KR101030193B1 - 중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반의 중성선 대체방법 - Google Patents

Abstract

3상 4선식 방식의 분배전반에서 중성선(neutral line) 단선이 발생할 경우 과전압에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하기 위한 중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반의 중성선 대체방법이 개시된다.
개시된 중성선 대체기능이 구비된 분배전반은, 상기 분배전반에 입력되는 3상 4선식(R, S, T, N) 공급 전력의 중성선 접촉 불량을 검출하여, 상기 중성선 접촉 불량시 상기 중성선을 대체하여 단상 전력에 연결된 부하가 소손되는 것을 방지하는 중성선 대체장치를 구비하되, 상기 중성선 대체장치를, 중성선의 단선 여부를 검출하는 단선 검출기와; 상기 단선 검출기에 의해 출력된 단선 검출 값으로 단선 여부를 판단하고, 단선시 중성선 대체를 위한 제어신호를 발생하는 제어기와; 상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 전력 공급장치에 구비된 중성선을 대체하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 보호기로 구현한다.

Description

중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반의 중성선 대체방법{Distrtibuting board cabinet panel with neutral line replacement and method thereof}

본 발명은 중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반에서 중성선 대체방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3상 4선식 방식의 분배전반에서 중성선(neutral line) 단선이 발생할 경우 과전압에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하기 위한 중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반의 중성선 대체방법에 관한 것이다.

일반적으로 전력계통에 있어서, 22.9kv-y 배전방식은 3상 4선식 배전선로를 통해 변전소로부터 공장이나 빌딩과 같은 큰 규모의 수용가에 직접 전력을 공급하거나, 2차 변압기를 통해 소규모 공장이나 일반 가정에 전력을 공급하는 방식이며, 이때 사용하는 것이 분배전반이다.

여기서 분전반(cabinet panel)은 옥내배선에 있어서, 간선(幹線)으로부터 각 분기회로(分岐回路)로 갈라지는 곳에, 각각의 분기회로마다 스위치를 설치해 놓은 것을 의미한다. 주택의 분전반은 컷 아웃스위치를 배열하여 고정한 간단한 것이지만, 빌딩의 경우는 적어도 각각의 층마다 강철로 만든 분전반이 벽 속에 설치되어 있고 완전한 개폐문이 달려 있다.

이러한 일반적인 분전반은 누전 등을 검출하게 되면 배선용차단기(MCCB: Mold Case Current Braker) 및 누전차단기(ELB: Earth Leakage Breaker)를 구비하고, 부하(전등, RECEP, 방송장치전원, 기타 등)에 전원 공급시 누전이 발생하면 차단 동작을 수행하여, 화재 등을 예방하게 된다.

한편, 상기와 같은 일반적인 분배전반은 3상 4선식 배전 계통으로 이루어지는 데, 특히, Y결선, 델타 결선, 와이 델타결선 등의 방법으로 중성선(N)과 전력선(A상, B상, C상)을 결합하여 전력을 공급해주게 된다. 여기서 연결시 하나의 전력선과 다른 전력선을 연결하면 380V가 되고, 하나의 전력선(예를 들어, A상)과 중성선(N)을 연결하면 220V가 되어, 부하에 전력을 공급해주게 된다.

여기서 중성선(N)은, 다상 다선식 선로에서 각상의 한쪽의 선로를 공통(common)으로 한 선로를 의미한다. 원칙적으로 3상을 사용하려면 전선이 6가닥이 필요하다. 하지만, 단상 2선식 선로의 위상을 120°씩 틀어서 한쪽 선을 모두 공통으로 하면 4가닥으로 줄어들고, 공통으로 한곳의 전위는 벡터적 합에 의하여 제로(0)가 된다. 이러한 제로전위(영전위)가 바로 기준전위가 되고 이른바 N상 즉, 중성선이 된다.

이런 상태에서 중성선은 원칙적으로 대지 전위인 영 전위를 가져야 하나 실제로 현장에서 각상의 위상이 정확히 120°가 나오지 않을 때는 약간의 전압을 가질 수도 있다. 이때 중성선 전위의 상승을 막기 위해 대지 전위 선인 접지 선에 중성선을 공통연결하면 각상의 위상이 약간 차이가 나게 되어도 대지와 닿아있기 때문에 영 전위를 유지하게 된다.

3상 4선식을 채택하고 있는 우리나라의 배전 계통의 특징상 단상부하와 3상부하가 혼합되어 중성선에는 불평형 전류가 흐르게 되고, 최근에는 컴퓨터, LED 등 조명장치, 복사기 등 사무기기, 무정전전원공급장치(UPS) 등과 같은 비선형 부하장치의 증가로 인하여 중성선에는 더 많은 영상 고조파가 흐르게 되었다.

여기서 고조파(Harmonics)란 기본 주파수의 2배, 3배, 4배와 같이 정수배에 해당하는 주파수를 말하며, 왜곡파 또는 왜형파라고 하며, 특히 여러 차수의 고주파 중에서 3, 6, 9 등과 같이 고주파 차수가 3의 배수에 해당하는 고주파 성분을 영상 고조파라고 한다.

영상 고조파는 각 3상의 위상이 동상의 값을 가지므로 단상전원 3개가 병렬로 연결된 것과 같이 중성선에 중첩되어 최대 3배의 영상 고조파가 흐르게 된다. 이와 같이 중성선에 과다한 영상 고조파가 흐르게 되면 중성선 도체의 과열 등으로 인해 붓싱 부분이 단선되거나 중성선이 단선된다.

여기서 중성선이 단선되면 임피던스가 큰 부하 측 누전차단기의 파손이 발생하고, 중성선과 전압측 선로에 연결된 엘리베이터 약전 기기 등의 부하가 소손하는 사고가 발생하게 된다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 3상 4선식 분배전반의 전력 계통에서 정상회로의 상별 전압 및 전류 흐름을 도시한 것이다(부하 불평형이 3:1인 경우).

정상회로에서의 전압은 A상과 N선 220V, B상과 N선은 220V가 공급되고, 전류의 흐름은 A상에서 N선으로, B상에서 N선으로 흐른다.

그러나 중성선(N)이 단선되면 220V는 없어지고, 380V만 존재하게 된다. 즉, 중성선은 전류가 흐르지 못하고 A상에서 부하를 직렬로 통하여 B상으로 흐르게 된다.

즉, 도 2에 도시된 회로도와 같이, 각 상과 중성선과의 임피던스는 A상의 부하와 B상의 부하에 반비례하는 임피던스가 직렬로 되어 380V가 연결된 것과 같게 되므로, 경부하 쪽의 부하가 소손되는 사고가 발생하게 된다.

여기서 부하가 평형인 경우에도, 전압이 변하게 되며 중성선이 연결된 상태에서는 220V로 중성선과 양측 전압선(전력선) 간의 전압이 220V로 동일하지만, 중성선이 단선되면 전압의 불평형이 발생하게 되며, 경부하측 부하의 단선 등으로 점점 불평형은 심화되고, 끝내는 경부하측 기기가 거의 모두 손상된다.

결론적으로, 3상 4선식 배전 계통에서 중성선이 단선되면, 경부하(輕負荷)인 단자의 전압은 상승하게 되고, 중부하(重負荷)인 쪽은 감소하게 되며, 경부하쪽 부하에는 이상이 발생하게 되므로 스위치를 끄거나 고장으로 회로가 개방되게 되며, 전압 불평형은 점점 심화되어 종래에는 경부하쪽 전기기기가 거의 모두 손상하게 된다.

그러나 일반적인 분배전반은 이러한 중성선에 대해서, 중성선의 이상 여부를 확인하거나 중성선의 이상시 경부하쪽 전기기기의 소손을 방지하기 위한 보호 기술이 적용되지 않아, 중성선의 단선시 경부하쪽 전기기기가 소손되는 문제점이 발생하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 분배전반에서 발생하는 제반 문제점들을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명이 해결하려는 과제는, 분배전반에서 중성선(neutral line) 단선이 발생할 경우 과전압에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하기 위한 중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반의 중성선 대체방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 신속 정확하게 중성선의 단선을 검출할 수 있도록 한 중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반의 중성선 대체방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 중성선 단선이 검출되면 경고를 하여, 후속 조치가 이루어질 수 있도록 한 중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반의 중성선 대체방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 분배전반에서 중성선 단선이 발생하면 부하에 공급되는 단상 전력을 차단하여, 단상 전력에 연결된 부하의 소손을 방지하기 위한 중성선 대체기능이 구비된 분배전반 및 그 분배전반의 중성선 대체방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "중성선 대체기능이 구비된 분배전반"은,

배전용 차단기(MCCB)와;

분기 회로에 각각 구비되어 부하에 전원 공급시 누전이 발생하면 차단 동작을 수행하는 누전 차단기와;

분배전반에 입력되는 3상 4선식(R, S, T, N) 공급 전력의 중성선 접촉 불량을 검출하여, 상기 중성선 접촉 불량시 상기 중성선을 대체하여 단상 전력에 연결된 부하가 소손되는 것을 방지하는 중성선 대체장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선 대체장치는,

상기 중성선의 단선 여부를 검출하는 단선 검출기와;

상기 단선 검출기에 의해 출력된 단선 검출 값으로 단선 여부를 판단하고, 단선시 중성선 대체를 위한 제어신호를 발생하는 제어기와;

상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 전력 공급장치에 구비된 중성선을 대체하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 보호기를 포함한다.

상기 단선 검출기는,

상기 공급 전력의 전원 상태 값을 실시간으로 검출하고 디지털화하여 전원 상태 데이터로 변환하고, 상기 전원 상태 데이터를 기반으로 전력품질을 연산하여 추출하며, 상기 추출한 전력품질 요소별로 변화량을 분석하여 일정량 이상 변화된 경우, 그 변화량에 대한 퍼지 룰 테이블을 적용하여 결과를 추출하고, 상기 추출한 퍼지 룰 테이블의 결과를 다면 평가법에 적용하여 중성선 접촉 불량을 검출하여 중성선 단선 검출 값을 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선 보호기는,

3상(R,S,T)의 연결을 위한 스위치와;

상기 3상과 대체용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선 대체장치는,

상기 제어기에 의해 출력되는 경보발생 제어신호에 따라 중성선 단선을 경보하는 경보 발생기와;

상기 경보 발생기에 의해 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기에 전달하는 경보해제 신호 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "분배전반의 중성선 대체방법"은,

중성선 대체장치에 구비된 제어기에서 중성선 단선시 보호 동작을 수행하는 방법에 있어서,

분배전반에 공급되는 3상 4선식 전력의 전원 상태 값을 실시간으로 검출하여 전원 상태 데이터를 생성하고, 상기 전원 상태 데이터를 기반으로 전력품질을 연산하여 추출하며, 상기 추출한 전력품질 요소별로 변화량을 분석하여 일정량 이상 변화된 경우, 그 변화량을 퍼지 룰 테이블을 적용하여 결과를 추출하고, 상기 추출한 퍼지 룰 테이블의 결과를 다면 평가법에 적용하여 중성선 접촉 불량을 검출하여 중성선 단선 여부를 검출하는 단계와;

상기 검출결과 중성선의 단선으로 판단되면, 중성선 보호기를 동작하여 단선된 중성선을 대체하는 단계와;

상기 중성선 대체 후 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 단계와;

상기 경보 발생 후 경보 해제 요청이 발생하면, 발생한 경보를 해제하는 단계와;

상기 경보 발생 후 일정 시간 이내에 경보 해제 요청이 발생하지 않으면 자동으로 부하에 공급되는 단상 전력을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 분배전반에서 중성선(neutral line) 단선이 발생할 경우, 중성선을 신속하게 대체해줌으로써, 과전압에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 신속 정확하게 중성선의 단선을 검출하여 이를 경고해줄 수 있으므로, 관리자가 신속하게 후속 조치를 취할 수 있도록 도모해줄 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 분배전반에서 중성선 단선이 발생하면 부하에 공급되는 단상 전력을 차단함으로써, 단상 전력에 연결된 부하의 소손을 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 분배전반에 공급되는 전력의 상별 전압 및 전류 흐름도.
도 2는 일반적인 분배전반에 공급되는 전력에서 중성선 단선시 이상전압 발생상황을 설명하기 위한 설명도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중성선 대체기능이 구비된 분배전반의 회로도.
도 4a는 정상상태에서의 전원 전압과 저항부하의 파형 그래프이고, 도 4b는 접촉불량시의 전원 전압과 저항부하의 파형 그래프이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 적용되는 퍼지 룰 테이블.
도 6은 본 발명에서 다면 평가법으로 중성선 접촉불량을 판단한 것을 설명하기 위한 설명도.
도 7은 도 3의 중성선 보호기의 일 실시 예 회로도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분배전반의 중성선 대체방법을 보인 흐름도.

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.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중성선 대체기능이 구비된 분배전반의 회로도로서, 배전용 차단기(MCCB)(10)(21)(22), 분기 회로에 구비되어 각각의 부하(전등, RECEP, 방송장치전원, 기타 등)에 전원 공급시 누전이 발생하면 차단 동작을 수행하는 누전 차단기(31, 32, 41, 42, 51, 52), 중성선 대체장치(200)로 구성된다.

여기서 배전반 차단기(10)(21)(22), 누전 차단기(31, 32, 41, 42, 51, 52)의 상세 동작은, 일반적인 분배전반의 동작과 동일하므로, 이하 해당 부분의 구체적인 설명은 생략한다.

중성선 대체장치(200)는 3상 4선식(R, S, T, N)을 통해 전력이 공급되면, 공급 전력의 중성선 접촉 불량을 검출하여, 상기 중성선 접촉 불량시 중성선 단선으로 판단하고, 상기 중성선을 대체하여 단상 전력에 연결된 부하가 소손되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.

이러한 중성선 대체장치(200)는, 상기 중성선(N)의 단선 여부를 검출하는 단선 검출기(210)와; 상기 단선 검출기(210)에 의해 출력된 단선 검출 값으로 단선 여부를 판단하고, 단선시 중성선 대체를 위한 제어신호를 발생하는 제어기(220)와; 상기 제어기(220)에서 발생하는 제어신호에 따라 중성선을 대체하여 상별 전압의 평형을 유지하는 중성선 보호기(230)를 포함한다.

여기서 제어기(220)는 제어 가능한 프로그램을 저장하고, 상기 저장한 프로그램에 따라 중성선 보호장치의 전체 동작을 제어할 수 있는 마이컴, 마이크로프로세서, 중앙처리장치, 마이크로컨트롤러 등으로 구현하는 것이 바람직하다.

상기에서 중성선 보호기(230)는 도 7에 도시된 바와 같이, 3상(R,S,T)의 연결을 위한 스위치(M1)와; 상기 3상과 대체용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 코일(L1 ~ L3)을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중성선 대체장치(200)는, 상기 제어기(220)에 의해 출력되는 경보발생 제어신호에 따라 중성선 단선을 경보하는 경보 발생기(240)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중성선 대체장치(200)는, 상기 경보 발생기(240)에 의해 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기(220)에 전달하는 경보해제 신호 입력부(250)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 경보해제 신호 입력부(250)는 주지한 바와 같이 경보해제 스위치를 구비한다.

또한, 상기 중성선 대체장치(200)는 상기 경보 발생 후 일정 시간 이내에 경보 해제 요청이 발생하지 않으면 자동으로 부하에 공급되는 단상 전력을 차단하는 단상 전력 차단기(M2)를 구비한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 중성선 대체기능이 구비된 분배전반은, 한국전력으로부터 공급되는 전력을 1차 변압기를 통한 후, Y결선 방식을 통해 3상 4선식 전력이 공급된다.

이때 중성선이 단선되면 각상별로 공급되는 전압이 부하의 용량에 따라 다르게 되고, 이로 인해 경부하쪽에서는 이상 전압(과전압)에 의해 부하 기기가 소손되는 사고가 발생한다.

이러한 사고를 미리 방지하기 위해서 본 발명에서는 중성선 대체장치(200)가 상시 중성선의 상태를 감지하고, 중성선의 단선이 감지되면 즉시 경보를 수행함과 동시에 다른 중성선으로 대체를 하여, 상간 전압 불균형을 보상함과 동시에 경부하 쪽에 과전압이 흐르지 못하도록 작용을 한다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 분배전반에 전력이 공급되면, 단선 검출기(210)는 동작을 하여 중성선(N)의 단선 여부를 검출하고, 그 검출한 단선 검출 값을 제어기(220)에 전달한다.

예컨대, 단선 검출기(210)는 실시간으로 통상의 전류/전압 검출기를 이용하여 각 상의 전류/전압을 검출하고, 데이터 변환기를 통해 실시간으로 검출되는 각 상의 전압/전류 검출 값을 디지털 데이터 정보로 변환하고, 그 변환된 데이터를 기반으로 전력품질을 판단하기 위한 기본적인 요소별 정보로 변환을 하여 전원 상태 데이터를 생성한다. 여기서 전력품질을 판단하기 위한 기본적인 요소별 정보는, 역률, 고조파 발생 여부, 과전류, 서지, 단선 여부, swell 등을 포함하며, 상기 각 상 별로 검출한 전류 및 전압을 토대로 기본적인 요소별 전력품질을 연산하는 방법은 공지의 전력 계측 방법에서 사용하는 방법을 그대로 적용하므로, 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 미리 내장된 접촉불량 검출 알고리즘을 실행시켜 중성선의 전기적 접촉불량을 검출하게 된다. 여기서 접촉불량 검출 알고리즘은, 상기 전원 상태 데이터와 분배전반의 유형별로 저장된 정상상태에서의 파형을 기반으로 전력품질을 연산하여 추출하고, 그 추출한 전력품질 요소별로 변화량을 분석하여 일정량 이상 변화된 경우 그 변화량에 대한 퍼지 룰 테이블을 적용하여 접촉불량 여부를 검출하게 된다.

여기서 요소별 전력 품질의 변화량은 다수의 전력품질 중 어느 하나의 요소에 대한 품질 변화가 발생하여도 전력품질에 변화가 발생한 것으로 판단을 한다.

도 4a는 접촉불량이 발생하지 않은 경우, 전원 전압과 저항부하의 파형을 도시한 그래프이고, 도 4b는 접촉불량의 발생시 전원 전압과 저항부하의 파형을 도시한 그래프이다.

따라서 이상상태의 전압/전류 파형과 접촉불량 시의 전압/전류 파형이 상이하게 되므로, 이러한 전압/전류 파형을 이용하게 되면, 전력 품질의 변화 여부를 용이하게 알 수 있다. 요소별 전력품질의 변화를 판단하기 위한 가장 용이한 방법 중의 하나가 이전 상태의 요소별 전력품질과 현 상태의 요소별 전력품질을 비교하여 그 차이로 전력품질의 변화 여부를 판단하는 것이다.

다음으로, 전력품질에 변화가 발생하지 않거나 전력품질에 변화가 발생하였으나 그 변화량이 아주 미세한 경우에는 정상상태로 판단을 하고, 이와는 달리 전력품질에 변화가 발생하였으며, 그 변화량이 정상상태로 판단하기 위한 범주를 넘어선 경우에는 이상상태로 판단을 하고, 변화량에 대한 퍼지 룰 테이블을 적용한다.

도 5a 및 도 5f는 본 발명에 적용된 퍼지 룰 테이블의 일 예를 도시한 것이다. 여기서 ZO는 1, PS는 2, PM은 4, PB는 6으로 설정하였으며, 검출전압(V)과 아크 판단의 기준이 되는 고조파의 전압 임계치(

) 및 전압 THDE(

)의 출현 여부, 검출전압과 아크 판단의 기준이 되는 전류 임계치(

) 및 전류 THDE(

)의 출현 여부, 전압 임계치와 전압 THDE와의 상관관계, 전류 임계치와 전류 THDE와의 상관관례를 고려하여 퍼지 룰 테이블을 구현하였다.

이렇게 구현된 퍼지 룰 테이블에 검출한 요소별 변화량을 대입하여 결과치를 산출하고, 이후 획득한 결과치를 도 6과 같은 다면 평가법을 이용하여 접촉불량 여부를 판단하게 된다.

여기서 다면 평가법은 6개(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ)의 결과치가 10으로 표시되는 육각형 내에 존재하면 접촉불량으로 판단하지 않고, 이와는 달리 6개의 결과치가 도 6에 도시한 바와 같이 10으로 표시되는 육각형을 벗어난 경우에는 접촉불량으로 판단하게 된다. 도 6을 살펴보면, 6개의 결과치중 Ⅴ의 값이 다른 값에 비해 상대적으로 크거나, Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ의 값은 정상적인데 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ의 값이 기준 값을 초과한 경우 접촉불량으로 판단하는 것을 보인 것이다.

주지한 바와 같은 방법으로 일차 판단한 결과 접촉불량으로 판단되면, 신뢰성을 위해 전기적 접촉불량을 판단하기 위해서 미리 실험에 의해 산출한 일정기간 이상 지속하는지를 확인한다. 이것은 전기적 접촉불량이 순간적으로 발생한 후 다시 정상상태로 되돌아간 경우에는 부하에 장애를 발생하지 않기 때문에, 순간적인 접촉불량일 경우에는 경보를 발생하지 않기 위함이다. 여기서 본 발명에서는 일정기간(지속 시간)으로 전기적 접촉불량 여부를 재판단하였으나, 이러한 방법 이외에 발생하는 아크의 반복 회수를 이용하여 최종적인 전기적 접촉불량을 판단할 수도 있다.

이후 최종적으로 전기적 접촉불량으로 판단되면, 중성선 단선으로 판단을 하고, 중성선 단선에 대한 검출 값에 중성선 단선 이상 정보를 포함시켜 제어기(220)에 제공한다. 여기서 중성선 단선 이상 정보는 하이신호(5V)라고 할 수 있으며, 중성선의 단선이 검출되지 않을 경우 중성선 단선 검출 값은 로우신호(0V)라고 할 수 있다.

제어기(220)는 상기 단선 검출기(210)로부터 제공되는 단선 검출 값을 내장된 제어 프로그램으로 분석하여, 중성선 단선이 아니라고 판단이 되면 중성선 보호기(230)를 동작하지 않게 되며, 이와는 달리 중성선 단선이라고 판단이 되면 중성선 보호기(230)를 동작시키게 된다.

중성선 보호기(230)는 내부적으로 중성선을 구비하고, 상기 제어기(220)에 의해 동작 제어신호가 전달되면, 스위치(M1)가 동작을 하여 3상(R,S,T)을 연결하게 되고, 이후 대체용 중성선(N)과 각상별 코일(L1 ~ L3)을 연결하게 된다. 즉, 대체용 중성선(N)은 항상 존재한 상태에서 중성선 단선시 3상을 대체용 중성선에 연결하여 단선된 중성선을 대체하게 된다. 여기서 중성선 접속은 마그넷 스위치 등을 이용하면 쉽게 접속할 수 있다.

중성선 보호기(230)가 동작을 하여 단선된 중성선을 대체하면, 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 각상별 단상 전압의 불평형을 이전과 같이 평형 상태로 유지할 수 있으며, 이로 인해 분배전반에 공급되는 전력선 중 중성선이 단선되어도 종래와 같이 단상 전력을 사용하는 부하 중 경부하 쪽에 과전압이 흘러 전기기기를 소손하게 되는 문제를 방지하게 된다.

한편, 제어기(220)는 주지한 바와 같이 중성선의 단선으로 판단이 되면 즉시 경보 발생기(240)를 구동시키게 된다. 경보 발생기(240)는 구동을 하여 중성선 단선을 경보하게 되는 데, 본 발명에서는 시각적인 경보 및/또는 청각적인 경보 방법을 이용하여 경보를 하게 된다.

시각 또는 청각 경보가 발생한 상태에서 관리자가 이를 인식하면, 신속하게 후속 조치를 취하게 되고, 이로써 중성선의 단선으로 인해 발생할 수 있는 각종 사고를 방지하게 되는 것이다.

또한, 관리자는 필요에 따라 발생한 경보를 해제할 수 있다. 예컨대, 경보해제 신호 입력부(250)에 구비된 경보해제 스위치를 조작하면, 경보해제신호 입력부(250)에서 경보해제 신호를 발생하여 제어기(220)에 전달한다.

제어기(220)는 경보 해제신호가 전달되면, 경보 발생기(240)의 동작을 정지시켜, 경보를 해제하게 된다.

또한, 본 발명은 중성선 단선에 대한 경보를 수행한 후, 미리 설정된 일정 시간 이내에 경보 해제가 요청되지 않으면 제어기(220)에서 단상 전력 차단기(M2)를 제어하여 자동으로 부하에 공급되는 전력(단상 전력)을 차단하여, 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 사고를 미리 방지하게 되는 것이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 "분배전반의 중성선 대체방법"을 보인 흐름도로서, 3상 4선 식을 통해 전력이 공급되면 분배전반에 공급되는 3상 4선식 전력의 전원 상태 값을 실시간으로 검출하여 전원 상태 데이터를 생성하고, 상기 전원 상태 데이터를 기반으로 전력품질을 연산하여 추출하며, 상기 추출한 전력품질 요소별로 변화량을 분석하여 일정량 이상 변화된 경우, 그 변화량을 퍼지 룰 테이블을 적용하여 결과를 추출하고, 상기 추출한 퍼지 룰 테이블의 결과를 다면 평가법에 적용하여 중성선 접촉 불량을 검출하여 중성선 단선 여부를 검출하는 단계(S101 ~ S103)와; 상기 검출결과 중성선의 단선으로 판단되면, 중성선 보호기를 동작하여 단선된 중성선을 대체하는 단계(S105 ~ S109)와; 상기 중성선 대체 후 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 단계(S111)와; 상기 경보 발생 후 경보 해제 요청이 발생하면, 발생한 경보를 해제하는 단계(S113 ~ S115)와; 상기 경보 발생 후 일정 시간 이내에 경보 해제 요청이 발생하지 않으면 자동으로 부하에 공급되는 단상 전력을 차단하는 단계(S117 ~ S119)를 포함한다.

이에 도시된 바와 같이, 먼저 단계 S101에서 분배전반에 전력이 공급되면, 단계 S103에서 단선 검출기(210)가 중성선의 단선 여부를 검출한다. 여기서 중성선의 단선 여부를 검출하는 방법은 전술한 중성선 차단시 보호장치의 동작과 동일한 방법으로 중성선의 단선을 검출하기 때문에 중복기재를 회피하기 위해서 자세한 설명은 생략한다.

중성선의 단선 여부를 확인한 결과 중성선이 단선된 것으로 판단이 되면(S105), 중성선 보호기(230)를 구동시켜 단선된 중성선을 대체하게 된다(S107 ~ S109). 예컨대, 별도로 중성선을 구비하고, 전력 입력단의 중성선(N)이 단선되면 상기 별도로 구비한 중성선으로 전력 공급 장치의 중성선을 대체하여, 각 상별 전압 평형을 이루어 중성선 단선으로부터 발생할 수 있는 단상 전력에 연결된 부하 기기의 소손을 방지하게 되는 것이다.

아울러 중성선이 단선된 것으로 판단이 될 경우에는 경보 발생기(240)를 구동시켜 시청각으로 중성선 단선에 대한 경보를 발생하게 되며, 이후 관리자에 의해 발생한 경보의 해제가 요청되면 상기 경보 발생기(240)의 구동을 정지시켜, 발생한 경보를 해제하게 되는 것이다(S111 ~ S115).

즉, 본 발명에 따르면 전력 공급 장치의 중성선이 단선되면 자동으로 예비 중성선으로 자동 절체를 수행하여, 중성선 단선으로 인해 발생하는 상별 전압 불평형을 방지하여, 경부하쪽의 전기기기가 소손되는 것을 방지하게 된다. 그리고 중성선 단선이 발생하면 바로 경보를 발생하여 관리자가 이를 인지하도록 하며, 이후 관리자가 후속 조치를 신속하게 취할 수 있도록 함으로써, 중성선 단선으로 인해 추후 발생할 수 있는 시스템 고장 등의 사고를 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명은 단계 S117 ~ S119에서와 같이 중성 선의 단선을 경보 한 후, 시간의 경과를 확인하여, 미리 설정된 일정 시간이 경과 한 후에도 관리자에 의해 경보해제신호가 입력되지 않으면, 자동으로 부하에 공급되는 단상 전력을 차단하여, 부하 기기가 소손되는 것을 방지하게 되는 것이다.

이러한 본 발명에 따르면 분배전반의 전력 공급선 중 중성선이 단선되면 자동으로 예비 중성선으로 자동 절체를 수행하여, 중성선 단선으로 인해 발생하는 상별 전압 불평형을 방지하여, 경부하쪽의 전기기기가 소손되는 것을 방지하게 된다.

그리고 중성선 단선이 발생하면 바로 경보를 발생하여 관리자가 이를 인지하도록 하며, 이후 관리자가 후속 조치를 신속하게 취할 수 있도록 함으로써, 중성선 단선으로 인해 추후 발생할 수 있는 시스템 고장 등의 사고를 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 경보 발생 후 일정 시간이 경과 한 후에도 경보가 해제되지 않으면, 자동으로 부하에 공급되는 단상 전력을 차단하여, 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 사고를 미리 방지하게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 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.

200… 중성선 대체장치
210… 단선 검출기
220… 제어기
230… 중성선 보호기
240… 경보 발생기
250… 경보 해제신호 입력부
M2… 단상 전력 차단기

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 중성선 대체를 위한 분배전반에 있어서,
   배전용 차단기(MCCB)와;
   분기 회로에 각각 구비되어 부하에 전원 공급시 누전이 발생하면 차단 동작을 수행하는 누전 차단기와;
   상기 분배전반에 입력되는 3상 4선식(R, S, T, N) 공급 전력의 중성선 접촉 불량을 검출하여, 상기 중성선 접촉 불량시 상기 중성선을 대체하여 단상 전력에 연결된 부하가 소손되는 것을 방지하는 중성선 대체장치를 포함하고,
   상기 중성선 대체장치는,
   상기 중성선의 단선 여부를 검출하는 단선 검출기와;
   상기 단선 검출기에 의해 출력된 단선 검출 값으로 단선 여부를 판단하고, 단선시 중성선 대체를 위한 제어신호를 발생하는 제어기와;
   상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 전력 공급장치에 구비된 중성선을 대체하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 보호기와;
   상기 제어기에 의해 출력되는 경보발생 제어신호에 따라 중성선 단선을 경보하는 경보 발생기와;
   상기 경보 발생기에 의해 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기에 전달하는 경보해제 신호 입력부를 포함하며,
   상기 중성선 보호기는,
   3상(R,S,T)의 연결을 위한 스위치와;
   상기 3상과 대체용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성선 대체기능이 구비된 분배전반.
   
6. 중성선 대체장치에 구비된 제어기에서 중성선 단선시 중성선을 대체하기 위한 동작을 수행하는 방법에 있어서,
   분배전반에 공급되는 3상 4선식 전력의 전원 상태 값을 실시간으로 검출하여 전원 상태 데이터를 생성하고, 상기 전원 상태 데이터를 기반으로 전력품질을 연산하여 추출하며, 상기 추출한 전력품질 요소별로 변화량을 분석하여 일정량 이상 변화된 경우, 그 변화량을 퍼지 룰 테이블을 적용하여 결과를 추출하고, 상기 추출한 퍼지 룰 테이블의 결과를 다면 평가법에 적용하여 중성선 접촉 불량을 검출하여 중성선 단선 여부를 검출하는 단계와;
   상기 검출결과 중성선의 단선으로 판단되면, 중성선 보호기를 동작하여 단선된 중성선을 대체하는 단계와;
   상기 중성선 대체 후 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 단계와;
   상기 경보 발생 후 경보 해제 요청이 발생하면, 발생한 경보를 해제하는 단계와;
   상기 경보 발생 후 일정 시간 이내에 경보 해제 요청이 발생하지 않으면 자동으로 부하에 공급되는 단상 전력을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분배전반의 중성선 대체방법.

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