KR100903149B1 - 차단기 트립회로 감시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배전선로의 보호배전반에 설치되어 차단기 트립회로의 이상상태와 차단기 트립코일(10)의 단선 유무를 보다 정확하게 검출하기 위한 차단기 트립회로 감시장치에 관한 것으로서, 배전선로의 보호배전반에 설치되어 차단기(CB) 트립회로의 이상상태를 감시하는 차단기 트립회로 감시장치에 있어서, 보호배전반의 DC전원(15) 일단에 접속되며 보호계전기 a접점(20)과 병렬 연결되는 제1저항(R1)과 제1스위칭소자(32)로 구성되는 제1검출부(30); 보호배전반의 DC전원(15) 타단에 접속된 트립코일(10)과는 직렬 연결되며 차단기 a접점(CB_a)에 병렬 연결되는 제2저항(R2)과 제2스위칭소자(42)로 구성되며, 이 제2저항(R2)과 제2스위칭소자(42)에 차단기 b접점(CB_b)이 직렬로 부가되도록 구성되는 제2검출부(40); 및 상기 제1검출부(30) 및 제2검출부(40)에서 출력되는 신호를 받아 차단기 트립회로의 상태 정보에 대응하는 신호를 출력하는 신호처리유닛(50);을 포함하며, 상기 신호처리유닛(50)은 상기 제1스위칭소자(32)와 제2스위칭소자(34) 두 개의 이진 출력으로부터 트립코일(10)의 상태정보를 연산하는 연산부(52)와, 상기 연산부(52)의 출력이 소정 시간 지속되도록 하는 시간지연부(54)와, 연산부에서 연산된 결과를 출력하는 출력부(56)로 구성된 것을 특징으로 하며, 차단기 트립회로의 이상유무와 트립코일의 단선 유무를 정확하게 확인 가능하여 고장개소를 신속히 보수하며, 차단기 휴지시간을 최소화하고, 차단기의 차단 실패를 미연에 방지하여 정전사고가 광역으로 확산 되는 것을 방지하는 효과를 갖는 것이다.
차단기 트립회로, 트립코일, 보호계전기, 무접점릴레이, 신호처리유닛

Description

차단기 트립회로 감시장치{Monitoring device for trip circuit of circuit breaker}
본 발명은 차단기 트립회로 감시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차단기의 트립회로 이상상태 및 트립코일의 단선 유무를 정확하게 검출하여 고장상태에 대한 원인 규명이 용이하고 고장개소를 신속하게 보수할 수 있도록 한 새로운 구조의 차단기 트립회로 감시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 변전소와 발전소 등의 배전계통에는 전력선로의 단선이나 단락이 발생하거나 배전계통의 과부하 등이 발생할 때 자동으로 선로를 차단시키는 차단기(Circuit Breaker)가 설치된다. 그런데 어떤 경우에는 배선 결선회로에 배선을 연결하는 볼트 조임이 느슨하거나 차단기 트립코일(trip coil)이 단선되는 등으로 차단기 트립회로에 이상이 발생하여, 정상적인 차단 동작이 이루어져야 함에도 불구하고 차단이 되지 않는 차단실패(break failure)가 발생하며, 이는 때때로 예기치 못한 전기안전사고를 유발시킨다. 따라서, 차단기 트립회로의 이상상태를 감시 하는 장치들이 이용되고 있다.
통상 차단기 트립회로 감시장치는 보호계전기들과 함께 보호배전반에 설치된다. 도 1은 종래 차단기 트립회로 감시장치의 일예를 보인 회로도로서, 보호배전반의 DC전원(15)에는 과전류계전기(Over Current Relay), 과전압계전기(Over Voltage Relay), 지락과전류계전기(Over Current Ground Relay) 등 배전선로를 감시하는 보호계전기의 a접점(20)과 이 보호계전기 a접점(20)에 직렬로 보조릴레이(22)가 접속된다. 도시한 바와 같이 보조릴레이의 a접점(24)과 수동조작 개폐기(26)가 보호계전기 a접점(20)과 병렬 연결되며, 보조릴레이의 a접점(24)은 차단기(CB)의 a접점(CB_a) 및 트립코일(10)과 직렬로 연결된다.
이러한 회로구성에서 만약 트립코일(10)이 단선된다면, 보호계전기가 동작하여 보조릴레이(22)가 여자되고, 보조릴레이의 a접점(24)이 닫혀도 트립코일(10)의 단선으로 인해 회로가 개방된 상태에 놓이게 된다. 따라서 감시회로가 동작되지 않는다. 즉, 종래 트립회로 감시장치에서는 트립코일(10)의 단선을 검출하는 것이 불가능하였으며, 특히 무인 변전소 등과 같이 상주하는 감시원이 없는 개소에서는 원방감시 제어시스템(SCADA)에서 경보 발생의 원인이 DC 전원 상실인지 트립코일(10)의 단선인지를 정확하게 확인할 수 없는 문제점이 있었다. 따라서 경보 발생 이후 고장개소를 신속하게 보수하기 어려우며, 정전시간이 길어져 시민들의 불편을 초래하고 공장가동을 장시간 중단시키는 등의 문제점을 야기한다. 나아가서 정확한 원인규명이 이루어지지 않음으로 인해 차단기 트립회로가 불량한 상태로 방치되면 선로상 상위 차단기가 백업 동작을 하게 된다. 이는 건전상의 차단기까지 불필요하게 작동하여 광역의 정전사고를 유발하는 등 심각한 문제점을 초래한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 두 개의 이진 출력을 이용하여 차단기 트립회로의 이상여부 및 트립코일의 단선 유무에 대하여 정확하게 검출하여, 배전계통의 고장원인을 신속하게 규명하여 보수할 수 있도록 하며, 고장 발생시 정전시간을 최소화할 수 있도록 하며, 특히 트립코일의 단선을 정확하게 규명하여 원방감시 제어시스템으로 전송하도록 함으로써 트립회로 불량에 의한 광역의 정전사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 차단기 트립회로 감시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차단기 트립회로 감시장치는, 배전선로의 보호배전반에 설치되어 차단기(CB) 트립회로의 이상상태를 감시하는 차단기 트립회로 감시장치에 있어서, 보호배전반의 DC전원(15) 일단에 접속되며 보호계전기 a접점(20)과 병렬 연결되는 제1저항(R1)과 제1스위칭소자(32)로 구성되는 제1검출부(30); 보호배전반의 DC전원(15) 타단에 접속된 트립코일(10)과는 직렬 연결되며 차단기 a접점(CB_a)에 병렬 연결되는 제2저항(R2)과 제2스위칭소자(42)로 구성되며, 이 제2저항(R2)과 제2스위칭소자(42)에 차단기 b접점(CB_b)이 직렬로 부가되도록 구성되는 제2검출부(40); 및 상기 제1검출부(30) 및 제2검출부(40)에서 출력되는 신호를 받아 차단기 트립회로의 상태 정보에 대응하는 신호를 출력하는 신호처리유닛(50);을 포함하며, 상기 신호처리유닛(50)은 상기 제1스위칭소자(32)와 제2스위칭소자(34) 두 개의 이진 출력으로부터 트립코일(10)의 상태정보를 연산하는 연산부(52)와, 상기 연산부(52)의 출력이 소정 시간 지속되도록 하는 시간지연부(54)와, 연산부에서 연산된 결과를 출력하는 출력부(56)로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 신호처리유닛(50)은 연산부(52)에서 연산된 결과를 외부의 원방감시 제어시스템으로 전송하는 통신부(58)를 더 포함한다.
보다 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제1스위칭소자(32) 및 제2스위칭소자(34)는 무접점릴레이(Solid State Relay)이다.
본 발명의 차단기 트립회로 감시장치에 따르면, 보호계전기의 a접점에 병렬 연결된 제1검출부 및 차단기의 트립코일과는 직렬로 연결되고 차단기 a접점(CB_a)과는 병렬 연결된 제2검출부를 이용하여 두 개의 이진 출력을 발생시키고, 이로부터 보호계전기들 및 트립회로의 이상상태를 정확하게 구분하여 검출하도록 하고, 특히 트립코일의 단선 유무를 정확하게 확인할 수 있도록 함으로써, 차단기 고장 발생시 원인 규명이 용이하여 신속한 차단기 복구 및 보수가 이루어지며, 고장에 의한 정전시간을 최소한으로 단축시킬 수 있으며, 트립코일이 단선된 상태로 방치 되어 차단기의 차단 실패를 야기하고 이에 의해 광역의 정전사고가 유발되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 트립회로의 이상상태에 대한 정보를 원방감시 제어시스템으로 원격 전송하여 무인 감시시스템에서 고장에 대한 대처가 신속하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1검출부 및 제2검출부 각각을 구성하는 스위칭소자로 무접점릴레이를 이용하여, 고속 동작을 확보하고 저전압, 저전류 구동특성에 의해 높은 신뢰성으로 차단기 트립회로를 감시할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 차단기 트립회로 감시장치를 보인 회로구성도이고, 도 3a 내지 3d는 본 발명에서 회로의 구성에 따른 트립코일의 상태정보를 표시한 도면이다.
먼저, 도 2의 회로 구성도를 참조하면, 본 발명의 차단기 트립회로 감시장치는 일반적인 트립회로 감시장치와 유사하게 보호배전반의 DC전원(15)에 과전류계전기(Over Current Relay), 과전압계전기(Over Voltage Relay), 지락과전류계전기(Over Current Ground Relay) 등의 보호계전기 a접점(20)과, 차단기 a접점(CB_a)과, 차단기(CB)의 트립코일(10)이 직렬로 연결되도록 회로를 구성한다. 비록 도시 된 예에서는 보호계전기로서 과전류계전기(OCR)만을 예시하였지만, 이는 다른 보호계전기로 대체되거나 복수의 보호계전기들이 함께 병렬 접속되도록 구성할 수도 있다.
도시한 바와 같이, 보호배전반의 DC전원(15) +전원단(P)에는 제1검출부(30)가 접속되며, 이 제1검출부(30)는 보호계전기 a접점(20)과 병렬 연결된다. 그리고 제2검출부(40)는 보호배전반의 DC전원(15) -전원단(N)에 접속된 트립코일(10)과는 직렬 연결되며 차단기 a접점(CB_a)에는 병렬 연결된다. 제1검출부(30)와 제2검출부(40)의 회로 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2에서 보여지듯이, 제1검출부(30)는 DC전원(15)의 +전원단(P)에 보호계전기 a접점(20) 전단과 병렬로 하여 제1저항(R1)이 연결되고, 이 제1저항(R1)의 후단에 제1스위칭소자(32)가 연결되며, 제1스위칭소자(32)의 후단은 보호계전기 a접점(20)의 후단에 접속되어 구성된다. 제1스위칭소자(32)는 다양한 형태의 스위칭소자로 구성될 수 있으나, 바람직하게는 2단자 입력 2단자 출력형의 무접점릴레이(SSR;Solid State Relay)이다. 따라서, 비교적 낮은 동작전압에서 동작되며, 소손 또는 코일의 단선 등과 같은 문제점이 발생되지 않는다. 도시된 실시 예에서, 제1스위칭소자(32)는 제1저항(R1)에 포토커플러가 직렬 연결되며, 이 포토커플러에 의해 트랜지스터 등으로 구성된 스위칭부에서 무접점 개폐되는 스위칭신호를 출력한다. 이러한 제1스위칭소자(32)는 제1검출부(30)로 전류가 인가될 때 신호처리유닛(50)으로 스위칭신호를 출력한다.
도 2의 회로 구성도를 참조하면, 제2검출부(40)는 보호계전기 a접점(20) 후 단에 차단기 a접점(CB_a)과 병렬로 하여 제2저항(R2)이 연결되고, 이 제2저항(R2)의 후단에 제2스위칭소자(42)가 연결되며, 제2스위칭소자(42)의 후단에는 차단기 b접점(CB_b)이 연결되어 구성된다. 차단기 b접점(CB_b) 후단은 트립코일(10) 전단에 접속되어, 제2검출부(40)가 트립코일(10)과 직렬로 연결된다. 제2스위칭소자(42) 역시 다양한 형태의 스위칭소자로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 무접점릴레이(SSR)이다. 그리고 제2검출부(40)로 전류가 인가될 때 신호처리유닛(50)으로 스위칭신호를 출력한다.
신호처리유닛(50)은 제1검출부(30) 및 제2검출부(40) 각각에서 출력되는 스위칭신호를 받아 보호계전기 a접점(20)에서 트립코일(10)에 이르기까지의 회로상태와 트립코일(10)의 상태정보에 대응하는 신호를 출력한다. 도시하지 않았지만 신호처리유닛(50)의 출력단에는 보호계전기 및 차단기 트립회로의 상태정보를 표시하거나 이상상태에 대하여 경보하는 경보장치들이 연결된다.
보다 상세하게는, 도 3a 내지 3d에 도시된 바와 같이, 신호처리유닛(50)은 제1스위칭소자(32)와 제2스위칭소자(34) 두 개의 이진 출력(각각 하이레벨(H) 및 로우레벨(L)로 표현되는 스위칭 출력)으로부터 차단기 트립회로와 차단기 트립코일(10)의 상태정보를 연산하는 연산부(52)와, 이 연산부(52)에서 연산된 출력이 소정 시간(대략 300ms) 지속하여 출력되도록 시간을 지연시키는 시간지연부(54)와, 연산부(52)에서 연산된 결과를 출력하는 출력부(56)와, 연산부(52)에서 연산된 결과를 외부의 원방감시 제어시스템으로 전송하는 통신부(58)로 구성된다. 연산부(52)는 제1스위칭소자(32)와 제2스위칭소자(34)에서 출력되는 두 개의 이진 출력 에 의해 차단기 트립회로와 차단기 트립코일(10)의 상태를 판단하고 연산한다. 연산된 결과는 출력부(56)로 전달되며, 출력부(56)는 복수의 출력 포트들 중 어느 하나의 출력포트로 신호를 발생시킴으로써, 경보장치 등에서 트립회로 등의 이상상태 여부를 표시하거나 경고음을 출력할 수 있도록 한다. 시간지연부(54)는 카운터, 비교기, 지연회로 등으로 구성되며, 대략 300ms 정도의 시간값 이상으로 연산부(52)의 출력을 지속시킨다. 이는 배전계통에서 개폐 써어지나 노이즈 등과 같은 현상에 의해 순간적으로 출력값이 달라지는 것을 배제하기 위함이다. 300ms의 시간 지연은 트립회로의 상태정보가 매우 빠르고 확실한 출력을 가질 수 있도록 한다. 통신부(58)는 연산부(52)에서 연산된 결과를 변조하여 유선 선로 또는 무선의 통신망을 통해 원방감시 제어시스템(SCADA)으로 전송하는 모뎀장치이다.
도 3a 내지 3d를 참조하여, 본 발명의 차단기 트립회로 감시장치에 대한 작동관계에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 배전선로 및 설비가 정상적으로 작동중이고 차단기 트립회로 역시 정상상태라면, 보호계전기 a접점(20)은 개방된 상태이고 차단기 a접점(CB_a)은 닫힌 상태이며 차단기의 b접점(CB_b)은 열린 상태이므로, 도 3a에서 쇄선으로 표시한 것과 같은 경로로 전류가 흐르게 된다. 이때, 도 3a의 하단에 도시된 테이블에서 보여지듯이 제1스위칭소자(32)에서 출력되는 신호는 하이레벨(H)이며, 제2스위칭소자(42)에서 출력되는 신호는 로우레벨(L)이다. 따라서, 신호처리유닛(50)에서 출력되는 신호가 위에 대응한다면 차단기 트립회로가 정상임을 의미한다.
도 3b에서와 같이 배전선로 및 설비가 운휴상태인 것으로서 차단기가 개방된 상태라면, 보호계전기 a접점(20)은 개방된 상태이고 차단기 a접점(CB_a) 역시 개방된 상태이며 차단기 b접점(CB_b)은 닫힌 상태이므로, 도 3b에서 쇄선으로 표시한 것과 같은 경로로 전류가 흐르게 된다. 따라서 도 3b 하단의 테이블에서와 같이 제1스위칭소자(32) 및 제2스위칭소자(42) 모두 하이레벨(H)의 신호를 출력한다. 이와 같이, 보호계전기가 작동하지 않았고 차단기가 운휴상태임에도 불구하고 제1스위칭소자(32) 및 제2스위칭소자(42)에서 모두 하이레벨의 신호가 출력된다면, 트립코일(10)이 정상상태(단선되지 않은 상태)임을 의미한다. 즉, 신호처리유닛(50)에서 위 상태에 대응하는 신호를 출력한다면, "트립코일 정상"을 의미한다. 만약 제1스위칭소자(32) 및 제2스위칭소자(42) 두 개 중에서 어느 하나라도 로우레벨(L)을 출력하면 이는 차단기 트립코일(10)이 단선된 경우에 해당된다. 따라서, 즉시 차단기 트립코일(10)을 보수하여야 한다. 이와 같은 방법으로 트립코일(10)의 단선에 기인한 차단기(CB)의 차단 실패를 미연에 방지할 수 있다.
도 3c에서와 같이 보호계전기(20)가 정상동작하고 차단기가 정상 투입된 상태에서는 차단기 a접점(CB_a)이 닫혀있게 되고 차단기 b접점(CB_b)은 개방상태가 되어, 도 3c에서 쇄선으로 표시한 것과 같은 경로로 전류가 흐른다. 이때, 제1스위칭소자(32) 및 제2스위칭소자(42)는 모두 로우레벨(L)의 신호를 출력한다. 이 경우 차단기 트립회로와 트립코일(10)은 모두 정상이다. 그런데 만약 제1스위칭소자(32)나 제2스위칭소자(42) 두 개 소자 모두 또는 어느 하나라도 하이레벨(H)이 출력될 때는 해당 스위칭소자에 상응하는 곳에 고장이 발생했음을 의미한다. 만약 제1스위칭소자(32)에서 하이레벨(H)이 출력되었다면, 이는 보호계전기 회로가 이상상태임 을 의미한다. 이 경우 동작이 이루어진 보호계전기 회로를 찾아 신속하게 차단된 선로를 복구할 수 있을 것이다. 만약 제2스위칭소자(34)에서 하이레벨(H)이 출력되었다면, 이는 차단기 트립코일(10)의 고장을 의미한다. 이 경우 차단기 트립회로를 즉각 보수하여야 하는 것이 명백하다. 이처럼 신호처리유닛(50)의 출력으로부터 고장개소를 용이하게 파악하여 신속하게 보수할 수 있다.
도 3d 에서와 같이 보호계전기가 정상동작하고 차단기가 개방된 상태 즉 차단기 a접점(CB_a)이 개방된 상태라면, 차단기 b접점(CB_b)은 닫힌 상태이므로, 도 3d에서 쇄선으로 표시한 것과 같은 경로로 전류가 흐른다. 이때, 제1스위칭소자(32)에서 출력되는 신호는 로우레벨(L)이며, 제2스위칭소자(42)에서 출력되는 신호는 하이레벨(H)이다. 그런데, 만약 제2스위칭소자(42)에서 로우레벨(L)의 신호가 출력된다면, 차단기 코일에서 문제가 발생했을 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 즉각적으로 차단기 코일에 대한 보수가 필요하다.
전술한 바와 같이 본 발명의 차단기 트립회로 감시장치는, 각종 보호계전기로 구성 되어진 차단회로 및 차단기 트립코일의 단선 유무 상태를 두 개의 이진 출력을 이용하여 보다 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 고장지점 및 원인에 대한 규명이 신속하게 이루어짐은 물론 이에 대한 복구 및 보수가 신속하게 실시될 수 있다. 무엇보다 본 발명의 차단기 트립회로 감시장치는 차단기 트립회로의 상태를 보다 정확하게 검출할 수 있음에 따라, 배전계통에 있어 무인 감시시스템의 도입을 촉진할 수 있으며, 트립회로 불량으로 인해 상위 차단기가 백업하여 차단을 실시하는 등의 광역 정전사고를 회피할 수 있다는 데 매우 큰 기술적 장점이 있다.
이상 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래 차단기 트립회로 감시장치의 일예를 보인 회로도
도 2는 본 발명에 따른 차단기 트립회로 감시장치를 보인 회로구성도
도 3a 내지 3d는 본 발명에서 회로의 구성에 따른 트립코일의 상태정보를 표시한 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 트립코일 15 : DC전원
20 : 보호계전기 a접점 30 : 제1검출부
32 : 제1스위칭소자 40 : 제2검출부
42 : 제2스위칭소자 50 : 신호처리유닛
52 : 연산부 54 : 시간지연부
56 : 출력부 58 : 통신부

Claims (3)

  1. 배전선로의 보호배전반에 설치되어 차단기(CB) 트립회로의 이상상태를 감시하는 차단기 트립회로 감시장치에 있어서,
    보호배전반의 DC전원(15) 일단에 접속되며 보호계전기 a접점(20)과 병렬 연결되는 제1저항(R1)과 제1스위칭소자(32)로 구성되는 제1검출부(30);
    보호배전반의 DC전원(15) 타단에 접속된 트립코일(10)과는 직렬 연결되며 차단기 a접점(CB_a)에 병렬 연결되는 제2저항(R2)과 제2스위칭소자(42)로 구성되며, 이 제2저항(R2)과 제2스위칭소자(42)에 차단기 b접점(CB_b)이 직렬로 부가되도록 구성되는 제2검출부(40); 및
    상기 제1검출부(30) 및 제2검출부(40)에서 출력되는 신호를 받아 차단기 트립회로의 상태 정보에 대응하는 신호를 출력하는 신호처리유닛(50);을 포함하며,
    상기 신호처리유닛(50)은 상기 제1스위칭소자(32)와 제2스위칭소자(34) 두 개의 이진 출력으로부터 트립코일(10)의 상태정보를 연산하는 연산부(52)와, 상기 연산부(52)의 출력이 소정 시간 지속되도록 하는 시간지연부(54)와, 연산부에서 연산된 결과를 출력하는 출력부(56)로 구성된 것을 특징으로 하는 차단기 트립회로 감시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호처리유닛(50)은 연산부(52)에서 연산된 결과를 외부의 원방감시 제어시스템으로 전송하는 통신부(58)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기 트립회로 감시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1스위칭소자(32) 및 제2스위칭소자(34)는 무접점릴레이(Solid State Relay)인 것을 특징으로 하는 차단기 트립회로 감시장치.
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