KR101013064B1 - 2중조합 ct장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반 - Google Patents

2중조합 ct장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배전반의 차단기용 크래들(cradle)에 장착되는 차단기에 연결되는 변류기(CT)의 조립설비를 간소화시키면서 동시에 과전류, 지락전류 보호를 효과적으로 수행할 수 있는 전자식 컨트롤러가 배전반 전면부에 장착된 배전반에 관한 것이다.
본 발명은 고압차단기가 장착되며, 상기 고압차단기와 연결되는 전원입력부와 전원출력부가 형성된 크래들이 포함된 배전반에 있어서, 상기 크래들의 전원출력부에 설비된 전선라인에 흐르는 전류를 측정하도록 일반 CT와 공심 CT의 조합으로 구성된 2중조합 CT와, 전류의 측정범위에 따라 상기 2중조합 CT를 이루는 일반 CT와 공심 CT에서 선택적으로 신호가 출력되도록 신호처리하는 자동절체부를 포함하는 2중조합 CT장치; 및 상기 2중조합 CT장치를 통해 출력되는 각상별 신호를 스캔방식으로 통합제어하는 전자식 컨트롤러;가 포함된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반을 제시한다.
본 발명의 배전반의 크래들에 장착되는 2중조합 CT의 외형과 물리적 특성에 의한 체적 및 중량감소로 인하여 기존 배전반에 비하여 월등히 작은 공간만 가져도 배전반을 제작할 수 있는 경제적인 효과를 갖게 된다.

Description

2중조합 CT장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반{The distributing board having the two area testing current transformer device and electronic controller}
본 발명은 배전반의 차단기용 크래들(cradle)에 장착되는 차단기에 연결되는 변류기(CT)의 조립설비를 간소화시키면서 동시에 과전류, 지락전류 보호를 효과적으로 수행할 수 있는 전자식 컨트롤러가 배전반 전면부에 장착된 배전반에 관한 것이다.
송전선로의 송전단이나 수전단에 설치되는 차단기의 역할을 매우 중요하다. 특히, 송전선이나 수전단에 전압이 높고 전원의 용량이 클 때는 고장시의 전류가 매우 크기 때문에 이를 확실하게 개폐할 수 있는 차단기의 역할이 더욱 절실하게 요구된다.
송전단이나 수전단의 전로를 차단하기 위해서는 고정 접촉자와 가동 접촉자를 설치하여 평상시에는 접촉시켜 놓고 전류가 통전되도록 하고, 선로의 이상으로 대전류가 흐르는 경우에는 최단시간내에 고정 접촉자와 가동 접촉자를 분리시켜 전류를 단절시키도록 한다.
이 때, 아크(arc)가 발생하는데, 이러한 아크를 빨리 제거하는 것이 차단기의 역할이다. 이러한 역할을 담당할 차단기의 종류로는 여러 가지가 있는데, 두 접촉자를 절연유 속에 두는 것을 유입차단기라 하며, 고압의 공기나 가스 속에 두는 것을 기중차단기라 한다.
또한, 아크에 자기장을 걸어 아크를 확대해서 아크를 차단하는 자기 차단기가 있으며, 가스로 밀폐된 용기내에서 장착된 가스차단기도 있다.
진공 차단기(Vacuum Circuit Breaker;VCB)는 진공을 소호매질로 하는 VI(Vacuum Interrupter)를 적용한 차단기로서 전력의 송수전, 절체 및 정지 등을 계획적으로 수행하는 외에 전력 계통에 고장 발생시 신속히 자동 차단하는 책무를 가진 중요한 전력기기이다.
진공 차단기는 전기회로에서 전로를 개폐하는 장치를 말하며, 진공차단기는 대게 공칭전압 7.2kV 이상 계열에서 사용하는 것으로서 전로에 고장이 없을 때 정상전류의 개폐는 물론, 단락 등의 고장으로 인해 비정상으로 큰 전류가 흐를 경우에도 전로를 개폐할 수 있는 장치이다.
도 1a는 과전류 계전기가 장착된 종래의 배전반의 전면부를 도시한 것이며, 도 1b는 변류기(CT)가 설비된 종래의 배전반의 내부 구성상태도이며, 도 2는 종래의 배전반의 크래들과 이에 장착된 고압차단기의 상태를 도시한 사시도이다.
도 1a에 도시된 바를 참조할 때, 배전반 전면부에 장착되는 과전류 계전기(OCR, Over Current Relay)는 전류의 크기가 일정치 이상으로 되었을 때 동작하는 계전기를 말하며, 또한, 특별히 지락사고시 지락 전류의 크기에 따라 동작하도록 한 것을 지락 과전류 계전기(OCGR, Over Current Relay)라 한다.
상기 지락 과전류 계전기는 저항 접지 계통 또는 유효 접지 계통에서 1선 지락 고장이 발생했을 때, 지락전류를 검출하여 고장 구간을 정상 구간으로부터 분리하는 보호 계전기로서 고감도 동작을 위해 매우 미세한 지락 전류를 검출하도록 되어 있다.
도 1b 및 도 2에 도시된 바처럼, 일반적으로 배전반에는 상기의 진공차단기가 장착되기 위한 크래들(10)이 구성되며, 상기 크래들에는 진공차단기(20)가 장착되며, 상기 크래들(10)에 장착된 진공차단기는 배전반에 내장된 변류기(CT, 30)로부터 검출되는 부하전류의 상태에 따라 동작한다.
도 3은 종래의 지락 과전류 계전기 등의 동작상태를 설명하기 위한 회로도이다.
도시된 바를 참조하면, 배전반에는 3상의 전원선(R, S, T)에 흐르는 전류의 크기를 소정의 전류크기로 변환하는 변류기(30)와 상기 변류기에 의해 변환된 3상 전류(Ia, Ib, Ic)를 각각 검출하는 과전류계전기(OCR)와 접지로 소거되는 전류를 검출하는 지락 과전류계전기(OCCR) 및 이에 따라 발생하는 제어 신호에 따라 부하로 공급되는 전원을 차단된다.
일반적으로 정상상태(3상의 전류가 평형인 상태)에서는 3상 전류(Ia, Ib, Ic)가 각각 120도의 위상차를 가지고 있어, 3상을 합한 전류의 벡터합은 0이 된다. 그러나 지락 등의 요인으로 3상의 전류가 평형이 되지 않으면 상기 지락 과전류계전기(OCCR)에는 지락전류가 검출된다.
그러나, 이러한 종래의 배전반에는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.
첫 번째로, 배전반에 장착되는 변류기(30)는 각상별로 개별적으로 장착이 되는데, 보통 각상별 변류기(30)의 무게는 45kg 이상이 대부분이어서, 3상의 변류기(30)가 모두 장착된다면 배전반의 무게는 135kg의 무게가 증가하게 된다. 따라서, 배전반의 무게가 커짐에 따라 조립, 설치, 운반등에 소요되는 인력과 비용이 커지게 된다.
두 번째로, 배전반에 장착되는 변류기의 타입에 따른 문제점이 있다. 배전반에서 부하전류 및 사고전류를 측정하기 위해 사용되는 일반 CT는 철심에 코일을 감아 사용하는 타입이다. 그러나, 일반 CT는 철심을 사용하여 제작되기 때문에 철심이라는 물질 자체가 가지는 물리적 특성(전자 상호간 유도 현상, 히스테리 현상으로 인한 철손실)에 따라 전류측정범위가 높아지면 측정오차를 벗어나서 사용상 오동작 또는 부동작 하는 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선하기 위해 변류기가 가벼우면서 포화도 되지 않게 사용하기 위하여 개발된 것 중의 하나가 로고스키(logowski)코일을 이용한 공심 CT이다. 로고스키 코일은 일반 CT와 달리 철심코어를 사용하지 않기 때문에 무한대까지 전류를 관통시켜도 포화가 되지 않는다. 이런 특성상 철심을 사용하지 않아 중량도 가볍고 권선되어진 코일의 외피를 절연하는 구조만 가지고 있으면 되기 때문에 고전류를 측정하는 것이라도 소형의 경량화된 구조에서 수용할 수 있으므로 일반적으로 기중 차단기, 로벗 용접기, 가스 절연 부하 개폐기 등 고전류를 필요로 하는 장치에 효과적으로 적용된다.
이러한 로고스키 코일을 이용한 공심 CT는 링 구조의 외피와 권선된 로고스키 코일을 포함하여 구성된다. 공심CT는 일반CT에 비하여 가볍고 유연하며, 전류측정범위가 매우 넓어 30A~ 100,000A 까지도 사용가능하며, 철심이 없어 고전류영역에서도 무한대의 직선성(Linearity)을 갖고 있다.
또한, 주파수 특성을 보면 철심코어가 없는 관계로 전달요소의 saturation 이 없어 변환속도가 거의 1:1 변환이 가능하여, 100kHz, 1000kHZ까지의 속도 변환영역이 가능하나, 일반CT에서는 가능한 속도변환영역인 20KHz정도에 비하면 매우 우수한 성능을 가지고 있다.
그러나, 공심CT의 경우 철심을 사용하지 않기 때문에 저전류영역에서 실제 출력은 mV로 노이즈 신호수준으로 매우 미세하여 사용하기 어렵고, 공심CT를 이용한 신호처리가 난해하기 때문에 사실상 공심CT의 활용도는 미약할 수밖에 없는 한계를 갖고 있다.
세 번째로, 변류기에서 측정하고자 하는 측을 1차측이라 하고 측정하는 전류에 대하여 출력측을 2차측이라 하면, 상기 2차측에 접속되어지는 기기의 소비부담에 따라 대게 5VA, 15VA, 20VA ,40VA 정도의 부담을 가지는 변류기가 제작되어 지고 있다. 이러한 변류기의 부담은 전력회로에서 설계되어질 당시에 접속할 기기의 부담을 고려하여 5VA, 15VA, 20VA, 40VA 등과 같이 정해지게 된다. 그러나 보호 계측기나 측정장비가 증설되어 지거나 또는 부담이 다른 기기를 변경하여 사용하거나 1차측 전원에 부하가 다른 종류가 접속되어지면 기 설정한 부담능력보다 더 큰 부담이 필요하게 된다.
만약, 이것을 적당한 부담 능력을 가진 기기로 교체하지 않으면 변류기가 포화되어지게 되고 포화가 지속되어진다면 보호계전기는 당초의 목적을 달성할 수 없게 되며 계측기는 실제 값을 벗어난 값을 표시하게 된다. 이러한 포화의 원인은 사용하는 철심의 재질과 부하의 크기에 기인하고 있다.
다시 말해, 부하가 증가된다거나 부하가 감소되는 경우에는 당연히 부하전류에 맞도록 변류기의 설정값을 재설정 또는 변류기의 교체, 신규설비 증설 등이 필요하며, 아울러 변류기와 함께 수반되는 과전류계전기, 계측설비 등도 함께 변경해야만하는 문제점을 갖고 있다. 따라서, 변류기에서 이러한 포화를 방지하기 위해서는 고급의 재질을 사용하거나 철심량을 늘이면 되나 일정량 이상을 초과하여 사용하면 변류기의 제작상 어려움이 있고 배전반에는 변류기를 수납하는 체적이 과다하게 증가되고 무거워서 사용상 많은 문제점을 갖게 된다.
네 번째로, 배전반에 설비되는 과전류 계전기 등은 각상별로 장착이 됨으로써 3상의 경우 3개의 과전류 계전기(OCR)와 지락 과전류 계전기(OCGR)가 필요함에 따라, 마찬가지로 배전반에 과전류 계전기 등의 설비가 복잡해지며 조립이 난해해지는 문제점을 안고 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 배전반의 크래들에 전류측정영역을 저전류 영역과 고전류 영역으로 나누어서 동작하면서 동시에 종래의 배전반에 배치되는 중량이 큰 일반 CT와는 달리 무게가 무겁지 않고 가볍게 설계되어 조립이 간편한 2중조합 CT가 장착된 배전반을 제시하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일반 CT의 전류측정범위가 높아지면서 측정오차를 벗어나서 사용상 오동작 또는 부동작 하던 문제점과 신호처리가 난해하기 때문에 사실상 활용도가 미약했던 공심CT의 문제점을 모두 해결할 수 있는 2중조합 CT가 장착된 배전반을 제시하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 부하가 변하거나 부하의 용도가 변경되어도 교체 변경없이 사용할 수 있는 2중조합 CT가 장착된 배전반을 제시하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 각상별 전송신호를 통해 순차적으로 통합적으로 과전류등의 발생여부를 스캔하도록 구성된 전자식 컨트롤러가 구성된 배전반을 제시하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고압차단기가 장착되며, 상기 고압차단기와 연결되는 전원입력부와 전원출력부가 형성된 크래들이 포함된 배전반에 있어서, 상기 크래들의 전원출력부에 설비된 전선라인에 흐르는 전류를 측정하도록 일반 CT와 공심 CT의 조합으로 구성된 2중조합 CT와, 전류의 측정범위에 따라 상기 2중조합 CT를 이루는 일반 CT와 공심 CT에서 선택적으로 신호가 출력되도록 신호처리하는 자동절체부를 포함하는 2중조합 CT장치; 및 상기 2중조합 CT장치를 통해 출력되는 각상별 신호를 스캔방식으로 통합제어하는 전자식 컨트롤러;가 포함된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반을 제시한다.
상기 자동절체부는, 상기 일반 CT에서의 출력을 온오프하는 일반 CT-스위치부; 상기 공심 CT에서의 출력을 온오프하는 공심 CT-스위치부; 상기 일반 CT에서 출력되는 전류에서 직류전원을 생성하는 전원생성부; 및 상기 전원생성부에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 일반 CT에서 출력되는 전류를 인가받아 상기 전선라인에 흐르는 전류값을 인지하여 전류값이 설정값 이상의 경우에 상기 공심 CT에서 출력이 되도록 상기 일반 CT-스위치부와 공심 CT-스위치부를 절체 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 마이크로프로세서에는, 상기 일반 CT에서 출력되어 인가된 전류를 신호처리하기 위하여 A/D 변환하는 A/D 변환부; 상기 일반 CT와 공심 CT의 출력을 절체하기 위한 상기 전선라인의 전류값을 설정한 메모리부; 상기 A/D 변환부를 통해 디지털로 전환된 전류신호를 통해 상기 전선라인에 흐르는 전류값을 인지하여 전류값이 상기 메모리부에 설정된 전류값 이상인지를 판단하는 연산부; 및 상기 연산부를 통해 연산된 전류값이 상기 설정값 이상이라면 상기 일반 CT-스위치부와 공심 CT-스위치부를 절체 제어하는 릴레이 제어부;가 포함되어 구성될 수 있다.
상기 메모리부에 설정되는 전류값은 일반CT의 포화가 발생되는 전류값으로 설정될 수 있다.
상기 자동절체부는, 상기 전원생성부에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 공심 CT를 통해 출력되는 미세전압을 증폭하는 증폭부; 상기 전원생성부에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 증폭부를 통해 증폭된 전압을 전류로 변환하는 VI변환부; 및 상기 전원생성부에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 VI변환부를 통해 변환된 전류를 증폭시켜 설정된 정전류값에 도달하면 출력되도록 구동시키는 정전류 출력 드라이버;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 VI 변환부는, 상기 증폭부를 통해 증폭된 교류전압신호의 정(+)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받는 N채널 MOSFET; 및 상기 증폭부를 통해 증폭된 교류전압신호의 부(-)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받는 P채널 MOSFET; 가 포함되어, 상기 N채널 MOSFET 및 상기 P채널 MOSFET를 통해 교류전압신호가 전류로 변환되어 흐르도록 구성될 수 있다.
상기 정전류 출력 드라이버는, 정전류값이 설정되며, 상기 증폭부를 통해 증폭된 교류전압신호가 인가되는 비교기; 상기 비교기를 통해 출력되는 교류전압신호의 정(+)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받아 드레인에서 소스로 전류를 출력하는 N채널 MOSFET; 및 상기 비교기를 통해 출력되는 교류전압신호의 부(-)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받아 드레인에서 소스로 전류를 출력하는 P채널 MOSFET; 가 포함되어, 상기 N채널 MOSFET 및 상기 P채널 MOSFET를 통해 출력되는 전류값이 상기 비교기에 설정된 정전류값에 도달하기까지 계속적으로 교류전압신호가 비교기에 인가되도록 구성될 수 있다.
상기 전자식 컨트롤러는, 다수의 클럭펄스에 식별주파수를 부여하면서 클럭펄스를 제어하는 제어부; 상기 제어부에서 부여되는 클럭펄스의 식별주파수가 저장되며, 각상별 기준설정전류값이 기저장되는 메모리부; 식별주파수를 갖는 다수의 클럭펄스를 순차적으로 송출시키는 클럭발진부; 상기 클럭발진부를 통해 순차적으로 송출된 클럭펄스를 수신하여 각상별 신호를 선택, 순차적으로 출력시키는 디멀티플렉서; 및 상기 디멀티플렉서를 통해 출력되는 신호를 A/D 변환하는 ADC; 상기 ADC를 통해 출력되는 각상별 신호를 연산처리하여 상기 메모리부에 저장된 각상별 기준설정전류값을 통해 각상별 전류의 상태를 판단하여 신호를 출력하는 연산부; 상기 클럭발진부를 통해 순차적으로 송출된 클럭펄스를 수신하여 상기 연산부에서 출력되는 각상별 신호를 선택, 순차적으로 출력시키는 멀티플렉서; 및 상기 멀티플렉서에서 출력되는 신호에 따라 각상별 전류흐름을 처리하는 출력장치부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전자식 컨트롤러는, 상기 연산부에서 출력되는 각상별 신호의 상태를 외부에서 파악할 수 있도록 표시하는 모니터링부;가 더 포함되어 구성될 수 있다.
본 발명인 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반에 의해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.
첫 번째로, 본 발명의 배전반의 크래들에 장착되는 2중조합 CT의 외형과 물리적 특성에 의한 체적 및 중량감소로 인하여 기존 배전반에 비하여 월등히 작은 공간만 가져도 배전반을 제작할 수 있는 경제적인 효과를 갖게 된다.
두 번째로, 본 발명은 배전반에 부하에 흐르는 부하전류를 측정하는 센서로서 2중조합 CT 장치가 장착됨으로서 전류측정영역을 크게 확대할 수 있어, 부하가 변하거나 부하의 용도가 변경되어도 교체 변경없이 사용할 수 있는 효과가 있다.
세 번째로, 본 발명의 배전반에 설비된 전자식 컨트롤러를 통해 각상별 전류의 상태를 통합적으로 스캔하여 검출하면서 부하전류에 따라 과전류 보호동작을 수행하거나 지락전류를 설정하여 보호할 수 있는 효과가 있다.
네 번째로, 본 발명의 배전반에 설비된 2중조합 CT 장치에서 전류측정영역을 저전류 영역과 고전류 영역으로 나누어서 저전류영역에서는 포화특성이 없으며 출력이 큰 일반CT가 동작하여 출력하도록 구성하고, 반대로 고전류영역에서는 포화특성이 없는 공심CT가 동작하여 출력하도록 구성하여 일반CT와 공심CT의 장점만을 부각시켜 조합하여 전류를 측정할 수 있는 효과가 있다.
다섯 번째로, 본 발명의 배전반에 설비된 2중조합 CT 장치에서 공심CT의 미세전압의 출력의 크기를 확대하고 전류로 변환하여 신호처리가 가능하도록 구성할 수 있으며, 구동전원으로서 일반CT의 출력을 이용하도록 하여 공심CT의 신호를 처리하는 데에 있어 별도의 밧데리가 필요없는 무전원회로를 구성할 수 있는 효과가 있다.
여섯 번째로, 본 발명의 배전반에 설비된 2중조합 CT 장치에서 저전류는 철심코어가 있는 일반 CT를 사용하다가 포화가 발생되기 전에 마이크로프로세서에서 제어하여 동작하면서 공심CT가 동작되어 고전류영역에서 사용되도록 하여 CT의 소손을 방지할 수 있으면서도 정확한 출력값을 도출할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 과전류 계전기가 장착된 종래의 배전반의 전면부를 도시한 것이며, 도 1b는 변류기(CT)가 설비된 종래의 배전반의 내부 구성상태도이다.
도 2는 종래의 배전반의 크래들과 이에 장착된 고압차단기의 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 종래의 지락 과전류 계전기 등의 동작상태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 전자식 컨트롤러가 장착된 배전반의 전면부를 도시한 것이며, 도 4b는 본 발명에 의한 2중 조합 CT가 설비된 배전반의 내부 구성상태도이다.
도 5는 본 발명의 배전반에 2중 조합 CT가 장착되는 구조를 도시한 상태도이다.
도 6은 본 발명의 배전반에 장착되는 2중 조합 CT장치와 스캔방식의 전자식 컨트롤러의 동작상태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 배전반에 장착되는 2중 조합 CT장치의 블록구성도이다.
도 8은 본 발명에 배전반에 구성된 2중 조합 CT장치의 전류측정범위를 설정한 관계도이다.
도 9는 본 발명에 배전반에 장착된 2중 조합 CT장치의 회로구성도이다.
도 10a와 도 10b는 본 발명의 배전반에 장착된 2중 조합 CT장치의 N채널 MOSFET와 P채널 MOSFET의 작동상태도이다.
이하, 본 발명에 의한 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.
도 4a는 본 발명에 따른 전자식 컨트롤러가 장착된 배전반의 전면부를 도시한 것이며, 도 4b는 본 발명에 의한 2중 조합 CT가 설비된 배전반의 내부 구성상태도이며, 도 5는 본 발명의 배전반에 2중 조합 CT가 장착되는 구조를 도시한 상태도이다.
도 4b의 도시된 바를 참조할 때, 본 발명의 배전반(100)의 크래들(110)에는 고압차단기(120)가 장착되며, 상기 크래들(110)에는 상기 고압차단기(120)와 연결되는 전원입력부(110a)와 전원출력부(110b)가 형성된다.
종래의 배전반 내부에 내장되던 중량이 크고 조립 설비가 복잡한 일반 고압형 CT는 본 발명의 배전반에는 장착되지 않는다.
이에, 도 5에 도시된 바를 참조할 때, 배전반(100)의 상기 크래들(110)의 전원출력부(110b)에는 일반 CT(130a)와 공심 CT(130b)의 조합으로 구성된 2중조합 CT(130)가 각상별로 장착된다.
본 발명의 특징은 일반 CT(130a)와 공심 CT(130b)를 포함하는 2중조합 CT(130)를 제시하는 것에 특징이 있으며, 상기 2중조합 CT(130)를 이루는 일반 CT(130a)와 공심 CT(130b)는 독립적으로 또는 일체형으로 제작할 수 있으며, 이는 필요에 따라 충분히 치환, 변경가능할 것인바 이는 당업자의 입장에서 자명한 사항일 것이다.
본 발명의 2중조합 CT장치(150)는 상기의 2중조합 CT(130)와 2중조합 CT(130)를 이루는 일반 CT(130a)와 공심 CT(130b)에서 선택적으로 신호가 출력되도록 신호처리하는 자동절체부(140)를 포함하여 구성된다.
도 4a에 도시된 바를 참조할 때, 배전반(100)의 전면에는 상기 2중조합 CT장치(150)를 통해 출력되는 각상별 신호를 스캔방식으로 통합제어하는 전자식 컨트롤러(160)가 포함되어 구성된다.
도 6은 본 발명의 배전반에 장착되는 2중 조합 CT장치와 스캔방식의 전자식 컨트롤러의 동작상태를 설명하기 위한 회로도이다.
도시된 바를 참조할 때, 상기 전자식 컨트롤러(160)에는 마이크로 프로세서나 MCU, 마이컴 등으로 구성될 수 있으며, 다수의 클럭펄스에 식별주파수를 부여하면서 클럭펄스를 제어하는 제어부(160a)가 구성된다.
또한, 상기 제어부(160a)에서 부여되는 클럭펄스의 식별주파수가 저장되며, 각상별 기준설정전류값과 3상에 흐르는 전류의 불평형의 기준설정값이 기저장되는 메모리부(160b)와 상기 제어부(160a)의 제어하에서 식별주파수를 갖는 다수의 클럭펄스를 순차적으로 송출시키는 클럭발진부(160c)가 구성된다.
도시된 디멀티플렉서(160d)는 상기 클럭발진부(160c)를 통해 순차적으로 송출된 클럭펄스를 수신하여 각상별 신호를 선택, 순차적으로 출력시키도록 칩셀렉터 또는 선택 스위칭 기능을 하도록 구성된다.
상기 디멀티플렉서(160d)를 통해 출력되는 각상별 신호는 ADC(160e, Analog-Digital Converter)를 통해 신호를 A/D 변환되고, 도시된 연산부(160f)에서 상기 ADC(160e)를 통해 출력되는 각상별 신호를 스캔방식으로 순차적으로 연산처리하게 된다.
이 때, 상기 연산부(160f)는 상기 메모리부(160b)에 저장된 클럭펄스의 식별주파수와 각상별 기준설정전류값을 통해 각상별 전류의 상태를 판단하여 각상별 신호의 상태 및 이를 제어하기 위한 신호를 출력하게 된다.
이 때, 상기 제어부(160a)에는 상기 메모리부(160b)에 기저장된 기준설정전류값을 재설정 또는 조정하도록 할 수 있는데, 이를 테면, 부하가 이상인 경우의 전류 조정범위를 장한시, 단한시, 순시로 조정할 수 있도록 하여 부하로 공급되는 전류의 특성을 반영하여 전류를 차단하는 범위를 다양화시켜 신호가 출력되도록 제어하는 기능이 포함된다.
또한, 제어부(160a)에는 3상에 흐르는 전류의 불평형을 계산하여 상기 메모리부(160b)의 설정값 이상으로 불평형이 계속되는 경우에 전류를 차단하거나 경고신호를 연산부(160f)를 통해 발생하도록 하는 지락전류 보호기능이 구성된다.
따라서, 본 발명의 전자식 컨트롤러(160)는 고압차단기(120)가 교체되거나 부하용량이 증감, 부하 용도의 변경 등이 발생되어도 사용자는 배전반(100)의 전면에 설치된 전자식 컨트롤러(160)의 설정값을 재설정하면 사용자는 주어진 상황에서 더욱 효과적인 대응을 수행할 수 있도록 해준다.
마찬가지로, 도시된 멀티플렉서(160g)도 상기 클럭발진부(160c)를 통해 순차적으로 송출된 클럭펄스를 디멀티플렉서(160d)와 동기화로 수신하여 상기 연산부(160f)에서 출력되는 각상별 신호를 선택, 순차적으로 출력시키게 된다.
도시된 출력장치부(160h)는 상기 멀티플렉서(160g)에서 출력되는 신호에 따라 각상별 전류흐름을 처리하게 되는데, 이를 테면 각상별로 각각 설정된 기준설정전류값을 초과하는 경우라면 각상별 릴레이를 구동시키고 각상별 LED가 동작되도록 처리하여 부하로 공급되는 전류를 차단하거나 경고신호를 출력하도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 전자식 컨트롤러(160)에는, 상기 연산부(160f)에서 출력되는 각상별 신호의 상태를 외부에서 사용자가 실시간으로 파악할 수 있도록 표시하는 모니터링부(160i)가 더 포함되어 구성될 수 있다.
따라서, 과도한 과전류나 지락전류가 발생한 경우 무조건 부하로의 전류공급을 차단하는 것이 아니라 사용자에게 현재의 각상별 전류상태를 알림으로써, 사용자는 주어진 상황에서 더욱 효과적인 대응을 할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 배전반에 장착되는 2중 조합 CT장치의 블록구성도이다며, 도 8은 본 발명에 배전반에 구성된 2중 조합 CT장치의 전류측정범위를 설정한 관계도이다.
도시된 바를 참조하면, 2중 조합 CT 장치(150)는 전선라인에 흐르는 전류를 측정하도록 장착된 철심코어가 포함된 일반 CT(130a)와 상기 전선라인에 흐르는 전류를 측정하도록 장착된 철심코어가 포함되지 않은 공심 CT(130b)와 자동절체부(140)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 일반 CT(130a)에서의 출력을 온오프하는 일반 CT-스위치부(140a)와 상기 공심 CT(130b)에서의 출력을 온오프하는 공심 CT-스위치부(140b)가 구성된다.
또한, 상기 일반 CT(130a)에서 1차전류에 비례하여 출력되는 2차전류에서 Vcc를 ±양전원으로 만든 직류전원을 생성하는 전원생성부(140c)가 구성되며, 마이크로프로세서(140d)는 상기 전원생성부(140c)에서 생성된 직류전원을 공급받아 동작하게 된다.
또한, 상기 공심 CT(130b)의 2차 출력은 매우 미세한 mV수준이므로 전압을 증폭하고 전류로 변환하여 교류전류로 구동하면서 정전류를 출력하기 위한 구동전압으로 전원생성부(140c)에서 생성된 Vcc 직류전원은 사용한다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
상기 마이크로 프로세서(140d)는 상기 일반 CT(130a)에서 출력되는 전류를 인가받아 상기 전선라인에 흐르는 전류값을 인지하여 전류값이 내부에 설정된 전류값 이상의 경우에 상기 공심 CT(130b)에서 출력이 되도록 상기 일반 CT-스위치부(140a)와 공심 CT-스위치부(140b)를 절체 제어하도록 구성된다.
보다 자세히 설명하면, 상기 마이크로프로세서(140d)에는 상기 일반 CT(130a)에서 출력되어 인가된 전류신호를 신호처리하기 위하여 A/D 변환하는 A/D 변환부와 상기 일반 CT(130a)와 공심 CT(130b)의 출력을 절체하기 위한 상기 전선라인의 전류값을 설정한 메모리부가 구성된다.
상기 메모리부는 일반 CT(130a)의 포화특성에 대한 데이터가 입력되어 저장되며, 포화를 나타내는 전류값을 포함된다.
도 8을 참조할 때, 상기 마이크로프로세서(140d)의 메모리부를 통해 측정하고자 하는 전류의 범위가 0~1000A 범위라면, 출력의 20% 부분동안인 0~200A의 저전류 영역에서는 일반 CT(130a)에서 출력되도록 하며, 일반 CT(130a)의 포화가 발생하는 200A~1000A의 고전류 영역에서는 공심 CT(130b)에서 출력이 되도록 출력 전류값을 200A로 설정할 수 있다.
도시된 마이크로프로세서(140d)의 연산부에서는 상기 마이크로프로세서(140d)의 A/D 변환부를 통해 디지털로 전환된 전류신호를 통해 상기 전선라인에 흐르는 전류값을 인지하여 전류값이 상기 마이크로프로세서(140d)의 메모리부에서 미리 설정한 설정값인 전류값 이상인지를 인지하게 된다.
만약, 상기 마이크로프로세서(140d)의 연산부를 통해 연산된 전류값이 상기 설정값 이상이라면 마이크로프로세서(140d)의 릴레이 제어부를 통해 상기 일반 CT-스위치부(140a)와 공심 CT-스위치부(140b)를 절체하여 제어하게 된다.
도 9는 본 발명에 배전반에 장착된 2중 조합 CT장치의 회로구성도이며, 도시된 바를 참조하여 공심 CT(130b)에서 출력되는 2차전압 신호를 처리하는 방법에 대해 자세히 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 공심 CT(130b)의 2차 출력은 매우 미세한 mV수준이기 때문에 미세전압을 증폭하는 구성, 정전류를 공급하기 위한 구성 및 전압을 전류로 변환해야 하는 구성에 대한 신호처리부가 필요하다.
다시 말해, 상기 공심 CT(130b)의 출력은 철심코어가 없어서 포화가 없는 대신에 출력값이 mV수준이라 신호처리에 응용하기가 용이하지 않으며, 특히 노이즈 크기와 합성되어 있어 양질의 신호를 보장받기가 쉽지 않다.
이에 본 발명의 2중 조합 CT 장치(150)에서는 상기 전원생성부(140c)에서 Vcc직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 공심 CT(130b)를 통해 출력되는 미세전압신호에서 노이즈를 제거하는 필터부(140e)와 미세전압을 증폭하는 증폭부(140f)가 구성된다.
이를 통해, 상기 공심 CT(130b)의 2차 출력신호는 필터부(140e)를 거쳐 60Hz의 상용주파수 대역의 고주파는 by-pass 시키고 양질의 60Hz 신호만 통과시키게 되며, 상기 필터부(140e)를 통과한 양질의 신호를 증폭부(140f)를 통하여 완충 및 증폭을 하여 원하는 정격전압인 5V 또는 1V로 미세전압을 증폭하게 된다.
또한, VI변환부(140g)는 상기 전원생성부(140c)에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 증폭부(140f)를 통해 증폭된 전압을 전류로 변환하도록 하는 역할을 수행하게 된다.
또한, 도시된 정전류 출력 드라이버(140h)도 상기 전원생성부(140c)에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 VI변환부(140g)를 통해 변환된 전류를 증폭시켜 설정된 정전류값에 도달하면 출력되도록 구동시키는 역할을 수행하여, VA 전력부담을 만족시키기 위하여 규정 전류값을 5A 또는 1A 로 증폭하여 출력시키도록 한다.
도 9를 참조하여 상기 VI 변환부에 대해 보다 자세한 구성에 대해 설명하면, VI 변환부(140g)에는 상기 증폭부(140f)를 통해 증폭된 교류전압신호의 정(+)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받는 N채널 MOSFET(140g-1)과 상기 증폭부(140f)를 통해 증폭된 교류전압신호의 부(-)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받는 P채널 MOSFET(140g-2)가 포함되어 구성된다.
따라서, 상기 N채널 MOSFET(140g-1) 및 상기 P채널 MOSFET(140g-2)에 각각 교류전압신호가 Vgs전압으로 인가되면서 상기 N채널 MOSFET(140g-1) 및 상기 P채널 MOSFET(140g-2)에서 전류가 흐르게 되면서, 결국 교류전압신호는 전류로 변환되도록 구성되는 것이다.
또한, 상기 정전류 출력 드라이버(140h)에 대해 보다 자세하게 설명하며, 여기서 상기 정전류 출력 드라이버(140h)는 상기 VI 변환부(140g)와 일부 구성이 중복될 수 있다.
상기 정전류 출력 드라이버(1000)에는 정전류값이 (-) 단자로 설정되며, 상기 증폭부를 통해 증폭된 교류전압신호가 (+) 단자로 인가되는 비교기(140h-1)가 구성된다. 상기 정전류값은 정격전류인 1A 또는 5A 로 비교기(140h-1)에 설정할 수 있다.
도 10a와 도 10b는 본 발명의 배전반에 장착된 2중 조합 CT장치의 N채널 MOSFET와 P채널 MOSFET의 작동상태도이며, 이를 참조하면 상기 비교기(140h-1)를 통해 출력되는 교류전압신호의 정(+)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받아 전원생성부(140c)에서 생성된 Vcc를 통해 드레인에서 소스로 전류를 출력하는 N채널 MOSFET(140g-1)가 구성된다.
마찬가지로, 상기 비교기를 통해 출력되는 교류전압신호의 부(-)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받아 전원생성부(140c)에서 생성된 Vcc를 통해 드레인에서 소스로 전류를 출력하는 P채널 MOSFET(140g-2)가 포함되어 구성된다.
상기 N채널 MOSFET(140g-1) 및 상기 P채널 MOSFET(140g-2)를 통해 출력되는 전류값이 상기 비교기(140h-1)에 설정된 정전류값에 도달하기까지 계속적으로 교류전압신호가 비교기에 인가되도록 구성되며, 설정된 정격 정전류값인 5A 또는 1A에 도달하면 출력되도록 구성된다.
이하, 본 발명에 의한 배전반에 설치되는 전류의 측정 범위에 따라 자동 절체되는 2중 조합 CT 장치의 작동방법에 대해 설명한다.
만약 전류 측정범위가 0~1000A 영역이라고 한다면, 저전류 영역에서는 일반 CT가 동작하여 출력되도록 상기 일반 CT-스위치부(140a)는 온(on), 상기 공심 CT-스위치부(140b)는 오프(off) 상태로 설정된다.
전원생성부(140c)는 일반 CT(130a)의 출력을 통해 Vcc 직류전압을 생성하여 마이크로프로세서(140d), 증폭부(140f), VI 변환부(140g), 정전류 출력 드라이버(140h)등에 전압을 인가하도록 구성된다.
만약, 마이크로프로세서(140d)에 인가되는 일반 CT(130a)의 출력 전압을 디지털 변환하여 검출된 전류값이 일정값 이상이면 미리 저장해둔 설정 %값과 비교하여 설정된 % 이상이면 일반 CT-스위치부(140a)는 오프(off), 상기 공심 CT-스위치부(140b)는 오프(on) 상태로 절체되도록 제어하여 공심 CT(130b)의 출력으로 변환시킨다.
이 때, 공심 CT(130b)에서 미세전압 수준의 노이즈가 포함된 출력은 상기 필터부(140e), 증폭부(140f), VI변환부(140g), 정전류 출력 드라이버(140h)를 거쳐 정제된 양질의 전류로 변환되면서 정격 전력부담을 만족하도록 증폭되어 출력되도록 구성된다.
이상 본 발명의 상세한 설명에서는 도시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 구성은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
10: 크래들 20: 진공차단기
30: 변류기
100: 배전반 110: 크래들
110a: 전원입력부 110b: 전원출력부
120: 고압차단기 130: 2중조합 CT
130a: 일반 CT 130b: 공심 CT
140: 자동절체부 140a: 일반 CT-스위치부
140b: 공심 CT-스위치부 140c: 전원생성부
140d: 마이크로 프로세서 140e: 필터부
140f: 증폭부 140g: VI변환부
140g-1: N채널 MOSFET 140g-2: P채널 MOSFET
140h: 정전류 출력 드라이버 140h-1: 비교기
150: 2중조합 CT장치
160: 전자식 컨트롤러 160a: 제어부
160b: 메모리부 160c: 클럭발진부
160d: 디멀티플렉서 160e: ADC
160f: 연산부 160g: 멀티플렉서
160h: 출력장치부

Claims (9)

  1. 고압차단기가 장착되며, 상기 고압차단기와 연결되는 전원입력부와 전원출력부가 형성된 크래들이 포함된 배전반에 있어서,
    상기 크래들의 전원출력부에 설비된 전선라인에 흐르는 전류를 측정하도록 일반 CT와 공심 CT의 조합으로 구성된 2중조합 CT와, 전류의 측정범위에 따라 상기 2중조합 CT를 이루는 일반 CT와 공심 CT에서 선택적으로 신호가 출력되도록 신호처리하는 자동절체부를 포함하는 2중조합 CT장치; 및
    상기 2중조합 CT장치를 통해 출력되는 각상별 신호를 스캔방식으로 통합제어하는 전자식 컨트롤러;가 포함된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자동절체부는,
    상기 일반 CT에서의 출력을 온오프하는 일반 CT-스위치부;
    상기 공심 CT에서의 출력을 온오프하는 공심 CT-스위치부;
    상기 일반 CT에서 출력되는 전류에서 직류전원을 생성하는 전원생성부; 및
    상기 전원생성부에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 일반 CT에서 출력되는 전류를 인가받아 상기 전선라인에 흐르는 전류값을 인지하여 전류값이 설정값 이상의 경우에 상기 공심 CT에서 출력이 되도록 상기 일반 CT-스위치부와 공심 CT-스위치부를 절체 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 마이크로프로세서에는,
    상기 일반 CT에서 출력되어 인가된 전류를 신호처리하기 위하여 A/D 변환하는 A/D 변환부;
    상기 일반 CT와 공심 CT의 출력을 절체하기 위한 상기 전선라인의 전류값을 설정한 메모리부;
    상기 A/D 변환부를 통해 디지털로 전환된 전류신호를 통해 상기 전선라인에 흐르는 전류값을 인지하여 전류값이 상기 메모리부에 설정된 전류값 이상인지를 판단하는 연산부; 및
    상기 연산부를 통해 연산된 전류값이 상기 설정값 이상이라면 상기 일반 CT-스위치부와 공심 CT-스위치부를 절체 제어하는 릴레이 제어부;가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 메모리부에 설정되는 전류값은 일반CT의 포화가 발생되는 전류값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 자동절체부는,
    상기 전원생성부에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 공심 CT를 통해 출력되는 미세전압을 증폭하는 증폭부;
    상기 전원생성부에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 증폭부를 통해 증폭된 전압을 전류로 변환하는 VI변환부; 및
    상기 전원생성부에서 직류전원을 공급받아 동작하며, 상기 VI변환부를 통해 변환된 전류를 증폭시켜 설정된 정전류값에 도달하면 출력되도록 구동시키는 정전류 출력 드라이버;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 VI 변환부는,
    상기 증폭부를 통해 증폭된 교류전압신호의 정(+)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받는 N채널 MOSFET; 및
    상기 증폭부를 통해 증폭된 교류전압신호의 부(-)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받는 P채널 MOSFET; 가 포함되어,
    상기 N채널 MOSFET 및 상기 P채널 MOSFET를 통해 교류전압신호가 전류로 변환되어 흐르도록 구성된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 정전류 출력 드라이버는,
    정전류값이 설정되며, 상기 증폭부를 통해 증폭된 교류전압신호가 인가되는 비교기;
    상기 비교기를 통해 출력되는 교류전압신호의 정(+)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받아 드레인에서 소스로 전류를 출력하는 N채널 MOSFET; 및
    상기 비교기를 통해 출력되는 교류전압신호의 부(-)주기의 신호를 게이트 전압으로 인가받아 드레인에서 소스로 전류를 출력하는 P채널 MOSFET; 가 포함되어,
    상기 N채널 MOSFET 및 상기 P채널 MOSFET를 통해 출력되는 전류값이 상기 비교기에 설정된 정전류값에 도달하기까지 계속적으로 교류전압신호가 비교기에 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 전자식 컨트롤러는,
    다수의 클럭펄스에 식별주파수를 부여하면서 클럭펄스를 제어하는 제어부;
    상기 제어부에서 부여되는 클럭펄스의 식별주파수가 저장되며, 각상별 기준설정전류값이 기저장되는 메모리부;
    식별주파수를 갖는 다수의 클럭펄스를 순차적으로 송출시키는 클럭발진부;
    상기 클럭발진부를 통해 순차적으로 송출된 클럭펄스를 수신하여 각상별 신호를 선택, 순차적으로 출력시키는 디멀티플렉서; 및
    상기 디멀티플렉서를 통해 출력되는 신호를 A/D 변환하는 ADC;
    상기 ADC를 통해 출력되는 각상별 신호를 연산처리하여 상기 메모리부에 저장된 각상별 기준설정전류값을 통해 각상별 전류의 상태를 판단하여 신호를 출력하는 연산부;
    상기 클럭발진부를 통해 순차적으로 송출된 클럭펄스를 수신하여 상기 연산부에서 출력되는 각상별 신호를 선택, 순차적으로 출력시키는 멀티플렉서; 및
    상기 멀티플렉서에서 출력되는 신호에 따라 각상별 전류흐름을 처리하는 출력장치부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 전자식 컨트롤러는,
    상기 연산부에서 출력되는 각상별 신호의 상태를 외부에서 파악할 수 있도록 표시하는 모니터링부;가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 2중조합 CT 장치 및 전자식 컨트롤러가 설비된 배전반.
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