KR100928935B1

KR100928935B1 - 자동 부하 전환 개폐기 및 그의 제어방법

Info

Publication number: KR100928935B1
Application number: KR1020070130406A
Authority: KR
Inventors: 정성환
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-11-30
Also published as: KR20090062919A

Abstract

본 발명은 결 상 발생시 전원을 자동으로 전환할 수 있는 자동 부하 전환 개폐기를 제공하려는 것으로서, 제 1 전원과 제 1 전원을 대체하는 제 2 전원의 사이에 접속되어 전원을 자동 전환하는 자동 부하 전환 개폐기에 있어서,

상기 제 1 전원과 제 2 전원에 공통으로 접속되는 3상 선로에 접속되어 상 별 전류를 검출하여 제공하는 3개의 상 전류 변류기;

상기 상 전류 변류기로부터 제공된 하나의 상 전류 값을 다른 두 상 전류 값과 비교하여, 상기 하나의 상 전류 값이 다른 두 상 전류 값보다 미리 결정된 차이보다 큰 차이를 갖게 작으면 해당 상에 결 상이 발생한 것으로 결정하고, 전원을 대체 전원으로 전환하도록 제어하는 제어기를 포함하여 구성된다.

결 상, 자동 부하 전환 개폐기, 변류기

Description

자동 부하 전환 개폐기 및 그의 제어방법{AUTOMATIC LOAD TRANSFER SWITCH AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 고압 전력 계통에 사용되는 자동 부하 전환 개폐기(Automatic Load Transfer Switch, 약하여 ALTS로 통칭됨)에 관한 것으로, 특히 단상 결 상(phase deficiency) 발생시 자동 전원 전환이 가능한 자동 부하 전환 개폐기에 관한 것이다.

본 발명은 22.9 킬로볼트(Kilo Volt)의 송전선과 같은 고압 전력 계통에서 전원의 자동 전환에 이용되는 자동 부하 전환 개폐기에 관한 것으로, 자동 부하 전환 개폐기는 전력 공급사의 제 1 전원에 정전 등의 이상이 발생했을 때 전력 공급사의 제 2 전원으로 전환하여 지속적으로 전원을 공급할 수 있도록 하는 장치이다.

통상 상기 송전선과 같은 고압 전력은 3상 변압기에 의해서 380 내지 220 볼트(Volt)로 강압하여 전동기 또는 전등의 부하에 공급한다.

그러나 종래기술에 있어서 3상 변압기에 공급되는 3상 중 어느 한 상에 결 상이 발생하면, 나머지 2 상의 자 속(magnetic flux)에 의한 결 상인 한 상에 역 기전 력 발생으로 한 상의 결 상 발생을 감지하지 못하여, 전동기에 전압 불평형에 따른 큰 역 상 전류가 흘러 회전력이 감소되고 과열되어 소손되며, 변압기의 권선에도 불평형 과전류가 흘러 소손되는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 단상 결 상을 감지하여 전동기 및 3상 변압기를 보호할 수 있는 자동 부하 전환 개폐기와 자동 부하 개폐기의 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은, 제 1 전원과 제 1 전원을 대체하는 제 2 전원의 사이에 접속되어 전원을 자동 전환하는 자동 부하 전환 개폐기에 있어서,

상기 상 전류 변류기로부터 제공된 하나의 상 전류 값을 다른 두 상 전류 값과 비교하여, 상기 하나의 상 전류 값이 다른 두 상 전류 값에 대한 미리 결정된 비율의 값에 미달하면 해당 작은 전류 값의 상에 결 상이 발생한 것으로 결정하고, 전원을 대체 전원으로 전환하도록 제어하는 제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기를 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기 본 발명의 목적은, 제 1 전원과 제 1 전원을 대체하는 제 2 전원의 사이에 접속되어 전원을 자동 전환하는 자동 부하 전환 개폐기의 제어방법에 있어서,

제 1 전원에 대한 3상의 상 전류를 검출하는 단계;

상기 3상의 상 전류 값을 비교하여 한 상의 전류 값이 다른 두 상의 전류 값에 대한 미리 결정된 비율의 값에 미달하면 해당 작은 전류 값의 상을 결 상으로 결정하고, 한 상의 전류 값이 다른 두 상의 전류 값에 대한 미리 결정된 비율의 값에 미달하지 않으면 제 1 전원이 정상인 것으로 결정하는 결 상 결정 단계;

상기 결 상 결정 단계에서 한 상의 결 상으로 결정된 경우, 상기 제 1 전원을 제 2 전원으로 전환하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 자동 부하 개폐기의 제어방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기 및 자동 부하 개폐기의 제어방법을 제공함에 따라서 제 1 전원의 3상 선로 중 어느 한 상의 결 상이 발생한 경우 이를 감지하여 다른 제 2 전원으로 전원을 전환할 수 있으므로 결 상과 그로 인한 전류 불평형에 의해 전동기 및 3상 변압기를 소손으로부터 보호할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용 효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기를 포함하는 전원과 부하 간의 전력 공급 계통 구성을 보여주는 시스템 구성 도인 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기와 이를 포함하는 전력 계통의 구성을 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기를 포함하는 전원과 부하 간의 전력 공급 계통은 제1전원(전원 1)과 제2전원(전원 2)과, 제1 전원과 제2전원에 공통 접속되는 공통 3상 선로와, 상기 제1전원 및 제2전원 사이에 접속되어 전원을 자동 전환하는 자동 부하 전화 개폐기(1)와, 상기 공통 3상 선로에 접속되어 상 별 전류를 검출하여 제공하는 3개의 변류기(2)와, 변류기(2)와 부하 사이에 접속되는 3상 변압기(3)을 포함하여 구성된다. 하단의 부하는 전동기(도 1에서 원내의 "M" 표시 부분 참조)와 전등으로 대표적으로 표시하였다. 도 1에서 "R", "S", "T"는 3상 교류의 각 상을 의미하며, 3상 변압기(3) 내의 기호는 Y 및 델타(Δ) 결선을 의미한다. 상기 제1전원(전원 1)과 제2전원(전원 2)은 각각 전력 공급사 측으로부터의 주 전원과 비상 전원으로 구성된다.

한편, 도 1의 시스템 중 3 상 전류의 크기를 검출하는 변류기의 설치 구성을 확대하여 보여주는 회로 도인 도 2를 참조하여 상 별 변류기의 설치와 단상 결 상의 발생 상태를 설명하면 다음과 같다.

"R", "S", "T"의 상 별 변류기(2)는 3상 변압기(3)에 접속되는 3상 연결 선로에 설치됨을 볼 수 있다. "R"상과 "S"상의 선로에는 상 전류(i)가 흐르며 도 2에 도시한 실시 예에서 "T"상은 결 상이 발생하여 전류가 흐르지 않는다. "R"상과 "S"상의 선로에 상 전류(i)에 의해 3상 변압기(3)에는 φ1과 φ2의 상 별 자속이 발생하며, 결상이 발생한 "T"상에는 상기 "R"상과 "S"상의 선로에 상 전류(i)로 인한 역 기 전력에 따른 φ3의 자속이 발생한다.

한편, 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기의 제어기 및 전기적 동작 부에 대한 회로 블록 도인 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기의 제어기 및 전기적 동작 부의 구성과 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 3에 있어서, 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기(1)의 제어기 및 전기적 동작 부는 제어기(10)와, 표시부(1d), 동작 부(1e)를 포함하여 구성된다.

제어기(10)는 상기 상 전류 변류기(도 1 및 도 2의 부호 2 참조)로부터 제공된 하나의 상 전류 값을 다른 두 상 전류 값과 비교하여, 하나의 상 전류 값이 다른 두 상 전류 값에 대한 미리 결정된 비율의 값에 미달하면 해당 작은 전류 값의 상에 결 상이 발생한 것으로 결정하고, 전원을 대체 전원으로 전환하도록 제어한다. 여기서, 상기 미리 결정된 비율은 바람직하게 30%로 설정된다.

상기 제어기(10)는 필터 회로(1a)와, 증폭 회로(1b)와, 마이크로 프로세서(1c)를 포함하여 구성된다.

필터 회로(1a)는 상기 상 전류 변류기(도 1 및 도 2의 부호 2 참조)로부터 제공되는 상 별 전류의 신호에 포함될 수 있는 잡음 신호를 제거하여 출력하기 위해 마련된다.

증폭 회로(1b)는 필터 회로(1a)의 출력단에 접속되고, 필터 회로(1a)로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력한다.

마이크로 프로세서(1c)는 증폭 회로(1b)의 출력단에 접속되어, 증폭 회로(1b)로부터 증폭되어 출력되는 신호에 따른 상 전류 값에 대해서, 하나의 상 전류 값이 다른 두 상 전류 값에 대한 미리 결정된 비율의 값에 미달하면 해당 작은 전류 값의 상에 결 상이 발생한 것으로 결정하고, 제 2 전원으로 전원을 전환하도록 제어한다. 여기서, 제 1 전원은 전력 공급사로부터의 전원 1(주 전원)로서 먼저 주 전원으로서 전력을 공급하다가 결 상이 발생한 전원이고, 제 2 전원은 전력 공급사로부터의 전원 2(비상 전원)로서 새로운 전원으로 전환되어 전력을 부하 측에 공급하는 전원을 의미한다. 또한 상기 미리 결정된 비율은 바람직하게 30%로 설정된다.

도 2에 도시된 경우와 같이 T 상에 결 상이 발생한 경우, T상의 변류기(2)로부터 검출되는 T 상 전류의 값은 다른 두 상 전류 즉, R상과 S상의 전류의 값이 예컨대 100암페어(A)이고 보다 훨씬 작을 것이고, T 상 전류의 값이 R상과 S상의 전류의 값에 대한 미리 결정된 비율(예컨대 30%)에 미달하는 예컨대 29암페어(A)인 경우, 이때 마이크로 프로세서(1c)는 T 상의 결 상 발생으로 결정하는 것이다.

도 3에 있어서, 미 설명 부호 2a는 변류기(2)로부터의 상 전류 검출 입력신호를 의미하고, 미 설명 부호 1c-1은 마이크로 프로세서(1c)로부터 결상 발생시 출력되는 전원의 전환을 명령하는 신호 및 결 상 발생의 표시를 명령하는 신호를 지시하며, 표시부(1d)는 결 상 발생 시 이를 자동 부하 전환 개폐기(1)의 외부에 표시하기 위한 표시 수단으로서 예컨대 발광 다이오드(diode) 또는 액정 표시기 등으로 구성될 수 있고 상기 결 상 발생의 표시를 명령하는 신호에 응답하여 결 상 발생을 표시한다. 동작 부(1e)는 예컨대 전기적으로 이후 단계의 구동 원을 작동시키는 신호를 발생시키는 작동신호 발생 부와, 상기 작동 신호 발생 부로부터의 작동신호에 의해 구동되어 제1전원을 제2전원으로 또는 그 역으로 전환하는 액튜에이터(actuator) 즉 전동기 또는 큰 스프링기구 및 개폐기구로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기의 제어방법의 구성과 제어 동 작을 보여주는 흐름 도인 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기의 제어방법의 구성과 제어 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 제 1 전원과 제 1 전원을 대체하는 제 2 전원의 사이에 접속되어 전원을 자동 전환하는 자동 부하 전환 개폐기의 제어방법은, 제 1 전원에 대한 3상의 상 전류를 검출하는 단계(S1-S2)와, 결 상 결정 단계(S3), 결 상 결정 단계(S3)에서 한 상의 결 상으로 결정된 경우, 상기 제 1 전원을 제 2 전원으로 전환하는 단계(S4)를 포함하여 구성된다. 이후, 단계(S5)에서 제 2 전원(전원 2)을 전원으로 사용한다.

제 1 전원에 대한 3상의 상 전류를 검출하는 단계(S1-S2)는 변류기(2)가 상 전류를 검출하여 입력하는 단계(S1)과, 입력된 상 전류 검출 신호를 근거로 상 전류의 크기를 결정하는 단계(S2)를 포함한다.

결 상 결정 단계(S3)는 마이크로 프로세서(1c)가 수행하는 동작단계로서, 한 상의 상 전류 값을 나머지 두 상의 상 전류 값과 비교하며, 더욱 구체적으로 한 상의 상 전류 값을 나머지 두 상의 상 전류 값에 대하여 미리 결정되어 저장하고 있는 기준 비율을 곱하여 얻는 기준 값과 비교하여, 한 상의 상 전류 값이 기준 값에 미달하면 결 상 다시 말하면 상 전류의 불평형 발생으로 결정하고, 기준 값과 같거나 크면 정상 상태(상 전류 평형 상태)로 결정하는 것이다.

이후 단계(S4)에서 마이크로 프로세서(1c)가 결 상 다시 말하면 상 전류의 불평형 발생을 결정하면, 전원의 전환을 명령하는 신호를 출력한다. 그에 띠라 단계(S5)에서 마이크로 프로세서(1c)로부터의 전원의 전환을 명령하는 신호에 응답하 여 도 3의 액튜에이터 및 개폐기구가 동작하여 전원을 제 2 전원(전원 2)으로 전환한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기를 포함하는 전원과 부하 간의 전력 공급 계통 구성을 보여주는 시스템 구성 도이고,

도 2는 도 1의 시스템 중 3 상 전류의 크기를 검출하는 변류기의 설치 구성을 확대하여 보여주는 회로 도이며,

도 3은 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기의 제어기 및 전기적 동작 부에 대한 회로 블록 도이며,

도 4는 본 발명에 따른 자동 부하 전환 개폐기의 제어방법의 구성과 제어 동작을 보여주는 흐름 도이다.

*도면 중 주요부에 대한 부호의 설명

1: 자동 부하 전환 개폐기 1a: 필터 회로

1b: 증폭 회로 1c: 마이크로 프로세서

1c-1: 신호출력 1d: 표시부

1e: 동작 부

2: 변류기 2a: 검출 상 전류 입력 신호

3: 3상 변압기 10: 제어기

Claims

제 1 전원과 제 1 전원을 대체하는 제 2 전원의 사이에 접속되어 전원을 자동 전환하는 자동 부하 전환 개폐기에 있어서,

상기 제 1 전원과 제 2 전원에 공통으로 접속되는 3상 선로에 접속되어 상 별 전류를 검출하여 제공하는 3개의 상 전류 변류기;

상기 상 전류 변류기로부터 제공된 하나의 상 전류 값을 다른 두 상 전류 값과 비교하여, 상기 하나의 상 전류 값의 다른 두 상 전류 값에 대한 비율이 미리 결정된 비율의 값에 미달하면 해당 작은 전류 값의 상에 결 상이 발생한 것으로 결정하고, 전원을 대체 전원으로 전환하도록 제어하는 제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 부하 전환 개폐기.
제1항에 있어서,

상기 제어기는,

상기 상 전류 변류기로부터 제공되는 상 별 전류의 신호에 포함될 수 있는 잡음 신호를 제거하여 출력하기 위한 필터 회로;

상기 필터 회로의 출력단에 접속되고, 상기 필터 회로로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 증폭 회로;

상기 증폭 회로의 출력단에 접속되어, 상기 증폭 회로로부터 증폭되어 출력되는 신호에 따른 상 전류 값에 대해서, 하나의 상 전류 값이 다른 두 상 전류 값 에 대한 미리 결정된 비율의 값에 미달하면 해당 작은 전류 값의 상에 결 상이 발생한 것으로 결정하고, 대체 전원으로 전원을 전환하도록 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 부하 전환 개폐기.
제1항에 있어서,

상기 미리 결정된 비율은 30 퍼센트(%) 인 것을 특징으로 하는 자동 부하 전환 개폐기.
제 1 전원과 제 1 전원을 대체하는 제 2 전원의 사이에 접속되어 전원을 자동 전환하는 자동 부하 전환 개폐기의 제어방법에 있어서,

제 1 전원에 대한 3상의 상 전류를 검출하는 단계;

상기 3상의 상 전류 값을 비교하여 한 상의 전류 값의 다른 두 상의 전류 값에 대한 비율이 미리 결정된 비율의 값에 미달하면 해당 작은 전류 값의 상을 결 상으로 결정하고, 한 상의 전류 값이 다른 두 상의 전류 값에 대한 미리 결정된 비율의 값에 미달하지 않으면 제 1 전원이 정상인 것으로 결정하는 결 상 결정 단계;

상기 결 상 결정 단계에서 한 상의 결 상으로 결정된 경우, 상기 제 1 전원을 제 2 전원으로 전환하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 부하 개폐기의 제어방법.
제4항에 있어서,

상기 미리 결정된 비율은 30 퍼센트(%) 인 것을 특징으로 하는 자동 부하 개폐기의 제어방법.