KR101227537B1

KR101227537B1 - 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반

Info

Publication number: KR101227537B1
Application number: KR1020120070501A
Authority: KR
Inventors: 김나운; 김인태
Original assignee: 김나운; (주)대정전기
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-01-31

Abstract

분배전반에서 중성선(neutral line: N) 단선이 발생할 경우 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주며, 이상상태를 통보할 수 있도록 한 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반 및 그 제어방법이 개시된다.
개시된 중성선 복구기능이 구비된 분배전반은, 메인 차단기 및 배전용 차단기를 구비한 전력 공급 장치와; 상기 전력 공급장치와 연계하고, 상기 전력 공급장치의 결상을 감지하여 결상이 검출되면 중성선 단선으로 판단하고 인덕턴스의 일단을 복구용 중성선에 접속하여 중성선 복구를 통해 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주며, 분배전반의 이상상태를 통보해주는 중성선 복구장치를 구비한다.

Description

중성선 복구 기능이 구비된 분배전반{Cabinet panel of built-in neutral line repair function}

본 발명은 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분배전반에서 중성선(neutral line: N) 단선이 발생할 경우 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주며, 이상상태를 통보할 수 있도록 한 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반에 관한 것이다.

일반적으로 분배전반(Cabinet panel)에는 영상고조파를 제거하기 위한 영상고조파 필터가 장착된다.

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 영상고조파라고 한다.

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 영상고조파가 흐르게 된다. 영상고조파는 각 3상의 위상이 동상의 값을 가지므로 단상전원 3개가 병렬로 연결된 것과 같이 중성선에 중첩되어 최대 3배의 영상고조파가 흐르게 된다. 이와 같이 중성선에 과다한 영상고조파가 흐르게 되면 중성선 도체의 과열, 배전 변압기의 성능저하, 전압의 왜곡, 통신선 잡음, 전기 전자 장비의 오작동 등의 장해를 일으키게 된다.

따라서 이러한 과도한 영상고조파를 감쇄시키기 위한 분배전반에는 여러 가지 방식이 제안되고 있는데, 그 중에서 3개의 위상선과 중성선에 연결된 지그재그(Zig Zag) 결선 변압기(지그-재그 트랜스)를 이용하여 영상 임피던스를 작게 하여 중성선에서 부하 계통 측으로 영상고조파가 흐르지 않도록 하고 지그재그 결선 변압기 측으로 흡수하여 영상고조파를 상쇄시키는 장치가 대표적이다. 이와 같이 지그재그 결선 변압기를 이용한 영상고조파 필터는 발생량이 가장 많은 저 차수인 3차 고조파를 효율적으로 감쇄할 수 있다.

지그재그 결선 변압기를 이용한 영상고조파 필터가 적용된 분배전반에 대한 종래의 기술이, 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0795037호(발명의 명칭: 과부하 보호기능을 구비한 영상고조파 저감장치)(이하, "종래기술 1"이라 약칭함)와 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0849463호(발명의 명칭: 과부하 방지장치가 구비된 영상고조파 저감장치)(이하, "종래기술 2"라 약칭함)에 개시되어 있다.

개시된 종래 기술 1은 복수의 차단기가 분배전반으로 결선되고, 전원의 3상(A, B, C) 및 중성선(N)이 분전반 차단기를 거쳐 영상고조파 저감장치의 결선변압기의 각 위상선(A, B, C)과 중성선(N)에 연결되되, 상기 중성선(N)에는 차단스위치를 개재시켜, 결선변압기가 설정된 일정온도이상 상승 시 회로를 차단하고, 다시 결선변압기의 온도가 일정온도 미만으로 낮아지면 회로를 자동 복구하는 과부하 보호기능을 하도록 동작한다.

또한, 개시된 종래기술 2는, 분배전반을 통과하는 전원의 3상선(R, S, T) 및 중성선(N)과 각각 연결되도록 구성되되, 상기 분전반으로부터 영상고조파 저감장치로 입력되는 3상선(R, S, T)의 입력단에는 전자접촉기가 구비되며, 상기 전자접촉기를 구성하는 코일이 상기 영상고조파 저감장치에 내장된 온도스위치에 연결되도록 구성되어, 상기 온도스위치의 동작에 따라 상기 3상선(R, S, T)을 연결하는 전자접촉기의 개폐가 이루어지도록 구성된다.

이렇게 구성된 종래기술 2는, 영상고조파 저감장치 내부에 온도스위치를 내장하고, 저감장치로 유입되는 3상선(R, S, T)의 입력단을 상기 온도스위치와 연결된 전자접촉기와 연결하여, 저감장치 내부의 온도가 일정온도보다 상승하거나 하강할 시, 이에 따라 상기 온도스위치가 온/오프되어 상기 3상선(R, S, T)과 연결된 전자접촉기의 스위치를 개방 또는 연결함으로써 영상고조파 저감장치를 주회로로부터 분리 또는 통전시켜 과부하에 의한 저감장치의 소손을 방지하고, 중성선의 개폐로 없이 전체 시스템을 안정적으로 작동시키게 된다.

1. 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0795037호(발명의 명칭: 과부하 보호기능을 구비한 영상고조파 저감장치) 2. 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0849463호(발명의 명칭: 과부하 방지장치가 구비된 영상고조파 저감장치)

그러나 상기와 같은 종래의 기술들은 중성선에 흐르는 영상 고조파를 어느 정도는 감소할 수 있는 장점은 있으나, 영상 고조파나 과열 등에 의해 중성선이 단선되었을 경우에는, 중성선 단선에 대한 대책이 전혀 강구되지 않아 과전압이 흘러 부하 기기가 소손되는 문제점을 발생하였다.

또한, 상기와 같은 종래기술들은 분배전반에서 전력 품질을 검사하는 것이 불가능하며, 중성선 단선이 검출되거나 전력 품질에 문제가 발생한 경우 이를 원격에 위치한 관리자에게 통보하는 것이 불가능하였다.

또한, 상기와 같은 종래기술들은 관리자가 휴대한 단말기를 통해 원격에 위치한 분배전반의 차단기를 동작시킬 수 없는 단점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 분배전반에서 중성선(neutral line: N) 단선이 발생할 경우 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주며, 이상상태를 통보할 수 있도록 한 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 중성선에 흐르는 전류를 검출하여, 과도한 전류(기준치 이상)가 흐르면 지그-재그 트랜스를 동작시켜 영상 고조파를 감소할 수 있도록 한 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 중성선 단선을 검출하여, 중성선 단선이 검출되면 중성선을 복구하여 중성선 단선으로 인해 발생하는 과전압을 방지하고 정상전압을 유지시켜줄 수 있도록 한 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 분배전반의 이상 상태를 원격에 위치한 관리자 단말기(특히, 스마트폰)로 전송하고, 원격에 위치한 관리자 단말기로부터 전송되는 차단 명령을 수신하여 차단기를 자동으로 동작시키도록 한 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반은,

분배전반에 있어서,

메인 차단기 및 배전용 차단기를 구비한 전력 공급 장치와;

상기 전력 공급장치와 연계하고, 상기 전력 공급장치의 결상을 감지하여 결상이 검출되면 중성선 단선으로 판단하고 인덕턴스의 일단을 복구용 중성선에 접속하여 중성선 복구를 통해 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주며, 분배전반의 이상상태를 통보해주는 중성선 복구장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 중성선 복구장치는,

상기 중성선에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기와;

상기 전력공급장치의 결상을 감지하여 중성선 단선 여부를 검출하는 결상 검출기와;

상기 전력공급장치에 구비된 전력선에 설치된 복수의 변류기에서 검출한 전류를 검사하여 전력 품질을 검사하고, 전력품질 검사결과 데이터를 출력하는 전력 검사기와;

상기 전류 검출기와 상기 결상 검출기에 의해 출력된 전류 검출 값 및 단선 검출 값에 따라 영상 고조파 감소 및 중성선 복구를 위한 제어신호를 발생하고, 상기 전력 검사기에서 출력되는 전력품질 검사결과 데이터를 검색하여 전력 품질에 이상이 발생한 경우 또는 영상 고조파가 증가할 경우 또는 중성선 단선이 검출될 경우 경보 제어신호 및 분배전반 위치정보를 포함하는 이상상태 통보신호를 발생하는 제어기와;

상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 중성선에 흐르는 영상 고조파를 감소시키거나 상기 중성선을 복구하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 복구기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 중성선 복구장치는,

상기 제어기에서 발생한 경보 제어신호에 따라 전력품질의 이상 또는 영상 고조파의 증가 또는 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 경보 발생기와;

분배전반이 설치된 위치정보를 저장하고 있으며, 상기 제어기에서 출력되는 이상상태 통보정보를 저장하는 메모리와;

상기 제어기에서 출력되는 이상상태 통보정보를 관리자가 휴대한 단말기 또는 관리 서버로 전송하고, 상기 관리자가 휴대한 단말기로부터 원격에서 전송된 차단기 동작명령을 수신하여 상기 제어기에 전달하는 통신 모듈을 더 포함하고,

상기 제어기는 차단기 동작명령이 수신되면 메인 차단기 및 배전용 차단기를 동작시키는 것을 특징으로 한다.

상기에서 중성선 복구기는,

영상 고조파 감소를 위한 제어신호에 따라 동작하는 제1 스위치와;

상기 제1 스위치의 동작시 동작하여 중성선에 흐르는 전류를 감소시켜 영상 고조파를 제거하는 지그-재그 트랜스와;

각 상과 복구용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반 제어방법은,

영상 고조파를 감소하고 중성선 단선시 이를 복구하기 위한 방법에 있어서,

(a) 전력이 공급되면 중성선에 흐르는 전류를 검출하는 단계와;

(b) 검출한 전류와 기준 설정치를 비교하여 영상 고조파 증가 여부를 판단하고, 영상 고조파 증가일 경우 지그-재그 트랜스를 동작시켜 영상 고조파를 감소시키는 단계와;

(c) 상기 지그-재그 트랜스 동작 후 중성선에 흐르는 전류를 검출하여 영상 고조파의 증가 여부를 판단하고, 판단 결과 영상 고조파가 감소되지 않은 경우 차단기를 동작시키는 단계와;

(d) 전력 공급선의 결상을 감지하여 상기 중성선의 단선 여부를 검출하는 단계와;

(e) 상기 검출결과 중성선의 단선으로 판단되면, 중성선 복구기를 동작하여 단선된 중성선을 복구하는 단계와;

(f) 상기 중성선 복구기 동작 후 정상적으로 중성선이 복구되었는지를 확인하여, 정상적으로 중성선이 복구되지 않았을 경우 차단기를 동작시키는 단계와;

(g) 상기 차단기 동작 후 또는 영상 고조파가 정상적으로 감소된 후 또는 중성선이 정상적으로 복구된 후 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 단계와;

(h) 상기 경보 발생 후 경보 해제 요청이 발생하면, 발생한 경보를 해제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 분배전반에서 중성선(neutral line: N) 단선이 발생할 경우에도 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜줄 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 중성선에 흐르는 전류를 검출하여 영상 고조파가 증가할 경우에는 지그-재그 트랜스를 동작시켜 중성선에 흐르는 영상 고조파를 감쇄할 수 있는 장점도 있다.

또한, 본 발명에 따르면 분배전반의 이상 상태를 원격에 위치한 관리자 단말기(특히, 스마트폰)로 전송할 수 있으며, 원격에 위치한 관리자 단말기로부터 전송되는 차단 명령을 수신하여 차단기를 자동으로 동작시킬 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반의 구성도이고,
도 2는 도 1의 중성선 복구기의 실시 예 회로도이고,
도 3은 본 발명에 따른 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반의 제어방법을 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 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반의 회로도로서, 메인 차단기(101) 및 배전용 차단기(MCCB)를 포함하는 전력 공급장치(100)와, 중성선 복구장치(200)로 구성된다.

여기서 전력 공급장치(100)는 3상 4선식(R, S, T, N)을 통해 전력을 공급받게 되며, 내부에 포함되는 메인 차단기(101)나 배전반 차단기(MCCB)의 상세 동작은 일반적인 분배전반의 동작과 동일하므로, 이하 해당 부분의 구체적인 설명은 생략한다.

중성선 복구장치(200)는 상기 전력 공급장치(100)에 구비된 중성선(N)에 과도한 전류가 흐를 경우 지그-재그 트랜스를 동작시켜 영상 고조파를 감소시키고, 상기 중성선의 단선을 검출하여, 중성선의 단선이 검출되면 인덕턴스의 일단을 복구용 중성선에 접속하여 중성선 복구를 통해 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주어, 단상 전력에 연결된 부하가 소손되는 것을 방지하며, 분배전반의 이상상태를 통보해주는 기능을 수행한다.

이러한 중성선 복구장치(200)는, 중성선에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(220)와, 상기 전력공급장치(100)의 결상을 감지하여 중성선 단선 여부를 검출하는 결상 검출기(210)와, 상기 전력공급장치(100)에 구비된 전력선에 설치된 복수의 변류기(CT1, CT2, CT3)에서 검출한 전류를 검사하여 전력 품질을 검사하고, 전력품질 검사결과 데이터를 출력하는 전력 검사기(280)와, 상기 전류 검출기(200)와 상기 결상 검출기(210)에 의해 출력된 전류 검출 값 및 단선 검출 값에 따라 영상 고조파 감소 및 중성선 복구를 위한 제어신호를 발생하고, 상기 전력 검사기(280)에서 출력되는 전력품질 검사결과 데이터를 검색하여 전력 품질에 이상이 발생한 경우 또는 영상 고조파가 증가할 경우 또는 중성선 단선이 검출될 경우 경보 제어신호 및 분배전반 위치정보를 포함하는 이상상태 통보신호를 발생하는 제어기(230)와, 상기 제어기(230)에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 중성선에 흐르는 영상 고조파를 감소시키거나 상기 중성선을 복구하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 복구기(240)를 포함한다.

또한, 상기 중성선 복구장치(200)는 상기 제어기(230)에서 발생한 경보 제어신호에 따라 전력품질의 이상 또는 영상 고조파의 증가 또는 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 경보 발생기(250)와, 분배전반이 설치된 위치정보를 저장하고 있으며, 상기 제어기(230)에서 출력되는 이상상태 통보정보를 저장하는 메모리(260)와, 상기 제어기(230)에서 출력되는 이상상태 통보정보를 관리자가 휴대한 단말기 또는 관리 서버로 전송하고, 상기 관리자가 휴대한 단말기로부터 원격에서 전송된 차단기 동작명령을 수신하여 상기 제어기(230)에 전달하는 통신 모듈(270)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어기(230)는 상기 전류 검출기(220)에서 검출한 전류 값과 기준 설정치를 비교하여, 상기 검출한 전류 값이 상기 기준 설정치를 초과하게 되면 영상 고조파가 상승한 것으로 판단하고, 영상 고조파 감소를 위한 제어신호를 발생하여 상기 중성선 복구기(240)에 전달하게 된다.

여기서 제어기(230)는 제어 가능한 프로그램을 저장하고, 상기 저장한 프로그램에 따라 중성선 복구장치(200)의 전체 동작을 제어할 수 있는 마이컴, 마이크로프로세서, 중앙처리장치, 마이크로컨트롤러 등으로 구현하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 중성선 복구기(240)는 도 2에 도시한 바와 같이, 영상 고조파 감소를 위한 제어신호에 따라 동작하는 제1 스위치(M1)와; 상기 제1 스위치(M1)의 동작시 동작하여 중성선에 흐르는 전류를 감소시켜 영상 고조파를 제거하는 지그-재그 트랜스(L1 ~ L6)와; 각 상(R, S, T)과 복구용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 제2 스위치(M2)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반은, 한국전력으로부터 공급되는 전력을 1차 변압기를 통해 전력공급장치(100)에서 공급받아, 2차 변압기를 통해 Y결선 방식으로 3상 4선식 전력을 공급하게 되는 데, 이때 부하 측에 공급되는 전력선 중 중성선(N)에 영상 고조파가 과다하게 흐르게 되거나 전력품질에 변화가 발생하거나 중성선 단선이 검출될 경우에는 부하에 공급되는 전력에 이상이 발생하여, 부하의 기기가 소손될 우려가 있다.

특히, 중성선에 영상 고조파가 과다하게 흐르게 되면 중성선 도체의 과열, 배전 변압기의 성능저하, 전압의 왜곡, 통신선 잡음, 전기 전자 장비의 오작동 등의 장해를 일으키게 되며, 전력품질에 변화가 발생하면 전원을 공급받는 부하 기기가 소손될 우려가 있고, 중성선이 단선되면 각상별로 공급되는 전압이 부하의 용량에 따라 다르게 되며 이로 인해 경부하쪽에서는 이상 전압(과전압)에 의해 부하 기기가 소손되는 사고가 발생한다.

이러한 사고를 미리 방지하기 위해서 본 발명에서는 중성선 복구장치(200)가 상시 중성선의 상태를 감지하여, 중성선에 과다하게 영상 고조파가 흐르거나 전력품질에 변화가 발생하거나 중성선의 단선이 감지되면 즉시 경보를 수행함과 동시에 영상 고조파를 감소시키거나 다른 중성선으로 복구를 하여, 상간 전압 불균형을 보상함과 동시에 경부하 쪽에 과전압이 흐르지 못하도록 작용을 하여, 항상 안정적인 전압이 유지되도록 한다. 특히, 전력품질에 변화가 발생한 경우에는 이를 검출하여 관리자 단말기나 관리 서버로 전송하여 전력품질의 변화에 따른 2차적인 피해가 발생하지 않도록 동작을 한다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 분배전반에 전력이 공급되면, 전류 검출기(220)는 중성선에 흐르는 전류를 검출하여 전류 검출 값을 제어기(230)에 전달하게 된다. 여기서 전류 검출 방식은 일반적인 CT를 사용하는 것이 바람직하다.

제어기(230)는 검출되는 전류 검출 값과 영상 고조파의 량을 판별하기 위해 미리 설정한 기준 설정치(기준 전류 값)를 비교하여, 상기 전류 검출 값이 상기 기준 설정치 이하이면 영상 고조파가 과다하지 않은 것으로 판단을 하고 이전 상태를 유지하며, 이와는 달리 상기 전류 검출 값이 상기 기준 설정치보다 클 경우에는 중성선에 과다하게 영상 고조파가 흐르는 것으로 판단을 하고, 중성선 복구기(240)에 영상 고조파 감소를 위한 제어신호를 전달한다. 아울러 영상 고조파 증가 검출정보를 메모리(260)에 저장함과 동시에 경보 발생기(250)를 동작시켜 영상 고조파가 증가하고 있음을 외부에 알리게 된다.

또한, 제어기(230)는 메모리(260)에 저장한 영상 고조파 증가 검출 정보와 상기 메모리(260)에 저장된 자신의 위치정보(분배전반의 위치정보)를 포함하여 이상상태 통보정보를 생성하고, 이를 통신 모듈(270)로 전송한다.

통신모듈(270)은 이상상태 통보정보가 수신되면 상기 수신한 이상상태 통보정보를 무선데이터로 변환을 하고, 이동통신망이나 무선인터넷망과 접속을 통해 상기 변환한 무선데이터를 관리자 단말기나 관리 서버로 전송을 하게 된다. 여기서 통신모듈(270)이 이동통신망이나 무선인터넷망과 접속하는 방법이나 무선데이터를 상기 관리자 단말기나 관리 서버로 전송하는 방법에 대해서는 통상의 통신장치에서 사용하는 방법을 그대로 채택하게 되므로, 구체적인 설명은 생략한다.

이상상태 통보정보를 수신한 원격의 관리자는 분배전반에 문제가 발생할 우려가 있다고 판단이 되면 신속하게 해당 분배전반을 점검하여 문제를 해결하면 된다. 만약, 이상상태를 통보한 분배전반이 위치상 멀리 있고 도착하는 데 많은 시간이 소요되는 경우에는 자신이 휴대한 관리 단말기를 이용하여 차단기 동작명령을 전송하게 되고(미리 차단기 동작 명령에 대한 설정 데이터를 저장하고 이를 발송함), 통신모듈(270)은 이를 수신하여 제어기(230)에 전달한다.

제어기(230)는 수신된 관리자 명령을 분석하여 차단기 동작명령이면 자동으로 차단기를 동작시키게 되며, 이로써 관리자는 원격에서도 분배전반의 차단기를 동작시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 중성선 복구기(240)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제어기(230)로부터 영상 고조파 감소를 위한 제어신호가 전달되면, 제1 스위치(M1)가 온 상태로 동작을 하여 각 상에 연결된 1차측 인덕턴스(L1 ~ L3)를 2차측 인덕턴스(L4 ~ L6)와 지그-재그 방식으로 연결하여 지그-재그 트랜스를 형성하게 되며, 이러한 지그-재그 트랜스에 의해 중성선에 흐르는 영상 고조파를 감소시키게 된다. 여기서 지그-재그 트랜스의 동작에 대해서는 발명의 배경이 되는 기술에 기재한 선행기술문헌에 자세하게 개시되어 있으며, 아울러 당해 분야에 통상의 지식을 가진 종사자라면 누구나 알 수 있는 자명한 사실이므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이러한 과정을 통해 중성선에 흐르는 과도한 영상 고조파를 감소시키게 되고, 이후 제어기(230)는 지속적으로 전류 검출기(220)에서 검출하는 전류 검출 값을 기준 설정치와 비교하여, 전류 검출 값이 기준 설정치보다 작을 경우에는 중성선에 흐르는 영상 고조파가 감소된 것으로 판단을 하고, 영상 고조파 감소 및 중성선 복구기(240)에 구비된 상기 제1 스위치(M1)를 오프 상태로 동작시켜, 지그-재그 트랜스를 해제하게 된다.

여기서 관리자가 원격에서 차단기 동작명령을 전송하여 차단기를 동작시킨 경우에는, 상기 중성선 복구기(240)는 동작하지 않아도 되며, 중성선 복구기(240)는 원격에서 차단기 동작명령이 수신되지 않는 경우에 한하여 동작한다.

다음으로, 결상 검출기(210)는 동작을 하여 중성선(N)의 단선 여부를 검출하고, 그 검출한 단선 검출 값을 제어기(230)에 전달한다.

예컨대, 결상 검출기(210)는 내부의 위상 감지기를 통해 공급 전력선의 R, S, T상의 위상신호를 감지하게 되고, 결상 감지기에서 감지된 상기 R, S, T상 중 어느 하나의 상의 레벨이 하이 레벨로 일정 시간 이상동안 지속되면 상기 어느 하나의 상에 대해 결상으로 판단하고 단선 검출 값을 출력하여 상기 제어기(230)에 전달한다. 즉, 결상 감지기는 R, S, T상의 레벨 중 어느 하나의 레벨이 하이 레벨이 되면 상기 하이 레벨이 미리 설정한 일정 시간 이상동안 지속하는지를 확인하여, 하이 레벨이 일정시간 이상동안 지속되면 결상을 판단하게 된다.

한편, 결상 검출기(210)에서 확인 결과 결상이 감지되면 중성선 이상(접촉불량 및/또는 단선)으로 판단을 하고, 중성선 단선 검출 값에 단선 이상 정보를 포함시켜 제어기(230)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(230)는 상기 결상 검출기(210)로부터 제공되는 단선 검출 값을 내장된 제어 프로그램으로 분석하여, 중성선 단선이 아니라고 판단이 되면 중성선 복구기(240)를 동작하지 않게 되며, 이와는 달리 중성선 단선이라고 판단이 되면 상기 중성선 복구기(240)에 중성선 복구를 위한 제어신호를 발생하게 된다.

아울러 제어기(230)는 중성선 단선 검출 정보를 메모리(260)에 저장함과 동시에 경보 발생기(250)를 동작시켜 중성선 단선이 발생하였음을 외부에 시각적으로 알리게 된다.

또한, 제어기(230)는 메모리(260)에 저장한 중성선 단선 검출정보와 상기 메모리(260)에 저장된 자신의 위치 정보(분배전반의 위치정보)를 포함하여 이상상태 통보정보를 생성하고, 이를 통신모듈(270)로 전송한다.

통신모듈(270)은 이상상태 통보정보가 수신되면 상기 수신한 이상상태 통보정보를 무선데이터로 변환을 하고, 이동통신망이나 무선인터넷망과 접속을 통해 상기 변환한 무선데이터를 관리자 단말기나 관리 서버로 전송을 하게 된다.

한편, 중성선 복구기(240)는 도 2에 도시한 바와 같이, 내부적으로 복구용 중성선(N)을 구비하고, 상기 제어기(230)에 의해 중성선 복구를 위한 제어신호가 전달되면, 제2 스위치(M2)가 동작을 하여 복구용 중성선(N)과 각상별 코일(인덕턴스)(L1 ~ L3)을 연결하게 된다. 즉, 복구용 중성선(N)은 항상 존재한 상태에서 중성선 단선시 3상을 복구용 중성선에 연결하여 단선된 중성선을 복구하게 된다. 여기서 중성선 접속은 마그넷 스위치 등을 이용하면 쉽게 접속할 수 있다.

중성선 복구기(240)가 동작을 하여 단선된 중성선을 복구하면, 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 각상별 단상 전압의 불평형을 이전과 같이 평형 상태로 유지할 수 있으며, 이로 인해 전력 공급장치(100)의 중성선이 단선되어도 종래와 같이 경부하 쪽에 과전압이 흐르는 것을 방지하고 정상전압을 유지시켜주게 되므로 기존과 같이 과전압이 흘러 전기기기를 소손하게 되는 문제를 방지하게 된다.

중성선 단선시에도 마찬가지로 관리자가 원격에서 차단기 동작명령을 전송하여 차단기를 동작시킨 경우에는 상기 중성선 복구기(240)는 동작하지 않아도 되며, 중성선 복구기(240)는 원격에서 차단기 동작명령이 수신되지 않는 경우에 한하여 동작한다.

한편, 본 발명의 다른 특징으로서 분배전반에서 부하 측으로 공급하는 전력의 품질을 검사하고, 전력 품질에 이상이 발생한 경우 이를 실시간으로 통보해주는 것이 가능하다.

예컨대, 전력 공급장치(100)의 상별 전력선에는 변류기(CT1 ~ CT3)가 각각 구비되어, 각 상의 전류를 검출하여 전력 검사기(280)에 전달한다. 전력 검사기(280)는 전달되는 각 상의 전류를 디지털 신호로 변환을 하고, 미리 내장된 기준 값과 검출한 전류 값을 비교하여 각 상의 전력에 이상이 있는지를 검사하게 된다. 그리고 검사 결과에 해당하는 전력품질 결과 데이터를 생성하여 제어기(230)에 전달한다. 여기서 상별 전력선에 변류기 대신에 영상 변압기(PT)를 이용하면 각 상의 전압도 검사할 수 있다. 여기서 전력품질 결과 데이터는 상별 전류량 데이터와 이상 여부 데이터를 포함한다.

제어기(230)는 전력 검사기(280)로부터 전달되는 전력품질 결과 데이터를 분석하여, 전력품질에 변화가 없을 경우(이상이 없을 경우)에는 현재 상태를 유지하며, 이와는 달리 전력품질에 변화가 있을 경우(이상이 있을 경우)에는 전력품질 결과 데이터를 메모리(260)에 저장함과 동시에 경보 발생기(250)를 동작시켜 전력품질에 이상이 있음을 시각적으로 외부에 알리게 된다.

또한, 제어기(230)는 전력품질에 이상이 발생한 경우에는 메모리(260)에 저장한 전력품질 결과 데이터와 위치정보(주상변압기의 위치 정보)를 인출하여 이상상태 통보정보를 생성하고, 이를 주지한 바와 같이 통신 모듈(270)로 전송한다.

원격의 관리자는 주지한 바와 같은 통신을 통해 원격에 위치한 분배전반의 전력품질 상태를 확인할 수 있으며, 전력품질 상태를 확인한 관리자는 분배전반에 문제가 발생할 우려가 있다고 판단이 되면 신속하게 해당 분배전반을 점검하여 문제를 해결하면 된다. 만약, 이상상태를 통보한 분배전반이 위치상 멀리 있고 도착하는 데 많은 시간이 소요되는 경우에는 자신이 휴대한 관리 단말기를 이용하여 차단기 동작명령을 전송하게 되고(미리 차단기 동작 명령에 대한 설정 데이터를 저장하고 이를 발송함), 통신모듈(270)은 이를 수신하여 제어기(230)에 전달한다.

부가적으로, 본 발명은 중성선 단선에 대한 경보를 수행하고 중성선 복구를 한 후, 미리 설정된 일정 시간 이내에 경보 해제가 요청되지 않으면 자동으로 부하에 공급되는 전력(단상 전력)을 차단하여, 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 사고를 미리 방지하게 된다. 여기서 도면에는 도시하지 않았지만 단상 전력의 입력단에 전력 차단기가 구비된 것으로 간주한다.

또한, 본 발명은 주지한 바와 같이, 중성선 단선에 의해 중성선 복구기(240)를 동작시킨 상태에서 중성선 상태 검출기(210)를 통해 중성선 단선을 지속적으로 검출하게 되는 데, 이때 중성선 단선으로 인해 중성선 복구기(240)를 동작시켰는데도 불구하고 전압 불평형이 검출되면, 제어기(230)에서 제어신호를 이용하여 자동으로 메인 차단기를 동작시키거나 단상 부하 전력을 차단하거나, 메인 차단기와 단상 부하 전력을 동시에 차단하여 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하게 된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반 제어방법을 보인 흐름도로서, 도 1과 같은 분배전반의 제어기(230)에서 수행하는 과정을 보인 것이다.

이에 도시된 바와 같이, (a) 전력이 공급되면 중성선에 흐르는 전류를 검출하는 단계(S101 ~ S103)와; (b) 검출한 전류와 기준 설정치를 비교하여 영상 고조파 증가 여부를 판단하고, 영상 고조파 증가일 경우 지그-재그 트랜스를 동작시켜 영상 고조파를 감소시키는 단계(S105 ~ S107)와; (c) 상기 지그-재그 트랜스 동작 후 중성선에 흐르는 전류를 검출하여 영상 고조파의 증가 여부를 판단하고, 판단 결과 영상 고조파가 감소되지 않은 경우 차단기를 동작시키는 단계(S121 ~ S123)와; (d) 전력 공급선의 결상을 감지하여 상기 중성선의 단선 여부를 검출하는 단계(S109)와; (e) 상기 검출결과 중성선의 단선으로 판단되면, 중성선 복구기를 동작시켜 단선된 중성선을 복구하는 단계(S111 ~ S113)와; (f) 상기 중성선 복구기 동작 후 정상적으로 중성선이 복구되었는지를 확인하여, 정상적으로 중성선이 복구되지 않았을 경우 차단기를 동작시키는 단계(S125 ~ S127)와; (g) 상기 차단기 동작 후 또는 영상 고조파가 정상적으로 감소된 후 또는 중성선이 정상적으로 복구된 후 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 단계(S115)와; (h) 상기 경보 발생 후 경보 해제 요청이 발생하면, 발생한 경보를 해제하는 단계(S117 ~ S119)로 이루어진다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 중성선 복구기능이 구비된 분배전반 제어방법은, 먼저 단계 S101에서 3상 4선식 방식을 통해 분배전반에 전력이 공급되면, 단계 S103에서 전류 검출기를 통해 중성선에 흐르는 전류를 검출하게 된다. 이후 검출한 전류 값과 영상 고조파의 량을 판단하기 위해서 미리 설정된 기준 설정치를 비교하여, 상기 검출한 전류 값이 상기 기준 설정치보다 클 경우에는 중성선에 과도하게 영상 고조파가 흐르는 것으로 판단을 하고 지그-재그 트랜스를 동작시켜 중성선에 흐르는 영상 고조파를 감소시키게 된다(S105 ~ S107).

아울러 상기와 같이 지그-재그 트랜스를 동작시킨 후에는 단계 S121로 이동하여 영상 고조파가 정상적으로 감소하였는지를 확인한다. 즉, 지그-재그 트랜스를 동작시킨 후 중성선에 흐르는 전류를 다시 검출하여 상기 미리 설정된 기준 설정치와 비교하여, 검출한 전류 값이 상기 기준 설정치보다 클 경우에는 영상 고조파가 정상적으로 감소되지 않은 것으로 판단을 하고, 영상 고조파의 증가에 의해 화재 등이 발생하는 것을 방지하기 위해서 자동으로 차단기 동작 제어신호를 발생하게 된다(S123). 이렇게 발생한 차단기 동작 제어신호는 각각의 차단기(LBS, AISS, MCCB, 기타 등)에 전달되어 전력 차단 동작이 이루어지게 된다.

차단기 동작 제어신호를 발생한 후에는 단계 S115로 이동하여 경보 발생기(250)를 구동시켜 시청각으로 영상 고조파 증가에 대한 경보를 발생하게 되며, 이후 관리자에 의해 발생한 경보의 해제가 요청되면 상기 경보 발생기(250)의 구동을 정지시켜, 발생한 경보를 해제하게 되는 것이다(S115 ~ S119).

또한, 영상 고조파의 증가 후 지그-재그 트랜스를 동작시킨 후 영상 고조파가 정상적으로 감소된 경우에는, 단계 S115로 이동하여 경보 발생기(250)를 구동시켜 시청각으로 영상 고조파 증가에 대한 경보를 발생하게 되며, 이후 관리자에 의해 발생한 경보의 해제가 요청되면 상기 경보 발생기(250)의 구동을 정지시켜, 발생한 경보를 해제하게 되는 것이다(S115 ~ S119).

예컨대, 영상 고조파 증가 후 지그-재그 트랜스를 동작시킨 후 영상 고조파가 정상적으로 감소되면 영상 고조파 증가에 대한 경보만을 발생하고, 지그-재그 트랜스를 동작시킨 후 영상 고조파가 정상적으로 감소되지 않으면 차단기를 동작시킨 후 영상 고조파 증가에 대한 경보를 발생하게 되는 것이다.

한편, 중성선에 영상 고조파가 과도하게 흐르지 않는 경우 단계 S109로 이동하여 결상 검출기를 통해 중성선의 단선 여부를 검출한다. 여기서 중성선의 단선 여부를 검출하는 방법은 전술한 중성선 복구기능이 구비된 분배전반의 동작과 동일한 방법으로 중성선의 단선을 검출하기 때문에 중복기재를 회피하기 위해서 자세한 설명은 생략한다.

중성선의 단선 여부를 확인한 결과 중성선이 단선된 것으로 판단이 되면(S111), 중성선 복구기(230)를 구동시켜 단선된 중성선을 복구하게 된다(S113). 예컨대, 별도로 중성선을 구비하고, 전력 공급선 중 중성선(N)이 단선되면 인덕턴스의 일단을 중성선에 접속하여 상기 중성선을 복구하여, 상별 전압 평형을 이루어 중성선 단선으로부터 발생할 수 있는 과전압의 발생을 방지하고, 정상전압을 유지시켜주어 컨트롤 라인이 동작하지 않아 연결 부하(예를 들어, 배수펌프, 소화전, 엘리베이터, 기타 등등)의 기능이 마비되는 것을 방지하게 되는 것이다.

중성선 복구기를 동작한 후에는 단계 S125로 이동하여 중성선이 정상적으로 복구되었는지를 확인하게 되며, 이 확인 결과 중성선이 정상적으로 복구되지 않은 경우 즉, 결상 검출기를 통해 중성선의 단선 여부를 다시 검출하여 중성선의 단선으로 검출되면 단계 S127로 이동하여 중성선 단선으로 인해 발생하는 제반 문제점을 방지하기 위해서 자동으로 차단기 동작 제어신호를 발생하게 된다(S127). 이렇게 발생한 차단기 동작 제어신호는 각각의 차단기(LBS, AISS, MCCB, 기타 등)에 전달되어 전력 차단 동작이 이루어지게 된다.

차단기 동작 제어신호를 발생한 후에는 단계 S115로 이동하여 경보 발생기(250)를 구동시켜 시청각으로 중성선 단선에 대한 경보를 발생하게 되며, 이후 관리자에 의해 발생한 경보의 해제가 요청되면 상기 경보 발생기(250)의 구동을 정지시켜, 발생한 경보를 해제하게 되는 것이다(S115 ~ S119).

또한, 중성선 단선으로 중성선 복구기를 동작시킨 후 중성선이 정상적으로 복구된 경우에는, 단계 S115로 이동하여 경보 발생기(250)를 구동시켜 시청각으로 중성선 단선에 대한 경보를 발생하게 되며, 이후 관리자에 의해 발생한 경보의 해제가 요청되면 상기 경보 발생기(250)의 구동을 정지시켜, 발생한 경보를 해제하게 되는 것이다(S115 ~ S119).

예컨대, 중성선 단선 후 중성선이 정상적으로 복구되면 중성선 단선에 대한 경보만을 발생하고, 중성선 단선 후 중성선이 정상적으로 복구되지 않으면 차단기를 동작시킨 후 중성선 단선에 대한 경보를 발생하게 되는 것이다.

이러한 본 발명에 따르면 분배전반에서 전력 공급장치의 중성선이 단선되면 자동으로 복구용 중성선으로 자동 복구를 수행하여, 중성선 단선으로 인해 발생하는 상별 전압 불평형을 방지하여, 경부하측의 전기기기가 소손되는 것을 방지하게 된다. 그리고 중선 단선이나 영상 고조파 증가나 전력품질에 이상이 발생하면 바로 경보를 발생하여 관리자가 이를 인지하도록 하며, 이후 관리자가 후속 조치를 신속하게 취할 수 있도록 함으로써, 중성선 단선이나 영상 고조파 증가 또는 전력품질의 변화로 인해 추후 발생할 수 있는 시스템 고장이나 부하 기기 소손 등의 사고를 방지할 수 있게 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.

100… 전력 공급 장치
200… 중성선 복구장치
210… 결상 검출기
220… 전류 검출기
230… 제어기
240… 중성선 복구기

Claims

분배전반에 있어서,
메인 차단기 및 배전용 차단기를 구비한 전력 공급 장치와;
상기 전력 공급장치와 연계하고, 상기 전력 공급장치의 결상을 감지하여 결상이 검출되면 중성선 단선으로 판단하고 인덕턴스의 일단을 복구용 중성선에 접속하여 중성선 복구를 통해 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주는 중성선 복구장치를 포함하고,
상기 중성선 복구장치는
상기 중성선에 흐르는 영상 고조파를 감소시키거나 상기 중성선을 복구하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 복구기를 포함하고,
상기 중성선 복구기는
영상 고조파 감소를 위한 제어신호에 따라 동작하는 제1 스위치와;
상기 제1 스위치의 동작시 동작하여 중성선에 흐르는 전류를 감소시켜 영상 고조파를 제거하는 지그-재그 트랜스와;
각 상과 복구용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반.
청구항 1에 있어서, 상기 중성선 복구장치는,
상기 중성선에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기와;
상기 전력공급장치의 결상을 감지하여 중성선 단선 여부를 검출하는 결상 검출기와;
상기 전력공급장치에 구비된 전력선에 설치된 복수의 변류기에서 검출한 전류를 검사하여 전력 품질을 검사하고, 전력품질 검사결과 데이터를 출력하는 전력 검사기와;
상기 전류 검출기와 상기 결상 검출기에 의해 출력된 전류 검출 값 및 단선 검출 값에 따라 영상 고조파 감소 및 중성선 복구를 위한 제어신호를 발생하고, 상기 전력 검사기에서 출력되는 전력품질 검사결과 데이터를 검색하여 전력 품질에 이상이 발생한 경우 또는 영상 고조파가 증가할 경우 또는 중성선 단선이 검출될 경우 경보 제어신호 및 분배전반 위치정보를 포함하는 이상상태 통보신호를 발생하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반.
청구항 2에 있어서, 상기 중성선 복구장치는,
상기 제어기에서 발생한 경보 제어신호에 따라 전력품질의 이상 또는 영상 고조파의 증가 또는 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 경보 발생기와;
분배전반이 설치된 위치정보를 저장하고 있으며, 상기 제어기에서 출력되는 이상상태 통보정보를 저장하는 메모리와;
상기 제어기에서 출력되는 이상상태 통보정보를 관리자가 휴대한 단말기 또는 관리 서버로 전송하고, 상기 관리자가 휴대한 단말기로부터 원격에서 전송된 차단기 동작명령을 수신하여 상기 제어기에 전달하는 통신 모듈을 더 포함하고,
상기 제어기는 차단기 동작명령이 수신되면 메인 차단기 및 배전용 차단기를 동작시키는 것을 특징으로 하는 중성선 복구 기능이 구비된 분배전반.
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