KR100996627B1 - Distributing board applied with arc sensor - Google Patents

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김경탁
윤태현
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(주)엘지산업
(주)이오닉스테크놀러지
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02B13/00Arrangements of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02Arrangements of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
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    • G01R31/12Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1218Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using optical methods; using charged particle, e.g. electron, beams or X-rays

Abstract

PURPOSE: A high/low voltage distribution system is provided to rapidly block power supplied to a load by transmitting a trip signal of an arc sensor to a circuit breaker. CONSTITUTION: A current detector(81-83) detects the current of a distributed power source to identify a short, overload, and arc. A protection relay(60) generates a trip signal by comparing the detected current from the current detector with a reference current when the current is abnormal. An arc sensor senses the arc by using an optical fiber. The arc sensor generates a trip signal when the arc is generated. A circuit breaker(50) generates a blocking command to prevent damage to the distribution system due to the overload, short, and arc.

Description

아크 센서가 적용된 고압/저압 배전반 시스템{Distributing board applied with arc sensor}High pressure / low voltage switchgear system with arc sensor {Distributing board applied with arc sensor}
본 발명은 고압 및 저압 배전반 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압 전원이나 저압 전원을 처리하는 배전반에서 보호계전기와 연동하며 아크를 최단시간에 탐지하여 차단기에 감지신호(트립신호)를 보내 차단시간을 단축함으로써 아크 사고로부터 전력설비를 보호하기 위한 아크 센서가 적용된 고압/저압 배전반 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a high-voltage and low-voltage switchgear system, and more particularly, interlocked with a protection relay in a switchgear that processes a high-voltage or low-voltage power supply and detects an arc in the shortest time to send a detection signal (trip signal) to the breaker to cut off the time. The present invention relates to a high pressure / low pressure switchgear system in which an arc sensor is applied to protect an electric power plant from an arc accident by shortening the speed.
일반적으로 배전반(distributing board)은 발전소, 변전소 등의 운전이나 제어, 전동기의 운전 등을 위해 변압기나 스위치장치 및 기타 안전장치 등의 전기설비가 캐비닛 내부에 일정하게 배치된 것을 말한다.In general, a distribution board is a circuit in which electrical equipment such as transformers, switches, and other safety devices are regularly arranged in a cabinet for operation or control of a power plant, substation, or electric motor.
이러한 배전반은 주로 학교나 빌딩, 아파트단지, 공장 등과 같은 집단 전력수요처에 설치되므로 변전소로부터 공급되는 6,600V이상 22,900V급 특 고압을 수전하여 380V 또는 220V의 저전압의 상용전압으로 변전하여 전력공급을 제어하게 된다.Since these switchboards are mainly installed in group power demands such as schools, buildings, apartment complexes, factories, etc., power supply is controlled by converting them into commercial voltages of 380V or 220V by receiving special voltages of 22,900V or more from 6,600V. Done.
최근의 배전반은 다수의 전기설비가 모듈타입으로 설치되므로 배전반의 캐비 닛 내부는 여러 구획으로 구분되어야 하고, 이러한 구획은 다수의 프레임과 플레이트를 통해 이루어지게 되며, 캐비닛에 사용되는 각종 프레임과 플레이트는 제작의 편의를 위해 대부분 금속 판재를 밴딩, 드로잉, 펀칭 가공한 것을 사용하였다.In recent years, since a plurality of electrical equipments are installed in a modular type, the cabinet inside the switchboard should be divided into several compartments, and these compartments are made up of a plurality of frames and plates. For the convenience of manufacturing, most of the metal plate was used for bending, drawing and punching.
이러한 배전반에 있어서, 배전반의 내부에서 단락 또는 절연 열화에 따라 아크에 의한 사고 발생 시 고온 고압으로 인하여 배전반 내부의 전력 기기 및 장치들이 파손되고 인명 피해가 야기되며 이로 인한 정전과 원상회복 기간이 길어지는 등 전기적 아크에 의한 사고가 여러 가지의 문제를 야기되었다.In such a switchboard, when an arc accident occurs due to a short circuit or insulation deterioration in the switchboard, the high temperature and high pressure may cause damage to power devices and devices inside the switchboard and cause personal injury, resulting in prolonged power outages and restoration periods. Electric arc accidents caused various problems.
특히, 아크 사고가 발생하면 아크 섬광과 아크 전류가 발생하는데 전기 아크의 중심온도는 약 2000K까지 상승하며 아크 에너지는 열, 압력, 복사 등의 형태로 변환되어 주변의 기기 및 장치 등에 심각한 피해를 주며 인명 손실까지 가져온다.In particular, when an arc accident occurs, arc flash and arc current are generated. The center temperature of electric arc rises to about 2000K, and the arc energy is converted into heat, pressure, radiation, etc., causing serious damage to nearby devices and devices. Brings to life loss.
아크는 발생 이후 10 ~ 15ms 전후의 시간에서 방출에너지의 최대치로 상승하여 50ms 이상 길어지면 에너지의 폭발과 같은 형태로 변환되는데, 이러한 폭발 에너지의 극대화를 막기 위해서는 이보다 빠른 시간 안에 차단기를 동작시켜 아크 발생을 지연시키고 피해의 확산을 막아야 한다.The arc rises to the maximum value of the emitted energy in the time around 10 to 15ms after the generation, and when it is longer than 50ms, the arc is converted into the form of energy explosion.In order to prevent the maximization of the explosion energy, the arc breaker is operated by operating the breaker in a faster time than this. Delay and prevent the spread of damage.
특히 전기 아크가 차단기 등의 소호부가 아닌 전력 기기의 절연부분에서 단락사고에 의하여 발생할 때 인명피해, 전력 기기 파손과 이로 인한 장시간 유지보수(정전) 등의 피해가 발생한다.In particular, when an electric arc occurs due to a short-circuit accident in the insulation portion of the power device, not in the extinguishing part of the breaker or the like, damage to the power device and damage such as long-term maintenance (outage) are caused.
전기설비 내에서 아크 사고가 발생하면 1차적으로 전력 기기 파손 및 인명사고가 발생할 뿐 아니라 2차적으로 전력 기기의 파손에 의한 정전의 피해가 발생한다. When an arc accident occurs in an electrical installation, not only the power device damage and human life accidents occur primarily but also the damage of power failure due to the breakdown of the power device.
기존 배전반에는 아크 등으로 인한 과전류 등에 의한 피해를 최소화가 위해서 보호계전기(Overcurrent protection) 및 차단기(Arc protection monitor)를 구비하고, 철심 코일에 의한 전기식의 CT(Current transducer), PT(Potential transducer)로부터 과전류 등을 검출하고, 보호계전기에서 사고를 감지하면 트립 신호를 발생하여 차단기에 전달한다. 이후 차단기는 트립 신호를 받게 되면 차단 지령을 내려 아크 등에 의해 발생한 과전류 등으로 전력 기기 등이 손상되는 것을 방지하였다.Existing switchgear is equipped with overcurrent protection and arc protection monitor to minimize damage caused by over current due to arc, etc., and from electric CT (Current transducer) and PT (Potential transducer) by iron core coil It detects an overcurrent and detects an accident in the protection relay and generates a trip signal and sends it to the breaker. After that, when the breaker receives a trip signal, a breaker command is issued to prevent the power device from being damaged by an overcurrent generated by an arc.
그러나 이러한 종래의 배전반에서 아크 등에 의한 차단 방법은, 전기식 CT, PT에 의해 아크 감지 시간과 보호계전기의 트립 신호 발생 시간, 그리고 차단기의 차단 동작시간까지 약 150 ~ 200ms의 동작 지연시간이 발생하여, 아크를 확실하게 차단할 수 없는 문제점을 초래하였으며, 이로 인해 전력 기기 시스템에 커다란 손상을 야기시켰다. 즉, 아크 발생 후 10 ~ 15ms 전후의 시간에서 방출에너지의 최대치로 상승하여 50ms 이상 길어지면 에너지의 폭발과 같은 형태로 변환되는데, 종래의 배전반에 적용된 차단 방법은 아크 발생 후 100ms이상의 시간이 지연되므로, 전력 기기 시스템에 커다란 손상을 야기시켰다.However, in such a conventional switchboard, an interruption method using an arc or the like may cause an operation delay time of about 150 to 200 ms until an arc detection time, a trip signal generation time of a protection relay, and a breaker operation time by an electric CT or PT, This caused a problem that the arc could not be reliably shut off, causing significant damage to the power equipment system. In other words, if it rises to the maximum value of the emitted energy from 10 to 15ms before and after the arc is generated and becomes longer than 50ms, it is converted into a form of energy explosion.However, the blocking method applied to the switchboard is delayed by 100ms or more after the arc is generated. As a result, the power equipment system has been seriously damaged.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 배전반에서 아크 차단 방법에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,Accordingly, the present invention has been proposed to solve various problems occurring in the arc blocking method in the conventional switchboard as described above,
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고압 전원이나 저압 전원을 처리하는 배전반에서 보호계전기와 연동하며 아크를 최단시간에 탐지하여 차단기에 감지신호(트립 신호)를 보내 차단시간을 단축함으로써 아크 사고로부터 전력설비를 보호하기 위한 아크 센서가 적용된 고압/저압 배전반 시스템에 관한 것이다. The problem to be solved by the present invention, by interlocking with the protection relay in the high-voltage power supply or low-voltage power supply panel and detects the arc in the shortest time to send a detection signal (trip signal) to the circuit breaker to reduce the interruption time power A high pressure / low pressure switchgear system with an arc sensor for protecting a facility.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 "아크 센서가 적용된 고압/저압 배전반 시스템"은,The "high pressure / low pressure switchgear system to which the arc sensor is applied" according to a preferred embodiment of the present invention for solving the above problems,
과부하나 단락 및 아크를 판단하기 위해 배전된 전원의 전류를 검출하는 전류 검출기와;A current detector for detecting a current of the power distribution to determine an overload, a short circuit, and an arc;
상기 전류 검출기에 의해 검출한 전류와 기준 전류를 비교하여 전류 이상시 트립 신호를 발생하는 보호계전기와;A protection relay configured to compare the current detected by the current detector with a reference current to generate a trip signal in the event of an abnormal current;
광섬유를 이용하여 아크 발생을 검출하며, 아크 발생시 트립 신호를 발생하는 아크 센서와;An arc sensor for detecting arc generation using an optical fiber and generating a trip signal when the arc is generated;
상기 보호계전기와 아크 센서에서 각각 발생한 트립 신호의 조합으로 차단 명령을 발생하여 과부하나 단락 및 아크에 의해 배전반 시스템이 손상되는 것을 방지하는 차단기를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a circuit breaker to prevent the damage to the switchboard system by overload, short circuit and arc by generating a blocking command by a combination of the trip signal generated in the protective relay and the arc sensor, respectively.
상기 아크 센서는,The arc sensor,
아크 검출용 광신호와 아크에 의해 변환된 광신호를 전송하기 위한 광섬유 케이블과;An optical fiber cable for transmitting the optical signal for detecting the arc and the optical signal converted by the arc;
상기 광섬유 케이블을 통해 전송된 아크 검출용 광신호를 반사시키되, 아크가 발생할 경우 상기 발생한 아크에 의해 변형된 아크 검출용 광신호를 반사시키는 반사소자를 구비한 렌즈와;A lens including a reflection element for reflecting an arc detection optical signal transmitted through the optical fiber cable, and reflecting the arc detection optical signal deformed by the generated arc when an arc occurs;
상기 아크 검출용 광신호를 광섬유 케이블로 송신하고, 상기 광섬유케이블을 통해 수신한 변형된 아크 검출용 광신호와 상기 아크 검출용 광신호를 비교하여 그 차이신호로 아크 발생 신호를 출력하는 광검출기를 포함한다.A photodetector for transmitting the arc detection optical signal through an optical fiber cable, comparing the deformed arc detection optical signal received through the optical fiber cable with the arc detection optical signal, and outputting an arc generation signal as a difference signal; Include.
상기 광섬유케이블은 아크 검출용 광신호를 전송하는 제1광섬유케이블과 상기 변형된 아크 검출용 광신호를 전송하는 제2광섬유케이블로 구성된 것을 특징으로 한다.The optical fiber cable is characterized by consisting of a first optical fiber cable for transmitting an optical signal for arc detection and a second optical fiber cable for transmitting the modified arc detection optical signal.
또한, 상기 광검출기는, 아크 검출용 광신호를 송신하는 광 송신기와, 상기 변형된 아크 검출용 광신호를 수신하는 광 수신기와, 내부 메모리에 내장된 아크 분석 프로그램에 의해 상기 아크 검출용 광신호와 상기 변형된 아크 검출용 광신호를 비교하여 차이신호를 산출하고, 상기 산출한 차이신호를 분석하여 아크 발생 신호를 출력하는 아크 분석기를 포함한다.The photodetector further comprises an optical transmitter for transmitting an arc detection optical signal, an optical receiver for receiving the modified arc detection optical signal, and an arc detection optical signal built in an internal memory. And an arc analyzer for comparing the modified arc detection optical signal to calculate a difference signal, and analyzing the calculated difference signal to output an arc generation signal.
또한, 상기 차단기는,In addition, the breaker,
상기 아크 센서로부터 트립 신호가 발생하면 상기 보호계전기와 연동하여 상기 보호계전기에서 검출한 단락전류가 차단 명령을 발생하기 위해 기설정된 값보다 작으면 차단 명령을 발생하지 않는 것을 특징으로 한다/When a trip signal is generated from the arc sensor, a short circuit current detected by the protective relay in conjunction with the protective relay is not generated if the short circuit current is smaller than a preset value to generate a shutoff command.
또한, 상기 아크 센서는,In addition, the arc sensor,
고압/저압 배전반 시스템의 내부 구획이 분리된 경우, 분리된 구획마다 설치 되는 것을 특징으로 한다.When the internal compartment of the high pressure / low pressure switchgear system is separated, it is characterized in that it is installed for each separated compartment.
본 발명에 따르면 아크를 신속 정확하게 검출할 수 있는 아크 센서를 이용하고, 배전반의 보호 계전기와 연동하여 아크 및 과전류에 대한 전원 차단을 제어함으로써, 아크 사고로부터 전력설비를 최적으로 보호할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, by using the arc sensor that can detect the arc quickly and accurately, and by interlocking with the protection relay of the switchboard to control the power interruption to the arc and overcurrent, there is an advantage that can optimally protect the power equipment from an arc accident have.
또한, 본 발명에 따르면 40 ~ 50ms 이내에서 아크를 소호할 수 있어, 전력 기기 파손 및 인명사고를 최소화하고 정전 등의 사고 후 파급영향도 최소화할 뿐 아니라 전력 기기 경쟁력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Further, according to the present invention, the arc can be extinguished within 40 to 50 ms, thereby minimizing power device damage and human accidents, minimizing the ripple effect after an accident such as a power failure, and improving power device competitiveness. .
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 1은 본 발명이 적용되는 고압/저압 배전반 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 상기 고압/저압 배전반 시스템을 구획한 도면이다.1 is a view showing a high pressure / low pressure switchgear system to which the present invention is applied, Figure 2 is a diagram showing the partition of the high pressure / low pressure switchgear system.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 배전반(10)의 캐비닛 내부는 도 2에 도시한 바와 같이 여러 구획으로 구분되어 있으며, 본 발명에서는 수평 버스바가 설치되는 공간(11), 차단기가 설치되는 공간(12), 케이블 칸(13)과 같이 임 의로 3개의 공간으로 구획하였으며, 이러한 구획은 다수의 프레임과 플레이트를 통해 이루어지게 된다.As shown in the figure, the interior of the cabinet of the switchboard 10 to which the present invention is applied is divided into several compartments as shown in Figure 2, in the present invention, the space 11, the horizontal bus bar is installed, the breaker is installed The space 12, the cable compartment 13, such as arbitrarily divided into three spaces, this partition is made through a plurality of frames and plates.
따라서 배전반(10) 내에서 각각의 주요 기능을 수행하는 각 부의 주요기기별로 유닛형 단위 격실을 갖추어 독립된 공간 내에서 각각의 기능을 수행하게 됨으로써, 배전반(10)의 내외부에서 발생할 수 있는 이상 발생으로 인한 사고 여파가 배전반의 주요기기로 파급될 수 있는 요소를 최소화시킬 수 있게 된다.Therefore, the unit-type unit compartment is provided for each of the main devices of each unit performing each main function in the switchboard 10 to perform each function in an independent space, thereby causing an abnormality that may occur in and out of the switchboard 10. The aftermath of the accident can minimize the factors that can spread to the main equipment of the switchboard.
이러한 배전반(10)의 전원 전달 구조를 살펴보면, 외부 전원이 인입되는 모선 버스바(1)를 통해 전달되는 전원은 메인 버스바(2)를 통해 차단기(3)의 1차 차단 연결구에 전달되며, 해당 차단기(3)를 거쳐 2차 차단 연결구에 전달된다. 그리고 이러한 2차 차단 연결구의 전원은 서브 버스바(4)를 통해 변류기(5)에 전달되며, 또한, 해당 변류기(5)에 연결된 부하 버스 바(6)를 통해 부하 측 전원 케이블(7)에 전달되어 부하로 연결된다. 미설명 부호 8은 변성기를 나타낸다.Looking at the power transmission structure of the switchboard 10, the power transmitted through the bus bus bar 1, the external power is introduced is transmitted to the primary blocking connector of the breaker (3) through the main bus bar (2), It is transmitted to the secondary blocking connector via the circuit breaker 3. Then, the power of the secondary disconnection connector is transmitted to the current transformer 5 through the sub bus bar 4, and also to the load side power cable 7 through the load bus bar 6 connected to the current transformer 5. Delivered and connected to the load. Reference numeral 8 denotes a transformer.
아울러 상기와 같은 배전반(10)에는 도면에는 도시하지 않았지만 과부하나 단락 및 아크를 판단하기 위해 배전된 전원의 전류를 검출하는 전류 검출기가 구비되며, 상기 전류 검출기에 의해 검출한 전류와 기준 전류를 비교하여 전류 이상시 트립 신호를 발생하는 보호계전기가 구비된다. 전류 검출기와 보호계전기에 대해서는 추후 자세하게 설명하기로 한다.In addition, the switchboard 10 as described above is provided with a current detector for detecting the current of the power distribution to determine the overload, short circuit and arc, although not shown in the figure, and compares the current detected by the current detector with the reference current Thus, a protection relay for generating a trip signal in case of a current abnormality is provided. The current detector and the protective relay will be described later in detail.
본 발명은 상기와 같이 구획된 배전반(10)의 각 구획 공간에 광섬유를 이용한 아크 센서를 장착하여, 아크 발생시 신속하게 아크를 검출하고, 상기 보호계전기와 연동하여 차단 동작을 수행함으로써, 최대 50ms 이내에서 차단 동작이 이루어 지도록 한다. 여기서 아크 센서는 각 구획이 분리된 공간에 설치하는 것이 바람직하다.The present invention is equipped with an arc sensor using an optical fiber in each partition space of the switchgear 10 partitioned as described above, detects the arc quickly when the arc occurs, and performs a blocking operation in conjunction with the protective relay, within a maximum of 50ms Block operation is made in. Here, the arc sensor is preferably installed in a space in which each compartment is separated.
본 발명에 적용된 아크 센서는 광섬유를 이용한 아크 센서로서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 아크 검출용 광신호(26)와 아크에 의해 변환된 광신호(27)를 전송하기 위한 광섬유 케이블(제1광섬유케이블 및 제2광섬유케이블)(23)(24)이 구비된다. 상기 광섬유 케이블은 보호대상의 위치에 따라 길이가 결정되는 것이 바람직하다.The arc sensor applied to the present invention is an arc sensor using an optical fiber, and as shown in FIGS. 3 and 4, an optical fiber cable for transmitting an optical signal 26 for detecting an arc and an optical signal 27 converted by an arc. (First Optical Fiber Cable and Second Optical Fiber Cable) 23, 24 are provided. Preferably, the optical fiber cable has a length determined according to the position of the object to be protected.
아울러 상기 광섬유 케이블(23)(24)에는 팁(22)을 통해 렌즈(21)가 연결되는 데, 여기서 렌즈(21)는 광신호를 반사시키는 반사소자(21a)를 내장하고, 광섬유 케이블(23)로 전송된 아크 검출용 광신호(26)를 상기 내장한 반사소자(21a)로 반사시키게 된다. In addition, the lens 21 is connected to the optical fiber cable 23, 24 through the tip 22, wherein the lens 21 has a reflective element (21a) for reflecting the optical signal, the optical fiber cable (23) The arc detection optical signal 26 transmitted by the () is reflected by the built-in reflector 21a.
상기 광섬유 케이블(23)(24)의 일단에는 커넥터(25)가 구비되고, 그 커넥터(25)의 다른 단에는 광검출기(28)가 접속된다.A connector 25 is provided at one end of the optical fiber cables 23 and 24, and a photodetector 28 is connected to the other end of the connector 25.
광검출기(28)는 광 송신기(28a)와 광 수신기(28b) 및 아크 분석기(28c)를 구비하고, 광 송신기(28a)에서 상기 아크 검출용 광신호(26)를 제1광섬유 케이블(23)로 송신하고, 광 수신기(28b)에서는 상기 제2광섬유 케이블(24)을 통해 수신한 변형된 아크 검출용 광신호를 수신하여 전기적인 신호로 만들게 된다.The photodetector 28 includes an optical transmitter 28a, an optical receiver 28b and an arc analyzer 28c, and the optical transmitter 28a transmits the arc detection optical signal 26 to the first optical fiber cable 23. The optical receiver 28b receives the deformed arc detection optical signal received through the second optical fiber cable 24 and makes it an electrical signal.
아울러 아크 분석기(28c)는 상기 송신용 아크 검출용 광신호(26)와 수신된 아크 검출용 광신호(27)를 비교하여 그 차이신호를 산출하고, 상기 산출한 차이신호를 분석하여 아크 발생 신호를 출력하게 된다.In addition, the arc analyzer 28c compares the transmission arc detection optical signal 26 and the received arc detection optical signal 27 to calculate a difference signal, and analyzes the calculated difference signal to generate an arc generation signal. Will print
이와 같이 구성된 아크 센서의 동작을 살펴 보면 다음과 같다.The operation of the arc sensor configured as described above is as follows.
아크 검출을 위해 광검출기(28)의 광 송신기(28a)에서 아크 검출용 신호(26)를 송출하여 제1광섬유 케이블(23)로 전송하게 된다. 제1광섬유 케이블(23)로 전송된 아크 검출용 신호(26)는 렌즈(21)에 입사되고, 렌즈(21)의 내부에 내장된 반사소자(21a)에 의해 반사되어 제2광섬유 케이블(24)을 통해 광 수신기(28)에 전달된다. 상기 렌즈(21)는 fish-eye type의 방사형 복수렌즈로 제작되는 것이 바람직하며, 탐지각도는 5스테라디안으로 하는 것이 바람직하다.In order to detect the arc, the optical transmitter 28a of the photodetector 28 transmits the arc detection signal 26 to the first optical fiber cable 23. The arc detection signal 26 transmitted to the first optical fiber cable 23 is incident on the lens 21, and is reflected by the reflecting element 21a embedded in the lens 21 to be reflected to the second optical fiber cable 24. Is transmitted to the optical receiver 28. Preferably, the lens 21 is made of a fish-eye type radial multiple lens, and the detection angle is preferably 5 steradians.
여기서 반사되는 광신호는 아크가 발생하지 않았을 경우에는 입력되는 아크 검출용 광신호(26)가 그대로 반사가 되어 광 수신기(28)에 전달되며, 이와는 달리 아크가 발생한 경우에는 상기 발생한 아크에 의해 아크 검출용 광신호가 변형되어 변형된 아크 검출용 신호가 반사된다. 이때 변형 상태는 발생한 아크의 유형에 따라 변화가 달라질 수 있으며, 아크 검출용 신호는 펄스 형태로 구현하는 것이 바람직하다. 상기 광 송신기(28a)나 광 수신기(28b)에 대한 구체적인 구성이나 동작은 당해 분야에 공지인 펄스 형태의 광신호를 송신하거나 수신하는 광 송수신기를 그대로 이용하게 되므로, 자세한 설명은 생략한다.In this case, when the arc is not generated, the reflected optical signal is reflected by the input arc detection optical signal 26 as it is and is transmitted to the optical receiver 28. In contrast, when the arc is generated, the arc is generated by the generated arc. The optical signal for detection is modified to reflect the modified arc detection signal. In this case, the deformation state may vary depending on the type of arc generated, and the arc detection signal may be implemented in a pulse form. The specific configuration or operation of the optical transmitter 28a or the optical receiver 28b uses an optical transceiver that transmits or receives an optical signal in a pulse form known in the art, and thus, detailed description thereof will be omitted.
광 검출기(28)는 송신한 아크 검출용 신호와 수신한 반사신호를 비교하여 그 차이신호를 계산하고, 계산한 차이신호를 분석 알고리즘에 의해 분석하여 아크 발생 여부를 판단하는 알고리즘으로 프로그램된 자기 테스트(blocks of light detection and testing; BLDT) 회로에 의해 아크 여부를 판단하고, 아크 발생시 아크 검출 신호(트립 신호)를 발생하게 된다. 통상 펄스 형태의 송신 신호와 반사된 수신 신호가 같으면 그 차이신호가 0이 되며, 송신 신호와 반사된 수신신호가 다를 경우에는 그 차이신호가 발생하게 된다. 따라서 발생한 차이신호를 내장된 메모리에 미리 저장된 아크 발생 여부를 판단하기 위해 실험에 의해 산출하여 저장된 기준 신호와 비교를 함으로써, 아크 발생 여부를 용이하게 판단 또는 분석할 수 있게 되는 것이다. 여기서 기준 신호는 프로그램에 의해 대략 200 내지 300A의 단락 회로 전류를 갖는 전기 아크에 의해 발생한 광속 용량에서 트리핑(tripping) 신호가 발생하도록 결정되는 것이 바람직하다.The photodetector 28 compares the transmitted arc detection signal with the received reflected signal, calculates the difference signal, and analyzes the calculated difference signal by an analysis algorithm to determine whether an arc is generated. It determines whether the arc by the (blocks of light detection and testing; BLDT) circuit, and generates an arc detection signal (trip signal) when the arc occurs. In general, when the transmission signal in the form of a pulse and the reflected reception signal is the same, the difference signal becomes zero. When the transmission signal and the reflected reception signal are different, the difference signal is generated. Therefore, by comparing the generated difference signal with the reference signal calculated and stored by experiment to determine whether or not the arc is stored in the built-in memory, it is possible to easily determine or analyze the occurrence of the arc. The reference signal here is preferably determined by the program to generate a tripping signal at the luminous flux capacity generated by the electric arc with a short circuit current of approximately 200 to 300 A.
부가적으로 광 송신기(28a)와 광 수신기(28b)와 제1 및 제2 광섬유 케이블(23)(24) 간에는 접속 장치인 커넥터(25)를 이용하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to use the connector 25 which is a connecting device between the optical transmitter 28a and the optical receiver 28b and the first and second optical fiber cables 23 and 24.
이러한 광섬유를 이용한 아크 센서를 이용하면 0.4 ~ 35kV급 옥내외 배전반에서의 전기 아크 단락으로부터 시스템(전력 설비)을 보호할 수 있다. Using such an optical fiber arc sensor can protect the system (power equipment) from electric arc short-circuits in 0.4 ~ 35kV class indoor and outdoor switchboards.
도 5는 본 발명에 따른 아크 센서를 적용한 고압/저압 배전반 시스템의 전체 구성을 보인 것이다.Figure 5 shows the overall configuration of the high pressure / low pressure switchgear system to which the arc sensor according to the present invention is applied.
도 3 및 도 4와 부호가 동일한 부품은 아크 센서와 동일한 구성 및 작용을 한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 아크 센서를 적용한 고압/저압 배전반 시스템은, 도 3에 개시된 아크 센서를 포함하고, 아크 센서에 의해 아크 발생이 검출되면 공급되는 전력을 차단하는 차단기(50)에 트립 신호를 발생하는 아크 센서(20)와; 과부하나 단락 및 아크를 판단하기 위해 배전된 전원의 전류를 검출하는 전류 검출기(81 ~ 83)와; 상기 전류 검출기(81 ~ 83)에 의해 검출한 전류와 기준 전류를 비교하여 전류 이상시 트립 신호를 발생하는 보호계전기(60)와; 상기 보호계전기(60) 와 아크 센서(20)에서 각각 발생한 트립 신호의 조합으로 차단 명령을 발생하여 과부하나 단락 및 아크에 의해 배전반 시스템이 손상되는 것을 방지하는 차단기(50)를 구비한다. 여기서 차단기(50)는 도 1의 차단기(3)와 동일한 차단기를 의미한다.Parts having the same reference signs as FIGS. 3 and 4 have the same configuration and function as the arc sensor. As shown in FIG. 5, the high pressure / low voltage switchgear system to which the arc sensor is applied includes the arc sensor disclosed in FIG. 3 and trips to a breaker 50 that cuts off the power supplied when an arc is detected by the arc sensor. An arc sensor 20 for generating a signal; A current detector (81 to 83) for detecting a current of the distributed power supply to determine an overload, a short circuit, and an arc; A protection relay 60 for comparing the current detected by the current detectors 81 to 83 with a reference current to generate a trip signal when the current is abnormal; The circuit breaker 50 is provided with a circuit breaker 50 for generating a blocking command by a combination of trip signals generated by the protective relay 60 and the arc sensor 20 to prevent damage to the switchboard system due to an overload, a short circuit, and an arc. Here, the breaker 50 means the same breaker as the breaker 3 of FIG. 1.
여기서 설명의 편의를 위해 아크 센서(20)는 하나만 언급하며, 이러한 아크 센서는 배전반의 구획 공간이나 아크를 감지하고자 하는 장소에 브라켓을 이용하여 고정 설치되는 것이 바람직하며, 별도의 아크 감지 모니터를 배전반의 전면 또는 도어 내측에 설치하여, 관리자가 용이하게 아크 감시 현황을 인지하도록 하는 것이 바람직하다.Here, only one arc sensor 20 is referred to for convenience of description, and such an arc sensor is preferably fixedly installed using a bracket in a partition space of a switchboard or a place where an arc is to be detected, and a separate arc detection monitor is installed at the switchboard. It is desirable to install the front of the door or inside the door, so that the administrator can easily recognize the current status of the arc monitoring.
전류 검출기(81 ~ 83)는 배전된 삼상 교류 전원의 각 라인별 흐르는 전류를 검출하게 되고, 보호계전기(60)는 상기 전류 검출기(81 ~ 83)에서 각각 검출된 전류와 과부하나 단락 또는 아크를 검출하기 위해 미리 설정된 기준 전류와 비교를 하여 상기 검출 전류가 상기 기준 전류보다 클 경우 트립 신호를 발생하여 차단기(50)에 전달한다. 여기서 보호계전기(60)는 실시간으로 검출한 전류 값을 상기 차단기(50)에 제공하여, 추후 아크 센서(20)와의 연동시 차단 동작에 정확성을 도모하도록 하는 기능을 수행하게 되는 데, 이러한 동작은 추후 자세하게 설명하기로 한다.The current detectors 81 to 83 detect current flowing for each line of the three-phase AC power distribution, and the protection relay 60 detects the current detected by the current detectors 81 to 83 and the overload, short circuit, or arc. For detection, a trip signal is generated and transmitted to the circuit breaker 50 when the detected current is greater than the reference current. In this case, the protection relay 60 provides a current value detected in real time to the circuit breaker 50 to perform a function of achieving accuracy in the blocking operation when interworking with the arc sensor 20 later. This will be described in detail later.
차단기(50)는 상기 보호계전기(60)로부터 트립 신호가 발생하면 과전류로 판단을 하고, 차단 명령을 발생하여 배전된 전원이 부하에 공급되는 것을 차단하게 된다.The circuit breaker 50 determines that an overcurrent occurs when a trip signal is generated from the protection relay 60, and generates a cutoff command to block the distribution of power to the load.
한편, 과전류 시 상기와 같은 보호계전기(60)에 의해서만 차단 동작을 수행 할 경우, 전류 검출기의 소자 특성과 보호계전기의 동작 특성 및 시간 등에 의해 150~ 200ms의 동작 지연이 발생 후에 차단 동작이 이루어진다.On the other hand, when the blocking operation is performed only by the protective relay 60 as described above during the overcurrent, the blocking operation is performed after an operation delay of 150 to 200 ms occurs due to the device characteristics of the current detector and the operating characteristics and time of the protective relay.
그러나 아크가 발생한 경우에는 50ms이내에서 시스템에 영향을 주어 시스템이 손상되는 경우가 발생하게 되므로, 본 발명에서는 상기와 같은 보호계전기(60)와 연동하여 아크 센서(20)를 이용하게 된다.However, when an arc occurs, the system may be damaged by affecting the system within 50 ms. In the present invention, the arc sensor 20 is used in conjunction with the protection relay 60 as described above.
즉, 아크 센서(20)는 아크가 발생한 경우 광섬유를 이용하여 아크 발생을 9ms이내에서 감지하게 되고, 트립 신호를 발생하여 차단기(50)에 전달한다.That is, the arc sensor 20 detects the arc generation within 9 ms using the optical fiber when the arc occurs, generates a trip signal and transmits it to the circuit breaker 50.
그러면 차단기(50)는 신속하게 차단 명령을 발생하여 차단 동작을 수행함으로써, 아크 발생 시점으로부터 50ms이내에서 아크 소호 동작을 완료할 수 있게 된다. 그러나 발생한 아크가 시스템에 별 영향을 미치지 않는 경우도 다반사인데, 이러한 경우를 고려하지 않고 아크 발생시마다 차단기가 차단 동작을 수행하면, 추후 사용자(관리자)가 수동으로 전원을 재투입해야하는 불편함과 장시간 전원이 차단되는 불편함이 발생하게 된다.Then, the circuit breaker 50 generates a command to block quickly and performs a blocking operation, thereby completing the arc extinguishing operation within 50 ms from the time of arc generation. However, if the generated arc does not affect the system very often, the breaker performs the interruption action every time the arc occurs without considering this case, and the user (administrator) needs to manually turn the power on again later, The inconvenience that the power is cut off occurs.
따라서 본 발명에서는 차단 동작에 정확성을 도모하기 위해서, 차단기(50)는 아크 센서(20)에 의해 트립 신호가 발생하면 바로 차단 동작을 수행하는 것이 아니고, 보호계전기(60)에 의해 실시간으로 검출되는 전류 값과 설정된 전류 값을 비교하여, 검출한 전류 값이 설정된 전류 값 이하일 경우에는 아크 센서(20)에 의해 트립 신호가 발생하여도 차단 동작을 수행하지 않는다. 이것은 아크가 발생하였지만 시스템에 영향을 미치는 아크가 아니므로 아크 발생을 무시함으로써, 차단기가 동작하여 전원을 차단하고, 관리자가 수동으로 전원을 재투입하는 불편함과 장시간 전원이 차단되는 것을 방지하게 되는 것이다. 여기서 차단기(50)가 검출한 전류 값과 설정된 전류 값을 비교하는 시간 역시 수백㎛s이내에서 가능하므로, 차단 동작을 수행하는 경우에도 아크 발생 시점부터 차단 동작이 이루어지는 데에는 50ms이하가 된다. 상기에서 설정된 전류 값은 실험에 의해 단락된 경우 검출되는 단락 전류로 설정하는 것이 바람직하다.Therefore, in the present invention, in order to improve the accuracy of the breaking operation, the breaker 50 does not immediately perform the breaking operation when the trip signal is generated by the arc sensor 20, but is detected in real time by the protection relay 60. When the current value is compared with the set current value, when the detected current value is less than or equal to the set current value, the blocking operation is not performed even if a trip signal is generated by the arc sensor 20. This is because the arc is generated, but it is not an arc affecting the system, so by ignoring the arc, the breaker operates to cut off the power and prevents the administrator from manually re-powering the power and prevents the power from being cut off for a long time. will be. Here, since the time for comparing the current value detected by the circuit breaker 50 and the set current value is also possible within several hundred μm s, even when the blocking operation is performed, the blocking operation is 50 ms or less from the time of arc generation. Preferably, the current value set above is set to a short circuit current detected when the short circuit is performed by an experiment.
다시 말해, 본 발명은 보호계전기와 광섬유를 이용한 아크 센서를 연동하여, 아크 발생시에는 보호계전기가 아크를 검출하기 이전에 아크 센서에서 아크를 검출하여 트립 신호를 발생하고, 차단기는 아크 센서에 의해 트립 신호가 발생한 경우에는 실시간으로 검출되는 전류 값을 분석하여 단락 전류 이하일 경우에는 차단 동작을 수행하지 않고, 단락 전류 이상일 경우에만 차단 동작을 수행한다. 이로써 차단 동작에 정확성을 도모할 수 있으므로 아크에 대한 보호 신뢰성을 높일 수 있게 되는 것이다.In other words, the present invention interlocks an arc sensor using a protective relay and an optical fiber, and when an arc is generated, a trip signal is generated by detecting an arc in the arc sensor before the protection relay detects an arc, and the breaker is tripped by the arc sensor. When a signal is generated, the current value detected in real time is analyzed, and when the current is less than the short circuit current, the blocking operation is not performed, and when the signal is more than the short current, the blocking operation is performed. As a result, it is possible to increase accuracy in the blocking operation, thereby increasing the protection reliability against the arc.
도 5에서 미설명 부호는 70은 전원 공급기로서, 입력 전압을 전파정류하여 소정의 직류 전압으로 만들어 구동용 전압을 공급해주는 기능을 수행한다.In FIG. 5, reference numeral 70 denotes a power supply, and performs a function of supplying a driving voltage by full-wave rectifying the input voltage to a predetermined DC voltage.
본 발명에 따르면, 광은 명백한 대역폭, 낮은 손실, 높은 절연성능을 가졌으며 전자기(EMI)의 방해를 받지 않는 특징이 있으며, 이러한 광의 특징을 이용한 아크 센서는 아크 사고를 신속히 감지하여 경제적 손실을 최소화할 뿐만 아니라 사고의 확산을 방지한다. 따라서 전기 아크와 과전류 보호에 대한 실시간 감시를 통해 전력시스템을 총체적으로 보호할 수 있는 것이다.According to the present invention, the light has a characteristic of clear bandwidth, low loss, high insulation performance and is not disturbed by electromagnetic (EMI), and the arc sensor using this light feature detects an arc accident quickly to minimize economic losses. In addition to preventing the spread of accidents. Thus, real-time monitoring of electric arc and overcurrent protection can provide total protection for the power system.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위 에서 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.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
도 1은 본 발명이 적용되는 고압/저압 배전반 시스템의 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a high pressure / low pressure switchgear system to which the present invention is applied.
도 2는 본 발명에서 배전반을 구획하여 공간을 분리한 개념도.Figure 2 is a conceptual diagram separating the space by partitioning the switchboard in the present invention.
도 3은 본 발명에 적용되는 아크 센서의 구성도.3 is a block diagram of an arc sensor applied to the present invention.
도 4는 본 발명에 적용된 아크 센서의 동작 원리도.4 is an operation principle of the arc sensor applied to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 아크 센서를 적용한 고압/저압 배전반 시스템의 구성도.5 is a block diagram of a high pressure / low pressure switchgear system to which the arc sensor according to the present invention is applied.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
20… 아크 센서20 ... Arc sensor
50… 차단기50... breaker
60… 보호계전기60... Protective relay
81 ~ 83… 전류 검출기81 to 83. Current detector

Claims (6)

  1. 삭제delete
  2. 과부하나 단락 및 아크를 판단하기 위해 배전된 전원의 전류를 검출하는 전류 검출기와;A current detector for detecting a current of the power distribution to determine an overload, a short circuit, and an arc;
    상기 전류 검출기에 의해 검출한 전류와 기준 전류를 비교하여 전류 이상시 트립 신호를 발생하는 보호계전기와;A protection relay configured to compare the current detected by the current detector with a reference current to generate a trip signal in the event of an abnormal current;
    광섬유를 이용하여 아크 발생을 검출하며, 아크 발생시 트립 신호를 발생하는 아크 센서와;An arc sensor for detecting arc generation using an optical fiber and generating a trip signal when the arc is generated;
    상기 보호계전기와 아크 센서에서 각각 발생한 트립 신호의 조합으로 차단 명령을 발생하여 과부하나 단락 및 아크에 의해 배전반 시스템이 손상되는 것을 방지하는 차단기를 포함하되,It includes a circuit breaker to prevent the damage to the switchboard system by overload, short circuit and arc by generating a blocking command by a combination of trip signals generated from the protective relay and the arc sensor, respectively,
    상기 아크 센서는,The arc sensor,
    아크 검출용 광신호와 아크에 의해 변환된 광신호를 전송하기 위한 광섬유 케이블과;An optical fiber cable for transmitting the optical signal for detecting the arc and the optical signal converted by the arc;
    상기 광섬유 케이블을 통해 전송된 아크 검출용 광신호를 반사시키되, 아크가 발생할 경우 상기 발생한 아크에 의해 변형된 아크 검출용 광신호를 반사시키는 반사소자를 구비한 렌즈와;A lens including a reflection element for reflecting an arc detection optical signal transmitted through the optical fiber cable, and reflecting the arc detection optical signal deformed by the generated arc when an arc occurs;
    상기 아크 검출용 광신호를 광섬유 케이블로 송신하고, 상기 광섬유케이블을 통해 수신한 변형된 아크 검출용 광신호와 상기 아크 검출용 광신호를 비교하여 그 차이신호로 아크 발생 신호를 출력하는 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 센서를 적용한 고압/저압 배전반 시스템.A photodetector for transmitting the arc detection optical signal through an optical fiber cable, comparing the deformed arc detection optical signal received through the optical fiber cable with the arc detection optical signal, and outputting an arc generation signal as a difference signal; High pressure / low pressure switchgear system applying the arc sensor, characterized in that it comprises a.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광섬유케이블은 아크 검출용 광신호를 전송하는 제1광섬유케이블과 상기 변형된 아크 검출용 광신호를 전송하는 제2광섬유케이블로 구성된 것을 특징으로 하는 아크 센서를 적용한 고압/저압 배전반 시스템.The high pressure / applied arc sensor according to claim 2, wherein the optical fiber cable comprises a first optical fiber cable for transmitting an arc detection optical signal and a second optical fiber cable for transmitting the modified arc detection optical signal. Low pressure switchboard system.
  4. 제2항에 있어서, 상기 광검출기는, The method of claim 2, wherein the photodetector,
    아크 검출용 광신호를 송신하는 광 송신기와, 상기 변형된 아크 검출용 광신호를 수신하는 광 수신기와, 내부 메모리에 내장된 아크 분석 프로그램에 의해 상기 아크 검출용 광신호와 상기 변형된 아크 검출용 광신호를 비교하여 차이신호를 산출하고, 상기 산출한 차이신호를 분석하여 아크 발생 신호를 출력하는 아크 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 센서를 적용한 고압/저압 배전반 시스템.An optical transmitter for transmitting an arc detection optical signal, an optical receiver for receiving the modified arc detection optical signal, and the arc detection optical signal and the modified arc detection by an arc analysis program built in an internal memory. Comparing the optical signal to calculate the difference signal, the high-voltage / low-voltage switchgear system applying the arc sensor, characterized in that it comprises an arc analyzer for outputting the arc generation signal by analyzing the calculated difference signal.
  5. 제2항에 있어서, 상기 차단기는,The method of claim 2, wherein the circuit breaker,
    상기 아크 센서로부터 트립 신호가 발생하면 상기 보호계전기와 연동하여 상기 보호계전기에서 검출한 단락전류가 차단 명령을 발생하기 위해 기설정된 값보다 작으면 차단 명령을 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 아크 센서를 적용한 고압/저압 배전반 시스템.When the trip signal is generated from the arc sensor, in response to the protective relay, if the short-circuit current detected by the protective relay is smaller than a predetermined value to generate a shutoff command, the arc sensor is not applied. High and low pressure switchgear system.
  6. 제5항에 있어서, 상기 아크 센서는,The method of claim 5, wherein the arc sensor,
    고압/저압 배전반 시스템의 내부 구획이 분리된 경우, 분리된 구획마다 설치되는 것을 특징으로 하는 아크 센서를 적용한 고압/저압 배전반 시스템.When the internal compartment of the high pressure / low pressure switchgear system is separated, the high pressure / low pressure switchgear system to which the arc sensor is applied, characterized in that is installed for each separated compartment.
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