KR101832108B1 - 전력비교 방식의 보호기능을 갖는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반에 있어서, 전력공급부(21)와 병렬로 분기(分岐)되어 배치된 영상 고조파 필터(15); 상기 전력공급부(21)와 상기 영상 고조파 필터(15)의 전기적으로 연결을 결정하는 개폐부(13); 상기 전력공급부(21)는 주 차단기(22) 및 부하차단기(23)로 구성되며; 상기 영상 고조파 필터(15)로 인가되는 전압을 측정하는 전압검출부(12); 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류를 측정하는 전류검출부(14); 상기 영상 고조파 필터(15)로 전압이 인가되어 전류가 흐를 때의 상기 영상 고조파 필터(15)의 내부 온도를 측정하는 온도검출부(16); 상기 개폐부(13)를 제어하기 위한 제어부(10)는 영상 고조파를 진단하는 영상진단부(31), 역상을 진단하는 역상진단부(32), 결상(Open Phase)을 진단하는 결상진단부(33), 및 영상 고조파 필터(15)의 내부 온도를 검출하고, 이것이 온도 상한 기준값(41) 또는 온도 하한 기준값(43)에 도달했는지 여부를 진단하는 온도진단부(34)로 구성되며, 상기 개폐부(13)가 폐로(閉路)시 3상 전압(103,105,107)과 3상 전류(104,106,108)를 검출하여 3상 전력을 계산(110,111,112)하며, R상전력 크기, S상전력 크기, T상전력의 크기 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력크기 설정값(102) 이상이고, R상전력 위상, S상전력 위상, T상전력의 위상 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력위상 설정값(109) 이하인 상을 최종적으로 결상(Open Phase)으로 판단하며, 상기 전압검출부(12)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 인가되는 전압을 측정하도록 개폐부(13)의 전단(前端)에 설치되며, 상기 전류검출부(14)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류를 측정하도록 개폐부(13) 후단(後端)에 설치되는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반

Description

전력비교 방식의 보호기능을 갖는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반{Distributions Board Built in Zero Harmonic Reduction Apparatus equipped with Protective Functions of Electric Power Comparison}
본 발명은 3상 4선식 전력계통에서, 결상(Open Phase)시 이를 표시 및 경보하여 전력계통을 보호하기 위한 장치에 관한 것이다. 현재 전력이 공급되는 계통은 3상 4선식 계통이며, 상기 3상 4선식 전력계통에서 특성 상(Phase)에 단선, 접촉 불량, 퓨즈의 용단 등의 이유로 결상(Open Phase)되는 경우가 발생한다. 본 발명은 이러한 결상(Open Phase)시에 결상 전력으로부터 전력공급부 및 영상 고조파 필터를 보호하기 위한 전력비교 방식의 보호기능을 갖는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반에 관한 것이다.
현재 일반적인 가정, 공장, 빌딩, 산업시설 등 모든 곳에 전력이 공급되는 계통은 3상 4선식의 전력공급 계통이다. 특히 가정, 공장, 빌딩, 산업시설 등에서는 단상 및 3상 부하가 혼용되어서 사용되고 있다. 또한, 최근에 컴퓨터, 전자기기, 무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply) 등의 비선형 부하와 일반부하(Load)와 혼용되어 사용되기에 중성선에 부하 불평으로 불평형 전류가 발생하며, 영상 고조파(Zero Harmonic)가 흐른다.
고조파(Harmonic)라는 것은 기본파(상용 주파수, 60Hz)의 배수가 되는 주파수를 의미한다. 특히 문제가 되는 것은 기본파(상용 주파수, 60Hz)의 3배의 정수배를 갖는 고조파(3배, 6배, 9배 등)가 가장 큰 문제이다. 이는 주로 컴퓨터, 전자기기, 무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply) 등의 비선형 부하로 인하여 발생하게 된다.
특히 영상 고조파(Zero Harmonic)는 위상이 서로 동일한 3배의 정수배를 갖는 고조파(3배, 6배, 9배 등)가 중첩되는 고조파를 의미한다. 이러한 영상 고조파(Zero Harmonic)가 중성선에 과다하게 흐르면, 전기설비의 오동작, 통신오류 및 통신잡음, 중선선 과열 및 변압기 성능저하 등의 예상치 못한 문제점이 발생하게 되며, 심각한 경우 변압기 과열 및 폭발사고의 원인이 되기도 한다.
기존에 중성선에 흐르는 영상 고조파(Zero Harmonic)를 저감하기 위한 대표적인 방법은 지그재그 변압기(zigzag transformer)를 사용하여, 상기 영상 고조파(Zero Harmonic)를 지그재그 변압기(zigzag transformer) 내부에서 상쇄시키는 방법을 사용하고 있다.
특히 현재 가정, 공장, 빌딩, 산업시설 등에서 사용되는 3상 4선식 부하는 부하의 평형을 위하여 거의 동일한 용량의 부하를 3상(R상, S상, T상)에 배분하기 위하여 노력하고 있다. 하지만, 일부 단상 및 삼상 부하의 내부 단선, 지락 또는 배선의 결함이 발생하면, 불평형 전류가 흐르게 되며, 특히 접속불량으로 불평형 전류가 발생하면 발열 및 아크가 발생하여, 화재가 발생하는 경우도 존재하가도 한다.
무엇보다, 3상 4선식 전력계통에서 특정(特定) 상(Phase)에 전력이 공급되지 못하는 경우가 발생하는데 이를 결상(Open Phase)이라고 하며, 위상선의 순서가 바뀌는 현상을 역상(Negative Phase)이라고 한다.
결상(Open Phase)이나 역상(Negative Phase)은 부하의 교체, 전력계통 점검, 변압기 교체 등의 과정에서도 발생할 수 있으며, 정상적으로 3상 4선식 전력계통에서 전기가 정상적으로 공급되는 경유에도 접속 불량, 차단기 오동작, 내부 단선, 지락 또는 배선의 결함 등에 의해서 나타날 수 있다.
3상 4선식 전력계통에서 결상(Open Phase)이 발생하는 경우, 정전, 변압기나 전동기의 발열, 각종 기기의 오동작, 회로 손상 등의 사고가 발생하며, 역상(Negative Phase)이 발생하는 경우 3상 유도전동기의 회전방향이 바뀌는 사고가 일어나게 된다.
일반적으로 결상(Open Phase)을 판단하는 가장 일반적인 방법은 3상(R상, S상, T상)의 위상선 중 어느 하나의 위상선 전압이 설정치 이하이면, 결상으로 판단하였다. 하지만, 지그재그 변압기(zigzag transformer)에서는 내부 권선의 특성상 전력계통의 3상 위상선 중 어느 하나의 위상선이 결상되더라도 부하계통에는 3상 전력이 인가되는 특성이 있기 때문에 결상(Open Phase)이 명확하게 판단되지 못하는 문제점이 있었다.
기존에 영상 고조파 저감, 역상(Negative Phase) 및 결상(Open Phase)을 검출하기 위하여 아래와 같은 선행기술문헌이 존재하고 있다.
[특허문헌1] 대한민국 등록특허공보 제10-1358740호, 공고일 2014.02.13. [특허문헌2] 대한민국 등록특허공보 제10-1413625호, 공고일 2014.08.06 영상 고조파(Zero Harmonic)를 저감하기 위하여 지그재그 변압기(zigzag transformer)를 사용하는 종래기술은 [특허문헌1] 및 [특허문헌2]가 존재한다. [특허문헌1]에서는 역상 및 결상 검출 기능을 구비한 고조파 필터로서, 상기 고조파 필터가 전력계통의 3상 위상선 중에서 어느 하나의 상 전압이 검출되지 않는 경우 결상(Open Phase)으로 판단하는 것을 공개하고 있다. 하지만, [특허문헌1]에서는 지그재그 변압기(zigzag transformer)를 사용하고 있기 때문에 3상 위상선 중 어느 하나의 위상선이 결상되더라도 부하계통에는 3상 전력이 인가되고 있으며, 이로 인하여 전력계통에서 결상을 정확하게 검출하지 못하는 문제점이 있다. [특허문헌2]에서는 지능형 제어 장치가 내장된 영상 고조파 필터를 공개하고 있으며, 영상 고조파(Zero Harmonic) 필터가 전력계통에서 전기적으로 분리된 상태에서 3상(R상, S상, T상) 중 적어도 어느 하나 상의 전압을 사용하여 결상(Open Phase)을 판단한다. [특허문헌2]에서 영상 고조파(Zero Harmonic) 필터가 전력계통에서 분리된 상태에서 결상을 판단하므로 전력계통에 설치되어 운전 중이라면 결상(Open Phase)을 검출할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 첫째, 영상 고조파를 제거하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반을 제공하는 것이며, 둘째, 영상 고조파 필터가 설치되어 운전 중인 상태에서 전력공급부의 영상, 결상 및 역상을 검출하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반을 제공하며, 셋째, 전력공급부의 영상, 결상 및 역상으로부터 영상 고조파 필터를 보호하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반을 제공하며, 넷째, 전력공급부의 영상, 결상 및 역상이 검출되면 이를 외부에 알려서 전력공급부를 보호하는 것을 본 발명에서 해결하려는 과제로 한다.
본 발명에서는 3상 4선식 전력시스템에서 특정(特定) 상(Phase)의 결상(Open Phase)이 발생하면, 어느 상에 결상이 발생했는지 그 결상(Open Phase)을 명확하게 검출하고, 상기 결상(Open Phase)으로 인하여 발생하는 결상 전력으로부터 전력공급부(21) 및 영상 고조파 필터(15)를 보호하는 장치를 제안하고자 한다. 제안된 장치는 3상 4선식 전력공급부(21)와 병렬로 분기(分岐)된 영상 고조파 필터(15)가 위치하며, 상기 영상 고조파 필터(15)를 전력공급부(21)에 연결하기 위한 개폐부(13)가 위치한다. 상기 개폐부(13)의 제어를 위해서 3상 전압을 검출하는 전압검출부(12)의 정보와 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류검출부(14)의 정보를 바탕으로 제어부(10)에서 개폐부(13)를 온(on) 및 오프(off) 제어하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다. 상기 제어부(10)의 전체적인 동작은 변환부(30)를 통하여 영상진단부(31), 역상진단부(32), 결상진단부(33) 및 온도진단부(34)를 통하여 종합적으로 결정되며, 판단부(35)를 통하여 상기 개폐부(13)를 온(on) 및 오프(off)를 제어하며, 동시에 전력공급부(21)의 보호를 위하여 주 차단기(22) 및 부하 차단기(23)를 제어하는 것을 본 발명에서 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명은 3상 4선식의 전력공급부에서 첫째, 영상 고조파를 제거하여 전력공급부(21)를 보호하는 효과가 있으며, 둘째, 영상 고조파 필터(15)가 설치되어 운전 중인 상태에서 전력공급부(21)의 영상, 결상 및 역상을 검출하는 효과가 있으며, 셋째, 전력공급부(21)의 영상, 결상 및 역상으로부터 영상 고조파 필터(15)를 보호하는 효과가 있으며, 넷째, 전력공급부(21)의 영상, 결상 및 역상이 검출되면 이를 외부에 알리며, 전력공급부(21)를 보호하는 상승된 효과가 존재한다. 이를 통하여 영상, 결상 및 역상으로 인하여 전기설비의 오동작, 통신오류 및 통신잡음, 중선선 과열 및 변압기 성능저하, 변압기 과열 및 폭발사고를 사전에 방지하는 향상된 효과가 있다.
도 1은 제안하는 전력비교 방식의 보호기능을 갖는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반
도 2는 영상 고조파 필터
도 3은 영상 고조파 저감장치의 제어부
도 4는 온도진단부
도 5는 영상진단부
도 6은 역상진단부
도 7은 개폐부 폐로(閉路)시에 결상진단부
도 8은 개폐부 개로(開路)시에 결상진단부
도 9는 R상에서 결상(Open Phase)이 발생하는 경우 전압검출부(12)와 전류검출부(14)의 전압 및 전류 파형
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 대표도면인 전력비교 방식의 보호기능을 갖는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반을 나타낸다. 제안된 전력비교 방식의 보호기능을 갖는 영상 고조파 저감장치의 구성은 3상 4선식 전력공급부(21)에 분기(分岐)된 영상 고조파 저감장치(20)가 위치하는 것을 기술적 특징으로 한다. 상기 영상 고조파 저감장치(20)는 영상 고조파 저감을 위하여 영상 고조파 필터(15)가 배치되어 있으며, 상기 전력공급부(21)과 상기 영상 고조파 필터(15) 사이에는 서지 보호를 위한 서지보호부(11), 전압 검출을 위한 전압검출부(12), 전류의 흐름을 결정하는 개폐부(13) 및 전류 검출을 위한 전류검출부(14)로 구성되어 있다. 또한, 제어부(10)는 전압검출부(12)의 전압 정보, 전류검출부(14)의 전류 정보를 바탕으로 상기 개폐부(13), 주 차단기(22) 및 부하 차단기(23)를 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다. 또한, 상기 제어부(10)는 외부에 정보를 나타내는 표시부(17), 결상발생시 이를 알리는 경보부(18) 및 외부에 통신하는 통신부(19)와 연결되어 있다.
상기 영상 고조파 필터(15)는 전력공급부(21)의 영상 고조파를 흡수하여 제거하고, 전력공급부(21)에 결상이 발생하면, 전압 및 전류를 유입하도록 상기 전력공급부(21)의 3상 위상선(R상,S상,T상)과 중성선(N)에 병렬로 분기되어 상기 영상 고조파 필터(15)가 설치되는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 전압검출부(12)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 인가되는 전압을 측정하도록 개폐부(13)의 전단(前端)에 설치되고, 일례로 하나 이상의 전압센서 및 이를 포함한 회로로 이루어질 수 있다.
상기 전류검출부(14)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류를 측정하도록 개폐부(13) 후단(後端)에 설치되고, 일례로 하나 이상의 전류센서 및 이를 포함한 회로로 이루어질 수 있다.
상기 온도검출부(16)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 전압 및 전류가 유입되는 때의 상기 영상 고조파 필터(15)의 내부 온도를 측정하도록 설치되고, 일례로 하나 이상의 온도센서 및 이를 포함한 회로로 상기 영상 고조파 필터(15)의 내부에 설치될 수 있다. 상기 제어부(10)는 각각의 검출부에서 검출된 정보를 변환하고 진단하여 판단한 후에 출력한다.
상기 개폐부(13)는 상기 제어부(10)의 제어동작에 따라 상기 영상 고조파 필터(15)를 상기 전력공급부(21)로부터 개로(開路)시키거나 폐로(閉路)시키도록 상기 전력공급부(21)과 상기 영상 고조파 필터(15)를 각각 연결하는 전기 라인(Line) 상에 설치되고, 일례로 개폐기 및 이를 포함한 회로로 이루어질 수 있다. 상기 표시부(21)는 상기 제어부(10)의 제어 상태를 표시하고, 상기 경보부(22)는 결상이 발생하면 경보하며, 통신부(23)은 상기 결상을 외부에 전달하여 관리자가 조치를 취할 수 있도록 하는 장치이다.
도 2는 본 발명의 영상 고조파 필터(15)를 나타낸다. 상기 영상 고조파 필터(15)는 일례로 지그재그(Zigzag) 결선 변압기로 이루어질 수 있으며, 온도검출부(16)는 상기 영상 고조파 필터(15)의 내부 온도를 측정하도록 설치되고, 일례로 하나 이상의 온도센서 및 이를 포함한 회로로 구성되어 있다.
도 3은 영상 고조파 저감장치(20)의 제어부(10)를 나타낸다. 상기 제어부(10)의 세부적인 구성은 전압, 전류, 온도 등의 아날로그 정보를 디지털로 변환시키는 변환부(30)가 존재하며, (1)영상 고조파를 진단하는 영상진단부(31), (2)역상을 진단하는 역상진단부(32), (3)결상(Open Phase)을 진단하는 결상진단부(33), (4)영상 고조파 필터(15)의 내부 온도가 온도 상한 기준값(41) 또는 온도 하한 기준값(43)에 도달했는지 여부를 진단하는 온도진단부(34)의 크게 4가지 부분으로 구성되어 있다. 그리고 상기 (1) 내지 (4)의 결과로부터 개폐부(13), 주 차단기(22) 및 부하 차단기(23)의 온(on)/오프(off) 동작 및 경보를 발생하는 표시부(21), 경보부(22) 및 통신부(23)에 신호를 발생시키는 판단부(35)로 구성되어 있다.
상기 영상진단부(31)는 상기 변환부(30)에서 변환된 영상 전류를 영상 고조파 전류인지 영상 기본파 전류인지를 진단하여 영상 설정값(43)을 초과하면 영상 전류가 발생한 것으로 판정한다. 상기 역상진단부(32)는 상기 변환부(30)에서 변환된 3상 전압과 역상 설정값의 위상을 비교하여 역방향 상회전이 발생할 경우 역상이 발생한 것으로 판정한다. 상기 결상진단부(33)는 상기 변환부(30)에서 변환된 3상 전압 값과 3상 전류 값의 위상을 비교하여 전압의 위상과 전류의 위상이 유사하면 결상이 발생한 것으로 판정한다. 상기 온도진단부(34)는 상기 변환부(30)에서 변환된 온도 값을 진단하여 설정된 정상 범위 이내인지를 판정한다. 상기 판단부(35)는 상기 영상진단부(31)의 진단 결과, 상기 역상진단부(32)의 진단 결과, 상기 결상진단부(33)의 진단 결과 및 상기 온도진단부(34)의 진단 결과를 종합하여 판단한다.
또한, 상기 판단부(35)는 상기 전력공급부(21)의 결상이 발생한 것으로 판단되면, 상기 개폐부(13)를 개로하여 상기 영상 고조파 필터(15)를 상기 전력공급부(21)로부터 분리시키도록 하고, 상기 주 차단기(22) 및 부하 차단기(23)를 개로하여 상기 전력공급부(21)의 결상으로부터 보호할 수 있다. 또한, 상기 표시부(21)에 결상이 발생하였음을 표시하고, 상기 경보부(22)에 결상 경보를 알이며, 통신부(23)는 외부에 결상의 정보를 전달하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 온도진단부(34)를 나타낸다. 상기 영상 고조파 필터(15)의 온도값(42)을 검출하고, 제1 크기비교기(44)는 영상 고조파 필터의 온도값(42)과 온도 상한 기준값(41)을 비교하며, 제2 크기비교기(45)는 영상 고조파 필터의 온도값(42)과 온도 하한 기준값(43)을 비교하는 것을 특징으로 한다. 상기 영상 고조파 필터의 온도값(42)이 온도 상한 기준값(41)에 도달하는 경우 상기 제1 크기비교기(44)는 상기 영상 고조파 필터(15)의 보호를 위하여 개폐부(13)를 오프(Off)시키는 개폐부 순시 개로(46)로 동작시킨다. 또한, 상기 영상 고조파 필터의 온도값(42)이 온도 하한 기준값(43)과 온도 상한 기준값(41)의 사이에 있는 경우, 영상진단, 역상진단 및 결상진단 결과와 조합하여 개폐부(13), 주 차단기(22) 및 부하 차단기(23)의 개로 및 폐로를 판단하여 제어할 수 있다. 상기 영상 고조파 필터의 온도값(42)이 온도 하한 기준값(43)에 도달하는 경우 상기 제2 크기비교기(45)는 개폐부(13)를 온(On)시키는 개폐부 순시 폐로(48)로 동작시킨다.
도 5는 본 발명의 영상진단부(31)를 나타낸다. 제3 크기비교기(50)는 영상전류(51)와 영상 설정값(52)을 비교하는 것을 특징으로 한다. 상기 영상전류(51)는 N상(중성선) 전류를 검출하여 사용하거나, 3상전류(R상,S상,T상)의 대칭분을 변환하여 사용한다. 특히 상기 영상전류(51)가 영상 설정값(52)을 초과하는 경우 영상 고조파(53)인지 아니면 영상 기본파(54)인지 진단하는 것을 특징으로 하며, 이를 바탕으로 개폐부(13)의 온(on) 또는 오프(off)를 결정하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 역상진단부(32)를 나타낸다. 상기 역상진단부(32)는 R상 전압(61), S상 전압(62) 및 T상 전압(63) 중 어느 특정(特定) 상의 전압과 역상 설정값(64)의 위상을 비교한다. 제1 위상비교기(65)는 상기 R상 전압(61)과 상기 역상 설정값(64)을 비교하며, 제2 위상비교기(66)는 상기 S상 전압(62)과 상기 역상 설정값(64)을 비교하며, 제3 위상비교기(67)는 상기 T상 전압(63)과 상기 역상 설정값(64)을 비교하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 역상 설정값(64)은 R상 전압(61), S상 전압(62) 및 T상 전압(63) 중 어느 특정(特定) 상의 전압을 사용하는 것을 특징으로 한다. 그리하여 역상진단부(32)는 3상 전압(61,62,63)과 역상 설정값(64)의 위상을 비교하여 역방향 상회전이 발생할 경우 역상으로 진단하며, 역상진단값(68)을 출력하고, 이를 바탕으로 개폐부(13)의 온(on) 또는 오프(off)를 결정하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 7은 본 발명에서 개폐부 폐로시 결상진단부를 나타낸다. 3상 전압(103,105,107)과 3상 전류(104,106,108)를 검출하고, R상전력 계산부(110)는 R상 전압(103) 및 R상 전류(104)로부터 계산하며, S상전력 계산부(111)는 S상 전압(105) 및 S상 전류(106)로부터 계산하며, T상전력 계산부(112)는 T상 전압(107) 및 S상 전류(108)로부터 계산한다. 상기 R상전력 계산부(110), S상전력 계산부(111), T상전력 계산부(112)의 결과는 제4 크기비교기(113) 및 제4 위상비교기(114)로 인가된다. 여기서 최종적인 결상의 판단은 결상 진단값(201)에서 이루어지면, R상전력, S상전력, T상전력의 크기가 전력크기 설정값(102) 이상이고, R상전력, S상전력, T상전력의 위상이 전력위상 설정값(109) 이하인 상을 최종적으로 결상(Open Phase)으로 판단하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 8은 본 발명에서 개폐부 개로시 결상진단부를 나타낸다. 도 8에서는 개폐부가 개로(Open) 되었기 때문에 전류 정보는 받을 수 없으므로 제7,8,9 크기비교기(206,207,208)를 통하여 3상 전압(202,203,204)과 결상 설정값(205)을 비교하게 되며, 상기 3상 전압(202,203,204) 중 어느 특정(特定) 상의 전압이 결상 설정값(205) 이하로 설정 시간동안 지속되는 경우 그 상을 결상으로 진단하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에서는 개폐부 폐로시 전력비교를 통하여 결상을 진단하며, 개폐부 개로시 3상 전압(202,203,204)이 결상 설정값(205) 이하로 설정 시간동안 지속되는 경우 그 상을 결상으로 진단하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 9는 R상에서 결상(Open Phase)이 발생하는 경우 전압검출부(12)와 전류검출부(14)의 전압 및 전류 파형을 나타낸다.
0.500[Sec]에서 3상 4선식 전원계통(10) 또는 부하계통(17)의 R상에 결상이 발생하면, 상기 전압검출부(12)와 상기 전류검출부(14)에 입력되는 R상의 전압과 전류의 위상은 도 9(a)와 도 9(b)에 도시한 바와 같이 일치되고 있다. 또한 S상의 전압과 전류의 위상은 도 9(c)와 도 9(d)에 도시한 바와 같이 위상차가 존재하며, T상의 전압과 전류의 위상은 도 9(e)와 도 9(f)에 도시한 바와 같이 위상차가 존재한다.
한편, 전력(Power)은 전압(Volt)과 전류(Current)의 곱으로 계산되므로 상기 전원계통(10) 및 부하계통(17)을 포함하는 전력계통의 결상으로 인하여 상기 영상 고조파 필터(15)에 유기되는 R상의 전력은 도 9(a)와 도 9(b)의 곱이고, S상의 전력은 도 9(c)와 도 9(d)의 곱이고, T상의 전력은 도 9(e)와 도 9(f)의 곱이다.
즉 R상에서 결상(Open Phase)이 발생하면, 도 9(b), 도 9(d) 및 도 9(f)에서 전류의 위상이 동일하므로 결상 전력이 유기됨을 알 수 있다. 상기 결상 전력은 영상 고조파 필터(15)의 과열 및 소손을 발생시키는 원인이 되며, 제어부(10)의 결상진단부(33)는 결상(Open Phase) 여부를 판단하며, 개폐부(13)를 오프(off) 시킴을 통하여 상기 3상 4선식 전원계통(10) 및 부하계통(17)로부터 상기 영상 고조파 필터(15)를 분리함으로서 영상 고조파 필터(15)를 보호할 수 있으며, 동시에 경보부(22)를 통하여 결상 발생을 알림을 통하여 전원계통(10) 및 부하계통(17)을 포함하는 전력계통을 보호할 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다.
이와 같이 상기 전압검출부(12) 및 전류검출부(14)로부터 3상 전압 및 3상의 전력을 곱하여 3상의 전력을 구하고, R상전력, S상전력, T상전력의 크기가 전력크기 설정값(102) 이상이고, R상전력, S상전력, T상전력의 위상이 전력위상 설정값(109) 이하인 상을 최종적으로 결상(Open Phase)으로 판단하는 것을 기술적 특징으로 한다. 이를 통하여 3상 4선식 전원계통(10)이 운전 중인 상태에서 상기 전압검출부(12) 및 전류검출부(14)로부터 결상 여부를 정확하게 검출할 수 있다.
한편, 상기 전력공급부(21)의 R상에 결상이 발생하면, 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전압의 크기는 도 9(a), 도 9(c) 및 도 9(e)에 도시한 바와 같이 변화되지 않으며, 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류의 크기는 도 9(b), 도 9(d) 및 도 9(f)에 도시한 바와 같이 증가한다.
이와 같이 본 발명에서는 상기 영상 고조파 필터(15)로 사용된 지그재그 결선 변압기가 설치된 상기 전력공급부(21)에서 3상 위상선 중 어느 하나의 위상선이 결상되더라도 전력공급부(21)에는 3상 전력이 인가되는 특성이 있기 때문에 상기 지그재그 결선 변압기로 유입되는 전압 및 전류 중에서 어느 하나의 정보만으로는 결상을 정확하게 검출할 수 없음을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반은 영상 고조파를 제거하여 상기 전력공급부(21)를 보호하고, 상기 영상 고조파 필터(15)가 설치되어 운전 중인 상태에서 상기 전력공급부(21)의 영상, 결상 및 역상을 정확하게 검출하고, 상기 전력공급부(21)의 영상, 결상 및 역상으로부터 상기 영상 고조파 필터(15)를 보호하며, 상기 전력공급부(21)의 영상, 결상 및 역상을 검출하여 그 영상, 결상 및 역상 정보를 전달하며, 경보함으로써 상기 전력공급부(21)의 보호를 정확하고 용이하게 수행할 수 있다.
본 발명에서는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반에 있어서, 전력공급부(21)와 병렬로 분기(分岐)되어 배치된 영상 고조파 필터(15); 상기 전력공급부(21)와 상기 영상 고조파 필터(15)의 전기적으로 연결을 결정하는 개폐부(13); 상기 전력공급부(21)는 주 차단기(22) 및 부하차단기(23)로 구성되며; 상기 영상 고조파 필터(15)로 인가되는 전압을 측정하는 전압검출부(12); 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류를 측정하는 전류검출부(14); 상기 영상 고조파 필터(15)로 전압이 인가되어 전류가 흐를 때의 상기 영상 고조파 필터(15)의 내부 온도를 측정하는 온도검출부(16); 상기 개폐부(13)를 제어하기 위한 제어부(10)는 영상 고조파를 진단하는 영상진단부(31), 역상을 진단하는 역상진단부(32), 결상(Open Phase)을 진단하는 결상진단부(33), 및 영상 고조파 필터(15)의 내부 온도를 검출하고, 이것이 온도 상한 기준값(41) 또는 온도 하한 기준값(43)에 도달했는지 여부를 진단하는 온도진단부(34)로 구성되며, 상기 개폐부(13)가 폐로(閉路)시 3상 전압(103,105,107)과 3상 전류(104,106,108)를 검출하여 3상 전력을 계산(110,111,112)하며, R상전력 크기, S상전력 크기, T상전력의 크기 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력크기 설정값(102) 이상이고, R상전력 위상, S상전력 위상, T상전력의 위상 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력위상 설정값(109) 이하인 상을 최종적으로 결상(Open Phase)으로 판단하며, 상기 전압검출부(12)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 인가되는 전압을 측정하도록 개폐부(13)의 전단(前端)에 설치되며, 상기 전류검출부(14)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류를 측정하도록 개폐부(13) 후단(後端)에 설치되는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반을 제안하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반에 있어서, 전력공급부(21)와 병렬로 분기(分岐)되어 배치된 영상 고조파 필터(15); 상기 전력공급부(21)는 주 차단기(22) 및 부하차단기(23)로 구성되며; 상기 전력공급부(21)와 상기 영상 고조파 필터(15)의 전기적으로 연결을 결정하는 개폐부(13); 상기 개폐부(13)가 폐로(閉路)시 3상 전압(103,105,107)과 3상 전류(104,106,108)를 검출하여 3상 전력을 계산(110,111,112)하며, R상전력 크기, S상전력 크기, T상전력의 크기 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력크기 설정값(102) 이상이고, R상전력 위상, S상전력 위상, T상전력의 위상 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력위상 설정값(109) 이하인 상을 최종적으로 결상(Open Phase)으로 판단하며, 전압검출부(12)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 인가되는 전압을 측정하도록 개폐부(13)의 전단(前端)에 설치되며, 전류검출부(14)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류를 측정하도록 개폐부(13) 후단(後端)에 설치되며; 제어부(10)는 상기 결상(Open Phase)이 발생하면, 상기 개폐부(13), 주 차단기(22) 및 부하 차단기(23)를 차단(Off)하는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반을 제안하고자 한다.
본 발명은 이 분야의 통상의 지식을 가진자가 다양한 변형에 의하여 전력비교 방식의 보호기능을 갖는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반에 적용시킬 수 있으며, 기술적으로 용이하게 변형시키는 기술의 범주도 본 특허의 권리범위에 속하는 것으로 인정해야 할 것이다.
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10 : 제어부
11 : 서지보호부
12 : 전압검출부
13 : 개폐부
14 : 전류검출부
15 : 영상 고조파 필터
16 : 온도검출부
17 : 표시부
18 : 경보부
19 : 통신부
20 : 영상 고조파 저감장치
21 : 전력공급부
22 : 주 차단기
23 : 부하 차단기
30 : 변환부
31 : 영상진단부
32 : 역상진단부
33 : 결상진단부
34 : 온도진단부
35 : 판단부
41 : 온도 상한 기준값(T_High)
42 : 영상 고조파 필터의 온도값(T_Temp)
43 : 온도 하한 기준값(T_Low)
44 : 제1 크기비교기
45 : 제2 크기비교기
46 : 개폐부 순시 개로
47 : 온도진단부
48 : 개폐부 순시 폐로
50 : 제3 크기비교기
51 : 영상전류
52 : 영상 설정값(Io_Low)
53 : 영상고조파
54 : 영상기본파
61 : R상 전압
62 : S상 전압
63 : T상 전압
64 : 역상 설정값(V_NEG)
65 : 제1 위상비교기
66 : 제2 위상비교기
67 : 제3 위상비교기
68 : 역상진단값
101 : 결상진단값
102 : 전력크기 설정값(P_MAG)
103 : R상 전압
104 : R상 전류
105 : S상 전압
106 : S상 전류
107 : T상 전압
108 : T상 전류
109 : 전력위상 설정값(P_PH)
110 : R상전력 계산부
111 : S상전력 계산부
112 : T상전력 계산부
113 : 제4 크기비교기
114 : 제4 위상비교기
201 : 결상진단값
202 : R상 전압
203 : S상 전압
204 : T상 전압
205 : 결상 설정값(V_OP)
206 : 제5 크기비교기
207 : 제6 크기비교기
208 : 제7 크기비교기

Claims (8)

  1. 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반에 있어서,
    전력공급부(21)와 병렬로 분기(分岐)되어 배치된 영상 고조파 필터(15);
    상기 전력공급부(21)와 상기 영상 고조파 필터(15)의 전기적으로 연결을 결정하는 개폐부(13);
    상기 전력공급부(21)는 주 차단기(22) 및 부하차단기(23)로 구성되며;
    상기 영상 고조파 필터(15)로 인가되는 전압을 측정하는 전압검출부(12);
    상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류를 측정하는 전류검출부(14);
    상기 영상 고조파 필터(15)로 전압이 인가되어 전류가 흐를 때의 상기 영상 고조파 필터(15)의 내부 온도를 측정하는 온도검출부(16);
    상기 개폐부(13)를 제어하기 위한 제어부(10)는 영상 고조파를 진단하는 영상진단부(31), 역상을 진단하는 역상진단부(32), 결상(Open Phase)을 진단하는 결상진단부(33), 및 영상 고조파 필터(15)의 내부 온도를 검출하고, 이것이 온도 상한 기준값(41) 또는 온도 하한 기준값(43)에 도달했는지 여부를 진단하는 온도진단부(34)로 구성되며, 상기 개폐부(13)가 폐로(閉路)시 3상 전압(103,105,107)과 3상 전류(104,106,108)를 검출하여 3상 전력을 계산(110,111,112)하며, R상전력 크기, S상전력 크기, T상전력의 크기 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력크기 설정값(102) 이상이고, R상전력 위상, S상전력 위상, T상전력의 위상 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력위상 설정값(109) 이하인 상을 최종적으로 결상(Open Phase)으로 판단하며, 상기 전압검출부(12)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 인가되는 전압을 측정하도록 개폐부(13)의 전단(前端)에 설치되며, 상기 전류검출부(14)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류를 측정하도록 개폐부(13) 후단(後端)에 설치되는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반
  2. 청구항 제1항에 있어서,
    상기 온도진단부(34)의 제1 크기비교기(44)는 상기 영상 고조파 필터(15)의 온도값(42)과 온도 상한 기준값(41)을 비교하며, 제2 크기비교기(45)는 상기 영상 고조파 필터(15)의 온도값(42)과 온도 하한 기준값(43)을 비교하며, 상기 영상 고조파 필터(15)의 온도값(42)이 온도 상한 기준값(41)에 도달하는 경우, 상기 제1 크기비교기(44)는 상기 영상 고조파 필터(15)의 보호를 위하여 상기 개폐부(13)를 오프(Off)시키는 개폐부 순시 개로(46)로 동작시키며, 상기 영상 고조파 필터(15)의 온도값(42)이 온도 하한 기준값(43)에 도달하는 경우 상기 제2 크기비교기(45)는 상기 개폐부(13)를 온(On)시키는 개폐부 순시 폐로(48)로 동작시키는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반
  3. 청구항 제1항에 있어서,
    상기 역상진단부(32)는 3상 전압(103,105,107)과 역상 설정값(64)의 위상을 비교하여 역방향 상회전이 발생할 경우 역상으로 진단하며, 상기 역상 설정값(64)은 상기 3상 전압(103,105,107) 중 어느 특정(特定) 상의 전압을 사용하며, 이를 바탕으로 상기 개폐부(13)의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반
  4. 청구항 제1항에 있어서,
    상기 영상진단부(31)는 영상전류(51)가 영상 설정값(52)을 초과하는 경우 영상 고조파(53)인지 아니면 영상 기본파(54)인지 진단하는 것을 바탕으로 상기 개폐부(13)의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반
  5. 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반에 있어서,
    전력공급부(21)와 병렬로 분기(分岐)되어 배치된 영상 고조파 필터(15);
    상기 전력공급부(21)는 주 차단기(22) 및 부하차단기(23)로 구성되며;
    상기 전력공급부(21)와 상기 영상 고조파 필터(15)의 전기적으로 연결을 결정하는 개폐부(13);
    상기 개폐부(13)가 폐로(閉路)시 3상 전압(103,105,107)과 3상 전류(104,106,108)를 검출하여 3상 전력을 계산(110,111,112)하며, R상전력 크기, S상전력 크기, T상전력의 크기 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력크기 설정값(102) 이상이고, R상전력 위상, S상전력 위상, T상전력의 위상 중에서 특정(特定) 상(Phase)이 전력위상 설정값(109) 이하인 상을 최종적으로 결상(Open Phase)으로 판단하며, 전압검출부(12)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 인가되는 전압을 측정하도록 개폐부(13)의 전단(前端)에 설치되며, 전류검출부(14)는 상기 영상 고조파 필터(15)로 유입되는 전류를 측정하도록 개폐부(13) 후단(後端)에 설치되며;
    제어부(10)는 상기 결상(Open Phase)이 발생하면, 상기 개폐부(13), 주 차단기(22) 및 부하 차단기(23)를 차단(Off)하는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반
  6. 청구항 제5항에 있어서,
    상기 개폐부(13)가 개로(開路)시 3상 전압(103,105,107)이 결상 설정값(205) 이하로 설정 시간동안 지속되는 경우 그 상을 결상(Open Phase)으로 판단하는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반
  7. 청구항 제5항에 있어서,
    영상, 결상 및 역상이 발생하는 경우, 영상진단부(31), 결상진단부(33) 및 역상진단부(32)를 통하여 영상, 결상 및 역상을 검출하며, 표시부(21)는 외부에 상기 영상, 결상 및 역상의 정보를 표시하며, 경보부(22)는 영상, 결상 및 역상을 경보를 하며, 통신부(23)는 외부로 영상, 결상 및 역상여부를 전달하는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반
  8. 청구항 제5항에 있어서,
    상기 제어부(10)는 영상 고조파를 진단하는 영상진단부(31), 역상을 진단하는 역상진단부(32), 결상(Open Phase)을 진단하는 결상진단부(33), 및 상기 영상 고조파 필터(15)의 내부 온도를 검출하고, 이것이 온도 상한 기준값(41) 또는 온도 하한 기준값(43)에 도달했는지 여부를 진단하는 온도진단부(34)로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 저감장치가 내장된 배전반
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101641516B1 (ko) * 2016-04-05 2016-07-22 (주)서전기전 결상 trip 기능형 영상 고조파 필터가 적용된 분전반

Patent Citations (1)

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KR101641516B1 (ko) * 2016-04-05 2016-07-22 (주)서전기전 결상 trip 기능형 영상 고조파 필터가 적용된 분전반

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