KR101760926B1 - 배전 제어 장치 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배전선로의 전류 흐름을 제어하는 원격 감시 제어장치 및 차단기로 구성된 배전 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배전선로에 고장전류가 발생하는 경우, 상기 배전선로에 위치한 차단기, 리클로저(Recloser), 및 개폐기가 각각 통신을 수행하여 상기 고장전류에 대한 감지정보를 송수신해야 하는 각 장치에 대한 정보가 기록된 시스템 형상 테이블을 상기 원격 감시 제어장치가 유지하고, 상기 차단기, 리클로저(Recloser), 및 개폐기는 상기 원격 감시 제어장치로부터 상기 시스템 형상 테이블을 전송 받아 이를 참조하여 고장전류 감지정보를 각 장치로 전송함으로써, 배전선로의 고장전류 발생에 대응하여 보다 효율적으로 대처할 수 있는 배전 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

배전 제어 장치 시스템{Distribution control device system}

본 발명은 배전분야 기술 중 배전 제어 장치 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배전선로에 고장전류가 발생하는 경우 배전선로에 위치한 차단기, 리클로저(Recloser)와 개폐기가 각각 통신을 수행하여 고장전류에 대한 감지정보를 송수신해야 하는 각 장치에 대한 정보가 기록된 시스템 형상 테이블을 원격 감시 제어장치가 유지하고 차단기, 리클로저(Recloser)와 개폐기는 원격 감시 제어장치로부터 시스템 형상 테이블을 전송받아 이를 참조하여 고장전류 감지정보를 각 장치로 전송함으로써 배전선로의 고장전류 발생에 대응하여 보다 효율적으로 대처할 수 있는 배전 제어 장치 시스템에 관한 것이다.

변전소로부터 수용가로 전력을 공급하는 배전선로는 송전선로와는 달리 수많은 수용가에 각각 전력을 공급해야 하기 때문에 복잡한 간선 및 지선들로 구성된다. 따라서, 배전선로 상에 지락(전선이 끊어져 땅에 붙어 접지되는 경우) 또는 단락(서로 다른 상(Phase)의 전선들이 붙는 경우) 사고가 발생하여 고장 전류가 발생하는 경우, 상기와 같은 복잡한 구성으로 인해 사고가 발생한 고장점의 위치를 정확하게 찾기가 무척 난해한 편이다.

종래에는 배전선로에 고장 전류가 발생하는 경우, 고장 전류가 발생한 고장점을 찾기 위하여 변전소 차단장치를 동작시켜 가면서 현장의 조작자와 변전소 관리자가 주로 통신 수단을 이용하여 사고 지점에 관한 정보를 서로 교환함으로써 고장점을 찾는 것이 보편화된 방법이었다.

그러나, 상기의 경우 많은 시간과 인력이 소모되며 복구 시간이 길어짐에 따라 정전 시간이 길어져, 소비자에게 큰 불편을 초래하는 문제가 빈번하게 발생하였다.

이에 따라, 배전선로에 차단기, 리클로저 및 개폐기를 설치하고, 상기 배전선로로부터 고장전류가 감지되는 경우, 리클로저가 선로 재폐로(Reclose) 동작을 수행하여 자신이 고장점에 가장 근접하여 위치한 리클로저라고 판단되면, 상기 배전선로를 자신이 개방(Open)함으로써 상기 고장전류 발생에 대응하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 차단기, 리클로저 및 개폐기가 배전선로에 설치된 네트워크 구성을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 변전소(110)로부터 수용가(150)로 전력을 공급하기 위한 배전선로에는 차단기(120), 리클로저(130) 및 개폐기(140)가 설치될 수 있다.

차단기 컨트롤러(121)는 차단기(120)의 동작을 제어하고, 리클로저 컨트롤러(131)는 리클로저(130)의 동작을 제어하며, 개폐기 컨트롤러(141)는 개폐기(140)의 동작을 제어한다.

도 1에서, 변전소(110)로부터 유입되는 배전선로의 처음 부분에는 차단기(120)가 위치할 수 있다.

차단기(120)가 배전선로를 개방하면, 도 1에 도시된 변전소(110)로부터 수용가(150)로 연결되는 모든 배전선로 구간에는 전력 공급이 중단될 수 있다.

상기 배전선로에서 차단기(120) 이후의 간선 구간에는 일반적으로 리클로저(130)가 위치할 수 있다.

상기 간선 구간과 수용가(150)를 연결하는 상기 배전선로의 지선구간에는 개폐기(140)가 설치될 수 있다.

개폐기(140)의 동작을 제어하는 개폐기 컨트롤러(141)는 리클로저 컨트롤러(131)와 같이 선로 재폐로 동작을 스스로 수행할 수 있는 매커니즘이 탑재되어 있지 않고, 소정의 호스트로부터 명령을 수신하여 그에 따라 선로의 개방 또는 폐로 동작을 수행할 수 있다.

도 1에서, 상기 배전선로의 수용가(150)와 근접한 구간에서 사고가 발생하여 고장전류가 발생하였을 경우, 차단기(120), 리클로저(130) 및 개폐기(140)는 각각 고장전류를 감지하게 된다. 이러한 경우, 차단기(120)와 리클로저(130)는 상기 고장전류가 감지되면, 스스로 배전선로를 차단할 수 있도록 프로그래밍 되어 있기 때문에 상기 고장전류에 대해 적절한 동작을 수행할 수 있다.

이때, 차단기(120)는 리클로저(130)와 달리 선로의 재폐로(리클로저) 동작을 수행하지 않으므로, 상기 고장전류가 감지되면 한번에 영구적으로 선로를 개방시킨다.

따라서, 고장전류는 수용가(150)와 근접한 위치에서 발생하였으나, 차단기(120)의 상기 선로 개방으로 인해 도 1에 도시된 배전선로 전체 구간에 정전사태가 발생하게 된다.

이와 같이 배전선로에 위치한 차단기(120), 리클로저(130) 및 개폐기(140)는 고장전류가 발생하는 경우, 각자의 동작만을 수행하여 선로를 개방시키므로, 고장점과 멀리 위치한 구간에서도 정전이 발생할 수 밖에 없는 문제점이 꾸준히 발생하고 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점에 따라, 배전선로에 위치한 차단기, 리클로저 및 개폐기가 고장전류 발생에 대응하여 서로 정보를 주고 받아 선로의 정전구간을 최소화하고, 상기 차단기, 리클로저 및 개폐기의 동작과 구성에 대한 시스템 체계를 종합적으로 관리하고 지정할 수 있는 배전 제어 시스템의 개발이 요구되고 있다.

이러한 요구사항 및 종래기술의 문제점을 일부 반영한 선행기술로 대한민국 특허 등록번호 제10-0537217호(2005.12.09) '배전선로의 고장 구간을 분리하는 배전 제어시스템'이 개시된 바 있다.

그러나 종래기술에 의한 등록특허의 경우에는 차단기의 구조가 명확하지 않고 개념만 나타나 있어 실제 사용되는 통상적인 차단기는 접지용 가동도체와, 접지용 가동도체가 위치되는 절연본체의 내부에 세라믹관을 삽입하고 세라믹관 내부를 진공으로 유지시켜 접속과 비접속의 용이성을 확보하고 있지만, 진공은 상대적으로 누설될 우려가 크고 제품의 신뢰성을 떨어뜨리기 때문에 이에 대한 개선이 요구되고 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0537217호(2005.12.09) '배전선로의 고장 구간을 분리하는 배전 제어시스템' 일본 공개특허 제2000-046094호(2000.02.15.) '油壓緩衝器'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 배전선로에 위치하는 차단기, 리클로저, 및 개폐기에 통신 모듈을 각각 탑재하여, 고장전류 발생시 서로 상기 고장전류에 대한 감지정보를 송수신하게 함으로써, 배전선로의 정전구간을 최소화하고 건전구간을 최대한 확보할 수 있도록 하는 배전 제어 장치 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 소정의 배전선로 구간의 전류 흐름을 제어하는 배전 제어 장치 시스템으로서, 상기 배전선로 구간에 위치한 차단기, 하나 이상의 리클로저(Recloser) 및 개폐기와 통신을 수행하고, 상기 배전선로의 고장전류 발생시, 상기 차단기와 고장전류 감지정보를 송수신하는 리클로저 정보 및 상기 각 리클로저와 고장전류 감지정보를 송수신하는 각 개폐기 정보를 포함하는 시스템 형상 테이블이 기록된 메모리 수단을 포함하는 원격 감시 제어장치; 및 상기 원격 감시 제어장치 및 상기 하나 이상의 리클로저와 통신을 수행하고, 상기 원격 감시 제어장치로부터 상기 시스템 형상 테이블을 전송 받아 소정의 메모리 수단에 기록하며, 상기 배전선로로부터 고장전류를 감지하는 경우 상기 시스템 형상 테이블을 참조하여, 하나 이상의 리클로저로 상기 고장전류의 감지 여부에 대한 감지정보 전송을 요청하고, 상기 하나 이상의 리클로저로부터 상기 고장전류 감지정보를 수신하는 경우 상기 배전선로의 폐로(Close)를 유지하는 차단기를 포함하고; 상기 원격 감시 제어장치는 상기 시스템 형상 테이블을 상기 차단기, 상기 하나 이상의 리클로저, 및 상기 하나 이상의 개폐기로 전송하도록 구성되며; 상기 하나 이상의 리클로저 및 상기 하나 이상의 개폐기는 상기 원격 감시 제어장치로부터 상기 시스템 형상 테이블을 수신하여 소정의 메모리 수단에 기록하고, 상기 배전선로의 고장전류 발생시, 상기 시스템 형상 테이블을 참조하여 자신과 상기 고장전류 감지정보를 송수신해야 할 차단기, 리클로저, 및 개폐기를 각각 식별하도록 구성되고; 상기 차단기는 상기 하나 이상의 리클로저로부터 상기 고장전류 감지정보를 소정의 시간 동안 수신하지 못한 경우, 상기 배전선로를 개방(Open)하며; 상기 차단기로 상기 고장전류 감지정보를 전송한 하나 이상의 리클로저는, 상기 배전선로의 재폐로(Reclose) 동작을 수행하여, 자신이 상기 고장전류가 발생한 상기 배전선로의 고장점에 가장 근접하여 위치한 리클로저인지 여부를 판단하고, 상기 고장점에 가장 근접하여 위치하는 것으로 판단한 제1 리클로저는, 상기 시스템 형상 테이블을 참조하여 하나 이상의 개폐기로 상기 고장전류의 감지 여부에 대한 감지정보 전송을 요청하고, 상기 요청에 대응하여 고장전류 감지정보를 전송한 제1 개폐기 및 상기 제1 개폐기와 근접하여 위치한 제2 개폐기 사이의 구간에 상기 고장점이 위치하는 것으로 판단하여, 상기 제1 개폐기 및 상기 제2 개폐기가 상기 배전선로를 개방하도록 제어하고; 상기 원격 감시 제어장치, 차단기, 하나 이상의 리클로저, 및 하나 이상의 개폐기는 각각 소정의 통신 모듈을 포함하고, 상기 각각의 통신 모듈은 소정의 통신망을 통해 상기 원격 감시 제어장치, 차단기, 하나 이상의 리클로저, 및 하나 이상의 개폐기를 서로 네트워크 연결하며; 상기 통신 모듈은 IEC 61850 통신 프로토콜을 지원하도록 구성하는 배전 제어 장치 시스템에 있어서,
상기 차단기는 고체 절연물로 형성된 절연본체의 내부 하부측에는 상호 간격을 가지면서 평행을 이루는 세라믹관 및 합성수지제의 절연관이 설치되고, 상기 세라믹관의 내부에는 전류 소스용 고정도체의 상부측이 위치되고, 전류 소스용 고정도체의 하부측은 절연본체의 하부 외측을 향하며, 상기 전류 소스용 고정도체의 하부측에는 전원측이 접속되고, 상기 절연관의 내부에는 부하용 고정도체의 상부측이 위치되며, 부하용 고정도체의 하부측은 접지되고, 상기 절연본체의 내부 상부측에는 상호 간격을 가지면서 평행을 이루는 제1,2통로가 각각 형성되며, 상기 제1,2통로는 세라믹관 및 절연관과 각각 연통되고, 상기 제1,2통로에는 전류 소스용 가동도체 및 부하용 가동도체가 각각 직선운동가능하게 설치되며, 상기 전류 소스용 가동도체 및 부하용 가동도체는 상기 제1,2통로의 상측에 설치된 제1,2액츄에이터에 의하여 각각 운동하도록 구성되고, 상기 세라믹관과 제1통로 사이 절연본체의 부위 및 절연관과 제2통로 사이 절연본체의 부위에는 연결도체가 설치되는데, 상기 연결도체는 세라믹관, 절연관, 제1통로 및 제2통로와 직교하도록 배치되며, 전류 소스용 가동도체 및 부하용 가동도체와는 각각 접속하고, 상기 절연본체의 측면 외측을 향하는 연결도체의 단부는 부하와 접속되며, 상기 세라믹관과 절연관 사이의 절연본체 상에는 제1챔버와 제2챔버가 설치되고, 상기 제1,2챔버는 각각 상기 세라믹관 및 절연관과 연통되고, 상기 세라믹관 및 절연관에는 절연유가 채워지며, 상기 전류 소스용 가동도체의 둘레면과 상기 부하용 가동도체의 둘레면에는 원판 형태의 제1,2가압판이 각각 고정되고, 상기 제1,2챔버 각각은 제1,2연통유로를 통해 상기 세라믹관 및 절연관과 각각 연통되며, 상기 제1,2연통유로 상에는 제1,2조절볼이 각각 내장되고, 상기 제1,2챔버는 오리피스를 통해 서로 연통되어 구성되며, 상기 제1,2챔버 각각에는 보충유로가 더 연통되어 절연유 부족시 보충할 수 있도록 구성되되,
상기 전류 소스용 가동도체와 상기 제1액츄에이터 사이에 제1 전류 소스용 절연로드가 개재되고, 상기 부하용 가동도체와 상기 제2액츄에이터 사이에 부하용 절연로드가 개재되고, 상기 세라믹관과 절연관 내부는 절열유로 채우고, 상기 제 1, 2 챔버에는 절연유가 부분적으로 채워지며, 상기 세라믹관 내부의 절연유압과 상기 제 1 챔버 내부의 절연유압 및 상기 절연관 내부의 절연유압과 상기 제 2 챔버의 절연유압은 상기 제 1, 2 연통유로와 상기 제 1, 2 조절볼에 의하여 평형을 유지하고, 상기 연결도체(800)의 굴신에 따른 피로강도 증가로 파단위험성 및 열화를 방지할 수 있도록 중앙지지체(CEN)의 상면에 상기 연결도체(800)의 오목부(OVP) 하면을 탄성지지할 수 있는 판형스프링(PAN)을 더 설치하되,
상기 판형스프링(PAN)의 양단은 요입되는 형태로 오목한 하단턱삽입홈(HOM)이 형성되어 상기 연결도체(800)의 오목부(OVP) 하단 양측의 하단턱(HAT)에 끼워지고, 중앙부는 오목한 형태로 탄성을 제공하도록 구성되며;
상기 판형스프링(PAN)의 오목한 부위 중앙에는 통공(TTL)이 형성되고, 상기 통공(TTL)에는 이를 관통하여 체결볼트(CHB)가 끼워진 후 상기 중앙지지체(CEN)의 상면에 볼트 체결되며;
상기 체결볼트(CHB)는 상기 연결도체(800)의 오목부(OVP) 양측 상면에 걸쳐지는 상부고정편(SAP)의 중앙을 관통하여 체결시켜 연결도체(800)의 오목부(OVP) 양측을 탄성가능하게 고정하고;
제1 전류 소스용 가동도체(640) 및 부하용 가동도체(740)의 하단면 중심에는 제1홈(HO1)이 더 형성되며, 제1 전류 소스용 고정도체(620) 및 부하용 고정도체(720)의 상단면 중심에는 제2홈(HO2)이 더 형성되고, 상기 제1,2홈(HO1,HO2)의 입구부 둘레면에는 2-3피치의 나사산(NA1,NA3)이 형성되며, 상기 제1,2홈(HO1,HO2)에는 제1접촉자(TA1) 및 제2접촉자(TA2)가 각각 삽입되되 제1,2홈(HO1,HO2)을 각각 마주하는 제1,2접촉자(TA1,TA2)의 면에는 제1,2스프링홈(GO1,GO2)이 형성되고, 상기 제1,2스프링홈(GO1,GO2)에는 제1,2스프링(SP1,SP2)이 각각 삽입되며, 상기 제1,2접촉자(TA1,TA2)의 둘레면에는 2-3피치의 나사산(NA2,NA4)이 형성됨과 아울러 나머지 부위는 모두 민자로 형성되고, 상기 제1홈(HO1)의 깊이 L1 보다 상기 제1접촉자(TA1)의 길이 L2가 더 길어야 하며, 아울러 상기 제2홈(HO2)의 깊이 L3 보다 상기 제2접촉자(TA2)의 길이 L4가 더 길어야 하고;
절연본체(600)의 내주면에는 내화액이 도포되는데, 상기 내화액은 폴리스티렌수지 100중량부에 대해 팽창흑연 12중량부; 지르코늄 4중량부; 백유(white spirit) 6중량부, 나프텐 증류액 5중량부, 지방산 그리시딜 에스테르(fatty acid glycidyl esters) 10중량부, 무수프탈산(phthalic anhydride) 5중량부; 아크릴모노머 10중량부; 규산나트륨 5중량부; 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트 3중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 배전 제어 장치 시스템을 제공한다.

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본 발명에 따르면, 배전선로에 위치하는 차단기, 리클로저, 및 개폐기에 통신 모듈을 각각 탑재하여, 고장전류 발생시 서로 상기 고장전류에 대한 감지정보를 송수신하게 함으로써, 배전선로의 정전구간을 최소화하고 건전구간을 최대한 확보할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 차단기의 내부 구조를 개선하여 진공 누설을 막아 신뢰성을 높임으로써 안정적인 배전차단 기능이 수행되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 차단기, 리클로저, 및 개폐기가 배전선로에 설치된 네트워크 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 배전선로의 전류 흐름을 제어하는 배전 제어 시스템의 전체 네트워크 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리클로저의 선로 재폐로 동작에 따라 측정되는 전류값을 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 리클로저의 입력 전류에 따른 폐로 상태 유지 시간을 도시한 시간-전류 커브(Time-Current Curve) 그래프.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 고장 전류가 발생한 경우에 따른 배전선로의 전체 네트워크 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차단기의 예시적인 단면도.
도 7 및 도 8은 도 6의 요부 단면도.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 발명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 후술되는 선등록특허 제0537217호를 그대로 이용한다. 때문에, 이하 설명되는 장치 구성상 특징들은 모두 등록특허 제0537217호에 기재된 사항들이다.

다만, 본 발명은 상기 등록특허 제0537217호에 개시된 구성들 중 목적을 달성하기 위해 특정 구성 일부를 개선한 추가 실시예 부분이 가장 핵심적인 구성상 특징을 이룬다.

따라서, 이하 설명되는 장치 구성과 특징 및 작동관계는 상기 등록특허 제0537217호의 내용을 그대로 인용하기로 하며, 후단부에서 본 발명의 주된 특징과 관련된 구성에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 용어에 대하여 설명하면, 차단기(Circuit Breaker, CB)는 배전선로로부터 매우 큰 크기의 고장 전류가 감지되는 경우 상기 배전선로를 개방(Open) 또는 폐로(Close)할 수 있다.

또한, 필요에 따라 정상 전류가 흐르는 평소의 경우에도 상기 배전선로를 개방 또는 폐로할 수도 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에서 언급되는 차단기는 상기 차단기의 동작을 제어하는 차단기 컨트롤러를 포함하는 구성을 의미한다.

그리고, 개폐기(Load Break Switch, LBS)는 차단기와는 달리, 전류가 흐르지 않거나 정상 전류가 흐를 경우에만 선로 개폐가 가능하고, 고장 전류가 발생하는 경우에는 스스로 선로 개폐를 할 수 없는 장치를 의미한다. 개폐기에는 그 동작 제어를 수행하는 개폐기 컨트롤러라는 일종의 제어부가 설치될 수 있다. 즉, 개폐기 컨트롤러는 개폐기의 기계 장치부와 연결되어 개폐기의 선로 개폐를 제어하는 장치이다. 단, 개폐기 컨트롤러는 개폐기를 통한 선로 개폐를 스스로 판단하여 매커니즘을 제어하는 것이 아니고, 통신 기능을 통해 호스트(주제어장치)로부터 명령을 받아서 메커니즘을 제어할 수 있다.

따라서, 본 발명에서 언급되는 개폐기는 상기 개폐기 컨트롤러를 포함하는 구성을 의미한다.

아울러, 리클로저(Recloser)는 선로의 재폐로를 수행하는 특수한 형태의 차단기이다. 배전선로로부터 고장 전류가 감지되고 일정범위 이상 지속되면 리클로저는 선로를 개방하고, 미리 설정된 일정 시간이 지난 후에 선로를 다시 폐로한다.

그리고, 선로 폐로 후에도 고장 전류가 계속 감지되면, 리클로저는 상기와 같은 선로의 재폐로 과정을 미리 설정된 회수만큼 반복하고, 그 후에도 고장 전류가 지속되면 선로를 완전히 개방시키고 더 이상 재폐로 동작을 수행하지 않는다.

본 발명에서 언급되는 리클로저는 상기 리클로저의 동작을 제어하는 리클로저 컨트롤러를 포함하는 구성을 의미한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 변전소(210)로부터 수용가(270)까지의 배전선로 구간에는 차단기(230), 리클로저(240), 및 개폐기(250)가 설치될 수 있다. 리클로저(240) 및 개폐기(250)는 배전선로의 전주에 각각 설치될 수 있다.

차단기(230)는 차단기 컨트롤러(231)를 포함하여 구성될 수 있고, 리클로저(240)는 리클로저 컨트롤러(241)를 포함하여 구성될 수 있으며, 개폐기(250)는 개폐기 컨트롤러(251)를 포함하여 각각 구성될 수 있다.

차단기 컨트롤러(231), 리클로저 컨트롤러(241), 및 개폐기 컨트롤러 (251)는 각각 소정의 통신 모듈을 포함할 수 있다.

상기 통신 모듈을 통해 차단기(230), 리클로저(240), 및 개폐기(250)는 서로 통신을 수행하여 고장전류 감지정보를 송수신할 수 있고, 통신망(260)을 통해 원격 감시 제어장치(220)과 네트워크 연결될 수 있다.

상기 통신 모듈은 유선 전화 또는 광통신망 접속을 위한 소정의 유선 통신 인터페이스를 포함할 수 있고, TRS(Trunked Radio System), CDMA, Air Media 등의 무선 통신을 위한 인터페이스를 포함할 수 있다.

또한, 상기 통신 모듈은 시리얼, 범용 직렬 버스(USB), 적외선(IR) 통신부, 블루투스 통신부, 또는 이동통신 인터페이스부 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 이동통신 인터페이스부는 공중 교환 전화망(PSTN) 접속은 물론, 코드분할다중화접속방식(CDMA), WCDMA, ALL IP, GSM, GPRS 접속 방식, 및 현존하는 모든 이동통신 관련 접속 방식 중 하나 이상을 지원할 수 있고, H.323, MGCP(Message Gateway Control Protocol), SIP(Session Initiation Protocol), 또는 Megaco 등의 VoIP 호 연결을 위한 호 제어 프로토콜 중 하나 이상의 프로토콜을 지원하도록 구현될 수 있다.

통신망(260)은 유선 및 무선 통신망을 모두 포함할 수 있다.

예를 들어, 유선 통신망으로는 전화선 및 광통신망이 사용될 수 있고, 무선 통신망으로는 TRS(Trunked Radio System), CDMA, Air Media가 사용될 수 있다.

본 발명에서는 통신망(260)으로 광통신망이 적용될 수 있다.

상기 통신모듈을 통한 원격 감시 제어장치(220), 차단기(230), 리클로저(240), 및 개폐기(250) 간의 통신에 있어, 멀티캐스팅(Multicasting)이 가능한 통신 프로토콜이 사용될 수 있다.

상기 통신 프로토콜로는 국제 표준 프로토콜이 사용될 수도 있고, 각 배전 자동화 전용 프로토콜이 사용될 수도 있다.

상기 국제 표준 프로토콜로는 IEC 61850(Communication Network and System in Substation)라는 변전소 및 배전 관련 시스템에 적용되는 통신 네트워크 프로토콜이 사용될 수 있다.

또한, 배전 자동화 전용 프로토콜로는 DNP(Distribution Network Protocol) 3.0이 사용될 수 있다.

이때, DNP 3.0 프로토콜은 전력회사, 오일, 가스, 수자원 등의 분야에서 사용되는 중앙 집중형 원격감시장치인 SCADA시스템에서 RTU-중앙제어장치간 호완성 보장을 위하여 개발된 표준화된 통신 프로토콜이다.

특히, 이 프로토콜은 특성상 안정성이 뛰어나고, 저급의 통신환경에서도 우수한 성능을 나타내고 있어서 기존의 방식에 비해 SCADA환경에 잘 적용될 수 있으며, Open Standard 지향하기 때문에 특정 회사에 소속된 고유의 프로토콜이 아닌 공개된 프로토콜로서 모든 권한은 사용자 그룹이 소유할 수 있다.

또한, IEEE에서는 RTU - IED간 메시지교환의 표준으로 추천하고 있으며, 국내에서는 한전, 가스공사 등 관련기업에서 도입하였거나 준비 중이며, 전 세계적으로 각국에서 많은 Vendor들의 산업표준으로 자리 잡아 가고 있어 본 발명에서도 바람직한 통신 프로토콜로 사용될 수 있다.

원격 감시 제어장치(220)는 배전선로에 위치하는 하나 이상의 차단기(230), 리클로저(240), 및 개폐기(250)와 통신망(220)을 통해 네트워크 연결될 수 있다.

이때, 원격 감시 제어장치(220)는 상기 배전선로와 원거리에 위치한 소정의 주제어장치(예를 들어, 한전 종합상황실의 서버)가 될 수도 있고, 변전소(210)에 위치하여 배전선로를 감시하고 제어하는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템이 될 수도 있다.

원격 감시 제어장치(220)는 배전선로의 고장전류 발생시, 차단기(230)가 통신을 수행해야 할 리클로저가 어떤 리클로저인지에 대한 정보, 리클로저(240)가 통신을 수행해야 할 차단기 및 개폐기가 어떤 차단기 및 개폐기인지에 대한 정보, 및 개폐기(250)가 통신을 수행해야 할 리클로저가 어떤 리클로저인지에 대한 정보를 각각 포함하는 시스템 형상 테이블이 기록된 메모리 수단을 포함한다.

도 2에서는 하나의 변전소(210)와 하나의 수용가(270)를 연결하는 배전선로 구간에 1개의 차단기(230), 2개의 리클로저(240), 및 2개의 개폐기(250)가 설치된 것으로 도시되어 있다.

그러나, 이는 설명의 편의를 위한 극단적인 일례일 뿐, 실제배전선로 구간에는 수많은 차단기, 리클로저, 및 개폐기가 마치 그물망과 같이 얽힌 형태로 설치되어 있다.

따라서, 실제 배전선로에서 고장전류가 발생하는 경우, 차단기, 리클로저, 및 개폐기는 자신이 고장전류 감지정보를 송수신하여 선로 개방이나 폐로에 대한 제어를 받거나 행하여야 할 상대가 어떤 장치인지 스스로 쉽게 파악할 수 있다.

상기 시스템 형상 테이블은 상기와 같이 배전선로에 그물망같이 복잡하게 구성되어 있는 배전 관련장치들의 보고 체계를 규정한 일종의 지침서와 같은 데이터이다. 상기 시스템 형상 테이블은 당업자의 사전 조사 및 연구에 의하여, 각 배전선로구간에 위치한 각각의 차단기, 리클로저, 및 개폐기가 고장전류 발생에 대응하여 어떠한 장치와 통신을 수행하여 선로의 개폐 동작을 수행할 것인지에 대한 다양한 정보를 포함할 수 있다.

또한, 상기 시스템 형상 테이블은 원격 감시 제어장치(220)가 차단기(230), 리클로저(240), 및 개폐기(250)를 원격 제어하기 위한 매개변수나 각종 제어모드 설정에 대한 정보를 포함할 수도 있다.

이와 같이, 상기 시스템 형상 테이블은 각 배전선로 구간에 대한 보고 체계를 규정한 조직 관리도와 유사하게 작성될 수 있다.

원격 감시 제어장치(220)는 통신망(260)을 통해 상기 배전선로에 위치하는 모든 차단기(230), 리클로저(240), 및 개폐기(250)로 상기 시스템 형상 테이블을 전송한다.

상기 배전선로에 위치한 모든 차단기(230), 리클로저(240), 및 개폐기(250)는 원격 감시 제어장치(220)로부터 상기 시스템 형상 테이블을 수신하여 각각의 메모리 수단에 저장한다.

상기 배전선로로부터 고장전류가 감지되는 경우, 차단기(230)는 상기 시스템 형상 테이블을 참조하여 상기 배전선로에 위치한 하나 이상의 리클로저(240) 중 상기 고장전류의 감지 여부에 대한 감지정보 전송을 요청할 리클로저를 판독한다.

차단기(230)는 상기 시스템 형상 테이블로부터 판독된 하나 이상의 리클로저로 상기 고장전류 감지정보 전송을 요청하고, 상기 하나 이상의 리클로저로부터 상기 요청에 대응하는 고장전류 감지정보를 수신할 수 있다.

리클로저(240) 및 개폐기(250) 또한 차단기(230)의 상기 동작과 같이, 원격 감시 제어장치(220)로부터 수신한 시스템 형상 테이블을 참조하여 고장전류 발생시, 자신과 통신을 수행하여야 할 배전 관련장치를 식별하고, 그 식별된 장치와 고장전류 감지정보를 송수신하여 선로를 개방하거나 폐로를 유지할 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여, 배전선로의 고장전류 발생시, 고장전류가 발생한 고장점을 분리하기 위한 차단기, 리클로저, 및 개폐기의 선로 개폐 동작에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리클로저의 선로 재폐로 동작에 따라 측정되는 전류값을 도시한 그래프이다.

일반적으로 배전선로로부터 고장전류가 감지되는 경우, 리클로저는 선로의 개방(Open)과 폐로(Close)를 반복하는 재폐로(Reclose) 동작을 수행할 수 있다.

도 3에서, 배전선로에 정상 전류가 흐르다가 1구간에서와 같이 고장 전류 임계값을 상회하는 고장 전류가 감지되면, 리클로저는 1구간에 할당된 시간이 경과한 후 선로를 개방시킨다.

리클로저가 선로를 개방시키면 선로의 그 구간에는 전류가 흐르지 않아 2구간에서와 같이 전류값이 측정되지 않는다. 2구간의 시간이 경과한 후, 리클로저는 다시 선로를 폐로한다.

그리고, 다시 선로를 폐로한 후에도 3구간에서와 같이 계속 고장 전류가 감지되면, 리클로저는 3구간의 시간이 흐른 뒤 다시 선로를 개방한다.

리클로저는 이와 같은 선로의 재폐로 과정을 일정 회수만큼 반복하는데(도 1에서는 7번), 계속적으로 고장 전류가 감지된다면 7구간의 시간이 흐른 뒤 선로를 개방시키면서 더 이상 선로의 재폐로 동작을 수행하지 않는다.

이러한 8구간 이후의 상태를 락아웃(Lockout) 상태라 한다.

상기 고장 전류 임계값은 당업자의 판단에 따라 적절한 값으로 다양하게 설정될 수 있다.

또한, 상기 1구간, 3구간, 5구간, 및 7구간의 선로 폐로 구간에 대한 시간은 당업자에 의해 널리 사용되는 소정의 시간-전류 커브(Time-Current Curve) 그래프에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

또한, 상기 2구간, 4구간, 및 6구간의 선로 개방 구간에 대한 시간은 상기 1구간, 3구간, 5구간, 및 7구간의 시간에 대응하여 당업자가 적절하게 설정할 수 있다.

리클로저는 상기와 같이 선로의 개방 및 폐로를 일정 회수만큼 반복함으로써, 보다 정확하게 고장 전류의 발생을 감지할 수 있다.

예를 들어, 나뭇가지 등이 배전선로를 건드리는 경우에는 일시적으로 고장 전류가 발생했다가 곧 다시 정상 전류로 회복될 수 있다.

이러한 경우, 일반적인 차단기는 고장 전류를 감지하여 선로를 바로 개방시키므로 영구 정전이 발생한다.

하지만, 리클로저는 상기와 같이 일정 회수만큼의 선로 재폐로 동작, 즉, 선로의 개방 후 폐로를 통해 정상 전류를 감지함으로써 보다 정확하게 고장 전류를 감지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 리클로저의 입력 전류에 따른 폐로 상태 유지 시간을 도시한 시간-전류 커브(Time-Current Curve) 그래프이다.

도 3을 참조하면, 1,3,5, 및, 7 구간과 같이 폐로 상태에서 경과하는 시간은 도 4의 시간-전류 커브 그래프(이하, T-C 커브)에 의해 설정될 수 있다.

이때, T-C 커브는 현재 입력 전류의 크기에 따른 폐로 상태 시간을 나타내는 그래프이다.

상기 1,3,5, 및, 7의 폐로 구간이 유지되는 시간은 상기 T-C 커브에 따라 결정될 수 있는데, 각 구간의 폐로 유지 시간은 각기 다른 T-C 커브에 따라 결정될 수 있다.

도 4에서는 A,B,C,D 네 종류의 T-C 커브에 대한 그래프가 명시되어 있다. 각각의 그래프에서 X축은 고장전류 임계값 대비 측정된 전류값을 나타내고, Y축은 그에 따른 폐로 유지 시간을 나타낸다.

도 4에 표시된 네 가지 T-C 커브를 보면 같은 크기의 고장 전류에 대해 도출되는 시간값이 모두 다를 수 있다.

즉, 고장전류 임계값에 비해 200%의 전류가 감지되면, A 커브의 경우에는 80ms의 시간이 적용되고, C 커브의 경우에는 3s의 시간이 적용될 수 있다.

즉, A 커브가 적용된 구간에서 리클로저는 고장 전류를 감지했을 때 보다 빠르게 동작할 수 있고, C 커브가 적용된 구간에서는 보다 느리게 동작할 수 있다.

따라서, 상기 T-C 커브들을 크게 fast curve와 delayed curve로 구분할 수 있다.

예를 들어, 상기 A, B, C, D 커브에서 A 커브는 fast curve이고, B, C, D 커브는 delayed curve일 수 있다.

도 3에서 1, 3, 5, 7의 네 구간에 각각 다른 T-C 커브를 적용할 수 있다. 예를 들어, 2F2D(2fast curve 2delayed curve)의 형태로 설정할 수 있는데, 이러한 경우, 1구간과 3구간에는 도 4의 A 커브와 같은 패스트 커브(fast curve)를 적용하고, 5구간 및 7구간에는 C 커브와 같은 딜레이 커브(delayed curve)를 적용할 수 있다.

상기와 같은 경우, 1구간과 3구간에는 fast curve를 적용하여 고장전류가 감지되면 빠른 재폐로를 수행하여 상기 고장전류가 나뭇가지가 스치는 등의 일시적인 원인에 의해 발생한 것인지 여부를 판단할 수 있다.

그러나, 상기 구간이 지난 후에도 고장 전류가 계속 감지되면, 상기 고장전류가 영구적인 원인에 의한 것인지를 판단하기 위해 5구간과 7구간에서는 delayed curve를 적용하여 고장 전류가 계속 지속되는지를 보다 오랫동안 감지할 수 있다.

리클로저는 delayed curve가 적용되는 5구간에서 을 통해 개폐기와의 통신을 시작할 수 있다.

즉, 5구간에서 리클로저는 시스템 형상 테이블에 의해 규정된 자신이 관리하는 주변 개폐기들과 통신하여 어떤 개폐기가 고장점에 가장 근접한 개폐기인지 판단하고, 6구간(자신이 다시 선로를 개방한 구간)에서 고장점에 가장 근접한 개폐기가 배전선로를 개방하도록 제어한다.

이후, 리클로저는 배전선로를 다시 폐로하여 7구간에서는 고장전류가 아닌 정상전류를 감지할 수 있다.

다시 말하여, fast curve가 적용된 구간에서 재폐로가 종료되고, delayed curve가 적용되는 구간에 진입하였을 때 고장점에 가장 근접한 개폐기를 인지하는 개폐기와의 통신과정을 수행한다.

상기 구간이 종료된 후, 선로를 개방한 상태에서 고장전류를 감지한 개폐기에 대해 개방 명령을 전송하고, 상기 개폐기가 선로를 개방한 것을 확인한 후에 자신은 다시 선로를 폐로할 수 있다.

예를 들어, T-C 커브가 2F2D 또는 1F3D 형태로 적용되었을 경우, 2F2D인 경우에는 5구간에서, 1F3D인 경우에는 3구간에서 개폐기와의 통신을 진행할 수 있고, 2F2D인 경우에는 6구간에서, 1F3D인 경우에는 4구간에서 개폐기 개방 명령을 전송하고, 그 결과를 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 고장 전류가 발생한 경우에 따른 배전선로의 전체 네트워크 구성을 도시한 도면이다.

도 5에 따르면, 다수의 수용가에 전력을 공급하기 위한 제1 전류 소스(변전소)(510)가 배전선로의 일단에 위치하고, 제1전류 소스(510)는 차단기(530)를 통해 상기 배전선로로 전류를 공급할 수 있다.

제1 전류 소스(510)와 차단기(530) 사이에는 원격 감시 제어장치(520)가 위치할 수 있는데, 원격 감시 제어장치(520)는 변전소(510)에 위치하는 SCADA 시스템으로 구현될 수도 있고, 상기 배전선로와는 원거리에 위치한 일종은 전력관리 주제어장치(예를 들어, 한국전력 주제어서버)로 구현될 수도 있다.

도 5에서, 상기 배전선로에 위치한 각 장치들은 소정의 통신망을 통해 네트워크 연결된다.

배전선로 상에는 3개의 리클로저(541 내지 543) 및 9개의 개폐기(551 내지 559)가 위치하며, 배전선로의 다른 일단에는 제2 전류 소스(440)가 위치할 수 있다.

도 4에 도시된 리클로저는 표기를 R/C로 하였으며, 개폐기는 가스(Gas) 스위치 방식으로 동작하는 개폐기가 사용된 경우이므로 그 표기를 G/S로 하였다.

개폐기 3(553)과 개폐기 4(554) 사이의 배전선로 구간에서 사고가 발생하는 경우, 상기 사고가 발생한 고장점(560)으로부터 제1 전류 소스(510) 사이에 위치한 차단기(530), 리클로저 1(541) 및 리클로저 2(542)는 고장 전류를 감지하게 된다.

즉, 고장점(560)과 제1 전류 소스(510) 사이에 있는 차단기 및 리클로저가 상기 고장 전류를 감지할 수 있다.

그러나, 고장점(560)과 제1 전류 소스(510) 사이에 위치하지 않는 리클로저 3(543)은 상기 고장 전류를 감지할 수 없는데, 이는 리클로저 3(543)이 고장점의 후비(부하측)에 위치하기 때문이다.

상기 고장전류의 감지 이후, 리클로저 1(541) 및 리클로저 2(542)는 상기 고장전류의 감지정보를 시스템 형상 정보를 참조하여 차단기(530)로 전송한다.

리클로저 1(541) 및 리클로저 2(542)로부터 고장전류 감지정보를 수시한 차단기(530)는 상기 고장전류가 발생한 고장점이 최소한 리클로저 1(541) 이후의 구간에서 발생한 것으로 판단하고, 상기 고장전류 발생에 대한 선로 개방은 각 리클로저에게 일임하고 자신은 상기 배전선로의 폐로를 유지한다.

상기와 같은 경우, 만일 차단기(530)가 어떠한 리클로저로부터도 고장전류 감지정보를 수신하지 못한다면, 차단기(530)는 상기 고장점이 차단기(530)와 리클로저 1(541) 사이의 구간에 위치하는 것으로 판단하고, 자신이 직접 상기 배전선로를 개방할 수 있다.

차단기(530)는 리클로저로부터 고장전류 감지정보를 수신하였을 때, 자신이 이미 상기 배전선로를 개방한 상태일 수도 있고, 폐로를 유지하고 있는 상태일 수도 있는데, 상기와 같은 리클로저로부터의 고장전류 감지정보의 수신 여부에 따라 상기 배전선로를 다시 개방하거나 폐로할 수도 있다.

도 5에서, 상기 고장 전류를 감지한 리클로저 1(541) 및 리클로저 2(542)는 선로의 재폐로 동작을 수행하는데, 미리 설정된 프로그램에 따라 제1 전류 소스(510)로부터 가장 원거리에 위치한 리클로저 2(542)가 리클로저 1(541)보다 먼저 선로를 개방시키도록 동작한다.

그 후, 리클로저 1(541)은 리클로저 2(542)가 선로를 개방시킴에 따라 다시 정상 전류가 감지될 것이므로, 선로 개폐 동작을 수행하지 않고 선로의 폐로를 계속 유지한다.

리클로저 2(542)는 상기에서 선로를 개방한 후 미리 설정된 일정 시간이 지나면 다시 선로를 폐로시킨다.

상기 선로의 폐로 이후에도 고장점(560)이 복구되지 않음에 따라 리클로저 2(542)는 고장 전류를 다시 감지하게 되므로, 결국 자신이 고장점(540)에 가장 근접하여 위치한 리클로저라고 인식할 수 있다.

상기와 같이, 리클로저 2(542)는 최소한의 회수의 선로 재폐로 동작을 수행하여 자신이 선로 고장 구간 분리를 수행해야 하는 리클로저임을 인식할 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 리클로저는 보다 신속하게 고장 구간을 분리할 수 있다.

상기 인식 후, 리클로저 2(542)는 시스템 형상 테이블에 따라 배전선로 상에서 자신이 관리하는 개폐기 3(553), 개폐기4(554), 개폐기 7(557), 및 개폐기 8(558)로부터 고장전류 감지정보를 각각 수신한다.

도 5에서는 고장점(560)이 개폐기3(553)과 개폐기 4(557) 사이에 위치하므로, 리클로저 2(542)는 개폐기 3(553)으로부터 고장 전류를 감지하였다는 고장전류 감지정보를 수신한다.

또한, 개폐기 4(554)로부터는 고장 전류를 감지하지 못하였다는 고장전류 감지정보를 수신할 수 있다.

이는 리클로저3(543)이 상기에서 설명한 바와 같이 고장 전류를 감지하지 못하는 이유와 동일하다.

상기 수신한 고장전류 감지정보의 판독 결과, 리클로저 2(542)는 개폐기 3(553)과 개폐기 4(554)의 선로 구간에 고장점(560)이 위치한다고 판단한다.

상기와 같이 고장점(560)의 위치를 판단한 후, 리클로저 2(542)는 개폐기 3(553) 및 개폐기 4(554)와 통신을 수행하여, 개폐기 3(553) 및 개폐기 4(554)가 선로를 개방하도록 제어한다.

또한, 리클로저 2(542)는 개폐기 3(553) 및 개폐기4(554)의 선로 개방을 통해 고장 구간의 분리가 성공하였음을 확인한 후, 자신은 선로의 폐로를 다시 유지함으로써 정전구간을 최소화하고 건전 구간을 최대한 확보할 수 있다.

또한, 개폐기 3(553) 및 개폐기 4(554)의 선로 개방에 따라 제1 전류 소스(510)로부터의 전력 공급이 중단된 리클로저3(543) 및 개폐기 9(559)의 배전선로 구간은 제2 전류 소스(570)로부터 다시 전력을 공급 받을 수 있다.

이때, 개폐기 9(559)가 선로를 폐로시키면 제2 전류 소스(570)를 통해 상기 전력 공급이 중단된 구간은 전력을 다시 공급받을 수 있다.

이러한 경우, 개폐기 4(554)가 선로를 이미 개방시킨 다음이므로, 개폐기 9(559)가 선로를 폐로하여도 리클로저 3(543)으로는 고장 전류가 흐르지 않는다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 선로개폐 장치는 배전 선로의 고장 전류 발생시, 정전 구간을 최소화하고 신속하게 복구할 수 있다.

즉, 리클로저 1(541)의 선로 개방 동작을 리클로저 2(542)의 선로 개방 동작보다 늦게 수행하게 함으로써, 리클로저 1(541)의 불필요한 선로 개방을 방지하여 고장과 관계없는 리클로저 1(541)과 리클로저 2(542) 사이의 구간에 정전이 발생하는 일을 예방할 수 있다.

또한, 개폐기와의 통신을 수행하고 개폐기의 선로 개방을 제어하여, 리클로저 사이의 구간보다 협소한 개폐기 사이의 구간을 분리함으로써, 정전 구간을 최소화할 수 있다.

즉, 도 5에서, 리클로저 2(542)가 선로를 개방하는 것이 아니라 개폐기3(543)이 선로를 개방하도록 하여, 고장 구간과 상관없는 개폐기 7(547) 및 개폐기 8(548)의 구간에 전력이 공급되지 못하는 일을 방지할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명은 도 6의 예시와 같이, 차단기(530)의 구조를 개선하여 신뢰성을 더욱 더 높이도록 개선된 것이다.

예컨대, 도 6에서와 같이, 상기 차단기(530)는 고체 절연물로 형성된 절연본체(600)의 내부 하부측에는 상호 간격을 가지면서 평행을 이루는 세라믹관(610) 및 합성수지제의 절연관(710)이 설치된다.

그리고, 상기 세라믹관(610)의 내부에는 제1 전류 소스용 고정도체(620)의 상부측이 위치되고, 제1 전류 소스용 고정도체(620)의 하부측은 절연본체(600)의 하부 외측을 향한다.

또한, 상기 제1 전류 소스용 고정도체(620)의 하부측에는 전원(電源)측이 접속된다.

아울러, 상기 절연관(710)의 내부에는 부하용 고정도체(720)의 상부측이 위치되고, 부하용 고정도체(720)의 하부측은 접지된다.

그리고, 상기 절연본체(600)의 내부 상부측에는 상호 간격을 가지면서 평행을 이루는 제1,2통로(630,730)가 각각 형성되고, 상기 제1,2통로(630,730)는 세라믹관(610) 및 절연관(710)과 각각 연통된다.

이때, 상기 제1,2통로(630,730)에는 제1 전류 소스용 가동도체(640) 및 부하용 가동도체(740)가 각각 직선운동가능하게 설치되며, 상기 제1 전류 소스용 가동도체(640) 및 부하용 가동도체(740)는 상기 제1,2통로(630,730)의 상측에 설치된 제1,2액츄에이터(ACT1,ACT2)에 의하여 각각 운동한다.

즉, 상기 제1 전류 소스용 가동도체(640)는 직선운동하면서 제1 전류 소스용 고정도체(620)에 접속 또는 비접속되고, 부하용 가동도체(740)는 직선운동하면서 부하용 고정도체(720)에 접속 또는 비접속된다.

그리고, 상기 제1 전류 소스용 가동도체(640)와 상기 제1액츄에이터(ACT1) 사이에는 제1 전류 소스용 절연로드(650)가 개재되고, 상기 부하용 가동도체(740)와 상기 제2액츄에이터(ACT2) 사이에는 부하용 절연로드(750)가 개재된다.

또한, 상기 세라믹관(610)과 제1통로(630) 사이 절연본체(600)의 부위 및 절연관(710)과 제2통로(730) 사이 절연본체(600)의 부위에는 연결도체(800)가 설치된다.

즉, 상기 연결도체(800)는 세라믹관(610), 절연관(710), 제1통로(630) 및 제2통로(730)와 대략 직교한다.

아울러, 상기 연결도체(800)는 제1 전류 소스용 가동도체(640) 및 부하용 가동도체(740)와 각각 접속하고, 상기 절연본체(600)의 측면 외측을 향하는 연결도체(800)의 단부는 부하와 접속된다.

따라서, 제1 전류 소스용 가동도체(640)가 제1 전류 소스용 고정도체(620)에 접속되면 전원측과 부하측이 접속되고, 제1 전류 소스용 가동도체(640)가 제1 전류 소스용 고정도체(620)에 비접속되면 전원측과 부하측이 비접속된다.

그리고, 부하용 가동도체(740)는, 점검을 위하여 제1 전류 소스용 가동도체(640)와 제1 전류 소스용 고정도체(620)를 비접속시킨 상태에서, 부하용 고정도체(720)에 접속된다.

이와 같은 본 발명에 따른 차단기(530)는 세라믹관(610)과 절연관(710) 내부를 절연유(絶緣由)로 채워 절연시킨다.

이때, 상기 절연유는 친환경 식물유인 것이 바람직하며, 특히 절연성은 물론 내식성, 유동성 향상을 위해 다음과 같이 조성될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 절연유는 주성분인 광유(Mineral Base Oil)와, 상기 광유 100중량부에 대해 다이에틸헥실프탈레이트(DEHP) 2중량부, PABA(Para Amino Benzonic Acid) 5중량부, MEA(Monoethanolamine) 3중량부, 카듀라 E-10(CADURA E-10) 10중량부, 트라가칸타 5중량부, 크롬 0.5중량부, 지르코늄 2중량부, 니오븀 2중량부를 포함하여 조성된다.

여기에서, 상기 다이에틸헥실프탈레이트는 가소제로서 첨가되며, 상기 PABA는 변색방지를 위해 첨가되고, 상기 MEA는 불휘발성 알카리제로서 황화수소와 이산화탄소의 흡수기능을 위해 첨가되며, 카듀라 E-10(CADURA E-10)은 다른 이름으로 글리시딜 네오데카노에이트(Glycidyl neodecanoate)로서 투명한 수백색의 액체(Water-White Liquid)이며 윤활성을 부여하기 위해 첨가되고, 트라가칸타는 일종의 고무성분으로서 점도 조절을 위해 첨가며, 크롬과 지르코늄 및 니오븀은 내식성 향상을 위해 첨가된다.

이러한 절연유의 절연특성을 확인하기 위해, KS M 2014에 규정된 방법으로 0℃에서 동점도를 테스트한 결과, 56.02cST로 확인되었는 바 스펙(Spec.)인 30.00cST를 훨씬 상회하는 결과를 얻어 절연유로서의 특성이 충분함을 확인하였다.

또한, 가장 중요한 특성인 인화점 특성은 KS M 2010에 의해 테스트하였으며, 320℃를 얻었다. 이또한 스펙인 260℃보다 훨씬 상회하는 결과로서 절연유의 특성을 충분히 만족시킴을 확인하였다.

한편, 절연유의 기능을 구현하기 위한 상기 세라믹관(610)과 절연관(710)의 내부 구조는 다음과 같다.

상기 세라믹관(610)과 절연관(710) 사이의 절연본체(600) 상에는 제1챔버(910)와 제2챔버(920)가 설치된다.

상기 제1,2챔버(910,920)는 내부에 공간을 갖는 일종의 버퍼링 룸(Room)으로서, 각각 상기 세라믹관(610) 및 절연관(710)과 연통되고, 상기 세라믹관(610) 및 절연관(710)에는 절연유가 채워진다.

다만, 상기 제1,2챔버(910,920)에는 절연유가 전부 채워지지는 않는다.

그리고, 상기 제1 전류 소스용 가동도체(640)의 둘레면과, 상기 부하용 가동도체(740)의 둘레면에는 원판 형태의 제1,2가압판(930,940)이 고정된다.

또한, 상기 제1,2챔버(910,920) 각각은 제1,2연통유로(912,922)를 통해 상기 세라믹관(610) 및 절연관(710)과 각각 연통되어 있고, 상기 제1,2연통유로(912,922) 상에는 제1,2조절볼(914,924)가 각각 내장된다.

따라서, 평상시에는 상기 제1,2조절볼(914,924)을 사이에 두고 상기 세라믹관(610) 내부의 절연유압과 상기 제1챔버(910) 내부의 절연유압이 서로 평형을 유지하고, 또한 상기 절연관(710) 내부의 절연유압과 상기 제2챔버(920) 내부의 절연유압이 서로 평형을 유지하게 된다.

그러다가, 제1 전류 소스용 가동도체(640)가 유동하여 급격히 하강하면 제1조절볼(914)이 제1연통류로(912)를 차단해 버리기 때문에 제1 전류 소스용 가동도체(640)가 급격히 이동하지 못하고 서서히 하강하게 된다.

그러면, 충격이 완충되면서 하부압이 해소되어 세라믹관(610) 내부의 절연유 일부가 제1가압판(930)이 밀어 내리는 압력에 의해 제1챔버(910)로 이동하게 되고 이후 제1 전류 소스용 가동도체(640)의 하단이 고정도체(620)면서 하부압이 해소되어 제1 전류 소스용 고정도체(620)와 접속되면서 통전가능하게 동작하게 된다.

이와 같은 동일한 작용이 상기 절연관(710) 내부에서도 동일하게 일어난다.

덧붙여, 도 7의 예시와 같이, 연결도체(800)의 굴신에 따른 피로강도 증가로 파단위험성 및 열화의 문제를 극복하기 위해 중앙지지체(CEN, 도 6 참고)의 상면에 상기 연결도체(800)의 오목부(OVP) 하면을 탄성지지할 수 있는 판형스프링(PAN)을 더 설치할 수 있다.

이때, 상기 판형스프링(PAN)의 양단은 요입되는 형태로 오목한 하단턱삽입홈(HOM)이 형성되어 상기 연결도체(800)의 오목부(OVP) 하단 양측의 하단턱(HAT)에 끼워지고, 중앙부는 오목한 형태로 탄성을 제공할 수 있도록 구성된다.

뿐만 아니라, 상기 판형스프링(PAN)의 오목한 부위 중앙에는 통공(TTL)이 형성되고, 상기 통공(TTL)에는 이를 관통하여 체결볼트(CHB)가 끼워진 후 상기 중앙지지체(CEN)의 상면에 볼트 체결된다.

특히, 상기 체결볼트(CHB)는 상기 연결도체(800)의 오목부(OVP) 양측 상면에 걸쳐지는 상부고정편(SAP)의 중앙을 관통하여 체결시킴으로써 연결도체(800)의 오목부(OVP) 양측을 탄성가능하게 고정하여 굴신될 때 피로강도의 증가를 막고, 탄성복귀력을 증대시켜 제1 전류 소스용 가동도체(640) 또는 부하용 가동도체(740)가 상하방향으로 움직일 때 그 유동을 원활하고 용이하게 하여 준다.

더 나아가, 제1 전류 소스용 가동도체(640)와 제1 전류 소스용 고정도체(620) 또는 부하용 가동도체(740)와 부하용 고정도체(720) 상호간의 접촉 안정성을 높이고, 접촉 불량을 방지하기 위해 도 8과 같은 형태로 이들의 접촉부위가 변형될 수 있다.

즉, 도 8에서와 같이, 제1 전류 소스용 가동도체(640) 및 부하용 가동도체(740)의 하단면 중심에는 제1홈(HO1)이 형성되고, 상기 제1 전류 소스용 고정도체(620) 및 부하용 고정도체(720)의 상단면 중심에는 제2홈(HO2)이 형성되며, 상기 제1,2홈(HO1,HO2)의 입구부 둘레면에는 약 2-3피치의 나사산(NA1,NA3)이 형성되고, 상기 제1,2홈(HO1,HO2)에는 제1접촉자(TA1) 및 제2접촉자(TA2)가 각각 삽입되되 제1,2홈(HO1,HO2)을 각각 마주하는 제1,2접촉자(TA1,TA2)의 면에는 제1,2스프링홈(GO1,GO2)이 형성되며, 상기 제1,2스프링홈(GO1,GO2)에는 제1,2스프링(SP1,SP2)이 각각 삽입되고, 상기 제1,2접촉자(TA1,TA2)의 둘레면에는 약 2-3피치의 나사산(NA2,NA4)이 형성됨과 아울러 나머지 부위는 모두 민자로 형성되는 구조를 갖는다.

그리하여, 제1,2스프링(SP1,SP2)의 개재하에 상기 제1,2접촉자(TA1,TA2)를 상기 제1,2홈(HO1,HO2)에 각각 나사결합하게 되면 약 2-3피치의 나사를 통과한 후에는 모두 민자부이므로 제1,2홈(HO1,HO2) 외부로 이탈되지 않으면서 제1,2스프링(SP1,SP2)의 탄성에 의해 완충되면서 제1,2홈(HO1,HO2) 내부에서 상하 유동되므로 상호 접촉시 접촉안정성이 증대되어 접촉불량이 발생하지 않게 된다.

이때, 상기 제1홈(HO1)의 깊이 L1 보다 상기 제1접촉자(TA1)의 길이 L2가 더 길어야 하고, 또한 상기 제2홈(HO2)의 깊이 L3 보다 상기 제2접촉자(TA2)의 길이 L4가 더 길어야 한다.

아울러, 상기 제1,2챔버(910,920)는 오리피스(950)를 서로 연통되어 있어 급격한 절연유 부족시 상호 보충하도록 구성된다.

뿐만 아니라, 상기 제1,2챔버(910,920) 각각에는 보충유로(960)가 연통되어 있어 절연유 부족시 보충할 수 있도록 구성된다.

특히, 상기 절연본체(600)의 내주면에는 내화액이 도포되는데, 상기 내화액은 폴리스티렌수지 100중량부에 대해 팽창흑연 12중량부; 지르코늄 4중량부; 백유(white spirit) 6중량부, 나프텐 증류액 5중량부, 지방산 그리시딜 에스테르(fatty acid glycidyl esters) 10중량부, 무수프탈산(phthalic anhydride) 5중량부; 아크릴모노머 10중량부; 규산나트륨 5중량부; 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트 3중량부로 조성된다.

여기에서, 상기 폴리스티렌수지는 내열성과 내충격성이 뛰어나며 혼용성을 높이기 위해 첨가된다.

그리고, 상기 팽창흑연(Exandable Graphite)은 그라파이트의 층상 구조를 갖기 때문에 그 층상 사이에 원자나 작은 분자를 집어 넣고 열을 가할 경우 아코디언처럼 분리가 되면서 입자가 수 백배 팽창하게 되는 현상을 이용하여 난연 플라스틱, 난연 EPS, 난연 우레탄폼 등 다양한 분야에서 활용되는 물질이다.

또한, 상기 지르코늄은 화재발생시 공기중의 산소와 결합하여 산화물 또는 질소화물로 된 보호피막을 형성하여 내화성과 난연성을 증대시키기 위해 첨가된다.

아울러, 상기 백유는 유화성을 갖추고 있으므로 산소와 습기에 저항하여 녹 발생 원인을 제거하기 위해 첨가되고, 나프텐 증류액은 일종의 용제이며, 지방산 그리시딜 에스테르와 무수프탈산은 유연성을 부여하기 위해 첨가한다.

또한, 상기 아크릴모노머는 상온안정성을 증대시켜 부착력을 강화함으로써 코팅제 역할을 수행하기 위해 첨가되고, 상기 규산나트륨은 주로 물유리(Water Glass)로 통칭되는 것으로 화재 등에 의해 발열시 주변에 본 발명 조성물에 함유된 금속이온과 반응하여 겔화되면서 필름을 형성하게 되고, 이 필름에 의해 불연성이 증대되게 된다.

그리고, 상기 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트는 염기성 가수분해를 억제하기 위해 첨가된다.

본 발명에 따른 내화액이 코팅된 코팅층의 내화특성을 확인하기 위해, 상술한 조성으로 이루어진 내화액을 철판에 5mm의 두께로 코팅한 후 경화시켰다.

그런 다음, 내화도 테스트 방법인 KS F2271에 의해 검측하였으며, 검측 결과 내화 2등급을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.

이와 같이, 본 발명에 따라 절연유를 이용하여 절연하게 되면 기존처럼 진공 누설에 따른 안전성의 문제를 해소할 수 있어 더욱 더 효과적인 차단 기능 수행이 가능하게 된다.

210 : 변전소(전류소스) 220 : 원격 감시 제어장치
230 : 차단기 231 : 차단기 컨트롤러
240 : 리클로저 241 : 리클로저 컨트롤러
250 : 개폐기 251 : 개폐기 컨트롤러
260 : 통신망 270 : 수용가

Claims (1)

1. 소정의 배전선로 구간의 전류 흐름을 제어하는 배전 제어 장치 시스템으로서, 상기 배전선로 구간에 위치한 차단기, 하나 이상의 리클로저(Recloser) 및 개폐기와 통신을 수행하고, 상기 배전선로의 고장전류 발생시, 상기 차단기와 고장전류 감지정보를 송수신하는 리클로저 정보 및 상기 각 리클로저와 고장전류 감지정보를 송수신하는 각 개폐기 정보를 포함하는 시스템 형상 테이블이 기록된 메모리 수단을 포함하는 원격 감시 제어장치; 및 상기 원격 감시 제어장치 및 상기 하나 이상의 리클로저와 통신을 수행하고, 상기 원격 감시 제어장치로부터 상기 시스템 형상 테이블을 전송 받아 소정의 메모리 수단에 기록하며, 상기 배전선로로부터 고장전류를 감지하는 경우 상기 시스템 형상 테이블을 참조하여, 하나 이상의 리클로저로 상기 고장전류의 감지 여부에 대한 감지정보 전송을 요청하고, 상기 하나 이상의 리클로저로부터 상기 고장전류 감지정보를 수신하는 경우 상기 배전선로의 폐로(Close)를 유지하는 차단기를 포함하고; 상기 원격 감시 제어장치는 상기 시스템 형상 테이블을 상기 차단기, 상기 하나 이상의 리클로저, 및 상기 하나 이상의 개폐기로 전송하도록 구성되며; 상기 하나 이상의 리클로저 및 상기 하나 이상의 개폐기는 상기 원격 감시 제어장치로부터 상기 시스템 형상 테이블을 수신하여 소정의 메모리 수단에 기록하고, 상기 배전선로의 고장전류 발생시, 상기 시스템 형상 테이블을 참조하여 자신과 상기 고장전류 감지정보를 송수신해야 할 차단기, 리클로저, 및 개폐기를 각각 식별하도록 구성되고; 상기 차단기는 상기 하나 이상의 리클로저로부터 상기 고장전류 감지정보를 소정의 시간 동안 수신하지 못한 경우, 상기 배전선로를 개방(Open)하며; 상기 차단기로 상기 고장전류 감지정보를 전송한 하나 이상의 리클로저는, 상기 배전선로의 재폐로(Reclose) 동작을 수행하여, 자신이 상기 고장전류가 발생한 상기 배전선로의 고장점에 가장 근접하여 위치한 리클로저인지 여부를 판단하고, 상기 고장점에 가장 근접하여 위치하는 것으로 판단한 제1 리클로저는, 상기 시스템 형상 테이블을 참조하여 하나 이상의 개폐기로 상기 고장전류의 감지 여부에 대한 감지정보 전송을 요청하고, 상기 요청에 대응하여 고장전류 감지정보를 전송한 제1 개폐기 및 상기 제1 개폐기와 근접하여 위치한 제2 개폐기 사이의 구간에 상기 고장점이 위치하는 것으로 판단하여, 상기 제1 개폐기 및 상기 제2 개폐기가 상기 배전선로를 개방하도록 제어하고; 상기 원격 감시 제어장치, 차단기, 하나 이상의 리클로저, 및 하나 이상의 개폐기는 각각 소정의 통신 모듈을 포함하고, 상기 각각의 통신 모듈은 소정의 통신망을 통해 상기 원격 감시 제어장치, 차단기, 하나 이상의 리클로저, 및 하나 이상의 개폐기를 서로 네트워크 연결하며; 상기 통신 모듈은 IEC 61850 통신 프로토콜을 지원하도록 구성하는 배전 제어 장치 시스템에 있어서,
   상기 차단기는 고체 절연물로 형성된 절연본체의 내부 하부측에는 상호 간격을 가지면서 평행을 이루는 세라믹관 및 합성수지제의 절연관이 설치되고, 상기 세라믹관의 내부에는 전류 소스용 고정도체의 상부측이 위치되고, 전류 소스용 고정도체의 하부측은 절연본체의 하부 외측을 향하며, 상기 전류 소스용 고정도체의 하부측에는 전원측이 접속되고, 상기 절연관의 내부에는 부하용 고정도체의 상부측이 위치되며, 부하용 고정도체의 하부측은 접지되고, 상기 절연본체의 내부 상부측에는 상호 간격을 가지면서 평행을 이루는 제1,2통로가 각각 형성되며, 상기 제1,2통로는 세라믹관 및 절연관과 각각 연통되고, 상기 제1,2통로에는 전류 소스용 가동도체 및 부하용 가동도체가 각각 직선운동가능하게 설치되며, 상기 전류 소스용 가동도체 및 부하용 가동도체는 상기 제1,2통로의 상측에 설치된 제1,2액츄에이터에 의하여 각각 운동하도록 구성되고, 상기 세라믹관과 제1통로 사이 절연본체의 부위 및 절연관과 제2통로 사이 절연본체의 부위에는 연결도체가 설치되는데, 상기 연결도체는 세라믹관, 절연관, 제1통로 및 제2통로와 직교하도록 배치되며, 전류 소스용 가동도체 및 부하용 가동도체와는 각각 접속하고, 상기 절연본체의 측면 외측을 향하는 연결도체의 단부는 부하와 접속되며, 상기 세라믹관과 절연관 사이의 절연본체 상에는 제1챔버와 제2챔버가 설치되고, 상기 제1,2챔버는 각각 상기 세라믹관 및 절연관과 연통되고, 상기 세라믹관 및 절연관에는 절연유가 채워지며, 상기 전류 소스용 가동도체의 둘레면과 상기 부하용 가동도체의 둘레면에는 원판 형태의 제1,2가압판이 각각 고정되고, 상기 제1,2챔버 각각은 제1,2연통유로를 통해 상기 세라믹관 및 절연관과 각각 연통되며, 상기 제1,2연통유로 상에는 제1,2조절볼이 각각 내장되고, 상기 제1,2챔버는 오리피스를 통해 서로 연통되어 구성되며, 상기 제1,2챔버 각각에는 보충유로가 더 연통되어 절연유 부족시 보충할 수 있도록 구성되되,
   상기 전류 소스용 가동도체와 상기 제1액츄에이터 사이에 제1 전류 소스용 절연로드가 개재되고, 상기 부하용 가동도체와 상기 제2액츄에이터 사이에 부하용 절연로드가 개재되고, 상기 세라믹관과 절연관 내부는 절연유로 채우고, 상기 제 1, 2 챔버에는 절연유가 부분적으로 채워지며, 상기 세라믹관 내부의 절연유압과 상기 제 1 챔버 내부의 절연유압 및 상기 절연관 내부의 절연유압과 상기 제 2 챔버의 절연유압은 상기 제 1, 2 연통유로와 상기 제 1, 2 조절볼에 의하여 평형을 유지하고, 상기 연결도체(800)의 굴신에 따른 피로강도 증가로 파단위험성 및 열화를 방지할 수 있도록 중앙지지체(CEN)의 상면에 상기 연결도체(800)의 오목부(OVP) 하면을 탄성지지할 수 있는 판형스프링(PAN)을 더 설치하되,
   상기 판형스프링(PAN)의 양단은 요입되는 형태로 오목한 하단턱삽입홈(HOM)이 형성되어 상기 연결도체(800)의 오목부(OVP) 하단 양측의 하단턱(HAT)에 끼워지고, 중앙부는 오목한 형태로 탄성을 제공하도록 구성되며;
   상기 판형스프링(PAN)의 오목한 부위 중앙에는 통공(TTL)이 형성되고, 상기 통공(TTL)에는 이를 관통하여 체결볼트(CHB)가 끼워진 후 상기 중앙지지체(CEN)의 상면에 볼트 체결되며;
   상기 체결볼트(CHB)는 상기 연결도체(800)의 오목부(OVP) 양측 상면에 걸쳐지는 상부고정편(SAP)의 중앙을 관통하여 체결시켜 연결도체(800)의 오목부(OVP) 양측을 탄성가능하게 고정하고;
   제1 전류 소스용 가동도체(640) 및 부하용 가동도체(740)의 하단면 중심에는 제1홈(HO1)이 더 형성되며, 제1 전류 소스용 고정도체(620) 및 부하용 고정도체(720)의 상단면 중심에는 제2홈(HO2)이 더 형성되고, 상기 제1,2홈(HO1,HO2)의 입구부 둘레면에는 2-3피치의 나사산(NA1,NA3)이 형성되며, 상기 제1,2홈(HO1,HO2)에는 제1접촉자(TA1) 및 제2접촉자(TA2)가 각각 삽입되되 제1,2홈(HO1,HO2)을 각각 마주하는 제1,2접촉자(TA1,TA2)의 면에는 제1,2스프링홈(GO1,GO2)이 형성되고, 상기 제1,2스프링홈(GO1,GO2)에는 제1,2스프링(SP1,SP2)이 각각 삽입되며, 상기 제1,2접촉자(TA1,TA2)의 둘레면에는 2-3피치의 나사산(NA2,NA4)이 형성됨과 아울러 나머지 부위는 모두 민자로 형성되고, 상기 제1홈(HO1)의 깊이 L1 보다 상기 제1접촉자(TA1)의 길이 L2가 더 길어야 하며, 아울러 상기 제2홈(HO2)의 깊이 L3 보다 상기 제2접촉자(TA2)의 길이 L4가 더 길어야 하고;
   절연본체(600)의 내주면에는 내화액이 도포되는데, 상기 내화액은 폴리스티렌수지 100중량부에 대해 팽창흑연 12중량부; 지르코늄 4중량부; 백유(white spirit) 6중량부, 나프텐 증류액 5중량부, 지방산 그리시딜 에스테르(fatty acid glycidyl esters) 10중량부, 무수프탈산(phthalic anhydride) 5중량부; 아크릴모노머 10중량부; 규산나트륨 5중량부; 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트 3중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 배전 제어 장치 시스템.
   
   

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