KR101370036B1

KR101370036B1 - 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반

Info

Publication number: KR101370036B1
Application number: KR1020130138528A
Authority: KR
Inventors: 김종찬
Original assignee: 대한기전 주식회사
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2014-03-05

Abstract

본 발명은 전자 접촉기를 사용하여 서지에 강하고, 역률 조정 초기에는 저항 소자를 거치도록 함으로써 주 전자 접촉기의 아크 발생으로 인한 접점 손상을 방지할 수 있는 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반을 제공한다.
본 발명에 따른 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반은, 3상 중 어느 1상의 위상을 검출하여 상용주파수의 구형파로 출력하도록 구성된 위상검출부; 상기 위상검출부에 의해 검출하지 않은 나머지 2상의 중간 위상을 설정하여 상용 주파수의 구형파로 출력하도록 구성된 위상설정부; 상기 위상설정부의 출력을 입력받아 소정의 구형파 모양의 주파수로 분주하여 출력하도록 구성된 분주부; 상기 분주부의 출력에 따라 상기 위상검출부의 출력을 업 카운트 또는 다운 카운트 하여 역률조정용 제어신호를 출력하는 역률조정제어신호발생부; 상기 역률조정용 제어신호에 스위칭되는 복수의 스위칭소자를 포함하는 역률조정스위칭부; 및 상기 역률조정스위칭부의 스위칭에 따라 용량이 상이한 복수의 캐패시터 중 적어도 일부 또는 전부를 상용전원에 단속하도록 구성된 역률조정부를 포함한다.

Description

자동 역률 조정 기능을 가진 배전반{DISTRIBUTING BOARD CAPABLE OF ADJUSTING POWER FACTOR AUTOMATICALLY}

본 발명은 배전반에 관한 것으로, 특히, 부하단의 역률을 검출하여 자동으로 조정할 수 있는 자동 역률 보상 기능을 가진 배전반에 관한 것이다.

일반적으로 자동역률 제어장치는 마이크로컴퓨터를 탑재하여 부하의 변동을 미리 설정한 전류값에 따라 자동으로 캐패시터를 개폐하여 역률을 조정하는 장치이다.

여기에는 전자접촉기 방식과 무접점 방식이 이용된다.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 전자접촉기를 이용한 자동 역률 제어 장치이다.

종래기술에 따른 전자접촉기를 이용한 자동 역률 제어 장치는, 상부에 제어부가 설치되고, 하단 전면부에 일렬로 배치된 다수개의 차단기(MCCB:132)와, 상기 차단기(132)의 후면에 절곡되어 설치되는 메인부스바(135)와, 상기 차단기(132)의 일 측면에 후면으로 절곡되도록 형성되는 부스바(133)와, 상기 부스바(133)에 연결되어 저압반 상부로 이어지는 간선케이블(131)과, 상기 간선케이블(131)에 설치되는 다수개의 영상변류기(ZCT:134)와, 다수개의 부스바 지지구(136)(137)를 포함하여 구성되는 배전반용 저압반에 있어서, 상기 차단기(132)가 설치된 후면에 ㄴ자 형상의 메인케이스(121)와 덮개케이스(122)가 결합된 형태로, 메인케이스(121) 내부 저면에는 다수의 전자접촉기(110-3)가 일렬로 설치되며, 상기 전자접촉기(110-3)의 상부에는 이에 상응하는 다수의 배선용 차단기(110-2)가 설치되며, 상기 배선용 차단기(110-2)는 함(120)의 외부로 연결되는 부스바에 연결되는 부스바(110-5)와, 상기 전자 접촉기(110-3)와 배선용차단기(110-2)의 사이에는 부스바(110-6)로 연결 구성되는 콘덴서뱅크 구동부 내장함(120)과, 상기 콘덴서뱅크 구동부 내장함(120) 저면에 설치되는 시리얼 콘덴서(110-4)를 포함하여 구성된다.

그런데, 이와 같이 하나의 전자접촉기만으로 시리얼 콘덴서를 제어하기 때문에 전자접촉기의 접촉 아크에 의해 접점 손상이 개폐전압으로 인한 서지전압이 발생되어 주변기기에 영향을 주어 오동작을 일으키며, 더욱이 사용횟수가 증가함에 따라 접점에 마모가 발생함으로써 유지관리비가 증가한다는 문제점이 있다.

한편, 무접점 방식은 장치 자체가 고가라는 단점이 있고, 무접점 스위칭소자의 불량여부를 확인할 수 없다는 문제점이 있다.

도 2의 종래기술에 따른 무접점 방식의 자동역률 제어장치로서, 전압위상검출부(210), 전류위상검출부(220), 역률보상제어신호발생부(230), 리셋신호발생부(240), 및 역률보상부(250)를 포함한다.

그런데, 도 2와 같은 무접점 방식의 자동역률 제어장치는, 역률보상부(250)에 사용되는 스위칭소자를 통해 대용량의 서지전류가 직접 흐르게 되는데, 스위칭소자가 반도체이기 때문에 서지전류에 매우 취약하여 고장이 잦다는 문제가 있다.

공개특허 2009-0041812호 자동역률제어기 일체형 저압반 및 그 제어방법 등록특허 0958608호 자동 역률 보상 기능을 가진 배전반 등록특허 0545721호 전자식 무효전력 보상장치 일본공개특허 1998-177423호 역률 조정 시스템

본 발명은 전자 접촉기를 사용하여 서지에 강한 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반을 제공한다.

또한, 본 발명은 역률 조정 초기에는 저항 소자를 거치도록 함으로써 주 전자 접촉기의 아크 발생으로 인한 접점 손상을 방지할 수 있는 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반을 제공한다.

본 발명에 따른 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반은, 3상 중 어느 1상의 위상을 검출하여 상용주파수의 구형파로 출력하도록 구성된 위상검출부; 상기 위상검출부에 의해 검출하지 않은 나머지 2상의 중간 위상을 설정하여 상용 주파수의 구형파로 출력하도록 구성된 위상설정부; 상기 위상설정부의 출력을 입력받아 소정의 구형파 모양의 주파수로 분주하여 출력하도록 구성된 분주부; 상기 분주부의 출력에 따라 상기 위상검출부의 출력을 업 카운트 또는 다운 카운트 하여 역률조정용 제어신호를 출력하는 역률조정제어신호발생부; 상기 역률조정용 제어신호에 스위칭되는 복수의 스위칭소자를 포함하는 역률조정스위칭부; 및 상기 역률조정스위칭부의 스위칭에 따라 용량이 상이한 복수의 캐패시터 중 적어도 일부 또는 전부를 상용전원에 단속하도록 구성된 역률조정부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 위상검출부는, 상기 3상 중 1상의 위상을 검출하는 변류기; 상기 변류기로부터 출력되는 검출 신호를 승압하는 트랜스포머; 및 상기 트랜스포머로부터의 아날로그 출력 신호를 반전단자에 입력받아 양의 반주기이면 (-)값을, 음의 반주기이면 (+)값을 출력하는 제1 증폭기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 위상설정부는, 상기 나머지 2상의 중간 위상을 설정하기 위한 저항(R2); 상기 저항(R2)의 아날로그 출력 신호를 반전단자에 입력받아 양의 반주기이면 (-)값을, 음의 반주기이면 (+)값을 출력하는 제2 증폭기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 분주부는, 상기 위상검출부 출력과 상기 위상설정부 출력을 입력받아 상기 위상검출부의 출력 위상과 상기 위상설정부의 출력 위상이 동상이거나 역상이면 상기 제2 증폭기를 리셋시키도록 리셋신호를 출력하는 위상비교기를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 역률조정제어신호발생부로부터 출력되는 역률조정용 제어신호를 디코딩하는 디코더; 및 상기 디코더의 출력에 따라 스위칭하여 역률 조정 상태를 표시하는 복수의 엘이디를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 역률조정부는, 상기 역률조정스위칭부의 스위칭에 따라 용량이 상이한 복수의 캐패시터 중 적어도 일부 또는 전부를 상용전원에 단속하도록 복수의 전자접촉부를 포함하고, 상기 복수의 전자접촉부 중 어느 하나는, 릴레이 코일이 상기 역률조정스위칭부 내 스위칭소자의 동작으로 자화되고, 컨택터가 상기 상용전원과 하기 상별 제1 보조전자접촉기의 컨택터 사이에 배치되는 상별 제1 주전자접촉기; 릴레이 코일이 상기 상별 제1 주전자접촉기의 동작으로 자화되고, 컨택터가 하기 캐패시터와 상기 상별 제1 주전자접촉기의 컨택터 사이에 배치되어, 상기 상별 제1 주전자접촉기가 동작하고 소정 시간 경과후 동작하는 상별 제1 보조전자접촉기; 상기 상별 제1 보조전자접촉기의 컨택터와 병렬연결된 복수의 상별 저항; 및 상기 상별 제1 보조전자접촉기의 컨택터 타단 사이에 병렬연결된 상별 캐패시터를 포함한다.

본 발명은 전자 접촉기를 사용하여 서지에 강하고, 역률 조정 초기에는 저항 소자를 거치도록 함으로써 주 전자 접촉기의 아크 발생으로 인한 접점 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 전자접촉기를 이용한 자동 역률 제어 장치,
도 2의 종래기술에 따른 무접점 방식의 자동역률 제어장치, 및
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반이다.

본 발명의 일실시예에 따른 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반은, 위상검출부(310), 위상설정부(320), 분주부(330), 역률조정제어신호발생부(340), 역률조정스위칭부(350), 표시부(360), 및 역률조정부(370)를 포함한다.

위상검출부(310)는 3상 중 어느 1상의 위상을 검출하여 상용 주파수(60Hz)의 구형파로 출력하도록 구성되고, 3상 중 1상의 위상을 검출하는 변류기(CT), 검출된 신호를 승압하는 트랜스포머(T1), 트랜스포머로부터의 아날로그 출력 신호를 반전단자에 입력받아 양의 반주기이면 (-)값을, 음의 반주기이면 (+)값을 출력하는 증폭기(IC1)를 포함한다. 한편, 설명되지 않은 저항(R1), 및 다이오드(D1, D2)는 증폭기(IC1) 보호용 소자이다.

위상설정부(320)는 3상 중 나머지 2상의 중간 위상을 설정하여 상용 주파수의 구형파로 출력하도록 구성되고, 3상 중 나머지 2상의 중간 위상을 설정하기 위한 저항(R2), 저항(R2)의 아날로그 출력 신호를 반전단자에 입력받아 양의 반주기이면 (-)값을, 음의 반주기이면 (+)값을 출력하는 증폭기(IC2)를 포함한다. 이때, 저항(R2)의 아날로그 출력 신호는 위상검출부(310) 내 트랜스포머로부터의 아날로그 출력 신호에 180도 위상차를 갖도록 함이 바람직하다. 여기서, 저항(R2)은 3상 중 나머지 2상의 중간 위상을 설정하기에 용이하도록 가변저항을 포함할 수 있다. 물론, 3상 중 나머지 2상의 중간 위상을 설정하는 것이 완료되면 가변저항 대신 고정 저항으로 대체할 수 있음은 당연하다.

분주부(330)는 위상설정부(320)의 출력을 클럭펄스로 입력받아 상용 주파수의 구형파를 소정 주파수 예컨대, 1Hz의 구형파로 분주하는 이진 리플 카운터(IC3)를 포함한다. 단, 위상비교기(예컨대, 익스클루시브 노아 게이트(IC4))는 위상검출부(310) 출력과 위상설정부(320) 출력을 입력받아 위상검출부(310)의 출력 위상과 위상설정부(320)의 출력 위상이 동상으로 완전히 겹치거나 역상으로 완전히 반전되면 "H"상태신호를 출력하여 이진 리플 카운터(IC3)를 리셋시킴으로써 이진 리플 카운터(IC3)의 출력을 차단시킨다.

역률조정제어신호발생부(340)는 분주부(330)의 출력 펄스에 따라 위상검출부(310)의 출력을 "UP" 카운트하거나 "DOWN" 카운트한다. 예컨대, 분주부(330)의 출력 펄스마다 위상검출부(310)의 출력이 "H"상태이면 "UP" 카운트신호를, "L"상태이면 "DOWN" 카운트신호를 출력함으로써 역률조정용 제어신호를 발생한다.

역률조정스위칭부(350)는 역률조정제어신호발생부(340)로부터 출력되는 역률조정용 제어신호에 스위칭되는 제1 내지 제4 스위칭소자(T1 ~ T4)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 스위칭소자는 트라이액, 바이폴라 정션 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 싸이리스터, IGBT, GTO 등 다양한 전력용 반도체 소자가 사용될 수 있다.

표시부(360)는 역률조정제어신호발생부(340)로부터 출력되는 역률조정용 제어신호를 디코딩하는 디코더(IC6)와, 디코더의 출력에 따라 스위칭하는 엘이디(LED1 ~ LED16)를 포함하고, 역률조정상태를 표시한다. 예컨대, 역률조정제어신호발생부(340)의 출력단자 "A"로부터 "H"레벨 신호가 출력되면, 엘이디1(LED1)이 턴온되고, 출력단자 "A" 및 "B"로부터 "H"레벨 신호가 출력되면, 엘이디3(LED3)이 턴온된다.

역률조정부(370)는 역률조정스위칭부(350)의 스위칭에 따라 용량이 상이한 복수의 캐패시터 중 적어도 일부 또는 전부를 상용전원에 단속하도록 제1 내지 제4 전자접촉부(371 ~ 374)를 포함한다. 여기서, 제1 전자접촉부(371) 내 캐패시터(C3)가 기본 용량의 캐패시턴스 값이고, 제2 전자접촉부(372) 내 캐패시터(C4)는 2배 용량의 캐패시턴스 값이고, 제3 전자접촉부(373) 내 캐패시터(C5)는 4배 용량의 캐패시턴스 값이고, 제4 전자접촉부(374) 내 캐패시터(C6)가 8배 용량의 캐패시턴스 값이다.

예컨대, 제1 전자접촉부(371)는 릴레이 코일이 역률조정스위칭부 내 스위칭소자(T1)의 동작으로 자화되고, 컨택터가 상용전원과 상별 제1 보조전자접촉기(Mc1-2)의 컨택터 사이에 배치되는 상별 제1 주전자접촉기(Mc1-1), 릴레이 코일이 상별 제1 주전자접촉기(Mc1-1)의 동작으로 자화되고, 컨택터가 캐패시터(C3)와 상별 제1 주전자접촉기(Mc1-1)의 컨택터 사이에 배치되어, 상별 제1 주전자접촉기(Mc1-1)가 동작하고 소정 시간 경과후 동작하는 상별 제1 보조전자접촉기(Mc1-2), 상별 제1 보조전자접촉기(Mc1-2)의 컨택터와 병렬연결된 복수의 상별 저항(R11, R12, R13); 및 상별 제1 보조전자접촉기(Mc1-2)의 컨택터 타단 사이에 병렬연결된 상별 캐패시터(C3)를 포함한다.

제1 전자접촉부(371)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 역률조정스위칭부(350) 내 제1 스위칭소자(T1)가 턴온되면, 제1 주전자접촉기(Mc1-1) 코일에 전류가 흘러 자화되므로 제1 주전자접촉기(Mc1-1) 컨택터가 연결되고, 상용전원은 저항(R11~R 13)을 통해 역률조정용 캐패시터(C3)와 연결된다. 이에 따라, 역률조정용 캐패시터에 돌입전류를 제한하여 제1 주전자접촉기(Mc1-1) 컨택터에서 접촉시 발생하는 접촉 아크를 줄일 수 있다. 이후, 제1 주전자접촉기(Mc1-1) 컨택터가 연결되고 나서, 약 100ms 후 제1 보조전자접촉기(Mc1-2) 코일에 전류가 흘러 자화되면, 제1 보조전자접촉기(Mc1-2) 컨택터가 연결되는데, 이때에는 상용전원이 저항(R11~R 13)을 거치지 않고 역률조정용 캐패시터(C3)와 연결된다.

나머지 제2 내지 제4 전자접촉부(372 ~ 374)의 동작은 제1 전자접촉부(371)의 동작과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 이들 제1 내지 제4 전자접촉부(371 ~ 374)의 조합에 따라 역률을 16단계로 조정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

310: 위상검출부
320: 위상설정부
330: 분주부
340: 역률조정제어신호발생부
350: 역률조정스위칭부
360: 표시부
370: 역률조정부

Claims

3상 중 어느 1상의 위상을 검출하여 상용주파수의 구형파로 출력하도록 구성된 위상검출부;
상기 위상검출부에 의해 검출하지 않은 나머지 2상의 중간 위상을 설정하여 상용 주파수의 구형파로 출력하도록 구성된 위상설정부;
상기 위상설정부의 출력을 입력받아 소정의 구형파 모양의 주파수로 분주하여 출력하도록 구성된 분주부;
상기 분주부의 출력에 따라 상기 위상검출부의 출력을 업 카운트 또는 다운 카운트 하여 역률조정용 제어신호를 출력하는 역률조정제어신호발생부;
상기 역률조정용 제어신호에 스위칭되는 복수의 스위칭소자를 포함하는 역률조정스위칭부; 및
상기 역률조정스위칭부의 스위칭에 따라 용량이 상이한 복수의 캐패시터 중 적어도 일부 또는 전부를 상용전원에 단속하도록 구성된 역률조정부를 포함하고,
상기 위상설정부는,
상기 나머지 2상의 중간 위상을 설정하기 위한 저항(R2); 및
상기 저항(R2)의 아날로그 출력 신호를 반전단자에 입력받아 양의 반주기이면 (-)값을, 음의 반주기이면 (+)값을 출력하는 제2 증폭기를 포함하고,
상기 분주부는, 상기 위상검출부 출력과 상기 위상설정부 출력을 입력받아 상기 위상검출부의 출력 위상과 상기 위상설정부의 출력 위상이 동상이거나 역상이면 상기 제2 증폭기를 리셋시키도록 리셋신호를 출력하는 위상비교기를 포함하하는 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반.
제1항에 있어서, 상기 위상검출부는,
상기 3상 중 1상의 위상을 검출하는 변류기;
상기 변류기로부터 출력되는 검출 신호를 승압하는 트랜스포머; 및
상기 트랜스포머로부터의 아날로그 출력 신호를 반전단자에 입력받아 양의 반주기이면 (-)값을, 음의 반주기이면 (+)값을 출력하는 제1 증폭기
를 포함하는 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반.
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제1항에 있어서,
상기 역률조정제어신호발생부로부터 출력되는 역률조정용 제어신호를 디코딩하는 디코더; 및
상기 디코더의 출력에 따라 스위칭하여 역률 조정 상태를 표시하는 복수의 엘이디
를 더 포함하는 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반.
제1항에 있어서, 상기 역률조정부는,
상기 역률조정스위칭부의 스위칭에 따라 용량이 상이한 복수의 캐패시터 중 적어도 일부 또는 전부를 상용전원에 단속하도록 복수의 전자접촉부를 포함하고,
상기 복수의 전자접촉부 중 어느 하나는,
릴레이 코일이 상기 역률조정스위칭부 내 스위칭소자의 동작으로 자화되고, 컨택터가 상기 상용전원과 하기 상별 제1 보조전자접촉기의 컨택터 사이에 배치되는 상별 제1 주전자접촉기;
릴레이 코일이 상기 상별 제1 주전자접촉기의 동작으로 자화되고, 컨택터가 하기 캐패시터와 상기 상별 제1 주전자접촉기의 컨택터 사이에 배치되어, 상기 상별 제1 주전자접촉기가 동작하고 소정 시간 경과후 동작하는 상별 제1 보조전자접촉기;
상기 상별 제1 보조전자접촉기의 컨택터와 병렬연결된 복수의 상별 저항; 및
상기 상별 제1 보조전자접촉기의 컨택터 타단 사이에 병렬연결된 상별 캐패시터
를 포함하는 자동 역률 조정 기능을 가진 배전반.