KR101398597B1 - 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치 - Google Patents

Abstract

3상 4선식 또는 단상 3선식 배전 계통에서 중성선(neutral line) 단선이 발생할 경우 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜줄 수 있도록 한 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치 및 그 방법이 개시된다.
개시된 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치는, 단상 3선식(A, N, B) 또는 3상 4선식(R, S, T, N)을 통해 전력을 공급해주는 전력 공급장치와 연계하고, 상기 전력 공급장치에 구비된 중성선의 이상 상태를 검출하여, 중성선의 이상이 검출되면 상별 인덕턴스를 연결하고, 연결된 인덕턴스를 복구용 중성선에 접속하여 중성선 복구를 통해 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주는 중성선 복구장치를 포함하며, 이러한 중성선 복구장치는, 중성선의 단선 여부를 검출하는 단선 검출기와; 단선 검출기에 의해 출력된 단선 검출 값으로 단선 여부를 판단하고, 단선시 중성선 복구를 위한 제어신호를 발생하는 제어기와; 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 전력 공급장치에 구비된 중성선을 복구하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 복구기를 구비한다.

Description

전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치{Device for prevention disaster of neutral line peculiar in electric power system}

본 발명은 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3상 4선식 또는 단상 3선식 배전 계통에서 중성선(neutral line) 단선이 발생할 경우 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜줄 수 있도록 한 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치에 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 방식이다.

이와 같은 배전선로는 도시 외곽이나 농어촌 등지에서는 가공선 형태로 시공되나, 대도시나 유원지와 같이 미관이 중시되는 지역에서는 지중으로 매설 시공한다.

3상 4선식 배전 계통은, 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 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 손상 또는 폭발하거나 화재로 이어진다.

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 손상 또는 폭발하거나 화재로 이어진다.

한편, 단상 3선식 배전 계통에서도 중성선이 단선되면 과전압이 흘러 부하쪽 전기기기가 손상하게 되는 문제점을 발생한다.

이러한 중성선 단선으로 인해 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 종래에 제안된 기술이 대한민국특허청 등록특허 등록번호 10-1052471호(2011.7.22. 등록)(발명의 명칭: 전력계통에서 중성선 대체장치 및 그 방법)에 개시되어 있다.

개시된 종래 기술은, 중성선 단선이 검출되면 3상(R, S, T) 전원을 내부의 중성선 보호기에 연결하여 공통 선로를 형성하여 상기 이상이 발생한 중성선을 대체하여 이상전압의 발생을 방지하였다.

1. 등록특허 10-1052471호(20011.7.22. 등록)

그러나 상기와 같은 종래의 기술은 단상 3선식 또는 3상 4선식 전력 계통에서 중성선의 단선시 경부하쪽 전기기기가 소손되는 문제점을 어느 정도는 해결할 수 있으나, 반면, 각 상을 투입하는 부분에 중성선 연결용 스위치가 구비되어 있어, 인덕턴스의 크기에 따라 스위치의 용량이 결정되는 단점이 있다. 다시 말해 인덕턴스의 크기가 작으면 스위치의 용량을 줄일 수 있고 인덕턴스의 크기가 크면 상대적으로 스위치의 용량도 커져야 하는 데, 3상 4선식 또는 단상 3선식 전력 계통에서는 인덕턴스(코일)가 커 상대적으로 스위치도 고가의 대용량 스위치를 사용하여야 한다.

따라서 고가의 대용량 스위치의 사용으로 장치의 구현 비용이 많이 들어 경제성이 떨어지며, 인덕턴스가 크기 때문에 상대적으로 스위치에도 고전류가 흘러 발열 등에 의해 스위치가 자주 고장 나는 문제가 발생하였다.

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

본 발명이 해결하려는 과제는, 단상 3선식 또는 3상 4선식 배전 계통에서 중성선(neutral line) 단선이 발생할 경우 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜줄 수 있도록 한 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 전류가 적게 흐르는 중성선에 스위치를 구비시킴으로써, 소용량 스위치의 사용으로 장치의 구현 비용을 절감할 수 있도록 한 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 전류가 적게 흐르는 중성선에 소용량 스위치를 구비시켜, 중성선을 복구시킴으로써 스위치에 흐르는 전류의 최소화로 고장을 최소화할 수 있도록 한 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 중성선 단선이 검출되면 경고를 하여, 후속 조치가 이루어질 수 있도록 한 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 중성선 단선에 의해 중성선 복구기를 동작시킨 상태에서도 전압 불평형이 검출되면 자동으로 메인 차단기를 동작시켜 과전압에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하기 위한 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치는,

단상 3선식 또는 3상 4선식(R, S, T, N)을 통해 전력을 공급해주는 전력 공급장치와 연계하고, 상기 전력 공급장치에 구비된 중성선의 이상 상태를 검출하여, 중성선의 이상이 검출되면 상별 인덕턴스를 연결하고, 연결된 인덕턴스를 복구용 중성선에 접속하여 중성선 복구를 통해 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주는 중성선 복구장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선 복구장치는,

상기 중성선의 단선 여부를 검출하는 단선 검출기;

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

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

상기 단선 검출기는,

상기 중성선 전압과 대지전압을 측정하여, 상기 중성선 전압과 대지전압이 검출될 경우 중성선 단선 검출 값을 출력하여 상기 제어기에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선 복구기는,

R상의 인덕턴스와 S상의 인덕턴스를 연결하기 위한 제1 스위치;

상기 S상의 인덕턴스와 T상의 인덕턴스를 연결한 후 복구용 중성선에 연결하기 위한 제2스위치;

상기 R상의 인덕턴스와 T상 인덕턴스를 연결한 후 복구용 중성선(N)에 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 제3 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 단상 3선식 또는 3상 4선식 배전 계통에서 중성선(neutral line) 단선이 발생할 경우, 중성선을 신속하게 복구해줌으로써, 과전압의 발생을 방지하고 부하 측에 정상전압을 지속적으로 유입시켜줄 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 소 전류가 흐르는 중성선에 스위치를 구비시킴으로써, 소용량 스위치의 사용이 가능하여 원가 절감이 가능하고, 스위치에 흐르는 전류가 작아 과열에 의한 스위치의 고장을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 3상 4선 식 전력 계통의 상별 전압 및 전류 흐름도이고,
도 2는 종래 3상 4선 식 전력 계통에서 중성선 단선에 의해 이상전압 발생을 설명하기 위한 설명도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력계통에서 중성선 이상시 재해방재장치의 회로도이고,
도 4는 도 3의 중성선 복구기의 일 실시 예 회로도이며,
도 5는 도 3의 중성선 복구기의 다른 실시 예 회로도이고,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력계통에서 중성선 이상시 재해방재 방법을 보인 흐름도이다.

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 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치의 회로도로서, 전력 공급장치(100)와 연계된 중성선 복구장치(200)를 포함한다.

이러한 중성선 복구장치(200)는 하나의 모듈로 구현하여 제품화하면, 기존에 설치된 전력 기기에도 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다.

전력 공급장치(100)는 한국전력에서 공급해주는 전력을 3상 4선 식(R, S, T, N) 또는 단상 3선식으로 공급해주는 일반적인 전력 공급장치를 의미한다.

중성선 복구장치(200)는 3상 4선식(R, S, T, N) 또는 단상 3선식을 통해 전력을 공급해주는 전력 공급장치(100)와 연계하고, 상기 전력 공급장치(100)에 구비된 중성선(N)의 이상 상태를 검출하여, 중성선의 이상이 검출되면 상별 인덕턴스를 연결하고, 연결된 인던턴스를 복구용 중성선에 접속하여 중성선 복구를 통해 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주는 기능을 수행한다.

이러한 중성선 복구장치(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 복구를 위한 제어신호를 발생하는 제어기(220)와; 상기 제어기(220)에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 전력 공급장치(100)에 구비된 중성선을 복구하여 상별 전압의 평형을 유지하는 중성선 복구기(230)를 포함한다.

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

상기에서 중성선 복구기(230)는 도 4에 도시된 바와 같이, R상의 인덕턴스(L1)와 S상의 인덕턴스(L2)를 연결하기 위한 제1 스위치(M1)와; 상기 S상의 인덕턴스(L2)와 T상의 인덕턴스(L3)를 연결한 후 복구용 중성선(N)에 연결하기 위한 제2스위치(M2)와; 상기 R상의 인덕턴스(L1)와 T상 인덕턴스(L3)를 연결한 후 복구용 중성선(N)에 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 제3 스위치(M3)를 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 중성선 복구기(230)는 전력 계통이 단상 3선식일 경우 도 5에 도시한 바와 같이, 중성선의 연결을 위한 스위치(SSR1, SSR2)와, 각 상과 복구용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 코일(L1 ~ L2)을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중성선 복구장치(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 복구장치(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 신호 입력부(250)는 주지한 바와 같이 경보해제 스위치를 구비한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치는, 한국전력으로부터 공급되는 전력을 1차 변압기를 통해 공급받은 후 전력 공급장치(100)가 Y결선 방식을 통해 분전반 및 배전반 등에 공급해주게 된다.

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

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

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 전력 공급장치(100)에 의해 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 중성선의 전압 및/또는 대지전압을 측정하여, 중성선에 전압이 검출되는지 아니면 대지전압이 검출되는지를 확인하여 중성선의 단선을 판단한다. 또 다른 방법으로서, 중성선과 각 상의 전압 불평형 여부를 판단하여 중성선의 단선을 판단한다. 또 다른 방법으로서, 중성선의 A점과 B점의 전압을 측정하여, 전압 검출 여부로 중성선의 단선을 판단한다. 또 다른 방법으로서, 접촉 불량 검출장치를 통해 중성선 단자의 접촉 불량 여부를 검출하여 중성선의 단선을 판단한다. 또 다른 방법으로 기존에 구비된 결상 보호장치를 이용하여 결상 보호장치의 동작 여부로 중성선의 단선을 판단한다.

이 판단 결과 중성선의 단선으로 판단되면, 중성선 단선 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 복구기(230)를 동작하지 않게 되며, 이와는 달리 중성선 단선이라고 판단이 되면 중성선 복구기(230)를 동작시키게 된다. 즉, 단선 검출 값이 하이신호이면 중성선 단선으로 판단을 하고, 단선 검출 값이 로우신호이면 중성선 단선이 아니라고 판단을 한다.

중성선 복구기(230)는 도 4에 도시한 바와 같이, 내부적으로 복구용 중성선을 구비하고, 상기 제어기(220)에 의해 동작 제어신호가 전달되면, 제1스위치(M1)가 턴-온 상태로 동작을 하여 R상의 인덕턴스(L1)와 S상의 인덕턴스(L2)를 연결하고, 제2스위치(M2)가 턴-온 상태로 동작을 하여 S상의 인덕턴스(L2)와 T상의 인덕턴스(L3)를 연결한 후 복구용 중성선(N)과 연결하게 된다. 아울러 제3스위치(M3)가 턴-온 상태로 동작을 하여 R상의 인덕턴스(L1)와 T상의 인덕턴스(L3)를 연결한 후, 복구용 중성선(N)과 연결하게 된다. 즉, 복구용 중성선(N)은 항상 존재한 상태에서 중성선 단선시 연결된 3상을 복구용 중성선에 연결하여 단선된 중성선을 복구하게 된다. 여기서 제1 내지 제3 스위치는 마그넷 스위치 등을 이용하는 것이 바람직하다.

중성선 복구기(230)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.

또한, 제1 내지 제3 스위치(M1 ~ M3)를 전류가 적게 흐르는 중성선에 접속시킴으로써, 종래와 같이 대용량 스위치를 사용하지 않고 소용량 스위치를 사용하여도 되므로, 장치의 사이즈를 줄일 수 있으며, 소용량 스위치의 사용으로 장치 구현 비용을 절감할 수 있다. 특히, 소용량 스위치를 전류가 적게 흐르는 중성선에 구비시킴으로써, 소용량 스위치에도 상대적으로 흐르는 전류가 적어 종래와 같이 고전류에 의한 과열 등의 발생 현상이 현저하게 줄어들게 되며, 이로 인해 스위치의 고장도 최소화할 수 있는 장점이 있다.

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 및/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 자동으로 부하에 공급되는 전력(단상 전력)을 차단하여, 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 사고를 미리 방지하게 된다.

또한, 본 발명은 주지한 바와 같이, 중성선 단선에 의해 중성선 복구기(230)를 동작시킨 상태에서 단선 검출기(210)를 통해 중성선 단선을 지속적으로 검출하게 되는 데, 이때 중성선 단선으로 인해 중성선 복구기(230)를 동작시켰는데도 불구하고 전압 불평형이 검출되면, 제어기(220)에서 제어신호를 이용하여 자동으로 차단기(LBS, AISS, ASS, VCB, ACB, MCCB, ELB, 기타 등)를 동작시키거나 단상 부하 전력을 차단(M2를 이용하여)하거나, 메인 차단기와 단상 부하 전력을 동시에 차단하여 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하게 된다.

도 5는 상기 중성선 복구기(230)의 다른 실시 예로서, 전력 계통이 단상 3선식일 경우이다. 단상 3선식에서는 중성선 단선으로 판단되면 제어기(220)의 제어하에 스위치(SSR1)(SSR2)가 동작하여 인덕턴스(L1)(L2)를 중성선(N)에 연결하여, 중성선을 복구하게 된다. 중성선 복구시의 동작은 3상 4선식과 동일하다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 "전력계통에서 중성선 이상시 재해방재 방법"을 보인 흐름도로서, (a) 3상 4선 식을 통해 전력이 공급되면 중성선과 대지전압의 검출을 통해 중성선의 단선 여부를 검출하는 단계(S101 ~ S103)와; (b) 상기 검출결과 중성선의 단선으로 판단되면, 중성선 복구장치가 동작하여 단선된 중성선을 복구하는 단계(S105 ~ S107)와; (c) 상기 중성선이 정상적으로 복구되었는지를 확인하여, 정상적으로 복구되었을 경우 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 단계(S109 ~ S111)와; (d) 상기 중성선이 정상적으로 복구되지 않았을 경우 차단기 동작신호를 발생한 후 중성선 단선에 대한 경보를 발생하는 단계(S112, S111)와; (e) 상기 경보 발생 후 경보 해제 요청이 발생하면, 발생한 경보를 해제하는 단계(S113 ~ S115)를 포함한다.

이에 도시된 바와 같이, 먼저 단계 S101에서 전력 공급 장치에 의해 전력이 공급되면, 단계 S103에서 단선 검출기(210)가 중성선의 단선 여부를 검출한다. 여기서 중성선의 단선 여부를 검출하는 방법은 전술한 중성선 이상시 재해방재 장치의 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 복구기(230)를 구동시켜 단선된 중성선을 복구하게 된다(S107). 예컨대, 별도로 중성선을 구비하고, 전력 공급 장치(100)의 중성선(N)이 단선되면 상 전압을 중성선 복구기(230)에 투입하여 상기 별도로 구비한 중성선으로 전력 공급 장치의 중성선을 복구하여, 상별 전압 평형을 이루어 중성선 단선으로부터 발생할 수 있는 과전압으로 인해 단상 전력에 연결된 부하 기기의 소손을 방지하고, 정상 전압을 유지하도록 한다.

이후 단계 S109에서 중성선이 정상적으로 복구되었는지를 확인하여(단선 검출기의 단선 검출 값을 통해 확인), 중성선이 정상적으로 복구되었을 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).

이와는 달리 중성선 복구를 시도한 후 중성선이 정상적으로 복구되지 않았을 경우에는 단계 S112로 이동하여 차단기 동작 제어신호를 발생하고, 이후 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).

예컨대, 본 발명에 따르면 전력 공급 장치의 중성선이 단선되면 자동으로 복구용 중성선으로 자동 복구를 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 과열로 인한 화재나 과전압으로 인한 시스템 고장 등의 사고를 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 중성선 복구에 실패한 경우에는 차단기 동작 제어신호를 발생하여 차단기를 동작시킴으로써, 과전압 등에 의해 후단 기기가 손상되는 것을 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.

100… 전력 공급 장치
200… 중성선 복구장치
210… 단선 검출기
220… 제어기
230… 중성선 복구기
240… 경보 발생기
250… 경보 해제신호 입력부

Claims (5)

1. 전력계통에서 중성선 이상시 과전압에 의해 부하의 전기기기가 손상되거나 과열로 화재가 발생하는 것을 방지하기 위한 방재장치에 있어서,
   단상 3선식(A, N, B) 또는 3상 4선식(R, S, T, N)을 통해 전력을 공급해주는 전력 공급장치와 연계하고, 상기 전력 공급장치에 구비된 중성선의 이상 상태를 검출하여, 중성선의 이상이 검출되면 상별 인덕턴스를 연결하고, 연결된 인덕턴스를 복구용 중성선에 접속하여 중성선 복구를 통해 과전압의 발생을 방지하고 정상전압을 유지시켜주는 중성선 복구장치를 포함하고;
   상기 중성선 복구장치는,
   상기 중성선 전압과 대지전압을 측정하여, 상기 중성선 전압과 대지전압이 검출될 경우 중성선 단선으로 단선 검출 값을 출력하는 단선 검출기; 상기 단선 검출기에 의해 출력된 단선 검출 값으로 단선 여부를 판단하고, 단선시 중성선 복구를 위한 제어신호를 발생하는 제어기; 상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 전력 공급장치에 구비된 중성선을 복구하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 복구기를 포함하고;
   상기 중성선 복구기는,
   R상의 인덕턴스와 S상의 인덕턴스를 연결하기 위한 제1 스위치; 상기 S상의 인덕턴스와 T상의 인덕턴스를 연결한 후 복구용 중성선에 연결하기 위한 제2스위치; 상기 R상의 인덕턴스와 T상 인덕턴스를 연결한 후 복구용 중성선(N)에 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 제3 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서 중성선 이상시 재해 방재장치.
   
   
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