온도,전류를 비교 판단하여, MMI(16)에서 설정된 경보치 및 트립치 내에 접근한 것으로 판단되면 제어반(20)내 원격 제어식 차단기 전원부로 신호를 출력하여 고압 차단기(3)를 트립(TRIP)시키고, 경보부(23)를 통해 경보를 발생시키도록 구성되었다.

한편, 상기 MMI(16)는 측정한 데이타를 누적 관리할 수 있는 연속 그래픽 지시(TREND DISPLAYS) 기능을 구비하도록 구성되었다.

이하 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명에 의한 고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치를 가동하게 되면, 먼저 본 장치의 제어전원 공급 이상유무를 판단하고, 정상시의 부스 클립(5) 온도 및 전류를 검출하여 경보치 및 트립치를 설정하게 된다.

부하 변동이 큰 부하용 고압 차단기(3)의 1차측 부스 클립(5) 상부에 설치된 가이드 레일((13)에 상기한 바와 같이 적외선식 온도 검출부(7)를 설치하여, 부스 클립(5)의 온도를 검출하게 되는데, 본 적외선식 온도 검출부(7)의 기본 원리를 설명하면 다음과 같다.

모든 물질은 같은 온도, 같은 적외선 파장 영역대에서 흑체(Black body)보다 더 많은 양의 열을 방사하지 못하기 때문에, 비 접촉식 적외선 온도계(방사 온도계, Radiometer, Pyrometer라고도 함)는 제조시 흑체의 온도를 측정함으로써 칼리브레이션(Calibration)이 되어, 피 측정물의 온도를 적외선 방식으로 측정하게 된다.

온도 검출부(7)는 가이드 레일(13)을 따라서 고압 차단기(3)의 각 부스 클립(5)의 온도를 측정하게 되는데 맨 처음 온도측정 시스템을 가동하면, PLC(17) 제어에 의하여 구동 모터(11)가 운전되고 PLC(17)에서 최초 위치의 부스 클립(5) 온도를 측정하게 된다.

온도 측정시에는 해당 부스 클립(5) 위치에 온도 검출부(7)가 도착하면 엔코더(12)에서 계산한 거리값에 의해 PLC(17)에서 위치값을 연산하여 구동용 모터(11)를 정지시킨 후, 조명등(7b)이 켜지고 카메라(7d)가 동작되면서 적외선 온도계(7c) 의 측정 온도와 함께 해당 부스 클립(5)의 상태를 촬영한 영상 신호가 PLC(17)를 거쳐 MMI(16)로 전송된다.

그 후, 상기 PLC(17)의 지령에 의해 구동용 모터(11)가 다시 운전되고, 다음 부스 클립(5) 위치에 온도 검출부(7)가 도착되면 상기와 동일한 방식에 의해 해당 부스 클립(5)에 대한 측정을 하여 그 신호를 MMI(16)로 최종 전송한다.

모든 부스 클립(5)에 대한 측정이 완료되었다고 판단되면, 온도 검출부(7)를 구동하는 구동용 모터(11)를 역으로 구동시키도록 PLC(17)에서 지령을 내려 온도 검출부(7)가 최초 대기하고 있던 파킹 포지션으로 이동하게 된다.

한편, 카메라(7d)로 촬영된 각 부스 클립(5)의 영상화면은 온도측정시 같이 그 신호가 전송되어 제어반(20)의 변환기를 거쳐 운전실 CRT(26) 화면상에 운전자가 한눈에 알 수 있도록 디스플레이 되며, 이를 통해 운전자는 운전실에서 고압 판넬(1) 각 차단기 부스 클립(5)의 이상유무 상태를 쉽게 감시할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 차단기의 부하 전류를 검출하는 전류 검출 시스템이 구비되는데, 각 고압 차단기(3)의 판넬 CT(27)에서 인출된 전류신호는 제어반(20)의 전류검출 변환기로 전송되어, 온도 검출부(7)의 측정시 전류신호가 상기 변환기를 통해 4∼20mmA의 신호값으로 변환된 후 PLC(17)로 전송되어, 온도치와 전류치가 PLC(17)에 설정된 값보다 클 경우 경보부(23)를 통해 경보를 발생시키도록 구성된다.

이러한 경우 운전자는 경보를 보고 상태를 파악하여 비상시 원격으로 고압 차단기(3)를 트립시키게 되는데, 이러한 경보치는 제어반(20)내의 온도치 표시부에 서도 설정될 수 있도록 구성되어 현장에서 수동 설정을 하고 확인할 수도 있게 된다.

상기와 같이 검출된 온도 및 전류 신호는 PLC(17) 연산부에 전송되어, MMI(16)에서 설정된 경보치 및 트립치내에 접근하였다고 판단되면, 제어반(20)내 원격 제어식 차단기 전원부로 출력하여 고압 차단기(3)를 트립(TRIP)시키고 경보부(23)를 통해 경보를 출력하게 된다.

이와 같은 본 발명 고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치는 종래의 점검방식과 비교하여 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 무인 전기실 고압반의 온도 및 전류를 자동 측정함으로써, 활선 상태에서 대부하 전류와 고전압으로 인한 작업자의 불안감 및 감전 재해를 예방하고, 차단기 투입시 차단기 폭발에 의한 안전 사고를 방지한다.

둘째, 주기적인 점검에서 상시 점검으로 전환되어, 차단기 이상유무를 조기에 확인하여 정비 계획을 수립함으로써 정비 효율이 상승되고, 점검시 정전을 할 필요가 없어지기 때문에 조업 효율이 향상된다.

셋째, 차단기의 이상유무를 자동으로 측정하는 것은 물론이고, 운전실에서 모니터로 온도 검출부에 설치된 소형 카메라로 촬영된 각 차단기의 이상유무를 육안으로 확인하는 것이 가능하게 되어 발열이나 접촉불량 부식상태를 용이하게 점검할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 고압 판넬(1)과 연결 설치된 고압 차단기(3)의 1차측 부스 클립(5)의 이상 유무를 검출하는 장치로서,

   고압 차단기(3) 1차측 부스 클립(5) 상부에 설치되되, 적외선 온도계(7c)를 구비하여 부스 클립(5)의 온도를 측정하고, 조명등(7b)과 카메라(7d)를 구비하여 온도 측정시의 부스 클립(5)을 촬영하는 온도 검출부(7)와;

   상기 온도 검출부(7)로부터 온도 측정값과 영상 신호를 전송받고, 상기 고압 판넬(1)의 CT(27)로부터 전류값을 인출받아, 온도 측정값과 전류값을 PLC용 전류 신호로 변환하여 PLC(17)로 전송하는 제어반(20)과,

   상기 전송받은 온도 측정값과 전류값을 MMI(16)로 전송하고, 상기 온도 측정값 또는 고압 판넬(1)의 전류값이 상기 MMI(16)에서 설정된 경보치에 이른 경우에는 경보부(23)를 통해 경보를 발생시키며 트립치에 이른 경우에는 상기 제어반(20)으로 트립신호를 출력하여 고압 차단기(3)를 트립시키는 PLC(17)와;

   상기 온도 측정값과 전류값에 대한 경보치와 트립치가 설정되어 상기 PLC(17)로 그 값을 전송하며, 연결 설치된 CRT(26)를 통해 상기 온도 측정값과 영상 신호, 전류값에 대한 정보를 출력하는 MMI(16)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 온도 검출부(7)는 여러 개의 고압 차단기(3) 1차측 부스 클립(5) 상부에 연장 형성된 가이드 레일(13)상을 따라 이송용 체인의 구동에 의해 이동하되,

   상기 가이드 레일(13)의 일측에는 구동용 모터(11)에 의해 회전 구동되는 스프라켓이 설치되고, 그 반대측에는 온도 검출부(7) 이송용 체인을 지지하는 또 다른 스프라켓이 설치되며, 상기 스프라켓 중 어느 하나에 연결 설치된 엔코더(12)에 의해 온도 검출부(7)의 이동 거리를 계산하여 상기 PLC(17)에 의해 위치 제어를 할 수 있도록 함으로써, 다수개의 고압 차단기(3)의 1차측 부스 클립(5)의 이상 유무를 자동으로 검출할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고압 차단기 부스 클립 이상온도 자동 검출장치.

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