KR101253218B1 - 배전반의 아크 방지 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배전반의 아크 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, a) 3상 전원(R,S,T)과 전동기의 권선(U,V,W) 사이에 설치되어 상기 전동기의 전원, 운전 및 기동에 필요한 개폐 동작을 수행하는 마그네틱 스위치(MC)에 병렬 연결되는 아크방지 스위치를 포함하는 아크방지장치를 연결하는 단계; b) 상기 아크방지장치는 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 감지하여 부하 투입 시점인 경우에, 상기 아크방지 스위치를 투입하고 제1 투입지연시간(T1) 경과 후에 상기 마그네틱 스위치를 투입하며, 상기 마그네틱 스위치의 투입 시점 이후로 제2 투입지연시간(T2) 후에 상기 아크방지 스위치를 개방하는 단계; 및 c) 상기 아크방지장치는 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 감지하여 부하 개방 시점인 경우에, 상기 아크방지 스위치를 투입하고 제1 개방지연시간(T1') 후에 상기 마그네틱 스위치를 개방하며, 상기 마그네틱 스위치의 개방 시점 이후로 제2 개방지연시간(T2') 후에 상기 아크방지 스위치를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 부하 투입 또는 개방되기 전에 아크방지장치의 반도체 스위칭 소자를 극히 짧은 시간 동안 투입 또는 개방한 후에 유접점 소자인 마그네틱 스위치가 개방 또는 투입되도록 함으로써 유접점 소자에서 발생되는 아크를 사전에 방지함으로써 아크에 의한 접점 소손 방지, 및 유도에 의한 노이즈 발생을 억제할 수 있고, 마그네틱 스위치와 같은 유접점 소자의 수명을 연장할 수 있다.

Description

배전반의 아크 방지 장치 및 그 방법 {Device and Method for Arc Protect of Switch Board}
본 발명은 배전반의 아크 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하 투입과 개방시 반도체 스위칭 소자가 투입된 상태에서 마그네틱 스위치의 개폐 동작이 이루어져 아크 발생을 사전에 방지할 수 있는 배전반의 아크 방지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 국내의 화재 발생 현황을 보면 매년 3만 건 이상의 화재가 발생하고, 그 중 약 1/3 이상이 전기에 의한 화재로 알려져 있을 만큼 전기화재가 빈번한 실정이며, 특히 공장이나 대형 쇼핑몰과 같이 전력 사용량이 많은 곳에서 전기 화재가 발생할 경우에는 엄청난 재산 피해와 인명 피해가 초래하기 때문에 항상 화재예방 시스템이 절실히 요구되어 왔다. 여기서 누전과 접촉불량 및 아크와 같은 전기적인 원인으로 발생하는 전기 화재는 약 65% 이상인 것으로 학계에 보고되고 있다.
따라서, 전력장치(특히, 수배전반, 전동기제어반, 분전반, 기타 제어반)에서 누전과 접촉불량 및 아크 등을 조기에 검출하고, 아크 등을 차단하는 화재 예방 안전시스템이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
선행기술자료로써, 특허등록 제10-0988763호(공고일자 2010년 10월 20일) 공보를 보면, 인텔리젼트 분·배전반 및 전원공급장치 제작을 위한 이상상태 진단방법에 관한 기술내용이 공개되어 있다.
인텔리젼트 분·배전반 및 전원공급장치 제작을 위한 이상상태 진단방법은 분전반(또는, 배전반)에서 부하로 공급되는 전원의 상태를 실시간으로 검출하여 이를 전원 상태 데이터로 저장하는 상태정보 검출장치와, 상기 상태정보 검출장치에서 저장한 전원 상태 데이터를 기반으로 전기적 접촉 불량 및 아크 검출을 위한 검출 알고리즘을 실행시켜 전기적 접촉 불량 및 아크를 검출하고, 이상상태로 판단되면 이를 경보해주기 위한 경보 신호를 발생하는 이상상태 검출장치와, 상기 발생한 경보신호에 대응하여 미리 설정된 연락번호로 자동 다이얼링을 수행하여 원격의 관리자 또는 관제시스템에 전기적 접촉불량 및 아크 검출을 통보해주는 경보 및 자동 차단이 가능한 장치로 전기적 접촉불량 및 아크 검출 장치를 구현함으로써, 전기화재의 징후인 전기적 접촉불량 및 아크를 정확하게 검출할 수 있다.
한편, 빌딩이나 공장 또는 아파트 등에 마련된 전기실에는 전력회사가 공급하는 고압 또는 특 고압 전기를 수전하여 각 수용가의 부하로 배전하는 폐쇄형 수배전반이 설치되어 있다. 폐쇄형 수배전반은 전력계통의 통전 수순 및 전압에 따라 특고압반, 변압기반, 저압반, 모터제어반(MCC반, 배전반), 분전반으로 구분되고, 특고압반은 통상적으로 고압수전반(LBS)과, 계기용 변압변류기반(MOF반), 계기용 변압기반(PT반), 특고압차단기반(VCB반) 등으로 구성된다.
여기서 모터제어반(MCC반)은 중형 및 대형 기동장치 및 보호 장치의 집합체이며, 건축물 내 전원공급을 체계적으로 구성하고 있는 전기 설비로서 합리적이고 체계적인 전원분배장치로서의 역할을 할 수 있어야 하며, 각종 부하설비 장애시 파급을 방지하기 위하여 평상시 철저한 유지 관리가 필요하다.
이러한 종래의 모터제어반은 옥내소화전 주 펌프 모터, 옥내 소화전 보조 펌프, 옥외 소화전 주 펌프, 옥외 소화전 보조 펌프, 스프링클러 주 펌프, 스프링클러 보조 펌프, 냉동기반 히터, 샤워장 온수 히터의 전동기(모터)에 연결되어, 전원 공급과 차단 동작을 하게 된다.
종래의 인텔리젼트 분·배전반 및 전원공급장치 제작을 위한 이상상태 진단방법은 전기 선로 상에서 발생하는 아크 신호를 실시간으로 검출하여 아크 발생에 의한 전기선로 상의 화재 위험을 감시 및 예방할 수 있지만, 모터제어반에 대한 전기적인 이상상태(접촉불량 및 아크)를 검출하는 기능이 전혀 없어 전기화재의 징후를 사전에 검출할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 종래의 모터제어반은 전기화재의 징후를 사전에 검출할 수 없으므로 전기적인 이상상태 발생으로 인한 대형 화재의 발생을 사전에 예방할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 부하 투입 또는 개방되기 전에 아크방지장치의 반도체 스위칭 소자를 극히 짧은 시간 동안 투입 또는 개방한 후에 유접점 소자인 마그네틱 스위치가 개방 또는 투입되도록 함으로써 유접점 소자에서 발생되는 아크를 사전에 방지함으로써 아크에 의한 접점 소손 방지, 및 유도에 의한 노이즈 발생을 억제할 수 있고, 마그네틱 스위치와 같은 유접점 소자의 수명을 연장할 수 있는 배전반의 아크 방지 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은 배전반의 아크 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 배전반의 아크 방지 방법은, a) 3상 전원(R,S,T)과 전동기의 권선(U,V,W) 사이에 설치되어 상기 전동기의 전원, 운전 및 기동에 필요한 개폐 동작을 수행하는 마그네틱 스위치(MC)에 병렬 연결되는 아크방지 스위치를 포함하는 아크방지장치를 연결하는 단계; b) 상기 아크방지장치는 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 감지하여 부하 투입 시점인 경우에, 상기 아크방지 스위치를 투입하고 제1 투입지연시간(T1) 경과 후에 상기 마그네틱 스위치를 투입하며, 상기 마그네틱 스위치의 투입 시점 이후로 제2 투입지연시간(T2) 후에 상기 아크방지 스위치를 개방하는 단계; 및 c) 상기 아크방지장치는 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 감지하여 부하 개방 시점인 경우에, 상기 아크방지 스위치를 투입하고 제1 개방지연시간(T1') 후에 상기 마그네틱 스위치를 개방하며, 상기 마그네틱 스위치의 개방 시점 이후로 제2 개방지연시간(T2') 후에 상기 아크방지 스위치를 개방하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 b) 단계는, b-1) 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 결정하는 동작스위치가 투입되면, 상기 부하 투입 시점으로 판단하여 상기 동작스위치에 외부 전원이 공급되며, 아크방지 스위치를 투입하고, 상기 투입시간(t)을 카운트하는 단계; b-2) 상기 아크방지 스위치의 입출력 양단 전압(Va)을 검출하여 상기 Va가 0V이면 상기 아크방지 스위치를 개방하며, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 개방을 대기하는 단계; b-3) 상기 Va>0V이면 상기 마그네틱 스위치의 상태접점이 b접점 상태인 경우에 상기 아크방지 스위치를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 개방을 대기하는 단계; b-4) 상기 마그네틱 스위치가 b접점 상태가 아니고 t>설정시간이며, 상기 아크방지 스위치의 투입시간이 투입지연시간을 초과하는 경우에 상기 아크방지 스위치를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 개방을 대기하는 단계; 및 b-5) 상기 t≤설정시간인 경우에 상기 투입시간의 카운트 시점으로 되돌아가는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 c) 단계는, c-1) 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 결정하는 동작스위치가 개방되면, 상기 부하 개방 시점으로 판단하여 상기 동작스위치에 내부 전원이 공급되며, 상기 아크방지 스위치를 투입하고, 상기 개방시간(t)을 카운트하는 단계; c-2) 상기 아크방지 스위치의 입출력 양단 전압(Va)을 검출하여 상기 Va가 0V보다 크면 상기 아크방지 스위치를 개방하며, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 투입을 대기하는 단계; c-3) 상기 Va가 0V 이고, 상기 마그네틱 스위치가 a접점 상태인 경우에 상기 아크방지 스위치를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 투입을 대기하는 단계; c-4) 상기 마그네틱 스위치가 a접점 상태가 아니고 t>설정시간이며, 상기 아크방지 스위치의 투입 시간이 개방 지연시간을 초과하는 경우에, 상기 아크방지 스위치를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 투입을 대기하는 단계; 및 c-5) 상기 t≤설정시간인 경우에 개방시간 카운트 시점으로 되돌아가는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 Va는 포토 센서를 통해 감지하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 Va가 0V이면 상기 마그네틱 스위치는 투입상태로 판단하며, 상기 Va가 0V보다 크면 상기 마그네틱 스위치는 개방 상태로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크방지 스위치는 반도체 스위칭 소자를 사용하고, 상기 투입지연시간은 제1 투입지연시간과 제2 투입지연시간을 합산한 시간이며, 상기 설정시간은 상기 투입지연시간에 안전율을 고려한 시간을 합산한 시간인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 아크방지 스위치는 반도체 스위칭 소자를 사용하고, 상기 개방지연시간은 제1 개방지연시간과 제2 개방지연시간을 합산한 시간이며, 상기 설정시간은 상기 개방지연시간에 안전율을 고려한 시간을 합산한 시간인 것을 특징으로 한다.
상기 투입지연시간은 상기 아크방지장치에서 이전의 상기 동작 스위치의 투입 시간부터 상기 Va가 0V 이면 시간을 카운팅한 후에 상기 카운팅한 시간의 2배로 자동 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 개방지연시간은 상기 아크방지장치에서 이전의 상기 동작 스위치의 개방 시간부터 상기 Va가 0V가 아니면 시간을 카운팅한 후에 상기 카운팅한 시간의 2배로 자동 설정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 배전반의 아크 방지 장치는, 3상 전원(R,S,T)과 전동기의 권선(U,V,W) 사이에 상기 전동기의 전원, 운전 및 기동에 필요한 개폐 동작을 수행하는 마그네틱 스위치(MC)에 연결되는 배전반의 아크방지장치에 있어서, 상기 마그네틱 스위치와 병렬 연결되는 아크방지 스위치; 상기 마그네틱 스위치에 부하 투입 또는 개방을 결정하는 동작 신호를 보내는 동작 스위치; 상기 동작 스위치의 투입 또는 개방 상태를 감지하는 동작스위칭 상태 감지부; 상기 마그네틱 스위치의 접점 상태를 감지하는 접점상태 감지부; 상기 아크방지 스위치의 입출력 양단 전압(Va)을 감지하는 동작전압 감지부; 상기 동작 스위칭 상태 감지부, 접점상태 감지부 및 동작전압 감지부의 감지 결과를 각각 전송받아 상기 아크방지 스위치의 투입 및 개방 상태를 결정하고, 상기 아크방지 스위치의 투입지연시간 및 개방지연시간을 연산하여 아크방지 구동신호를 전송하는 프로세스부; 및 상기 아크방지 구동신호를 전송받아 상기 아크방지 스위치를 온/오프(ON/OFF) 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 배전반의 아크 방지 장치는 상기 동작 스위치의 투입에 필요한 전원, 상기 마그네틱 스위치의 구동에 필요한 전원 및 시스템 구동 전원을 제공하는 주전원부; 상기 주전원부를 이용해 충전한 후 상기 동작 스위치의 개방시 방전하고, 상기 아크방지 스위치에 구동 전원을 제공하는 내부 전원부; 및 상기 주전원부의 전압이 기준치 이하일 경우에 상기 주전원부에서 상기 내부 전원부로 자동 절환하는 전원 절체부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 배전반의 아크 방지 장치는 상기 마그네틱 스위치의 초기 동작시간을 체크하는 동작속도 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프로세스부는 상기 동작스위칭 상태 감지부, 접점상태 감지부 및 동작전압 감지부의 각 감지 결과를 분석하여 아크 관련 비정상 상태가 감지되면 아크 이상 경보를 출력하고, 상기 마그네틱 스위치의 접점 또는 동작 상태에 이상 발생시 마그네틱 스위치의 이상 경보를 출력하는 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 동작전압 감지부는 포토 센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크방지 스위치는 상기 각 3상 전원(R,S,T)과 전동기의 각 권선(U,V,W) 사이에 제1 아크방지 스위치, 제2 아크방지 스위치 및 제3 아크방지 스위치가 각각 설치되고, 상기 프로세스부는 상기 동작스위치의 투입 시점에 상기 제1 아크방지 스위치, 제2 아크방지 스위치 및 제3 아크방지 스위치의 각 입력단 및 각 출력단의 전압 레벨을 감지하여 특정한 지점에서 전압이 유기되면 해당 지점에 연결된 소자를 불량으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배전반의 아크 방지 장치 및 그 방법은 부하 투입 또는 개방되기 전에 아크방지장치의 반도체 스위칭 소자를 극히 짧은 시간 동안 투입 또는 개방한 후에 유접점 소자인 마그네틱 스위치가 개방 또는 투입되도록 함으로써 유접점 소자에서 발생되는 아크를 사전에 방지함으로써 아크에 의한 접점 소손 방지, 및 유도에 의한 노이즈 발생을 억제할 수 있고, 마그네틱 스위치와 같은 유접점 소자의 수명을 연장할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 배전반의 아크 방지 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 마그네틱 스위치와 아크방지 스위치의 연결 관계를 설명하는 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배전반의 아크 방지 방법 중 부하 투입 순서를 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배전반의 아크 방지 방법의 동작 타임을 설명하는 파형도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배전반의 아크 방지 방법 중 부하 개방 순서를 설명하는 순서도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 배전반의 아크 방지 장치를 설명하는 블록도이고, 도 2는 도 1의 마그네틱 스위치와 아크방지 스위치의 연결 관계를 설명하는 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 배전반의 아크 방지 장치(100)는, 마그네틱 스위치(MC), 아크방지 스위치(110), 동작 스위치(101), 동작스위칭 상태 감지부(120), 접점상태 감지부(130), 동작전압 감지부(140), 프로세스부(150), 구동부(160), 경보부(170), 주전원부(181), 내부 전원부(182), 전원 절체부(183) 및 동작속도 검출부(190)를 포함한다.
여기서, 상기 마그네틱 스위치(MC)는 3상 전원(R,S,T)과 전동기(M)의 권선(U,V,W) 사이에 3개 설치되어 전동기(M)의 전원, 운전 및 기동에 필요한 개폐 동작을 수행하는 유접점 개폐기이다.
그리고, 아크방지 스위치(110)는 마그네틱 스위치(MC)와 병렬 연결되고, 반도체 스위칭 소자로서 실리콘 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier SCR), 트라이액 등을 사용할 수 있다.
도 2를 참고하면, 아크 방지 스위치(110)는 R상과 U권선 사이에 위치한 제1 마그네틱 스위치(MC1)와 병렬 연결한 제1 아크방지 스위치(111), S상과 V권선 사이에 위치한 제2 마그네틱 스위치(MC2)와 병렬 연결한 제2 아크방지 스위치(112), T상과 W권선 사이에 위치한 제3 마그네틱 스위치(MC3)와 병렬 연결한 제3 아크방지 스위치(113)를 포함한다.
상기 동작 스위치(101)는 마그네틱 스위치(MC)에 부하 투입 또는 개방을 결정하는 동작 신호를 보낸다.
그리고, 동작스위칭 상태 감지부(120)는 동작 스위치(101)에서 전송되는 동작 신호를 감지하여 동작 스위치(101)가 개방 상태인지, 투입 상태인지를 감지한다.
또한, 접점상태 감지부(130)는 마그네틱 스위치(MC)의 a접점 상태, b접점 상태와 같은 상태접점을 감지하여 그 감지 결과를 프로세스부(150)에 전송한다.
그리고, 동작전압 감지부(140)는 상기 아크방지 스위치의 입출력 양단에 인가되는 전압(Va) 상태를 감지한다. 동작전압 감지부(140)는 포토 센서로 구성되어 아크방지 스위치(11O)의 입출력 양단에 인가되는 전압(Va)을 감지하여 프로세스부(150)에 전송한다. 포토센서는 종류별 동작 감지 시간이 다르므로 특정 종류의 포토센서를 선택하여 동작 감지 시간을 적절히 조정할 수 있다.
또한, 프로세스부(150)는 동작스위칭 상태 감지부(120), 접점상태 감지부(130) 및 동작전압 감지부(140)의 감지 결과를 각각 전송받아 아크방지 스위치(110)의 투입 및 개방 상태를 결정하고, 아크방지 스위치(110)의 투입 지연 시간 및 개방 지연시간을 연산하여 아크방지 구동신호를 전송한다.
그리고, 구동부(160)는 아크방지 구동신호를 전송받아 아크방지 스위치(110)가 투입/개방되도록 한다.
적어도 1개 이상의 경보부(170)는 프로세스부(150)에서 동작스위칭 상태 감지부(120), 접점상태 감지부(130) 및 동작전압 감지부(140)의 각 감지 결과를 분석하여 아크 관련 비정상 상태가 감지되면 아크 이상 경보를 출력하고, 마그네틱 스위치(MC)의 접점 또는 동작 상태에 이상 발생시 마그네틱 스위치(MC)의 이상 경보를 출력한다. 이때, 경보부(170)는 아크 이상 경보와 마그네틱 스위치(MC)의 이상 경보를 각각 출력할 수 있도록 2개의 경보음이나 경보등을 발생할 수 있다.
상기 프로세스부(150)는 동작스위치(101)의 투입 시점에 제1 아크방지 스위치(111), 제2 아크방지 스위치(112) 및 제3 아크방지 스위치(113)의 각 입력단(X, Y, Z) 및 각 출력단(U, V, W)의 전압 레벨을 감지하여 특정한 지점에서 전압이 유기되면 해당 지점에 연결된 소자를 불량으로 판별하고 경보부(170)를 통해 아크 이상 경보를 출력하도록 한다.
예를 들어, 프로세스부(150)는X-V, Y-W, Z-U의 3개 지점에서 전압 레벨을 감지하며, 만약 X-V 지점에서 380V의 전압이 유기되면 S상에 연결된 제2 아크방지 스위치(112)가 불량인 것으로 판단하고, 경보부(170)에 아크 이상 경보를 출력하도록 경보출력신호를 전송한다.
그리고, 경보부(170)는 경보출력신호를 전송받아 아크 이상 경보를 출력하는데, 아크방지 스위치별(111, 112, 113)로 경보음이나 경보등의 색상이 다르게 출력되도록 하여 작업자가 쉽게 아크 이상 지점을 확인할 수 있도록 한다.
또한, 주전원부(181)는 외부 전압이 인가되어 동작 스위치(101)의 투입에 필요한 전원, 마그네틱 스위치(MC)의 구동에 필요한 전원을 비롯해 아크 방지 장치(100)에 구동에 필요한 전원을 제공한다.
그리고, 내부 전원부(182)는 주전원부(181)를 이용해 충전한 후 동작 스위치(101)의 개방시 방전하여 주전원부(181)에서 제공되던 전원이 없어지면 아크방지 스위치(110)에 구동 전원을 제공한다.
전원 절체부(183)는 주전원부(181)의 전압이 기준치 이하일 경우, 즉 외부 전압이 인가되지 않을 경우에 주전원부(181)에서 내부 전원부(182)로 자동 절환하고, 내부 전원부(182)는 방전 동작을 수행한다. 전원 절체부(183)는 주전원부(181)의 전압이 기준치 이상일 경우, 즉 외부 전압이 인가될 경우에 내부 전원부(182)에서 주전원부(181)로 자동 절환하고, 그로 인해 내부 전원부(183)는 충전 동작을 수행한다.
동작속도 검출부(190)는 마그네틱 스위치(MC)의 초기 동작시간을 체크하여 프로세스부(150)에 전송한다.
도 3은 본 발명에 따른 배전반의 아크 방지 방법 중 부하 투입 순서를 설명하는 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 배전반의 아크 방지 방법의 동작 타임을 설명하는 파형도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 배전반의 아크 방지 방법 중 부하 투입 방법은, 동작 스위치(101)의 투입 대기 상태에서 동작스위칭 상태 감지부(120)에서 동작 스위치(101)의 투입이 감지되면, 프로세스부(150)는 아크방지 스위치(110)를 투입한다.(단계 S110, S120 및 S130) 그리고, 프로세스부(150)는 투입시간(t)을 카운트한다.(단계 S140)
그리고, 동작전압 감지부(140)에서 아크방지 스위치(110)의 입출력 양단 전압(Va)을 감지하여 Va=0V이면, 아크방지 스위치(110)를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 동작 스위치(101)의 개방을 대기한다.(단계 S150~S153)
마그네틱 스위치(MC)와 아크방지 스위치(110)가 오프(OFF) 동작인 초기 상태에서 Va는 0V이고, 동작스위치(101)의 투입 동작신호에 의해 아크방지 스위치(110)가 투입된 상태에서 Va은 0V가 되어야 하지만 아크방지 스위치(110)가 반도체 스위칭 소자이므로 반도체 특성상 내부 저항 수mΩ에 의한 전압 강하(약 0.3~2V)가 발생하여 양단에 0V 이상의 전압이 유기된다.
이후에 마그네틱 스위치(MC)가 투입되고 아크방지 스위치(110)가 개방되면 병렬회로 구성에 의해 Va은 다시 0V가 된다. 따라서, 아크방지 스위치(110)의 입출력 양단 전압(Va)은 마그네틱 스위치(MC)의 개폐 여부를 판단할 수 있는 전압이 된다.
Va가 0V 이상이고, 접점 상태 감지부(130)에서 감지한 마그네틱 스위치(MC)가 a접점 상태로 상태접점 감시결과가 '1'인 경우에 아크방지 스위치(110)를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 동작 스위치(101)의 개방을 대기한다.(단계 S160~S163)
상태접점 감시결과 '1'이 아니고, 설정시간이 T1+T2 미만인 경우에, 아크방지 스위치(110)를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 동작 스위치(101)의 개방을 대기한다.(단계 S170~S173) 설정시간이 T1+T2 이상일인 경우에 투입시간 카운터 시점으로 되돌아간다.
여기서, T1+T2는 투입지연시간이고, 제1 투입지연시간(T1)과 제2 투입지연시간(T2)을 합산한 값으로서, 마그네틱 스위치(MC) 동작시간과 아크방지 스위치(110)의 제로 크로싱(Zero Closing) 시간을 합산한 값이며, 설정시간은 투입지연시간에 안전율 등을 고려한 값이지만, 투입허용 시간과 설정 시간은 동일할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 배전반의 아크 방지 방법 중 부하 개방 순서를 설명하는 순서도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 배전반의 아크 방지 방법 중 부하 개방 방법은, 동작 스위치(101)의 개방 대기 상태에서 동작스위칭 상태 감지부(120)에서 동작 스위치(101)의 개방 감지되면, 프로세스부(150)는 아크방지 스위치(110)를 투입한다.(단계 S210, S220 및 S230) 그리고, 프로세스부(150)는 개방시간(t)을 카운트한다.(단계 S240)
그리고, 동작전압 감지부(140)에서 감지한 Va가 0V보다 크면 아크방지 스위치(110)를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 동작 스위치(101)의 투입을 대기한다.(단계 S250~S253)
Va가 0V 이고, 접점 상태 감지부(130)에서 감지한 마그네틱 스위치(MC)가 a접점 상태로 상태접점 감시결과가 '1'인 경우에 아크방지 스위치(110)를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 동작 스위치(101)의 투입을 대기한다.(단계 S260~S263)
상태접점 감시결과 '1'이 아니고, 설정시간이 T1'+T2' 미만인 경우에, 아크방지 스위치(110)를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 동작 스위치(101)의 투입을 대기한다.(단계 S270~S273) 설정시간이 T1'+T2' 이상일인 경우에 개방시간 카운터 시점으로 되돌아간다.
여기서, T1'+T2'는 개방지연시간이고, 제1 개방지연시간(T1')과 제2 개방지연시간(T2')을 합산한 값으로서, 마그네틱 스위치(MC) 동작시간과 아크방지 스위치(110)의 제로 크로싱(Zero Closing) 시간을 합산한 값이며, 설정시간은 개방지연시간에 안전율 등을 고려한 값이지만, 개방지연시간과 설정 시간은 동일할 수도 있다.
한편, 프로세스부(150)는 이전의 동작 스위치(101)의 투입 시간부터 Va가 0V가 되는 시간을 카운팅한 후에 카운팅한 시간의 2배로 투입지연시간을 자동 설정하고, 이전의 동작 스위치(101)의 개방 시간부터 Va가 0V가 아니면 시간을 카운팅한 후에 카운팅한 시간의 2배로 개방지연시간을 자동 설정한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 아크 방지 장치 101 : 동작 스위치
110 : 아크방지 스위치 120 : 동작스위칭 상태 감지부
130 : 접점상태 감지부 140 : 동작전압 감지부
150 : 프로세스부 160 : 구동부
170 : 경보부 181 : 주전원부
182 : 내부 전원부 183 : 전원 절체부
190 : 동작속도 검출부

Claims (15)

  1. a) 3상 전원(R,S,T)과 전동기의 권선(U,V,W) 사이에 설치되어 상기 전동기의 전원, 운전 및 기동에 필요한 개폐 동작을 수행하는 마그네틱 스위치(MC)에 병렬 연결되는 아크방지 스위치를 포함하는 아크방지장치를 연결하는 단계;
    b) 상기 아크방지장치는 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 감지하여 부하 투입 시점인 경우에, 상기 아크방지 스위치를 투입하고 제1 투입지연시간(T1) 경과 후에 상기 마그네틱 스위치를 투입하며, 상기 마그네틱 스위치의 투입 시점 이후로 제2 투입지연시간(T2) 후에 상기 아크방지 스위치를 개방하는 단계; 및
    c) 상기 아크방지장치는 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 감지하여 부하 개방 시점인 경우에, 상기 아크방지 스위치를 투입하고 제1 개방지연시간(T1') 후에 상기 마그네틱 스위치를 개방하며, 상기 마그네틱 스위치의 개방 시점 이후로 제2 개방지연시간(T2') 후에 상기 아크방지 스위치를 개방하는 단계를 포함하는 배전반의 아크 방지 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 b) 단계는
    b-1) 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 결정하는 동작스위치가 투입되면, 상기 부하 투입 시점으로 판단하여 투입시간(t)을 카운트하고, 상기 동작스위치에 외부 전원이 공급되며, 아크방지 스위치를 투입하고, 상기 투입시간(t)을 카운트하는 단계;
    b-2) 상기 아크방지 스위치의 입출력 양단 전압(Va)을 검출하여 상기 Va가 0V이면 상기 아크방지 스위치를 개방하며, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 개방을 대기하는 단계;
    b-3) 상기 Va>0V이면 상기 마그네틱 스위치의 상태접점이 b접점 상태인 경우에 상기 아크방지 스위치를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 개방을 대기하는 단계;
    b-4) 상기 마그네틱 스위치가 b접점 상태가 아니고 t>설정시간이며, 상기 아크방지 스위치의 투입시간이 투입지연시간을 초과하는 경우에 상기 아크방지 스위치를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 개방을 대기하는 단계; 및
    b-5) 상기 t≤설정시간인 경우에 상기 투입시간의 카운트 시점으로 되돌아가는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 c) 단계는
    c-1) 상기 마그네틱 스위치의 동작신호를 결정하는 동작스위치가 개방되면, 상기 부하 개방 시점으로 판단하여 상기 동작스위치에 내부 전원이 공급되며, 상기 아크방지 스위치를 투입하고, 개방시간(t)을 카운트하는 단계;
    c-2) 상기 아크방지 스위치의 입출력 양단 전압(Va)을 검출하여 상기 Va가 0V보다 크면 상기 아크방지 스위치를 개방하며, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 투입을 대기하는 단계;
    c-3) 상기 Va가 0V 이고, 상기 마그네틱 스위치가 a접점 상태인 경우에 상기 아크방지 스위치를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 투입을 대기하는 단계;
    c-4) 상기 마그네틱 스위치가 a접점 상태가 아니고 t>설정시간이며, 상기 아크방지 스위치의 투입 시간이 개방 지연시간을 초과하는 경우에, 상기 아크방지 스위치를 개방하고, 시간 카운트를 리셋한 후에 상기 동작스위치의 투입을 대기하는 단계; 및
    c-5) 상기 t≤설정시간인 경우에 개방시간 카운트 시점으로 되돌아가는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 Va는 포토 센서를 통해 감지하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 Va가 0V 이면 상기 마그네틱 스위치는 투입상태로 판단하며, 상기 Va가 0V보다 크면 상기 마그네틱 스위치는 개방 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 아크방지 스위치는 반도체 스위칭 소자를 사용하고,
    상기 투입지연시간은 제1 투입지연시간과 제2 투입지연시간을 합산한 시간이며,
    상기 설정시간은 상기 투입지연시간에 안전율을 고려한 시간을 합산한 시간 인 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 아크방지 스위치는 반도체 스위칭 소자를 사용하고,
    상기 개방지연시간은 제1 개방지연시간과 제2 개방지연시간을 합산한 시간이며,
    상기 설정시간은 상기 개방지연시간에 안전율을 고려한 시간을 합산한 시간 인 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 투입지연시간은
    상기 아크방지장치에서 이전의 상기 동작 스위치의 투입 시간부터 상기 Va가 0V이면 시간을 카운팅한 후에 상기 카운팅한 시간의 2배로 자동 설정하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 개방지연시간은
    상기 아크방지장치에서 이전의 상기 동작 스위치의 개방 시간부터 상기 Va가 0V가 아니면 시간을 카운팅한 후에 상기 카운팅한 시간의 2배로 자동 설정하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 방법.
  10. 3상 전원(R,S,T)과 전동기의 권선(U,V,W) 사이에 상기 전동기의 전원, 운전 및 기동에 필요한 개폐 동작을 수행하는 마그네틱 스위치(MC)에 연결되는 배전반의 아크방지장치에 있어서,
    상기 마그네틱 스위치와 병렬 연결되는 아크방지 스위치;
    상기 마그네틱 스위치에 부하 투입 또는 개방을 결정하는 동작 신호를 보내는 동작 스위치;
    상기 동작 스위치의 투입 또는 개방 상태를 감지하는 동작스위칭 상태 감지부;
    상기 마그네틱 스위치의 접점 상태를 감지하는 접점상태 감지부;
    상기 아크방지 스위치의 입출력 양단 전압(Va)을 감지하는 동작전압 감지부;
    상기 동작 스위칭 상태 감지부, 접점상태 감지부 및 동작전압 감지부의 감지 결과를 각각 전송받아 상기 아크방지 스위치의 투입 및 개방 상태를 결정하고, 상기 아크방지 스위치의 투입지연시간 및 개방지연시간을 연산하여 아크방지 구동신호를 전송하는 프로세스부; 및
    상기 아크방지 구동신호를 전송받아 상기 아크방지 스위치를 온/오프(ON/OFF) 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 동작 스위치의 투입에 필요한 전원, 상기 마그네틱 스위치의 구동에 필요한 전원 및 시스템 구동 전원을 제공하는 주전원부;
    상기 주전원부를 이용해 충전한 후 상기 동작 스위치의 개방시 방전하고, 상기 아크방지 스위치에 구동 전원을 제공하는 내부 전원부;
    상기 주전원부의 전압이 기준치 이하일 경우에 상기 주전원부에서 상기 내부 전원부로 자동 절환하는 전원 절체부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 마그네틱 스위치의 초기 동작시간을 체크하는 동작속도 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 프로세스부는
    상기 동작스위칭 상태 감지부, 접점상태 감지부 및 동작전압 감지부의 각 감지 결과를 분석하여 아크 관련 비정상 상태가 감지되면 아크 이상 경보를 출력하고, 상기 마그네틱 스위치의 접점 또는 동작 상태에 이상 발생시 마그네틱 스위치의 이상 경보를 출력하는 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 동작전압 감지부는 포토 센서인 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 아크방지 스위치는
    상기 각 3상 전원(R,S,T)과 전동기의 각 권선(U,V,W) 사이에 제1 아크방지 스위치, 제2 아크방지 스위치 및 제3 아크방지 스위치가 각각 설치되고,
    상기 프로세스부는 상기 동작스위치의 투입 시점에 상기 제1 아크방지 스위치, 제2 아크방지 스위치 및 제3 아크방지 스위치의 각 입력단 및 각 출력단의 전압 레벨을 감지하여 특정한 지점에서 전압이 유기되면 해당 지점에 연결된 소자를 불량으로 판별하는 것을 특징으로 하는 배전반의 아크 방지 장치.
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