KR101007476B1 - 선박용 모타의 절연저하 감시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 모타 및 발전기의 권선 절연상태를 항상 감지하여, 절연상태를 알려주고 경고 설정한 저항값에서 경보를 울려주며 장비운용 감시실(MCR: machinery control room)로 경보신호를 보내줌으로서 절연저하로 인한 모타 권선의 소손을 방지할 수 있는 선박용 모타의 절연저하 감시장치를 구현하고자 한다.

이를 위한 감시장치의 기술적 구성은 각종 모타의 모타전원선(V,W)과 CON1 J4 및 CON1 J5가 연결되고, 상기 모타 케이스와 CON1 J6이 접지 연결되며, 전원부를 통해 공급되는 전압이 모타코일로 공급될 때 모타 코일의 절연상태가 나쁘면 상기 모타 케이스 쪽으로 누설되는 전류가 상기 CON1 J6을 통해 증폭기로 공급되며, 상기 증폭기로부터 유입된 전류를 트리거하여 상기 절연범위표시 LED와 경고 LED를 순차적으로 점등시키는 SCR로 구성함을 특징으로 한다.

선박, 모타, 절연저항, 경보, 미세전류

Description

선박용 모타의 절연저하 감시장치{Monitoring apparatus for a ship motor}

본 발명은 선박용 모타의 절연저하 감시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 모타 및 발전기의 절연 저하로 인하여 모타의 권선이 소손되는 것을 방지하고 절연상태를 항상 알 수 있도록 하여 사전 대비를 할 수 있도록 하는 선박용 모타의 절연저하 감시장치에 관한 것이다.

화물선, 여객선, 군함, 어선, 특수작업선 등의 선박에는 동력원으로서 각종 전기모타가 사용되고 있는데, 이러한 전기모타는 발전기 모타 등과 같은 대형모타로부터 자동 제어용 초소형 모타에 이르기까지 그 사용분야만큼이나 다양한 종류의 모타가 있다.

이와 같이 각종 선박에 사용되는 전기모타는 전기 에너지를 운동 에너지로 바꾸는 대표적인 기기로서, 모타의 일반적인 구성은 모타의 외관을 이루는 하우징과, 상기 하우징 내부에 위치하여 전원을 공급받아 자력을 형성하는 고정자와, 상기 고정자에서 받은 전기 에너지를 운동 에너지로 변환시키고 축을 구비한 회전자 및 상기 회전자를 회전 자유롭게 지지하는 베어링을 포함한다.

한편, 전술한 전기모타와 더불어 과부하 등 이상 상태가 발생할 때 모타를 보호하기 위한 보호장치도 그 종류가 다양하다.

일반적으로 모타보호장치는 모타의 전류 상태를 모니터하여 모타가 단락 또는 부하의 이상 변동으로 판단되면 모타 구동부를 통해 모타를 정지시키도록 동작된다. 즉, 종래의 모타보호장치의 주요기능은 모타의 이상 과부하 상태에서 전원을 차단하여 모타를 보호하도록 설계되는 것이 일반적이었다.

그러나, 종래의 모타보호장치는 모타에 인가되는 전류를 통하여 모타의 상태를 검출하고 모타의 동작을 제어하는데 그 정확성이 저하되어 효율성이 없었다. 지금까지의 대부분의 모타보호장치는 모타에 인가되는 전류를 설정된 한계값을 벗어나면 모타의 전원을 일방적으로 차단시킴으로써 선박의 운항에 많은 제약이 따랐다. 또한 모타에 인가되는 전류를 차단하는 기준이 정밀하지 못함으로 인해 모타에 인가되는 전원을 차단해야 할 경우와 모타에 인가되는 전류를 유지해야 할 경우의 기준이 정확하지 못하여 오작동을 많이 유발시켰다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선박에 설치된 개개의 모타의 이상 유무를 외부에서 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 선박용 모타의 절연저하 감시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 모타의 절연 저하로 인하여 모타의 손상 및 파손을 방지할 수 있는 선박용 모타의 절연저하 감시장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 모타의 운전시에는 감지회로가 자동 차단되어 오작동으로 인한 문제점을 해결하고, 모타의 정지시에는 자동 복귀될 수 있도록 하는 선박용 모타의 절연저하 감시장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선박에 설치된 각종 모타의 모타선(V,W)과 CON1 J4 및 CON1 J5가 연결되고, 상기 모타 케이스와 CON1 J6이 접지 연결되며, 전원부를 통해 공급되는 전압이 모타코일로 공급될 때 모타 케이스의 절연상태가 나쁘면 상기 모타 케이스 쪽으로 누설되는 전류가 상기 CON1 J6을 통해 증폭기로 공급되며, 상기 증폭기로부터 유입된 전류를 트리거하여 상기 절연범위표시 LED와 경고 LED를 점등시키는 SCR로 구성하여 상기 모타의 절연 저항값이 떨어지는 것을 감지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 선박에 설치된 대형모타의 절연저하로 인하여 모타가 손상되는 것을 방지하고 또한 모타의 오작동을 외부에서 쉽게 확인하여 모타의 동작을 손쉽게 정지시킬 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 간단한 회로로 설계되어 있으며 안전 허용 한계치를 거의 200% 주어 설계를 하여 감시장치의 고장이 없고 반영구적으로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은 회로가 간단하고 가격이 저렴할 뿐만 아니라 쉽게 확보할 수 있는 부품으로 제작되어 있어 고장시 선반에서 쉽게 수리하여 사용할 수 있다. 그리고 모타의 스위치 박스(S/W box) 외부에 설치시 정상 작동 여부를 쉽게 확인할 수 있으며, 모타의 운전 시에는 감지회로가 자동으로 차단되어 오작동으로 인한 문제점을 원천적으로 제거하였고, 모타의 정지시에는 자동(약 1분 후)으로 복귀될 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명은 20㏁부터 절연강하 상태를 5㏁ 단위로 항상 알려줌으로써 매월 모타의 절연저항 검사를 할 필요가 없을 뿐만 아니라 기존에 설치되어 있는 수입품을 최대한 사용 후 고장시에 하나씩 교체함으로써 예산절감 및 일시 소요를 줄일 수 있고 효율적인 자금 운용이 가능한 장점이 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대 표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

본 발명에서는 선박에 설치되는 발전기 모타 등과 같은 대형 모타가 절연 저하로 인하여 손상되는 것을 방지하고 이를 외부에서 확인할 수 있도록 하는 선박용 모타의 절연저하 감시장치를 구현하고자 한다.

이러한 본 발명의 감시장치는 다양한 기능을 수행하게 되는데, 구체적으로는 경고 기능, 알림 기능, 회로차단 기능, 보조신호 출력 기능, 단락신호 출력 기능, 지속 경고 기능 등을 수행한다.

즉, 상기 경고 기능은 모타의 절연 저항값이 강하되어 경고 설정된 위치가 되면 경고음이 발생되고 LED가 점등되는 기능이고, 상기 알림 기능은 모타의 절연상태를 항상 감지하고 20㏁부터 5㏁ 단위로 강하 상태를 알려주는 기능이다. 상기 회로차단 기능은 모타의 작동시 감지회로의 전원을 자동으로 차단시켜 오작동을 방지하고 회로를 보호하는 기능이며, 상기 보조신호 출력 기능은 경고회로 작동시에 DC 12V가 잭(jack)으로부터 출력되고 경고등이나 경고음을 추가 설치 또는 모타 종합현황판을 설치하여 활용 가능한 기능이다. 상기 단락신호 출력 기능은 모타의 절연 저하로 인한 경고 발생시에 단락신호를 출력하는 기능이고, 상기 지속 경고 기능은 경고가 울리면 계속적으로 울리도록 하고 전원을 오프(off)한 후에 스위칭 온(on)시에 다시 감시장치가 복귀될 수 있도록 하는 기능이다. 이때 상기 단락신호는 MCR 신호용으로 사용되고, 상기 지속 경고는 경고 감지 누락을 방지하기 위한 목적으로 사용된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 모타의 절연저하 감시장치의 외관 구성을 보이고 있는 도면이다. 본 발명의 감시장치는 통상 사각박스 타입으로 만들어지고 선박에 설치된 각종 대형모타의 컨트롤 박스 내/외부에 설치되는데, 전원 스위치(10), 경고설정 스위치(12), 경고 LED(14), 절연범위표시 LED(16), 테스트 스위치(18) 등으로 구성된다.

상기 도 1을 참조하면, 전원 스위치(10)는 본 발명의 감시장치를 온/오프시키는 스위치로서 전원을 공급하여 감시장치를 작동시킨다. 경고설정 스위치(12)는 복수개로 구성되며, 구체적으로는 4㏁, 3㏁, 2㏁, 1㏁으로 경고상태를 임의대로 설정하기 위한 복수의 스위치로 구성된다. 즉, 상기 경고설정 스위치(12)의 스위칭에 따른 경고 설정방법은 전원 스위치(10)를 스위칭 '온'시킨 다음에 1㏁~4㏁ 중에서 원하는 경고설정 스위치(12)를 누르면 선택된 표식 램프가 점등됨으로써 경보상태가 설정된다. 이때 양호한 모타의 경우에는 3㏁을 선택하는 것이 바람직하다.

경고 LED(14)는 2개의 LED로 구성되고 모타의 절연값이 임의로 설정한 값에 도달하면 교호로 점멸되며, 절연범위표시 LED(16)는 4개의 LED로 구성되고 모타의 절연 저항값이 강하되어 20㏁ 정도부터 LED가 온되어져 5㏁씩 떨어질 때마다 단계적으로 스위칭 온 된다. 즉, 상기 절연범위표시 LED(16)는 모타의 절연상태가 20㏁일 때를 알리는 LED와, 15㏁일 때의 상태를 알리는 LED와, 10㏁일 때의 상태를 알리는 LED와, 5㏁일 때의 상태를 알리는 LED로 구성되고, 모타의 절연 저항값이 점점 하강되어 20㏁ 정도까지 내려오면 상기 절연범위표시 LED(16)가 점등되기 시작 하여 5㏁씩 하강할 때마다 절연범위표시 LED(16)가 하나씩 단계적으로 점등된다.

테스트 스위치(18)는 본 발명의 감시장치가 정상적으로 동작되고 있는지를 테스트하는 일종의 시험용 스위치이며, 상기 데스트 스위치(18)를 6~10초 동안 계속해서 누르고 있으면 20㏁부터 순차적으로 절연범위표시 LED(16)가 점등되면서 경보음이 발생하고 상기 절연범위표시 LED(16)가 교호로 점멸되며, 상기 전원 스위치(10)를 '오프'시킨 다음에 다시 스위칭 '온'시키면 본 발명의 감시장치는 자동으로 복귀된다.

부저 발생부(20)는 경고음 발생용 피에조 부저를 사용하고 상기 부저가 울리 때 이를 외부로 출력한다. 보조신호용 잭(22)은 경고음이 출력될 때 12V가 출력되어 다목적용으로 활용할 수 있도록 한다. 즉, 경고음이 발생할 때 보조신호용 잭(22)에서 DC 12V가 출력되고, 모타를 가동시키는 스위치들이 내장된 스위치 박스가 잘 보이지 않는 곳에 설치되어 있을 때 상기 보조신호용 잭(22)에 선을 연결하여 잘 보이는 곳에 추가로 램프나 경보기를 설치하여 모타의 이상 유무를 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 감시장치가 모타 컨트롤 박스의 내부에 장착되어 있을 때 별도의 LED 램프 잭을 보조신호용 잭(22)에 연결하여 상기 LED 램프를 컨트롤 박스의 외부에서 확인할 수 있도록 한다.

끝으로, 상기 감시장치의 내부에는 경고설정조정용 스크류와 알림설정조정용 스크류가 각각 설치되며, 상기 경고설정조정용 스크류는 경고 설정시에 설정된 저항값에 경고가 울리도록 조종하고, 상기 알림설정조정용 스크류는 절연범위표시 LED(16)가 정확한 저항값에 점등되도록 하는 것이다.

부가적으로, 본 발명의 감시장치는 모타가 운전 중에는 절연 저항값이 떨어지는 경우가 없으므로 도 2에서 도시하고 있는 오작동 방지 자동 차단회로 CON1 J4 라인을 반드시 연결하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한 MCR(ACC 패널)로 모타의 절연경보 표식이 연결되어 있지 않은 종래의 선박은 본 발명의 감시장치를 위에서 언급한 스위치 박스의 외부에 설치하여 사용하는 것이 바람직하고, 상기 스위치 박스의 외부 전면에 설치가 곤란한 경우에는 옆면에 잘 보이는 곳에 부착하여 사용하는 것이 이상적이다.

한편, 도 2는 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박용 모타의 절연저하 감시장치의 회로구성을 보여주고 있는 도면이고, 도 3은 본 발명의 감시장치를 전원부(R,S,T)와 선박에 설치된 모타에 연결시키는 결선도를 나타낸 도면이다. 본 발명의 감시장치는 위에서도 언급한 바와 같이 선박에 설치된 각각의 모타마다 설치되는데, 상기 모타의 절연 저항이 떨어지는 것을 감지하여 이를 외부에서 쉽게 확인할 수 있도록 하여 모타의 상태를 점검하고 수리할 수 있도록 하는 장치이다.

상기 도 2를 참조하면, 전원트랜스(100)는 전원부(R,S,T)와 각각 연결된 CON1 J1, CON1 J2, CON1 J3으로부터 220V 또는 440V를 공급받아 이를 15V로 변환시켜 본 발명의 감시장치에 전원을 공급하는 트랜스이다. 정류기(102)와 전압안정기(104)는 상기 전원트랜스(100)로부터 공급되는 15V의 전압을 항상 12V의 전압을 본 발명의 감시장치로 공급하는 역할을 한다. 또한 전압안정기(106)는 상기 전원트랜스(100)로부터 공급되는 15V의 전압이 배전압회로에 의해 25V로 변환된 전압을 18V로 변환시키고, 상기 변환된 18V의 전압은 CON1 J4와 CON1 J5를 통해 모타코일 에 공급된다. 이때 상기 CON1 J4는 모타선(V)와 연결되고 상기 CON1 J5는 모타선(W)과 연결된다. 또한 CON1 J6은 그라운드 라인(ground line)으로서 모타 케이스와 연결되며, 상기 CON1 J6으로부터 미소전류가 본 발명의 감시장치로 유입된다. 즉, 상기 CON1 J4와 CON1 J5를 통해 공급되는 18V의 전압이 모타코일로 공급될 때 모타 권선의 절연상태가 나쁘면 상기 모타 케이스 쪽으로 전류가 누설되는데, 이때 상기 누설된 전류(즉, 모타의 절연저항이 떨어지는 만큼의 전류)는 CON1 J6을 통해 본 발명의 감시장치 내부로 유입되고, 이 유입된 미소전류를 감지하여 모타의 절연상태를 확인하는 것이 본 발명의 감시장치가 하는 역할이다.

증폭기(FET: 108a,108b)는 상기 CON1 J6으로부터 유입되는 미소전류를 증폭시켜 SCR(110a,110b)로 공급하며, 상기 SCR(110a)은 증폭된 미소전류값이 어느 정도까지 올라가게 되면 트리거(trigger)되고 이에 따라 절연범위표시 LED(16)는 순차적으로 점등되어진다. 예를 들면, 모타 전원값이 20㏁이면 절연범위표시의 20㏁ LED(16)가 점등되고, 상기 모타 전원값이 10㏁이면 절연범위표시의 10㏁ LED(16)가 점등되는데, 이는 하기의 동작 설명에서 구체적으로 설명할 것이다.

그리고 상기 SCR(110b)은 증폭된 미소전류값이 어느 정도까지 올라가게 되면 트리거되어 경고 LED(14)를 서로 점멸시키는데, 상기 SCR(110a)과 동일한 작동을 하면서 상기 절연범위표시 LED(160)와 경고 LED(14)는 서로 연동하여 순차적으로 점등되어진다.

끝으로, 릴레이(112)는 상기 SCR(110a)에서 공급된 전원에 의해서 B접점(오프)되는데, 즉 경고음이 발생하지 않을 때는 릴레이(112)가 '온'되어 있다가 경고 음이 발생하게 되면 오프된다. MCR 신호단자(112)는 상기 릴레이(112)로부터 출력되는 신호에 응답하여 메인 컨트롤러가 설치된 룸(room)에서 승무원이 모타의 이상 유무를 확인할 수 있도록 해당 신호를 출력한다.

상기한 바와 같은 구성에 따라서, 본 발명에 따른 모타의 절연저하 감시장치의 동작 상태를 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명에서는 모타의 절연 저항값이 저하되는 한계치를 3㏁로 설정했을 때를 설명할 것이다.

상기 도 1,2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 감시장치에 설치된 전원 스위치(10)를 '온'시켜 전원부로부터 전원을 공급받고, 이어서 경고설정 스위치(12)로 모타의 절연 저항값이 떨어지는 한계치를 파악한 다음, 이에 해당하는 경고설정 스위치(12)를 눌러서 설정값을 설정한다.

이후, 모타에 이상이 발생하여 모타의 절연 저항값이 계속해서 떨어져 20㏁까지 떨어지게 되면 절연범위표시의 20㏁ LED(16)가 점등되고, 이어서 계속해서 떨어져서 15㏁까지 떨어지면 절연범위표시의 15㏁ LED(16)가 점등되고, 이어서 모타의 절연 저항값이 10㏁까지 떨어지면 절연범위표시의 10㏁ LED(16)가 점등되고, 계속해서 상기 저항값이 5㏁까지 떨어지면 절연범위표시의 5㏁ LED(16)가 점등된다.

이어서 상기 모타의 절연 저항값이 설정된 저항값인 3㏁까지 떨어지게 되면, 부저발생부(20)에서는 경고음이 발생하게 되고, 이에 따라 승무원은 외부에서 상기 경고음을 듣고 모타에 이상이 있다는 것을 판단하여 정비 의뢰 또는 수리하여 절연 저항값을 상승시키도록 한다.

한편, 본 발명의 감시장치는 선박에 설치된 모터의 절연상태를 감지하는 동 작을 설명하였지만, 상기 감시장치는 육상에 설치된 각종 모터의 절연상태를 감지할 수 있다는 것을 밝혀두는 바이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 선박용 모타의 절연저하 감시장치의 외관 구성을 보이고 있는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 선박용 모타의 절연저하 감시장치의 회로 구성을 보여주고 있는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 선박용 모타의 절연저하 감시장치의 결선도를 보여주고 있는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 전원 스위치 12: 경고설정 스위치

14: 경고 LED 16: 절연범위표시 LED

18: 테스트 스위치 20: 부저 발생부

100: 전원 트랜스 102: 정류기

104, 106: 전압안정기 108a, 108b: 증폭기

110a, 110b: SCR 112: 릴레이

114: MCR 신호단자

Claims (3)

1. 삭제
2. 각종 모타의 절연 저항값이 떨어지는 것을 감지하여 이를 외부로 알리는 장치에 있어서,

   통상의 전원부(R,S,T)로부터 공급되는 전원을 제어하는 전원 스위치(10)와;

   상기 모타의 절연 저항값을 임의대로 설정하기 위한 복수의 경고설정 스위치(12)와;

   상기 모타의 절연 저항값이 떨어질 때 단계별로 순차적으로 점등되는 복수의 절연범위표시 LED(16)와;

   상기 경고설정 스위치(12)에 의해 설정된 저항값에 도달하면 점멸 동작을 수행하는 경고 LED(14)와;

   상기 경고 LDE(14)와 연동하여 동작하여 경고음을 발생하는 부저 발생부(20)로 구성하며;

   상기 모타의 모타선(V,W)과 CON1 J4 및 CON1 J5가 연결되고, 상기 모타 케이스와 CON1 J6이 접지 연결되며;

   상기 CON1 J5를 통해 공급되는 전압이 모타코일로 공급될 때 모타 코일의 절연상태가 나쁘면 상기 모타 케이스 쪽으로 누설되는 전류를 상기 CON1 J6을 통해 증폭기(FET: 108a,108b)로 공급되며;

   상기 증폭기(FET: 108a,108b)로부터 유입된 전류로 SCR(110a,110b)을 트리거하여 상기 절연범위표시 LED(16)와 경고 LED(14)를 점등시켜 상기 모타의 절연 저항값이 떨어지는 것을 감지하는 것을 특징으로 하는 선박용 모타의 절연저하 감시장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 SCR(110a)에서 공급된 전원에 의해서 작동되는 릴레이(112)와, 상기 릴레이(112)로부터 출력되는 단락 신호에 의하여 장비운용 감시실(MCR)에서 모타의 이상 유무를 확인할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 선박용 모타의 절연저하 감시장치.

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