KR101448115B1

KR101448115B1 - 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반

Info

Publication number: KR101448115B1
Application number: KR1020140082236A
Authority: KR
Inventors: 홍춘근
Original assignee: (주)서전기전
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2014-10-08

Abstract

전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반에 있어서, 모선 단락 또는 지락 사고시 발생하는 아크(arc)를 검출하기 위한 광섬유 케이블; 상기 광섬유 케이블의 일단에 구비되며 상기 광섬유 케이블을 통해 광신호를 송신하고 상기 송신되는 광신호를 제1 펄스 신호로 변형하여 송신하는 송신기 및 상기 광섬유 케이블의 타단에 구비되며 상기 광섬유 케이블을 통해 광신호를 수신하고 상기 수신된 광신호를 제2 펄스 신호로 변환하여 송신하는 수신기를 포함하는 아크 감지 송수신 모듈; 아크를 감지하여 아크 감지 신호를 생성하고 생성된 아크 감지 신호를 송신하는 하나 이상의 아크 감지 센서; 상기 섬광 고장 보호 배전반내 이상 전압 또는 이상 전류를 감지하고,감지된 이상 전압 또는 이상 전류의 순시치를 나타내는 이상 신호를 생성하여 송신하는 적어도 하나 이상의 변성기; 상기 아크 감지 송수신 모듈로부터 펄스 신호를 수신하고 상기 아크 감지 센서로부터 아크 감지 신호를 수신하고 상기 변성기로부터 이상 신호를 수신하며, 상기 수신된 펄스 신호, 아크 감지 신호 및 이상 신호를 분석하여 아크 고장 여부를 판단하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 아크 고장임을 판단하면, 트립 신호를 생성하여 송신하는 전자회로 이중화 모듈; 상기 전자회로 이중화 모듈로부터 트립 신호를 수신하여 차단 동작을 수행하는 차단기를 구성한다.

Description

전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반{DISTRIBUTION BOARD FOR PREVENTING FLASH TROUBLE BY ELECTRICAL SHORT}

본 발명은 배전반에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반에 관한 것이다.

도 1은 배전반의 사시도이다.

도 1의 배전반은 아파트, 빌딩, 공장 및 변전소 등의 전력 수용가 측에 설치되어 특고압의 전력을 수전 및 배전하는 설비이며, 통상적으로는 수배전반을 보호하기 위해 부하 개폐기, 계기용 변류기, 진공차단기, 보호 계전기 등이 배전반 내부에 구비된다.

이러한 수배전반 내부에 구비된 기기들은 선로를 개폐하거나 단락 등의 사고가 발생할 경우에 전류를 차단하는 기기들이 주를 이루며 단락 등의 사고뿐만 아니라 정상적인 운전 상태에서도 선로를 개폐하여 전력을 안전하게 공급한다.

그러나 종래 기기들은 수배전반 내 단락 또는 지락 사고로 인한 아크(arc) 발생시 보호 계전기가 사고 전류를 감지하는데 걸리는 시간이 50 ms 정도이고, 차단기가 주전원을 차단하는 시간이 50 ms 정로서, 아크 제거에 소요되는 시간이 총 100 ms 이상 길어진다. 아크의 발생 시간과 그 영향에 비하면 상당히 긴 시간에 상당하다.

최초 아크 발생 이후 10 ms 내지 15ms 전후의 시간에 아크가 방출하는 에너지에 의해 열적 온도 13000 K, 압력 2×105Pa까지 상승하며 50 ms 이상 아크가 지속되면 열 에너지 및 내부 압력 급상승이 일어나게 된다. 100ms 이상 아크가 지속되면 케이블 화재가 발생할 수 있고, 200 ms 이상 아크가 지속되면 열에 의한 철재 배전반의 변형이 발생할 수 있다.

그러므로, 아크로 인한 열 및 압력을 제때 차단하지 못하게 되면, 강력한 빛과 고온/고압으로 인한 인명 피해, 각종 인접 기기 파손과 화재뿐만 아니라 장시간 정전 등의 피해를 초래할 수 있다는 문제점이 있다.

한편, 종래의 아크 감지에 의해 차단 동작을 수행하는 배전반은 다음과 같다.

등록특허공보 10-0996627는 아크 센서가 적용된 고압/저압 배전반 시스템을 개시하고 있다.

그런데, 이 배전반 시스템은 대략 아크 감지 소요에만 10 ms가 소요되고 차단기의 차단 시간에 50 ms가 소요되며 총 60 ms 내에 사고 전류를 차단하도록 구성된다. 그런데, 이 정도의 시간으로는 상당한 피해와 손상을 충분히 야기할 수 있으며, 그 이후에는 배전반 교체라든가 장기간 보수가 불가피할 수 있다.

등록특허공보 10-1397946은 아크 플래시 라인 센서 및 루프 센서를 구비한 아크 감지 배전반에 대해 개시하고 있다. 이 배전반은 일반적인 광 섬유 센서를 설치하여 아크 플래시를 감지하는데, 케이블 덕트(cable duct)라든가 꺾여지는 부분에는 광 섬유 센서의 설치가 곤란하며 광섬유 케이블이 길어짐에 따라 광 센서의 감도나 센서 감지 시간이 길어지는 문제점이 있다. 아울러 차단기의 차단 시간도 길어질 수 있다.

한편, 이러한 등록특허공보의 배전반들은 하나의 프로세서에 의해 동작 제어가 되므로, 프로그램이 다운되거나 이상이 발생하면 아크 차단 동작 자체가 불가해지는 문제점이 있다. 이러한 경우, 프로세서의 고장만으로 배전반의 아크 감지와 차단이 안되어 배전반의 손상이나 화재로 쉽게 이어질 수 있는 문제점이 있다.

대한민국특허청 등록특허공보 10-0996627 대한민국특허청 등록특허공보 10-1397946

본 발명의 목적은 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적에 따른 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반은, 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반에 있어서, 모선 단락 또는 지락(grounding) 사고시 발생하는 아크(arc)를 검출하기 위한 광섬유 케이블(optical fiber cable); 상기 광섬유 케이블의 일단에 구비되며 상기 광섬유 케이블을 통해 광신호를 송신하고 상기 송신되는 광신호를 제1 펄스 신호(the first pulse signal)로 변형하여 송신하는 송신기 및 상기 광섬유 케이블의 타단에 구비되며 상기 광섬유 케이블을 통해 광신호를 수신하고 상기 수신된 광신호를 제2 펄스 신호(the second pulse signal)로 변환하여 송신하는 수신기를 포함하는 아크 감지 송수신 모듈; 아크를 감지하여 아크 감지 신호를 생성하고 생성된 아크 감지 신호를 송신하는 하나 이상의 아크 감지 센서; 상기 섬광 고장 보호 배전반내 이상 전압 또는 이상 전류를 감지하고,감지된 이상 전압 또는 이상 전류의 순시치를 나타내는 이상 신호를 생성하여 송신하는 적어도 하나 이상의 변성기; 상기 아크 감지 송수신 모듈로부터 펄스 신호를 수신하고 상기 아크 감지 센서로부터 아크 감지 신호를 수신하고 상기 변성기로부터 이상 신호를 수신하며, 상기 수신된 펄스 신호, 아크 감지 신호 및 이상 신호를 분석하여 아크 고장 여부를 판단하는 마이크로프로세서(microprocessor); 상기 마이크로프로세서에서 아크 고장임을 판단하면, 트립 신호(trip signal)를 생성하여 송신하는 전자회로 이중화 모듈; 상기 전자회로 이중화 모듈로부터 트립 신호를 수신하여 차단 동작을 수행하는 차단기를 포함하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 마이크로프로세서는, 상기 송신기로부터 수신하는 펄스 신호 및 상기 수신기로부터 수신하는 펄스 신호의 차이를 대비하여 아크 검출 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

좀 더 구체적으로는, 상기 마이크로프로세서는, 상기 아크 감지 송수신 모듈의 펄스 신호를 대비하여 아크를 검출한 것으로 판단하고 상기 변성기로부터 이상 신호를 수신하는 경우 또는 상기 아크 감지 센서로부터 아크 감지 신호를 수신하고 상기 변성기로부터 이상 신호를 수신하는 경우에는 아크 고장인 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 마이크로프로세서는, 상기 아크 감지 송수신 모듈의 펄스 신호를 대비하여 아크를 검출한 것으로 판단하고 상기 변성기로부터 이상 신호를 수신하지 않는 경우 또는 상기 아크 감지 센서로부터 아크 감지 신호를 수신하고 상기 변성기로부터 이상 신호를 수신하지 않는 경우에는 아크 고장이 아닌 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.

한편, 외부 조도를 실시간 감지하고, 감지된 외부 조도를 나타내는 외부 조도 신호를 생성하여 상기 마이크로프로세서로 송신하는 조도 감지 센서를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 마이크로프로세서는, 상기 조도 감지 센서로부터 외부 조도 신호를 수신하고 수신된 외부 조도 신호를 상기 펄스 신호 또는 상기 아크 감지 신호와 각각 대비하고, 대비 결과 상기 펄스 신호 또는 상기 아크 감지 신호가 상기 외부 조도 신호보다 소정 임계치 이상 크면 아크 고장인 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 전자회로 이중화 모듈은, 1 ms 내에 트립 신호를 생성하여 차단기로 송신하고, 상기 차단기는, 50 ms 내에 차단 동작을 수행하도록 구성되는 것이 바람직하다.

다른 한편, 상기 마이크로프로세서가 아크 고장임을 판단하면 아크 고장 신호를 상기 마이크로프로세서로부터 상기 전자회로 이중화 모듈로 전달하는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 소자를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 아크 감지 송수신 모듈은, 상기 송신기 및 수신기 간에 광 신호가 송수신되면, 해당 동작 상태를 표시하는 한 쌍의 LED(light emitting diode)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 아크 감지 송수신 모듈은, 상기 송신기에 구비되며 상기 송신기에서 송신하는 광 신호의 크기를 변경하여 광 감도를 조절하는 광 감도 조절기를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

상술한 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반에 의하면, 광 유 케이블과 아크 감지 센서를 적재적소에 복합적으로 활용하여 아크를 감지하도록 구성됨으로써, 아크에 의한 트립 신호를 1 ms 이내로 신속하게 출력하도록 하고 주전원 차단 동작이 50 ms 미만에서 수행되도록 구성됨으로써, 아크 사고로부터 전력 설비의 손상과 화재, 인명 피해 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.

즉, 배전반 내에서 덕트나 꺾이는 부분에는 아크를 직접 감지 가능한 아크 감지 센서를 설치하고 그렇지 않은 부분에는 신속한 감지 속도를 갖는 광섬유 케이블을 설치함으로써, 배전반 구석구석에서 빠짐없이 아크를 감지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 마이크로프로세서가 아크의 위험성을 판단하고, 이와는 별도로 전자회로 이중화 모듈에서 트립 신호를 생성하도록 구성됨으로써, 마이크로프로세서의 다운(down)이라든가 동작 불능 상태에서도 트립 신호의 생성에는 문제가 없도록 구성됨으로써, 시스템의 안정화에 기여하는 효과가 있다.

도 1은 배전반의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반의 블록 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반의 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반(이하, '섬광 고장 보호 배전반'이라 함)(100)은 광섬유 케이블(optical fiber cable)(110), 아크 감지 송수신 모듈(120), 아크 감지 센서(130), 변성기(140), 마이크로프로세서(microprocessor(150), 전자회로 이중화 모듈(160), 차단기(170), 조도 감지 센서(180), IGBT(insulated gate bipolar transistor) 소자(190)를 포함하도록 구성될 수 있다.

섬광 고장 보호 배전반(100)은 광섬유 케이블(110) 및 아크 감지 송수신 모듈(120)과 아크 감지 센서(130)를 필요한 위치에 각각 설치하여 아크를 신속하고 정확하게 감지하도록 구성된다. 대략 1 ms 내에 트립 신호를 출력하고 50 ms 내에 차단이 가능하도록 구성된다.

덕트(duct)와 같은 꺽여지는 부분에는 광섬유 케이블(110)을 설치하기 곤란하므로 광섬유 케이블(110) 대신에 아크 감지 센서(130)를 이용하여 아크를 검출하도록 구성된다.

섬광 고장 보호 배전반(100)의 상단 공간에는 주로 광섬유 케이블(110)을 설치하고, 섬광 고장 보호 배전반(1000의 하단의 복잡한 공간에는 주로 아크 감지 센서(130)를 설치하여 아크를 검출하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이에, 섬광 고장 보호 배전반(100)에는 아크 플래시를 감지하지 못하는 영역이 발생하지 않게 된다.

한편, 아크 위험성의 판단은 마이크로프로세서(150)에서 수행하고 트립 신호(trip signal)의 생성은 전자회로 이중화 모듈(160)에서 수행할 수 있도록 분리 구성됨으로써, 마이크로프로세서(150)에 일시적 오동작이 발생하더라도 트립 신호에 의한 동작에는 전혀 문제가 발생하지 않도록 구성된다.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

광섬유 케이블(110)은 모선 단락 또는 지락(grounding) 사고시 발생하는 아크(arc)를 검출하기 위한 구성이다.

광섬유 케이블(110)의 광 신호는 아크에 의해 영향을 많이 받기 때문에 아크가 발생하면 광 신호의 왜곡(distortion)을 감지하여 간접적으로 아크의 발생 여부를 감지할 수 있게 된다.

아크 감지 송수신 모듈(120)은 송신기(121) 및 수신기(122)의 쌍으로 구성될 수 있다. 그리고 아크 감지 송수신 모듈(120)은 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

송신기(121)는 광섬유 케이블(110)의 일단에 구비되며, 수신기(122)는 광섬유 케이블(110)의 타단에 구비된다.

송신기(121)에서는 미리 정해진 광신호를 지속적으로 수신기(122)로 송신하고 수신기(122)는 광신호를 수신하도록 구성된다.

한편, 송신기(121)는 송신되는 광신호를 제1 펄스 신호로 변환하여 마이크로프로세서(150)로 송신하며, 수신기(122) 역시 수신되는 광신호를 제2 펄스 신호로 변환하여 마이크로프로세서(150)로 송신하도록 구성된다.

이때, 송신되는 광신호와 수신되는 광신호는 서로 동기화되어 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호로 변환되며, 변환되는 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호 역시 서로 동기화되어 마이크로프로세서(150)로 송신된다.

광섬유 케이블(110)상의 광신호가 아크에 의해 변형이 되면, 변형된 광신호가 변환된 제2 펄스 신호 역시 제1 펄스 신호와 달라지게 된다. 이에, 제1 펄스 신호와 제2 펄스 신호를 대비하여 아크의 발생 여부를 알 수 있게 된다.

아크 감지 송수신 모듈(120)은 섬광 고장 보호 배전반(100)에서 덕트(duct)와 같은 꺽여지는 영역이 아닌 곳에 배치될 수 있다. 특히, 광섬유 케이블(110)은 꺽이지 않은 상태로 설치되는 것이 바람직하다.

여기서, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호는 마이크로프로세서 I/O 인터페이스(151)를 통해 마이크로프로세서(150)로 송신될 수 있다.

그리고 아크 감지 송수신 모듈(120)은 송신기(121)로부터 고아신호가 송신되어 수신기(122)에서 광신호가 수신되면, 해당 동작 상태를 표시하고, 광센서 송수신 회로의 건전성을 모니터링하는 역할을 하는 한 쌍의 LED(light emitting diode)(121a)(122a)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

LED(121a)는 송신기(121)에 구비되고 LED(122a)는 수신기(122)에 구비될 수 있다. LED(121a)(122a)는 전원이 입력되면 특정 색상을 발광하다가 광 신호 송수신 동작이 이루어지면 점멸을 하도록 구성될 수 있다.

그리고 아크 감지 송수신 모듈(120)의 송신기(121)에 구비되어 광 감도를 조절하는 광 감도 조절기(121b)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

광 감도 조절기(121b)는 송신기(121)에서 송신하는 광 신호의 크기를 변경하여 광 감도를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 신호의 크기를 크게하면 광 감도는 더 좋아질 수 있게 된다.

아크 감지 센서(130)는 아크를 감지하여 아크 감지 신호를 생성하고 생성된 아크 감지 신호를 마이크로프로세서(150)로 송신하도록 구성될 수 있다. 이때, 마찬가지로 마이크로프로세서 I/O 인터페이스(151)를 통해 송신될 수 있다.

아크 감지 센서(130) 역시 하나 이상 구비될 수 있으며, 덕트와 같은 꺽이는 영역이나 좁은 공간 등과 같인 광섬유 케이블(110)의 설치가 곤란한 공간에 설치될 수 있다.

아크 감지 센서(130)는 아크에 의한 적외선이나 자외선을 통해 아크의 발생을 감지하도록 구성될 수 있다.

즉, 광섬유 케이블(110)에 의해 감지하는 것이 곤란한 공간에 아크 감지 센서(130)를 통해 아크를 감지하여 보완하도록 구성된다.

변성기(140)는 섬광 고장 보호 배전반(100) 내에서 이상 전압 또는 이상 전류를 감지하고, 감지된 이상 전압 또는 이상 전류의 실시간 순시치를 나타내는 이상 신호를 생성하여 마이크로프로세서(150)로 송신하도록 구성될 수 있다.

이때, 이상 신호는 마이크로프로세서 I/O 인터페이스(151)를 통해 송신될 수 잇으며, 변성기(140)는 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

마이크로프로세서(150)는 앞서 언급한 바와 같이 아크 감지 송수신 모듈(120)의 송신기(121) 및 수신기(122)로부터 각각 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 수신하고 아크 감지 센서(130)로부터 아크 감지 신호를 수신하고 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.

그리고 마이크로프로세서(150)는 펄스 신호, 아크 감지 신호 및 이상 신호를 분석하여 아크 고장 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

마이크로프로세서(150)는 이러한 정보를 이용하여 다양한 알고리즘에 따라 아크 고장 여부를 판단할 수 있다.

바람직하게는, 아크가 감지되더라도 전류나 전압에 이상이 없다면 아크 고장이 아닌 것으로 판단하도록 구성될 수 있다. 아크는 매우 짧은 순간순간마다 수시로 발생하며, 큰 위험이나 화재로 이어지지 않는 경우도 많기 때문에, 전류나 전압에 이상이 동시에 발생하지 않는다면 위험성이 높지 않은 아크일 가능성이 높기 때문이다.

이에, 마이크로프로세서(150)는 아크 감지 송수신 모듈(120)로부터 펄스 신호를 수신하고 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하는 경우 또는 아크 감지 센서(130)로부터 아크 감지 신호를 수신하고 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하는 경우, 아크 고장인 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.

물론, 마이크로프로세서(150)는 아크 감지 송수신 모듈(120)로부터 펄스 신호를 수신하지 않거나 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하지 않는 경우에는 아크 발생이 아닌 것으로 판단한다.

그리고 마이크로프로세서(150)는 아크 감지 송수신 모듈(120)로부터 펄스 신호를 수신하거나 아크 감지 센서(130)로부터 아크 감지 신호를 수신하더라도, 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하지 않으면 아크 고장이 아닌 것으로 판단하도록 구성될 수 있다. 즉, 아크는 발생하였다 하더라도 아크의 영향이 미미한 것으로 볼 수 있다.

전자회로 이중화 모듈(160)은 마이크로프로세서(150)에서 아크 고장인 것으로 판단하면, 트립 신호(trip signal)를 생성하여 차단기(170)로 송신하도록 구성될 수 있다.

마이크로프로세서(150)와 전자회로 이중화 모듈(160)은 기능적으로 릴레이(realy)를 구성하게 되는데, 본 발명은 이와 같이 마이크로프로세서(150)와 전자회로 이중화 모듈(160)로 분리시키는 특징이 있다.

이와 같은 분리 구성에 의해 마이크로프로세서(150)에 기능적인 이상이 발생할 경우에도 트립 신호의 생성이나 송신에 문제가 없도록 할 수 있다.

차단기(170)는 전자회로 이중화 모듈(160)로부터 트립 신호를 수신하여 차단 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 차단기(170)는 3주기(3 cycle) 차단이 가능하도록 구성될 수 있다.

전자회로 이중화 모듈(160)은 1 ms 내에 트립 신호를 생성하여 차단기(170)로 송신하고, 차단기(170)는 50 ms 내에 차단 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.

상기 전자회로 이중화 모듈(160)은 1차 및 2차 트립신호 전달 기능이 구비되어 있으며, 1차 트립신호는 상기 마이크로프로세서(150)에 의해 제어되고 1차 트립 코일을 작동시키며, 2차 트립신호는 마이크로프로세서(150)를 통하지 않는 별개의 정지형 릴레이를 사용하여 2차 트립 코일을 작동시켜 감지된 광이 최소 감지값 이상일 때 순시로 SHUNT-TRIP릴레이를 작동하여 1 ms 내에 트립 신호를 생성하여 차단기(170)로 송신한다.

조도 감지 센서(180)는 외부 조도를 실시간 감지하도록 구성될 수 있다.

조도 감지 센서(180)는 감지된 외부 조도를 나타내는 외부 조도 신호를 생성하여 마이크로프로세서(150)로 송신하도록 구성될 수 있다.

이때, 마이크로프로세서(150)는 조도 감지 센서(180)로부터 외부 조도 신호를 수신하여 아크 고장 여부를 판단하는데 참조하도록 구성될 수 있다.

외부 조도가 너무 높은 경우에는, 아크를 제대로 감지하지 못하고 외부 조도에도 아크로 오판할 수 있기 때문이다.

이에, 마이크로프로세서(150)는 외부 조도 신호를 펄스 신호 또는 아크 감지 신호와 각각 대비하고, 대비 결과 펄스 신호 또는 아크 감지 신호가 외부 조도 신호보다 소정 임계치 이상 크면 아크 고장 여부로 판단하도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 적어도 외부 조도보다는 높아야 아크로 인식될 수 있도록 구성될 수 있다.

IGBT 소자(190)는 마이크로프로세서(150)가 아크 고장임을 판단하여 아크 고장 신호를 생성하면 아크 고장 신호를 마이크로프로세서(150)로부터 전자회로 이중화 모듈(160)로 전달하도록 구성될 수 있다.

IGBT 소자(190)는 아크 고장 신호의 인가에 따라 스위치 동작을 하여 전자회로 이중화 모듈(160)의 동작을 개시할 수 있게 한다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: 광섬유 케이블 120: 아크 감지 송수신 모듈
121: 송신기 121a: LED
121b: 광 감도 조절기 122a: LED
130: 아크 감지 센서 140: 변성기
150: 마이크로프로세서 151: 마이크로프로세서 I/O 인터페이스
160: 전자회로 이중화 모듈 170: 차단기
180: 조도 감지 센서 190: IGBT 소자

Claims

전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반에 있어서,
모선 단락 또는 지락(grounding) 사고시 발생하는 아크(arc)를 검출하기 위한 광섬유 케이블(optical fiber cable)(110);
상기 광섬유 케이블(110)의 일단에 구비되며 상기 광섬유 케이블(110)을 통해 광신호를 송신하고 상기 송신되는 광신호를 제1 펄스 신호(the first pulse signal)로 변형하여 송신하는 송신기(121) 및 상기 광섬유 케이블(110)의 타단에 구비되며 상기 광섬유 케이블(110)을 통해 광신호를 수신하고 상기 수신된 광신호를 제2 펄스 신호(the second pulse signal)로 변환하여 송신하는 수신기(122)를 포함하는 아크 감지 송수신 모듈(120);
아크를 감지하여 아크 감지 신호를 생성하고 생성된 아크 감지 신호를 송신하는 하나 이상의 아크 감지 센서(130);
상기 섬광 고장 보호 배전반내 이상 전압 또는 이상 전류를 감지하고, 감지된 이상 전압 또는 이상 전류의 순시치를 나타내는 이상 신호를 생성하여 송신하는 적어도 하나 이상의 변성기(140);
상기 아크 감지 송수신 모듈(120)로부터 펄스 신호를 수신하고, 상기 아크 감지 센서(130)로부터 아크 감지 신호를 수신하고, 상기 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하며, 상기 수신된 펄스 신호, 아크 감지 신호 및 이상 신호를 분석하여 아크 고장 여부를 판단하는 마이크로프로세서(microprocessor)(150);
상기 마이크로프로세서(150)에서 아크 고장임을 판단하면, 트립 신호(trip signal)를 생성하여 송신하는 전자회로 이중화 모듈(160);
상기 전자회로 이중화 모듈(160)로부터 트립 신호를 수신하여 차단 동작을 수행하는 차단기(170)를 포함하며,
외부 조도를 실시간 감지하고, 감지된 외부 조도를 나타내는 외부 조도 신호를 생성하여 상기 마이크로프로세서(150)로 송신하는 조도 감지 센서(180)를 더 포함하도록 구성되고,
상기 마이크로프로세서(150)는,
상기 조도 감지 센서(180)로부터 외부 조도 신호를 수신하고 수신된 외부 조도 신호를 상기 펄스 신호 또는 상기 아크 감지 신호와 각각 대비하고, 대비 결과 상기 펄스 신호 또는 상기 아크 감지 신호가 상기 외부 조도 신호보다 소정 임계치 이상 크면 아크 고장인 것으로 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반.
제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(150)는,
상기 아크 감지 송수신 모듈(120)의 펄스 신호를 대비하여 아크를 검출한 것으로 판단하고 상기 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하는 경우 또는 상기 아크 감지 센서(130)로부터 아크 감지 신호를 수신하고 상기 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하는 경우에는 아크 고장인 것으로 판단하도록 구성되고,
상기 아크 감지 송수신 모듈(120)의 펄스 신호를 대비하여 아크를 검출한 것으로 판단하고 상기 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하지 않는 경우 또는 상기 아크 감지 센서(130)로부터 아크 감지 신호를 수신하고 상기 변성기(140)로부터 이상 신호를 수신하지 않는 경우에는 아크 고장이 아닌 것으로 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전자회로 이중화 모듈(160)은,
1차 및 2차 트립신호 전달 기능이 구비되어 있으며, 1차 트립신호는 상기 마이크로프로세서(150)에 의해 제어되고 1차 트립 코일을 작동시키며, 2차 트립신호는 마이크로프로세서(150)를 통하지 않는 별개의 정지형 릴레이를 사용하여 2차 트립 코일을 작동시켜 감지된 광이 최소 감지값 이상일 때 순시로 SHUNT-TRIP릴레이를 작동하여 1 ms 내에 트립 신호를 생성하여 차단기(170)로 송신하고,
상기 차단기(170)는,
50 ms 내에 차단 동작을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반.
제1항에 있어서,
상기 마이크로프로세서(150)가 아크 고장임을 판단하면 아크 고장 신호를 상기 마이크로프로세서(150)로부터 상기 전자회로 이중화 모듈(160)로 전달하는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 소자(190)를 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반.
제1항에 있어서, 상기 아크 감지 송수신 모듈(120)은,
상기 송신기(121) 및 수신기(122) 간에 광 신호가 송수신되면, 해당 동작 상태를 표시하고, 광센서 송수신 회로의 건전성을 모니터링하는 역할을 하는 한 쌍의 LED(light emitting diode)(121a)(122a)를 더 포함하도록 구성되고,
상기 송신기(121)에 구비되며 상기 송신기(121)에서 송신하는 광 신호의 크기를 변경하여 광 감도를 조절하는 광 감도 조절기(121b)를 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기적 단락에 의한 섬광 고장 보호 배전반.