KR101032186B1 - 정격 미세 조정이 가능한 과전류 계전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 핀을 갖는 딥스위치를 통해 전류량 허용치에 대한 임계값을 설정함으로써, 정격 전류의 미세조정이 가능하고, 전격 전류를 정확하고 신속하게 세팅할 수 있는 과전류 계전기를 제공한다.

과전류 계전기, 기중차단기, 딥스위치, 정격 전류

Description

정격 미세 조정이 가능한 과전류 계전기{OVER CURRENT RELAY FOR RATED CURRENT ADJUSTMENT}

본 발명은 과전류, 지락 전류를 검출하여 선로의 통전을 차단하는 기중차단기(Air Circuit Breaker)의 컨트롤러인 과전류 계전기(OCR; Over Current Relay)에서 정격 전류의 미세 조정을 복수개 딥스위치를 통해 수행하여 정격 전류의 미세 조정이 가능한 과전류 계전기에 관한 것이다.

일반적으로 기중차단기(ACB; Air Circuit Breaker)는 빌딩, 공장, 선박 등의 산업 플랜트용과 발전기 보호용으로 이용되는 배선설비에 이용되며, 정상 부하시의 개폐 및 사고전류 차단시에 발생되는 아크를 신속하게 소호시켜 선로를 분리함으로써, 선로 및 기기를 보호하는 저압용 차단기를 통칭하는 것이다.

그래서 기중차단기는 저압(690V 이하)의 전력계통의 수배전반에 취부되어 선로 고장이 발생할 경우, 과전류 계전기에 의해 선로를 차단(open)시키는데 사용된다. 특히, 병원, 공장, 연구소 등과 같이 정전에 따른 피해를 크게 받는 기관에서 는 이러한 피해를 최소화하기 위해 대용량 충전지나 자체 발전기 등의 비상 전원을 보유하고 있는 경우가 많은데, 이때에는 정상 전원과 비상 전원을 개폐하기 위한 차단기가 필요하며, 이러한 용도로도 기중차단기가 이용되고 있다.

발전 설비에서 모터 등의 보호를 위해서는 과부하시 기중차단기의 정확한 차단시간이 요구되며, 정확한 차단시간을 구현하기 위해서 과전류 계전기의 장한시, 단한시의 동작 시간의 기준이 되는 정격 전류의 미세 조정 기능이 필수적이다.

상기 과전류 계전기는 기중차단기로 트립신호를 발생시키어 기중차단기에서 트립 동작을 수행하도록 제어하는 장치이다. 이러한 과전류 계전기는 통상 로터리 스위치를 구비하고 있어 사용자의 스위치 조작에 따른 신호 값을 입력받아 기중차단기로 트립신호를 발생시킬 기준 파라미터가 미리 설정되게 된다. 여기서, 로터리 스위치를 통해 입력받는 상기 트립신호를 발생시킬 기준 파라미터로는 전류량 허용치 및 상기 전류량 허용치 이상의 전류량이 발생된 시점부터 트립신호를 발생시키기까지 대기하는 유예시간에 대한 값이 존재한다.

그래서 과전류 계전기의 내부적으로 사용자의 로터리 스위치 조작에 따른 상기 기준 파라미터들을 오류없이 입력받아 저장해 놓아야 정상적인 시점에 기준차단기로 트립신호를 발생시킬 수가 있기 때문에, 과전류 계전기에 구비되는 로터리 스위치의 동작은 과전류 계전기의 동작상에 크게 영향을 미친다.

도 1은 종래기술에 의한 LCD가 구비된 과전류 계전기의 정격 미세 조정방법을 설명하기 위한 도면으로서, 과전류 계전기는 LCD가 있어야 정격 전류의 설정이 가능하며, 메뉴를 만들어야 하므로 그래픽 LCD가 유리하다.

사용자 또는 제조업체는 출하시 LCD의 정격 미세 조정에 관련된 메뉴에서 정격 전류를 조정하면 된다. 이와 같은 LCD를 이용한 과전류 계전기는 거의 제한없이 미세조정을 할 수 있다.

도 2는 종래기술에 의한 과전류 계전기의 정격 미세 조정을 위한 로터리 스위치를 나타낸 도면이다.

도 2는 일반적으로 널리 사용되는 방식으로 9스텝(step)을 가지는 로터리 스위치 2개를 이용하여 이론적으로는 9×9＝81개의 정격을 만들어 낼 수 있다.

예를 들면 다음과 같다.

정격 전류 1000A 제품의 경우 제1 로터리 스위치(Iu)에서 0.5를 선택하고, 제2 로터리 스위치(Ir)에서 0.8을 선택할시 1000A×0.5×0.8 ＝ 400A로 설정이 된다. 사용자가 직접 눈으로 확인이 가능하다.

도 3은 종래기술에 의한 가변 저항을 사용한 미세 조정 방식이다.

스위치(SW1)를 돌리면 저항값이 바뀌는 방식을 사용하며, 프로그램 설정 및 저항값의 범위에 따라 비교적 많은 정격 전류를 만들어 낼 수 있다.

도 1의 LCD 메뉴를 이용하여 미세조정을 하는 경우 필수적으로 LCD를 사용해야 한다. 굳이 LCD가 필요하지 않을 경우에도 LCD를 사용해야 하며, 별도의 프로그래밍을 해주어야 한다. 또한, 운전 중 LCD가 영구적인 고장을 일으킬 경우 미세조정값을 확인할 수 없으며, 원가적인 측면에서도 가장 불리한 방식이다.

도 2의 로터리 스위치를 사용하는 방식은 단계값이 15포인트 이하로 비교적 적기 때문에 노브(Iu, Ir)를 2개 이상 사용해야 하며, 과전류 계전기 내부에 별도 의 공간을 확보해야 한다. 과전류 계전기의 내부에 실장할 경우에는 케이스를 분리 후 조정을 해야한다는 문제가 있다.

도 3의 가변저항을 사용하는 방식은 비교적 많은 설정을 할 수 있으나, 눈으로 설정치를 확인하기가 불편하여 조정하면서 저항값을 확인해야 한다.

이 역시 별도의 공간이 필요하며, 과전류 계전기 내부에 실장할 경우 케이스를 분리하여 조정해야 한다. 또한, 저항값이 변동되기 쉽고, 저항값이 변동되면 바로 정격 설정치에 영향을 주기 때문에 가장 불안정한 방식이다.

본 발명의 목적은 과전류, 지락 전류를 검출하여 선로의 통전을 차단하는 기중차단기(Air Circuit Breaker)의 컨트롤러인 과전류 계전기(OCR; Over Current Relay)에서 정격 전류의 미세 조정을 복수의 딥스위치의 조합을 통해 수행함으로써, 정격 전류의 미세조정을 정확하고 신속하게 세팅할 수 있는 과전류 계전기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과전류 계전기는, 복수개 핀의 온,오프 설정에 따라 전류량 허용치에 대한 복수의 임계값을 설정하도록 구성되는 딥스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과전류 계전기는, 상기 딥스위치의 각 핀의 온,오프 상태에 따라 출력되는 코드를 검출하고, 검출된 코드에 상응하는 설정 정보를 출력하는 버퍼; 상기 기중차단기로 공급되는 전류량을 미리 설정된 주기마다 측정하는 전류 측정부; 및 상기 버퍼로부터 입력된 전류량 허용치에 대한 정보를 저장하되, 상기 전류 측정부에서 측정된 전류량이 상기 저장된 전류량 허용치 이상으로 소정의 시간 동안 유지되는 경우 상기 기중차단기로 트립 신호를 발생시키는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 딥스위치는 복수개의 핀 설정에 따라 BCD(Binary Coded Decimal) 코드를 출력하는 것을 특징으로 하며, 상기 딥스위치의 각 핀은 고전위와 저전위 사이에 설치되고, 상기 고전위와 각 핀 사이에 저항이 연결되고, 상기 저항과 핀 사이에 형성된 센싱노드가 버퍼의 입력단에 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 딥스위치의 핀이 온으로 설정되어 있을 경우 센싱노드를 통해 저전압이 출력되고, 상기 딥스위치의 핀이 오프로 설정되어 있을 경우 센싱노드를 통해 고전압이 출력되는 것을 특징으로 하며, 상기 버퍼는 제어부의 제어에 따라 딥스위치와 연결된 입력단이 입력 대기 상태로 전환되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 과전류 계전기에서 정격 전류의 미세 조정을 복수의 딥스위치의 조합을 통해 수행함으로써, 정격 전류의 미세조정을 정확하고 신속하게 세팅할 수 있고, 딥스위치를 통한 디지털 입력 방식으로 인해 노 이즈에 강하며, 정격 설정도 간단, 명료하다는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명에 따른 과전류 계전기의 구성을 나타낸 도면으로서, 과전류 계전기(10)는 딥스위치(11)와, 버퍼(13), 전류측정부(15), 및 제어부(17)를 포함하여 이루어져 있다.

딥스위치(11)는 상향으로 조정되면 온 상태가 되고 하향으로 조정되면 오프 상태가 되는 복수의 핀(pin1∼pin8)으로 이루어져 있는데, 복수의 핀을 통해 기중차단기(50)로 공급되는 전류량 허용치에 대한 임계값을 설정하는 것이다.

버퍼(13)는 상기 딥스위치(11)의 각 핀(pin1∼pin8)의 온,오프 상태에 따라 출력되는 코드를 검출하고, 검출된 코드에 상응하는 전류량 허용치에 대한 설정 정보를 제어부(17)로 전달하게 된다.

전류측정부(15)는 기중차단기(50)로 공급되는 전류량을 미리 설정된 주기마다 측정한다.

제어부(17)는 버퍼(13)로부터 입력된 전류량 허용치에 대한 사용자 설정 정보를 입력받고, 입력된 정보들을 통해 기중차단기(50)로 트립신호(trip signal)를 발생시키기 위해 필요한 설정 파라미터인 전류량 허용치와 상기 전류량 허용치 이상의 전류량이 발생된 시점부터 트립신호를 발생시키기까지 대기하는 유예시간에 대한 정보를 각각 저장부(19)에 저장한다. 상기 유예시간은 딥스위치(11)가 아니라 다른 입력수단을 통해 입력받아 설정된다.

제어부(17)는 전류측정부(15)를 통해 측정된 전류량이 상기 설정된 전류량 허용치를 초과하는지를 확인하고, 만약 전류량 허용치를 초과할 경우 상기 설정된 유예시간 동안에 측정된 전류량이 상기 전류량 허용치 이하로 떨어지는지를 주기적으로 확인한다. 그리고 제어부(17)는 상기 유예시간 동안에도 측정된 전류량이 상기 전류량 허용치 이하로 떨어지지 않고 지속적으로 상기 전류량 허용치를 초과할 경우 기중차단기(50)로 트립신호를 발생시키게 된다.

다시 말해서, 제어부(17)는 회로상에 발생된 전류량이 일시적으로 상기 전류량 허용치를 초과할 경우를 고려하여 상기 유예시간 동안 다시 전류량이 상기 전류량 허용치 이하로 떨어지는 경우에는 트립신호를 발생시키지 않도록 구성되어 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 딥스위치(11)와 버퍼(13)의 세부 구성을 나타낸 회로도이다.

도시된 바와 같이 딥스위치(11)는, 일례로 8개의 핀(pin1∼pin8)으로 이루어져 있다. 예컨대 각 핀(pin1∼pin8)을 상향으로 조정하면 온(ON, short) 상태가 되고, 하향 조정하면 오프(OFF, open) 상태가 된다.

본 발명에서는 8개의 핀(pin1∼pin8) 중 제1 핀(pin1)은 주파수 설정과 같은 용도로 사용하며, 아래 표 1과 같이 8개의 핀 중 7개의 핀(pin2∼pin8)을 사용할 경우 128개(2⁷)의 정격 전류를 설정할 수 있다. 표 1에 보면, 딥스위치(11)는 핀(pin2∼pin8)의 설정에 따라 1∼120의 값이 연속적으로 증가 또는 감소하는 BCD(Binary Coded Decimal) 코드로 발생시키는 구성을 가진다.

제2 핀 내지 제8 핀(pin2∼pin8)을 이용하여 128개의 정격을 사용할 경우 최대 정격의 40%∼100% 사이에서 0.5%(5[A]) 단위로 정격 전류의 조정이 가능하다.

즉, n개의 핀을 구비한 딥스위치(11)의 경우 2ⁿ(n은 핀의 수임)개의 정격 전류의 설정 가능하다.

아울러, 상기 딥스위치(11)는 고전위(Vcc)와 저전위(GND) 사이에 연결되어 있으며, 고전위(Vcc)와 딥스위치(11)의 각 핀(pin1∼pin8) 사이에는 저항(R1∼R8)이 연결되어 있고, 각 저항(R1∼R8)의 일측에는 센싱노드(sensing1∼sensing8)가 형성되어 있다. 즉, 딥스위치(11)에 구비된 각 핀(pin1∼pin8)의 온, 오프에 따라 센싱노드(sensing1∼sensing8)에서 검출되는 전압은 상이하다. 예컨대, 특정 핀이 온되어 있으면 해당 핀의 센싱노드를 통해 검출되는 신호는 저전위(Low)가 되며, 핀이 오프되어 있으면 해당 센싱노드를 통해 검출되는 신호는 고전위(High)가 된다.

이에 따라 버퍼(13)는 각 핀(pin1∼pin8)의 센싱노드(sensing1∼sensing8)를 통해 입력되는 전압레벨을 검출하여 딥스위치(11)의 각 핀(pin1∼pin8)의 온, 오프 상태를 감지할 수 있다.

이와 같이 복수의 핀(pin1∼pin8)을 이용한 딥스위치(11)는 사용자의 조작에 의한 설정 정보가 '하이(High)'와 '로우(Low)'의 값으로 출력되는 디지털 방식이기 때문에, 버퍼(13)는 각 핀(pin1∼pin8)에 연결된 저항(R1∼R8)값이 30%정도 바뀌어도 '하이'와 '로우' 신호를 인식하는 데는 문제가 없으며, 이로 인해 노이즈에 강하고, 설정도 간명하다는 장점이 있다.

본 발명에 적용된 딥스위치(11)의 사이즈는 20mm(가로)×7mm(세로)로 비교적 작고, 딥스위치(11)의 실장 위치는 과전류 계전기의 내부에 설치된다.

한편, 버퍼(13)는 복수의 데이터라인(D1∼D8)을 통해 제어부(17)와 연결되어 있는데, 이러한 데이터라인을 통해 딥스위치(11)의 설정 정보를 제어부(17)에서 인식할 수 있다.

이에 따라 제어부(17)는 버퍼(13)의 데이터라인(D1∼D8)을 통해 전류량 허용치에 대한 사용자 설정 정보를 입력받고, 사용자에 의해 설정된 전류량 허용치에 대한 정보를 저장부(19)에 저장하게 된다.

제어부(17)는 전류측정부(15)를 통해 측정된 전류량이 상기 설정된 전류량 허용치를 초과하는지를 확인하고, 만약 전류량 허용치를 초과할 경우 미리 설정된 유예시간 동안에 측정된 전류량이 전류량 허용치 이하로 떨어지지 않고 지속적으로 상기 전류량 허용치를 초과할 경우 기중차단기(50)로 트립신호를 발생시키게 된다.

참고로, 제어부(17)에서 버퍼(13)의 /SNR_CLK 단자에 입력을 주게 되면, 버퍼(13)의 입력단은 모두 고임피던스(high impedance) 상태가 되어 딥스위치(11)의 입력을 대기하는 입력 대기상태로 전환된다.

상기에서 딥스위치를 8개의 핀으로 구성하였지만, 실시예에 따라 다양한 개수로 변경하여 구성하는 것도 가능하다.

상기의 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이다. 그러므로, 이러한 수정, 변경 및 부가는 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1 내지 도 3은 종래기술에 의한 과전류 계전기의 정격 설정 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 정격 미세 조정이 가능한 과전류 계전기를 나타낸 블록도이다.

도 5는 본 발명에 의한 딥스위치와 버퍼의 세부 구성을 나타낸 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 과전류 계전기 11: 딥스위치

13: 버퍼 15: 전류 측정부

17: 제어부 19: 저장부

50: 기중차단기

Claims (6)

1. 복수개 핀의 온,오프 설정에 따라 전류량 허용치에 대한 복수의 임계값을 설정하도록 구성되는 딥스위치;

   상기 딥스위치의 각 핀의 온,오프 상태에 따라 출력되는 코드를 검출하고, 검출된 코드에 상응하는 설정 정보를 출력하는 버퍼;

   기중차단기로 공급되는 전류량을 미리 설정된 주기마다 측정하는 전류 측정부; 및

   상기 버퍼로부터 입력된 전류량 허용치에 대한 정보를 저장하되, 상기 전류 측정부에서 측정된 전류량이 상기 저장된 전류량 허용치 이상으로 소정의 시간 동안 유지되는 경우 상기 기중차단기로 트립 신호를 발생시키는 제어부;를 포함하고,

   상기 딥스위치는 복수개의 핀 설정에 따라 BCD(Binary Coded Decimal) 코드를 출력하도록, 상기 딥스위치의 각 핀이 고전위와 저전위 사이에 설치되고, 상기 고전위와 각 핀 사이에 저항이 연결되고, 상기 저항과 핀 사이에 형성된 센싱노드가 버퍼의 입력단에 연결되어, 상기 딥스위치의 핀이 온으로 설정되어 있을 경우 센싱노드를 통해 저전압이 출력되고, 상기 딥스위치의 핀이 오프로 설정되어 있을 경우 센싱노드를 통해 고전압이 출력되는 것을 특징으로 하며,

   상기 버퍼는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 딥스위치와 연결된 입력단이 입력 대기 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 정격 미세 조정이 가능한 과전류 계전기.
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