KR101631658B1 - 통합형 모터 보호계전기 - Google Patents

통합형 모터 보호계전기 Download PDF

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KR101631658B1 KR1020150060754A KR20150060754A KR101631658B1 KR 101631658 B1 KR101631658 B1 KR 101631658B1 KR 1020150060754 A KR1020150060754 A KR 1020150060754A KR 20150060754 A KR20150060754 A KR 20150060754A KR 101631658 B1 KR101631658 B1 KR 101631658B1
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Abstract

본 발명은 전력 감시 기능과 절연저항 감시 기능이 단일의 보호계전기에 통합된 통합형 모터 보호계전기에 관한 것으로서, 모터에 공급되는 전기적 신호를 검출하여 이상 발생 시에 모터 보호를 위한 트립 신호를 출력하는 모터 보호계전기에 있어서, 상기 모터의 트립 조건에 해당되는 트립 설정값을 입력하고, 상기 모터 보호계전기의 판단 결과를 수신하여 화면 출력하는 유저 인터페이스부; 상기 모터의 전원 공급라인으로부터 전압, 전류, 및 지락 전류를 검출하여 전력 감시 파라미터를 출력하는 전력 감시부; 상기 모터의 코일에 측정용 전원을 공급하고, 측정용 전원에 대응하는 코일의 누설전류를 측정하여 절연저항 감시 파라미터를 출력하는 절연저항 감시부; 상기 절연저항 감시 파라미터로부터 극성지수를 연산하여 극성지수 파라미터를 출력하는 극성지수 연산부; 상기 유저 인터페이스부로부터 입력된 트립 설정값과 상기 전력 감시부, 절연저항 감시부, 및 극성지수 연산부의 출력 파라미터를 비교 판단하여 트립 신호를 생성하고, 판단 결과를 상기 유저 인터페이스부로 출력하는 마이크로 컨트롤러; 상기 마이크로 컨트롤러의 트립 신호를 외부 기기로 출력하는 트립신호 출력부; 및 상기 트립신호 발생 시에 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고신호 출력부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 단일의 보호계전기에 전력 감시부와 절연저항 감시부를 구비하여 모터의 가동 중엔 전력 감시를 실시하고 모터의 정지 시엔 절연저항 감시를 실시함으로써, 모터의 보호체계를 일원화하여 유지보수를 용이하게 하며, 극성지수 연산부에서 연산한 극성지수를 이용하여 모터의 절연 불량에 대한 판단을 강화함으로써 절연 불량에 의한 모터의 사고 발생 전에 모터를 보다 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

통합형 모터 보호계전기{INTEGRATED RELAY FOR PROTECTING MOTOR}
본 발명은 다양한 모터 보호 기능이 통합된 통합형 모터 보호계전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력 감시 기능 및 절연저항 감시 기능이 단일의 보호계전기에 통합되며, 극성지수를 감시하여 모터의 절연 불량을 보다 높은 정확도로 검출할 수 있도록 한 통합형 모터 보호계전기에 관한 것이다.
일반적으로, 공장 등의 산업 현장에서는 고압용 대형 모터에서 저압용 소형 모터에 이르기까지 다양한 모터들이 이용되고 있다. 대규모 공장에서 운영되는 고압용 모터의 경우, 대부분 분산제어시스템(DCS: Distributed Control System)을 활용하여 모터를 보호하거나 고장 예방을 관리하고 있다. 하지만, 소규모 공장에서 주로 운영되고 있는 저압용 소형 모터의 경우에는 보호계전기를 이용하여 모터의 보호를 실시하고 있다.
모터 보호계전기는 모터에 입력되는 전압, 전류, 지락 전류를 검출하여 과전류, 부족 전류, 과전압, 부족 전압, 지락 사고 전류 등과 함께 단락 전류, 역상, 결상, 전류 불평형 등과 같은 상태를 판단하여 트립 신호를 출력하는 전력 감시형 보호계전기가 일반적이다. 이와 같은 전력 감시형 보호계전기는 통상 모터의 동작 중에 전력 감시를 수행하여 보호 동작을 수행한다.
전력 감시형 보호계전기는 점차 발전하여 최근에는 디지털 방식의 보호계전기가 사용되고 있다. 디지털 방식의 보호계전기는 전압, 전류, 지락 전류 등의 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하고, 변환된 디지털 데이터를 판별하여 트립 신호를 출력한다. 예를 들어, 대한민국 특허공개 제10-2005-0047327호의 디지털 계전기는 다양한 전력 감시 파라미터를 이용하여 이상 발생을 판별하며, 디지털 방식을 이용하여 경보 발생 수단에 이르는 배선을 줄이고 있다.
다른 예로 대한민국 특허등록 제10-0637806호의 디지털 복합계전기가 개시되어 있지만, 단일 칩으로 구성된 DSP(Digital Signal Processor) 칩이 샘플링하여 얻은 디지털 데이터를 전용 알고리즘에 따라 필요한 연산을 하고, 지정된 설정값과 비교하여 판단하고, 판단 결과에 따라 트립 신호를 출력하는 복합적인 기능을 모두 수행함으로 인해, 이상 현상 감지에 대응하여 트립 신호를 신속하게 출력하지 못하는 문제점이 있다. 단락 전류의 경우 신속한 차단이 이루어지지 않는다면, 모터의 단락이 1차측 메인 차단기 및 전력 계통으로 영향을 미치는 등 사고가 확대되는 문제점이 발생된다.
한편, 모터는 회전에 의한 진동 또는 절연 열화 등의 요인으로 코일의 절연저항이 낮아진다. 이에 모터는 코일의 절연저항을 주기적으로 측정하여 규정치 이하일 경우 동작을 중지하고 보수를 해야 한다. 만약 절연 상태가 불량한 모터를 가동하면, 코일이 소손되거나 과전류가 흘러 모터의 파손이 유발될 수 있다.
그런데, 종래에는 전력 감시형 보호계전기와 별도로 절연저항 측정이 이루어졌다. 예를 들어, 종래의 절연저항 측정은 모터를 정지시킨 후 작업자가 안전을 위해 모터의 입력단에 설치된 차단기를 개방시키고, 모터의 코일과 케이스 사이를 절연저항계로 측정하는 것으로 수행되었다.
수동 방식으로 절연저항을 측정하는 방식에서 벗어나, 대한민국 특허공개 제10-2001-0099281호의 모터 절연저항 측정장치는 모터의 기동 전에 절연저항을 측정하도록 구성되며, 절연저항 측정값이 설정값보다 작으면 모터의 전원 공급을 자동으로 차단함으로써 모터의 손상을 방지하고 있다.
하지만, 동 선행문헌은 절연저항을 측정하기에 앞서 모터의 상태를 확인하지 않는 문제점이 있다. 예컨대, 모터가 가동과 정지를 반복할 때 모터가 정지되어도 회전자의 관성에 의해 모터의 회전이 유지되는 경우가 있다. 이러한 경우에도 모터의 기동 전에 절연저항을 측정한다면, 모터의 회전에 의한 역기전력에 의해 정확한 절연저항 값을 얻을 수 없다. 또한, 모터에 전원이 차단된 이후에도 유도 전류나 충전 전류가 흐를 경우, 이러한 전류가 완전히 방전되지 않은 상태에서 절연저항을 측정하는 경우에도 정확한 절연저항 값을 얻을 수 없다.
나아가, 모터의 고정자 코일 절연상태가 불량해지는 것은 진동이나 쇼크 이외에 수분을 함유하는 유기 분말에 의해 서서히 진행될 수도 있으며, 물 분자들이 정렬되어 극성을 갖는 데는 소정의 시간이 소요된다. 하지만, 종래에는 단 1회의 절연저항 측정으로 모터의 절연상태를 검출함으로 인해, 수분에 의한 극성화를 파악하는 것이 불가능하였다. 이로 인해 절연저항 측정에서는 양호한 것으로 판단되었으나, 모터의 기동 이후 소정 시간이 흐른 뒤에 수분에 의한 극성화로 인해 절연이 불량해지는 경우가 발생되었다.
대한민국 특허공개 제10-2005-0047327호 대한민국 특허등록 제10-0637806호 대한민국 특허공개 제10-2001-0099281호
본 발명은 전력 감시 기능과 절연저항 감시 기능을 단일의 보호계전기에 통합하여 모터의 이상 판단 및 트립 신호 출력을 일원화하고 모터의 관리를 용이하게 하며, 단순히 절연저항 측정에 그치지 않고 수분에 의한 극성화를 판단하여 모터의 절연 불량 판단을 수행함으로써, 모터의 보호체계를 강화한 새로운 통합형 모터 보호계전기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 통합형 모터 보호계전기는, 모터에 공급되는 전기적 신호를 검출하여 이상 발생 시에 모터 보호를 위한 트립 신호를 출력하는 모터 보호계전기에 있어서, 상기 모터의 트립 조건에 해당되는 트립 설정값을 입력하고, 상기 모터 보호계전기의 판단 결과를 수신하여 화면 출력하는 유저 인터페이스부; 상기 모터의 전원 공급라인으로부터 전압, 전류, 및 지락 전류를 검출하여 전력 감시 파라미터를 출력하는 전력 감시부; 상기 모터의 코일에 측정용 전원을 공급하고, 측정용 전원에 대응하는 코일의 누설전류를 측정하여 절연저항 감시 파라미터를 출력하는 절연저항 감시부; 상기 절연저항 감시 파라미터로부터 극성지수를 연산하여 극성지수 파라미터를 출력하는 극성지수 연산부; 상기 유저 인터페이스부로부터 입력된 트립 설정값과 상기 전력 감시부, 절연저항 감시부, 및 극성지수 연산부의 출력 파라미터를 비교 판단하여 트립 신호를 생성하고, 판단 결과를 상기 유저 인터페이스부로 출력하는 마이크로 컨트롤러; 상기 마이크로 컨트롤러의 트립 신호를 외부 기기로 출력하는 트립신호 출력부; 및 상기 트립신호 발생 시에 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고신호 출력부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 통합형 모터 보호계전기는, 상기 극성지수 연산부는 아래의 (수식1)로부터 극성지수를 연산하며, 상기 마이크로 컨트롤러는 상기 극성지수 연산부에서 출력되는 극성지수가 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우 절연불량으로 판단한다.
(수식1) PI = R10/R1
여기서, PI는 극성지수, R10은 절연저항 측정 개시 10분 후 측정된 절연저항 값, R1은 절연저항 측정 개시 1분 후 측정된 절연저항 값이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 통합형 모터 보호계전기는, 상기 모터에 장착되어 모터의 진동을 측정하는 진동 감지센서와, 상기 진동 감지센서에서 검출된 신호로부터 상기 모터의 진동 주파수를 연산하는 진동 주파수 연산부를 더 포함하며, 상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 연산부의 출력으로부터 상기 모터의 이상을 판단한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 통합형 모터 보호계전기는, 상기 전력 감시부는, 상기 모터의 전원 입력측에 설치된 계기용 변성기로부터 전압 및 전류를 추출하여 샘플링하고 전압 및 전류 실효치를 연산하는 전압 검출부 및 전류 검출부와, 상기 모터의 전원 입력측에 설치된는 영상 변류기의 출력으로부터 지락 전류 신호를 추출하여 샘플링하고 지락 전류 실효치를 연산하는 지락 전류 검출부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 통합형 모터 보호계전기는, 상기 절연저항 감시부는, 상기 모터의 코일에 공급할 측정용 전원을 생성하는 측정용 전원 공급부와, 상기 측정용 전원 공급부의 출력단자에 연결되어 측정용 전원을 통과시키고 통과되는 전류를 측정하는 누설전류 측정부와, 상기 누설전류 측정부를 통과한 측정용 전원을 상기 모터의 코일에 연결되는 전원라인에 선택적으로 공급하는 스위칭부를 포함한다.
본 발명의 통합형 모터 보호계전기에 따르면, 단일의 보호계전기에 전력 감시부와 절연저항 감시부를 구비하여 모터의 가동 중엔 전력 감시를 실시하고 모터의 정지 시엔 절연저항 감시를 실시함으로써 모터의 보호체계를 일원화하여 유지보수를 용이하게 하며, 극성지수 연산부에서 연산한 극성지수를 이용하여 모터의 절연 불량에 대한 판단을 강화함으로써 절연 불량에 의한 모터의 사고 발생 전에 모터를 보다 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 통합형 모터 보호계전기를 예시한 블록도,
도 2는 본 발명에서 절연저항 감시부의 구성을 예시한 블록도, 및
도 3은 본 발명에서 누설전류 측정 과정을 예시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 통합형 모터 보호계전기를 예시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 통상의 모터 구동 시스템에서와 같이, 3상 전원 입력단에 차단기(110)가 설치되고, 차단기(110) 후단에 영상 변류기(120) 및 계기용 변성기(130)가 설치되며, 개폐기(140)를 거쳐 3상 전원이 모터(150)에 공급된다.
차단기(110)는 모터(150)에 인가되는 공급전원을 선택적으로 차단한다. 영상 변류기(120)는 지락 전류 발생 시에 이를 계기용 전류로 변성하여 지락 전류 계측수단으로 전달한다. 계기용 변성기(130)는 모터(150)에 입력되는 전원의 전압 및 전류를 계기용 전압 및 전류로 변성하여 전압 및 전류 계측수단으로 전달한다. 개폐기(140)는 모터(150)의 전단에서 모터(150)에 공급되는 전원을 개폐한다.
이러한 모터 구동 시스템은 통상의 모터 구동 시스템과 동일하다. 본 발명의 통합형 모터 보호계전기는 위와 같은 모터 구동 시스템에 연결되어 모터를 보호하는 동작을 수행한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 통합형 모터 보호계전기는 마이크로 컨트롤러(200)와, 유저 인터페이스부(210)와, 전력 감시부(220)와, 절연저항 감시부(230)와, 극성지수 연산부(240)와, 진동 주파수 연산부(250)와, 통신부(260)와, 트립신호 출력부(270)와, 경고신호 출력부(280)로 구성된다.
유저 인터페이스부(210)는 도시하지 않았지만, 키 입력수단과 화면 출력수단을 포함한다. 키 입력수단은 모터(150)의 트립 조건에 해당되는 트립 설정값을 입력하기 위한 수단이다. 예컨대, 키 입력수단은 키보드 또는 복수의 입력 버튼이 구비된 조작 패널로 구성될 수 있다. 화면 출력수단은 마이크로 컨트롤러(200)에서 연산된 보호계전기의 판단 결과를 화면 출력하는 수단으로, LCD, PDP, 또는 CRT 모니터로 구성된다.
유저 인터페이스부(210)를 통해 입력되는 트립 설정값은 기준 과전압, 기준 부족전압, 과전압 및 부족전압의 보호 동작시간, 기준 지락전류, 지락전류 보호 동작 지연시간, 기준 과전류, 기준 부족전류, 과전류 및 부족전류의 보호 동작시간, 전류불평형 보호비율, 쇼크 보호 범위, 쇼크 보호 동작시간, 및 자동 리셋 시간 등을 포함한다. 이와 같은 트립 설정값은 전력 감시부(220)에서 출력되는 전력 감시 파라미터와 대비 판단을 위한 기준 설정값이다. 또한, 트립 설정값은 기준 절연저항, 기준 극성지수, 기준 진동 주파수를 더 포함한다. 이와 같은 트립 설정값은 각각 절연저항 감시부(230), 극성지수 연산부(240), 및 진동 주파수 연산부(250)에서 출력되는 감시 파라미터와 대비 판단을 위한 기준 설정값이다. 사용자는 유저 인터페이스부(210)를 통해 원하는 기준 설정값을 입력하며, 마이크로 컨트롤러(200)는 입력된 기준 설정값을 감시 파라미터와 비교하여 모터(150)의 이상 여부를 판단한다.
도 1을 참조하면, 전력 감시부(220)는 지락 전류 검출부(222)와, 전압 검출부(224)와, 전류 검출부(226)로 구성된다. 지락 전류 검출부(222)는 영상 변류기(120)의 출력으로부터 지락 전류 신호를 추출하고, 추출된 신호를 샘플링하여 전력 감시 파라미터들 중 하나로서 지락 전류 실효치를 연산한다. 전압 검출부(224) 및 전류 검출부(226)는 계기용 변성기(130)로부터 계기용 전압 및 전류 신호를 추출하고, 추출된 신호를 샘플링하여 전력 감시 파라미터들 중 전압 실효치 및 전류 실효치를 연산한다. 연산된 지락 전류, 전압, 및 전류 실효치는 마이크로 컨트롤러(200)로 전달된다.
절연저항 감시부(230)는 측정용 전원 공급부(232)와, 누설전류 측정부(234)와, 스위칭부(236)로 구성된다. 측정용 전원 공급부(232)는 모터(150)의 코일에 공급할 측정용 전원을 생성한다. 누설전류 측정부(234)는 측정용 전원의 출력단과 스위칭부(236)의 입력단 사이에 설치되며, 스위칭부(236)의 스위칭 동작에 따라 측정용 전원이 공급될 때, 모터(150)의 코일에 흐르는 전류를 측정한다. 스위칭부(236)는 모터(150)의 코일에 인가되는 측정용 전원을 선택적으로 연결한다.
도 2는 절연저항 감시부의 구성을 예시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 누설전류 측정부(234)와 모터(150)의 코일 사이에 스위칭부(236)가 설치된다. 스위칭부(236)는 측정용 전원을 모터(150) 측으로 스위칭하기 위한 제1 스위치(294)와, 측정 후 충전 전류를 방전하기 위한 제2 스위치(298)로 구성된다. 절연저항 감시 단계에서, 마이크로 컨트롤러(200)는 개폐기(140) 및 스위칭부(236)의 조작을 제어하며, 누설전류 측정이 완료되면 측정된 누설전류로부터 절연저항 값을 연산하고 스위칭부(236)를 통해 측정을 위해 공급되었던 충전 전류를 방전하여 모터(150)가 정상적인 다음 기동을 대비할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명에서 누설전류 측정 과정을 예시한 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 마이크로 컨트롤러(200)에서 개폐기(140)를 개방하는 것으로 누설전류 측정이 시작된다(ST110). 다른 예로서, 자동으로 누설전류 측정을 프로그래밍한 경우라면, 마이크로 컨트롤러(200)에서 개폐기(140)의 접점 상태를 확인하고 개폐기(140)의 개방 시에만 누설전류 측정을 진행할 수 있다.
다음 단계에서 부하전류를 측정한다(ST120). 그리고 부하전류 측정치가 미리 설정된 임계치 미만인지를 판단한다(ST130). 부하전류가 임계전류 이상이라면, 모터(150)가 여전히 회전하는 것으로 판단할 수 있으므로, 누설전류 측정을 중지한다. 그리고 모터(150)의 가동이 완전히 정지되는 것을 확인한 이후 다시 누설전류 측정 과정을 시작한다.
만약 부하전류 측정치가 임계치 미만이라면, 모터(150)가 정지된 상태임을 의미하므로, 다음 단계로 진행한다. 다음 단계에서, 소정의 경과시간이 초과하는지 여부를 판단한다(ST140). 이를 통해, 모터(150)의 회전자가 관성에 의해 회전하는 경우 등과 같이 미약한 부하전류가 흐르는 경우를 배제할 수 있다.
다음으로, 모터(150)의 코일에 측정용 전원을 공급한다(ST150). 도 2와 같은 회로 구성에서, 마이크로 컨트롤러(200)는 제1 가동코일(292)을 여자시킨다. 그리고 제1 가동코일(292)에 연동된 제1 스위치(294)가 폐쇄된다. 이때, 제2 가동코일(296)은 동작하지 아니하며 제2 스위치(298)는 개방 상태이다. 따라서 모터(150)의 코일에 측정용 전원이 공급되며, 누설전류 측정부(234)에 의해 코일에서의 누설전류가 측정된다(ST160). 누설전류 측정이 완료되면, 마이크로 컨트롤러(200)는 제1 가동코일(292)로의 전류 공급을 중단하여 제1 스위치(294)를 개방한다. 그리고 나서, 제2 카동코일(296)을 소정 시간 여자시켜 제2 스위치(298)를 폐쇄시키며, 이에 따라 측정을 위해 공급되었던 충전 전류가 접지 측으로 방전된다(ST170).
마이크로 컨트롤러(200)는 누설전류 측정분으로부터 절연저항 감시 파라미터를 연산하며, 유저 인터페이스부(210)로부터 입력된 기준 절연저항과 비교하여 절연저항 불량 여부를 판단한다.
다시 도 1을 참조하면, 극성지수 연산부(240)는 절연저항 감시 파라미터로부터 극성지수 파라미터를 연산하여 극성지수 파라미터를 출력한다. 극성지수는 아래의 (수식1)로부터 연산된다.
(수식1) PI = R10/R1
여기서, PI는 극성지수, R10은 절연저항 측정 개시 10분 후 측정된 절연저항 값, R1은 절연저항 측정 개시 1분 후 측정된 절연저항 값이다.
모터의 고정자 권선은 20년 이상 수명이 보장되지만, 모터의 동작 조건에 따라 수명이 더 짧아질 수 있다. 예컨대, 모터의 절연이 불량할 때 권선의 수명이 짧아진다. 여기서, 모터의 절연 불량은 수분을 함유하는 유기적 분말에 의해 서서히 진행될 수 있으며, 이를 판단하기 위하여 극성지수가 이용된다. 통상적으로 물 분자는 높은 극성을 가지며, 전기장이 인가될 때 수소로부터의 전자가 산소와 병합되는 것이 완료될 때 물은 완전하게 극성화 된다. 물 분자들의 정렬이 완료되면 극성화에 따르는 전류가 멈추게 되는데, 물이 완전하게 극성화되는데 대략 10분이 소요된다. 즉, 수분에 의한 극성화를 파악하기 위하여 극성지수 연산부(240)는 (수식1)에서와 같은 수식을 통해 극성지수를 연산한다.
마이크로 컨트롤러(200)는 극성지수 연산부(240)에서 출력되는 극성지수가 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우, 역시 절연불량으로 판단한다.
도 1을 참조하면, 모터(150)에는 모터의 진동을 측정하는 진동 감지센서(255)가 설치되며, 진동 감지센서(255)의 검출 신호는 진동 주파수 연산부(250)로 전달된다. 진동 주파수 연산부(250)는 검출 신호로부터 모터(150)의 진동 주파수를 연산하여 마이크로 컨트롤러(200)로 출력한다. 마이크로 컨트롤러(200)는 진동 주파수 연산부(250)에서 출력되는 진동 주파수가 트립 설정값을 초과하는 경우, 모터(150)의 진동 이상으로 판단한다.
마이크로 컨트롤러(200)는 트립 설정값과 전력 감시부(220), 절연저항 감시부(230), 극성지수 연산부(240), 및 진동 주파수 연산부(250)로부터 입력된 감시 파라미터를 비교하며, 모터(150)의 이상으로 판단되는 경우 트립신호 출력부(270)를 통해 트립신호를 출력한다. 트립신호 출력부(270)는 트립신호 발생 싱 차단기(110)를 트립시켜 모터(150)의 가동을 정지시킨다. 또한, 경고신호 출력부(280)는 트립신호 발생 시에 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하며, 이에 대응하여 경광등을 작동시키거나 부저를 울려 작업자 또는 관리자에게 트립 상태를 알리게 된다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
110 : 차단기 120 : 영상 변류기
130 : 계기용 변성기 140 : 개폐기
150 : 모터 200 : 마이크로 컨트롤러
210 : 유저 인터페이스부 220 : 전력 감시부
222 : 지락 전류 검출부 224 : 전압 검출부
226 : 전류 검출부 230 : 절연저항 감시부
232 : 측정용 전원 공급부 234 : 누설전류 측정부
236 : 스위칭부 240 : 극성지수 연산부
250 : 진동 주파수 연산부 255 : 진동 감지센서
260 : 통신부 270 : 트립신호 출력부
280 : 경고신호 출력부 292 : 제1 가동코일
294 : 제1 스위치 296 : 제2 가동코일
298 : 제2 스위치

Claims (5)

  1. 모터에 공급되는 전기적 신호를 검출하여 이상 발생 시에 모터 보호를 위한 트립 신호를 출력하는 모터 보호계전기에 있어서,
    상기 모터의 트립 조건에 해당되는 트립 설정값을 입력하고, 상기 모터 보호계전기의 판단 결과를 수신하여 화면 출력하는 유저 인터페이스부;
    상기 모터의 전원 공급라인으로부터 전압, 전류, 및 지락 전류를 검출하여 전력 감시 파라미터를 출력하는 전력 감시부;
    상기 모터의 코일에 측정용 전원을 공급하고, 측정용 전원에 대응하는 코일의 누설전류를 측정하여 절연저항 감시 파라미터를 출력하는 절연저항 감시부;
    상기 절연저항 감시 파라미터로부터 극성지수를 연산하여 극성지수 파라미터를 출력하는 극성지수 연산부;
    상기 유저 인터페이스부로부터 입력된 트립 설정값과 상기 전력 감시부, 절연저항 감시부, 및 극성지수 연산부의 출력 파라미터를 비교 판단하여 트립 신호를 생성하고, 판단 결과를 상기 유저 인터페이스부로 출력하는 마이크로 컨트롤러;
    상기 마이크로 컨트롤러의 트립 신호를 외부 기기로 출력하는 트립신호 출력부; 및
    상기 트립신호 발생 시에 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고신호 출력부를 포함하며,
    상기 극성지수 연산부는 아래의 (수식1)로부터 극성지수를 연산하며, 상기 마이크로 컨트롤러는 상기 극성지수 연산부에서 출력되는 극성지수가 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우 절연불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 통합형 모터 보호계전기.
    (수식1) PI = R10/R1
    여기서, PI는 극성지수, R10은 절연저항 측정 개시 10분 후 측정된 절연저항 값, R1은 절연저항 측정 개시 1분 후 측정된 절연저항 값이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터에 장착되어 모터의 진동을 측정하는 진동 감지센서와, 상기 진동 감지센서에서 검출된 신호로부터 상기 모터의 진동 주파수를 연산하는 진동 주파수 연산부를 더 포함하며,
    상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 연산부의 출력으로부터 상기 모터의 이상을 판단하는 것을 특징으로 하는 통합형 모터 보호계전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 감시부는, 상기 모터의 전원 입력측에 설치된 계기용 변성기로부터 전압 및 전류를 추출하여 샘플링하고 전압 및 전류 실효치를 연산하는 전압 검출부 및 전류 검출부와, 상기 모터의 전원 입력측에 설치된는 영상 변류기의 출력으로부터 지락 전류 신호를 추출하여 샘플링하고 지락 전류 실효치를 연산하는 지락 전류 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 모터 보호계전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연저항 감시부는, 상기 모터의 코일에 공급할 측정용 전원을 생성하는 측정용 전원 공급부와, 상기 측정용 전원 공급부의 출력단자에 연결되어 측정용 전원을 통과시키고 통과되는 전류를 측정하는 누설전류 측정부와, 상기 누설전류 측정부를 통과한 측정용 전원을 상기 모터의 코일에 연결되는 전원라인에 선택적으로 공급하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 모터 보호계전기.
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