KR101957858B1 - 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치 - Google Patents

분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치 Download PDF

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한국토지주택공사
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Abstract

본 발명은 분전반에 설치되는 복수 개의 분기차단기와, 각각의 분기차단기에 각각 연결되는 분기선로를 형성한 버스바를 구성하여 분기차단기의 동작상태와 동작원인이 표시되도록 하는 장치에 관한 것으로, 분기차단기와 연결되는 버스바의 분기선로에 각각 결합되어, 각각의 분기선로의 전류를 각각 검출하는 전류검출부; 각각의 전류검출부와 연결되어 검출된 전류를 디지털신호를 변환하는 각각의 ADC와, 상기 ADC에서 변환된 전류값을 마이크로초 단위로 읽어서 실시간 교류의 실효값과 최대치 또는 파형을 측정하는 각각의 측정부와, 상기 측정부에서 측정된 일정시간의 전류값을 업데이트하여 저장하는 각각의 저장부를 포함하는 복수 개의 분기마이콤; 상기 분기마이콤의 측정부와 밀리초 단위로 통신하여 분기선로에서 측정된 전류값이 0일때 해당 분기차단기가 동작하였음을 감지하며, 해당 분기마이콤의 저장부에 저장된 측정 전류값과 입력되어 있는 분기차단기의 정격전류값을 비교하는 비교부와, 상기 비교부에서 비교된 전류값을 연산하여 분기차단기의 동작원인을 분석하는 분석부와, 상기 분석부에서 분석된 결과를 외부로 송출하는 송출부가 포함된 메인마이콤; 상기 메인마이콤의 송출부를 통해 송출되는 결과를 전송받아 표시하는 표시부;를 포함하여 구성되어, 분기차단기가 동작한 경우, 해당 분기차단기의 동작상태와 동작원인을 알려주도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치{Device for indicating the operation status and cause of operation of the circuit breaker using bus bars for distribution boards}
본 발명은 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 차단기의 동작상태와 동작원인을 버스바의 분기선로에 연결되는 전류검출부와 분기마이콤과 메인마이콤 및 표시부를 통해 확인할 수 있도록 하여 분전반의 형상이나 내부의 구조 변경 없이도 버스바의 교체만으로 손쉽게 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 메인마이콤으로 비교와 분석 및 송출을 공용화하여 비용을 절감할 수 있으며, 분기차단기의 동작 전 전류의 크기와 파형을 비교하는 것을 통해 과전류, 단락, 누전, 아크발생, 순시전류를 판단하여 표시부에 표시할 수 있음은 물론, 차단기의 선정 오류나 불량 및 노후되어 오동작한 경우에 대한 판단이 가능함과 더불어, 표시부의 통신모듈을 이용하여 유저의 스마트기기로 상황을 신속하게 전송함으로써 해당 분기차단기의 동작상태와 동작원인을 손쉽게 확인하여 상황에 맞는 적절한 대처를 할 수 있고, 과전류 및 아크발생 등의 사고유발요인을 사전에 감지하여 과전류나 아크발생에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있는 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치에 관한 것이다.
과전류, 단락(합선), 누전, 아크 발생과 같은 전기 선로 사고는 전기 화재, 감전사고의 직접적인 원인이며, 이를 위하여 상기 전기 선로에는 사고가 발생한 경우 사고를 감지하여 전기 선로를 차단하기 위한 목적으로 차단기가 설치된다.
또한 전기 차단기는 선로에 과전류 또는 단락이 발생한 경우 선로를 차단하는 배선용 차단기(MCCB), 선로에 누전이 발생한 경우 선로를 차단하는 누전 차단기(RCCB), 전기 선로에 절연이 파괴되거나 선로가 미세하게 절단되어 아크가 발생하는 경우 아크 발생을 감지하여 선로를 차단하는 아크 차단기(AFCI), 과전류 겸용 누전 차단기(RCOCB)로 분류될 수 있는데, 여기서 누전 전용 차단기(RCCB)가 동작한 경우에는 누전 전용 차단기 아래 선로 또는 선로에 연결된 부하에 누전이 발생한 것을 알 수 있지만, 배선용 차단기(MCCB)가 동작한 경우에는 과전류에 의한 차단인지 단락(합선) 에 의한 차단인지 구분 할 수가 없는 문제가 있다.
아울러 국가 별로 전기 안전 관련법에 따라 상이하기는 하지만, 한국을 포함하여 많은 나라에서 분전반 분기 선로에는 반드시 과전류 겸용 누전차단기(RCOCB)설치를 의무화하고 있는데, 이러한 과전류 겸용 누전 차단기가 동작한 경우 과전류, 단락, 누전 중 어떤 사고에 의해 차단기가 동작하였는지 알 수 없는 문제도 있었으며, 선로에 사용되는 부하 중에 시동 또는 동작 중에 순간적으로 대전류을 흡인하여 차단기가 동작하는 경우에는 차단기 동작 원인을 파악하는 것이 더욱 어려운 실정이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 아래에 인용한 여러 가지 방안이 제시되고 있지만 부분적이거나 효율적이 않고 IT 융합 기술까지 응용한 사례는 존재하지 않았다.
일 예로, 대한민국 등록특허공보 제10-1510617호 및 대한민국 등록특허공보 제10-1771098호에는 디지털 기술을 적용하여 과전류, 단락, 누전 및 아크 발생을 감지하고 차단하거나, 아크 차단원인을 분석하기 위한 차단기가 제시되기도 하였다.
KR 제10-1510617호 (2015.04.03) B1 "아크, 단락, 누전 및 과전류를 통합적으로 차단하기 위한 디지털 다기능 차단기 및 그 차단방법" - 남서울대학교 산학협력단 KR 제10-1771098호 (2017.08.18) B1 "아크 차단원인 분석을 위한 블랙박스 장치" - 주식회사 한산에이엠에스텍크
하지만, 위 기술들은 차단기 내부에 선로 사고를 감지하는 디지털 기술을 적용하여 선로 사고 발생시 선로를 차단하거나, 아크 차단원인을 분석하기 위한 디지털 차단기에 관한 것으로, 차단기 하나하나에 선로별 전류 감지를 위한 CT와, 누전 전류 감지를 위해서 ZCT와, 전원부와, 디지털변환기 및 통신부 등이 각각 들어가야 하기 때문에 제품의 단가가 상승하고, 부피가 커지는 문제가 있었다.
즉, 통상적인 분전반에는 4 ~ 20개의 차단기가 설치되는데, 설치공간의 확보를 위하여 분전반의 크기를 매우 크게 설계변경해야 하는 문제가 있었으며, 고가의 부품을 다수 사용하는 것으로 인해 실질적으로 현장에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 선로의 변화를 감지하는 것을 통해 선로의 이상여부는 감지할 수 있었으나, 차단기 불량 및 노후화로 차단기가 오동작한 경우에 대한 판단이 불가한 문제도 있었다.
본 발명의 목적은 분기차단기의 동작상태와 동작원인을, 누전 감지를 위한 별도의 부품 필요 없이, 버스바의 분기선로에 연결되는 전류검출부와 분기마이콤과 메인마이콤 및 표시부를 통해 확인할 수 있도록 하여 분전반의 형상이나 내부의 구조 변경 없이도 버스바의 교체만으로 손쉽게 설치할 수 있으며, 하나의 메인마이콤으로 비교와 분석 및 송출을 공용화하여 비용을 절감할 수 있는 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 전류검출부와 분기마이콤과 메인마이콤을 통해 측정되어 저장된 분기차단기의 동작 전 전류의 크기와 파형을 비교하는 것을 통해 과전류, 단락, 누전, 아크발생, 순시전류를 판단하여 표시부에 표시할 수 있음은 물론, 차단기의 선정 오류나 불량 및 노후되어 오동작한 경우에 대한 판단이 가능하며, 상기 표시부에 구성된 통신모듈을 이용하여 유저의 스마트기기로 상황을 신속하게 전송함으로써 해당 분기차단기의 동작상태와 동작원인을 손쉽게 확인하여 상황에 맞게 적절한 대처를 할 수 있는 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치를 제공하려는 목적이 있다.
아울러 본 발명은 분기마이콤을 통해 측정되어 저장된 전류값 또는 파형에 과전류나 아크가 발생할 경우, 메인마이콤에서의 비교 및 분석을 통해 분기선로상의 사고유발요인를 감지하여, 송출부를 통해 표시부에 사전 경보를 알릴 수 있도록 함으로써 과전류 및 아크발생에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있는 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 분기차단기와 연결되는 버스바의 분기선로에 각각 결합되어, 각각의 분기선로의 전류를 각각 검출하는 전류검출부; 각각의 전류검출부와 연결되어 검출된 전류를 디지털신호를 변환하는 각각의 ADC와, 상기 ADC에서 변환된 전류값을 마이크로초 단위로 읽어서 실시간 교류의 실효값과 최대치 또는 파형을 측정하는 각각의 측정부와, 상기 측정부에서 측정된 일정시간의 전류값을 업데이트하여 저장하는 각각의 저장부를 포함하는 복수 개의 분기마이콤; 상기 분기마이콤의 측정부와 밀리초 단위로 통신하여 분기선로에서 측정된 전류값이 0일때 해당 분기차단기가 동작하였음을 감지하며, 해당 분기마이콤의 저장부에 저장된 측정 전류값과 입력되어 있는 분기차단기의 정격전류값을 비교하는 비교부와, 상기 비교부에서 비교된 전류값을 연산하여 분기차단기의 동작원인을 분석하는 분석부와, 상기 분석부에서 분석된 결과를 외부로 송출하는 송출부가 포함된 메인마이콤; 상기 메인마이콤의 송출부를 통해 송출되는 결과를 전송받아 표시하는 표시부;를 포함하여 구성되어, 분기차단기가 동작한 경우, 해당 분기차단기의 동작상태와 동작원인을 알려주도록 된 것을 특징으로 하는 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치를 제공한다.
본 발명은 분기차단기의 동작상태와 동작원인을, 누전 감지를 위한 별도의 부품 필요 없이, 버스바의 분기선로에 연결되는 전류검출부와 분기마이콤과 메인마이콤 및 표시부를 통해 확인할 수 있어 분전반의 형상이나 내부의 구조 변경 없이도 버스바의 교체만으로 손쉽게 설치할 수 있으며, 하나의 메인마이콤으로 비교와 분석 및 송출을 공용화 할 수 있어 비용이 절감되는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 전류검출부와 분기마이콤과 메인마이콤을 통해 측정되어 저장된 분기차단기의 동작 전 전류의 크기와 파형을 비교하는 것을 통해 과전류, 단락, 누전, 아크발생, 순시전류를 판단하여 표시부에 표시할 수 있음은 물론, 차단기의 선정 오류나 불량 및 노후되어 오동작한 경우에 대한 판단이 가능하며, 상기 표시부에 구성된 통신모듈을 이용하여 유저의 스마트기기로 상황을 신속하게 전송할 수 있으므로 해당 분기차단기의 동작상태와 동작원인을 손쉽게 확인하여 상황에 맞게 적절한 대처를 할 수 있는 장점을 가진다.
아울러 본 발명은 분기마이콤을 통해 측정되어 저장된 전류값 또는 파형에 과전류나 아크가 발생할 경우, 메인마이콤에서의 비교 및 분석을 통해 분기선로상의 사고유발요인를 감지하여, 송출부를 통해 표시부로 전송하여 사전 경보를 알릴 수 있으므로 과전류 및 아크발생에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치를 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 분기선로 전류 검출시 분기마이콤과 메인마이콤과 표시부가 작동하는 개념도.
도 3은 본 발명의 전류검출부와 분기마이콤부와 메인마이콤부와 표시부가 일체형으로 구성된 상태도.
도 4는 본 발명의 전류검출부가 버스바의 분기선로의 설치되고, 분기마이콤과 메인마이콤과 표시부가 모듈화되어 구성되어, 전류검출부와 신호선으로 연결된 상태도.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 분전반(9)에 설치되는 복수 개의 분기차단기(5)와, 각각의 분기차단기(5)에 각각 연결되는 분기선로(3)를 형성한 버스바(1)를 구성하여 분기차단기(5)의 동작상태와 동작원인이 표시되도록 하는 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치(100)에 관한 것으로, 분전반에 설치되는 복수 개의 분기차단기(5)의 입력측에 연결되어 분기차단기(5)에 전력을 공급하는 버스바 분기선로(3)에 션트저항을 결합하여 분기차단기(5)가 소비하는 전류와 분기차단기(5) 아래 선로에 흐르는 전류를 각각 검출하는 전류검출부(10); 각각의 전류검출부(10)와 연결되어 검출된 전류를 디지털신호를 변환하는 각각의 ADC(21)와, 상기 ADC(21)에서 변환된 전류값을 마이크로초 단위로 읽어서 실시간 교류의 실효값과 최대치 또는 파형을 측정하는 각각의 측정부(23)와, 상기 측정부(23)에서 측정된 일정시간의 전류값을 업데이트하여 저장하는 각각의 저장부(25)를 포함하는 복수 개의 분기마이콤(20); 상기 분기마이콤(20)의 측정부(23)와 밀리초 단위로 통신하여 분기선로(3)에서 측정된 전류값이 0일때 해당 분기차단기(5)가 동작하였음을 감지하며, 해당 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 측정 전류값과 입력되어 있는 분기차단기(5)의 정격전류(In)값을 비교하는 비교부(31)와, 상기 비교부(31)에서 비교된 전류값을 연산하여 분기차단기(5)의 동작원인을 분석하는 분석부(33)와, 상기 분석부(33)에서 분석된 결과를 외부로 송출하는 송출부(35)가 포함된 메인마이콤(30); 상기 메인마이콤(30)의 송출부(35)를 통해 송출되는 결과를 전송받아 표시하는 표시부(40);를 포함하여 구성되어, 분기차단기(5)가 동작한 경우, 해당 분기차단기(5)의 동작상태와 동작원인을 알려주도록 된 것을 특징으로 한다.
먼저, 분전반(9)은 분기 선로 보호기를 캐비닛(cabinet) 등에 집합해서 설치한 것으로, 전기공급을 위한 버스바(1)를 구성하며, 상기 버스바(1)에 구성되는 복수 개의 분기선로(3)에는 공급되는 전기를 차단하기 위한 분기차단기(55)가 각각 연결되어 설치된다.
여기서 상기 버스바(1)는 종래에 공지된 바와 같이 L상의 버스바와, N상의 버스바로 분리되어 설치되는데, 전류 검출부(10)는 L상 또는 N상 한 개의 상에만 설치되면 됨으로, 본 발명에서는 N상 버스바의 설명은 생략하고, L상의 버스바를 버스바(1)로 설명한다.
이하에서는 전류검출부(10)와, 분기마이콤(20)과, 메인마이콤(30)과, 표시부(40)를 포함하여 이루어진 본 발명의 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치(100)에 대해 보다 상세히 설명한다.
첫째, 전류검출부(10)는 분기차단기(5)와 연결되는 버스바(1)의 분기선로(3)에 각각 결합될 수 있도록 복수로 구성되어, 각각의 분기선로(3)를 통과하는 전류를 각각 검출하는 작용을 하는 구성으로, 용접 또는 볼트 조임 등의 방법으로 설치될 수 있다.
그리고 상기 전류검출부(10)는 션트저항으로 이루어지는 것이 바람직한데, 분기선로(3)의 중간 지점에 삽입되거나, 상기 분기선로(3)의 끝단 즉, 분기차단기(50)의 입력단에 결속되는 인입부에 연결되어 설치될 수도 있을 것이다.
둘째, 분기마이콤(20)은 상기 전류검출부(10)에서 검출된 전류를 값을 측정하여 저장하는 구성으로, 각각의 전류검출부(10)에 각각 연결설치되도록 버스바(1)의 분기 선로수와 동일한 수로 구성되며, 각각의 분기마이콤(20)은 ADC(21)와, 측정부(23)와, 저장부(25)를 각각 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 ADC(21)는 상기 전류검출부(10)에 연결되어 검출된 전류 즉, 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 아날로그 디지털 컨버터이고, 상기 측정부(23)는 ADC(21)에서 변환된 전류값을 마이크로초(microsecond) 단위로 읽어서 실시간 교류의 실효값(RMS Value)과 최대치 및 파형을 측정하는 구성이며, 상기 저장부(25)는 측정부(23)에서 측정된 일정시간의 전류값을 업데이트하여 저장하는 구성이다.
그리고 저장부(25)는 별도의 외부 저장장치를 사용하여 0.5초 ~ 5초의 시간동안 측정된 측정치를 저장할 수 있겠으나, 내부의 램만을 이용하여 사용할 수 있도록 0.5초 ~ 1초의 시간동안 측정된 측정치를 저장하는 것이 바람직하다.
아울러 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 분기마이콤(20)의 ADC(21)와 측정부(23)는 전력측정용칩으로 대체하여 사용할 수도 있을 것이며, 상기 저장부(25)는 램 또는 별도의 외부 저장장치 중 어느 하나를 사용하거나, 경우에 따라서는 둘 모두를 사용할 수도 있을 것이다.
셋째, 메인마이콤(30)은 복수 개로 구성된 각각의 분기마이콤(20)과 통신하여 분기차단기(5)들의 동작상태를 파악하고, 상기 분기차단기(5)의 동작시 동작원인을 비교, 분석 및 송출하는 구성으로, 비교부(31)와, 분석부(33)와, 송출부(35)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하며, 이와 같은 비교부(31)와, 분석부(33)와, 송출부(35)는 복수 개로 구성된 분기마이콤(20)에 각각 저장된 측정 전류의 비교와 분석 및 송출을 하는데 공용화 할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
여기서 상기 비교부(31)는 각각의 분기마이콤(20)과 밀리초(millisecond) 단위로 통신하는 것을 통해 버스바(1)의 분기선로(3)에서 측정된 전류값이 0일때 해당 분기차단기(5)가 동작하였음을 감지하는 작용을 함과 동시에, 상기 분기차단기(5)의 동작상태 감지시 해당 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 측정 전류값과 메인마이콤(30)에 입력되어 있는 분기차단기(5)의 정격전류(In)값을 비교하는 작용을 하는 구성이고, 상기 분석부(33)는 비교부(31)에서 비교된 전류값을 연산하여 분기차단기(5)의 동작원인을 분석하는 작용을 하는 구성이며, 상기 송출부(35)는 분석부(33)에서 분석된 결과를 외부 즉, 표시부(40)로 송출하는 작용을 하는 구성이다.
넷째, 표시부(40)는 상기 메인마이콤(30)의 송출부(35)를 통해 송출되는 결과를 전송받아 표시하는 작용을 하는 구성으로, 복수 개로 설치되는 분기차단기(5)와 대응되는 개수로 형성됨으로써 각각의 분기차단기(5)별로 동작상태와 동작원인을 표시하도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 표시부(40)의 표시는 과전류, 단락, 누전, 아크발생, 순시전류 및 차단기오류 등으로 구분될 수 있는데, 이러한 표시는 LED램프를 통해 색상으로 표현하거나, 디스플레이의 액정을 이용한 문구로서의 표현 및 음향신호 등으로 표현될 수 있을 것이며, 이중 하나로 표현하거나, 둘 이상의 것으로 혼용하여 표현할 수도 있을 것이다.
위와 같은 구성의 작동을 통해 과전류, 단락, 누전, 아크발생, 순시전류로 구분되는 분기차단기의 동작원인은 차단기 동작전류의 크기 또는 파형의 검출 즉, 분기차단기의 정격전류 값과 사고가 발생하였을 때에 저장부에 저장되어 있는 전류값과의 차이를 통해 확인할 수 있으며, 이하에서 보다 상세히 설명한다.
1. 과전류의 판단은 분기차단기(5)의 동작 전, 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 교류의 실효치 평균값이, 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 1.13 In 초과 ~ 3 In 이하인 경우에 이루어지는 것이다.
예를 들어, 분기차단기(5)의 정격전류(In)가 100A일 경우, 분기차단기(5)의 동작 전 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 교류의 실효치 평균값이 113A 초과 ~ 300A 이하인 경우에는 과전류로 판단하는 것이다.
2. 단락(합선) 판단은 분기차단기(5)의 동작 직전, 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 교류 파형의 10 CYCLE 내에서, 일정 CYCLE동안 측정된 동작전류를 분기차단기(20)의 정격전류와 비교하는 것을 통해 이룰 수 있는데, 이때 측정되는 분기차단기(20)의 동작전류는
Figure 112018071129171-pat00001
CYCLE 이상 동안 측정된 동작전류값을 정격정류(In)와 비교하는 것을 통해 용이하게 이룰 수 있을 것이다.
그리고 상기 분기차단기(5)는 순시동작특성상 B형, C형, D형으로 구분되며, 이때 B형이 적용되었을 때에는 동작전류가 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 5 In을 초과하였을 경우, C형이 적용되었을 때에는 동작전류가 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 10 In을 초과하였을 경우, D형이 적용되었을 때에는 동작전류가 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 20 In을 초과하였을 경우에 단락 즉, 합선으로 판단한다.
예를 들어, 분기차단기(5)의 전격전류(In)가 100A일 경우, 상기 분기차단기(5)의 동작 직전 해당 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 교류 파형의 10 CYCLE 내에서
Figure 112018071129171-pat00002
CYCLE 이상 동안 측정된 동작전류가, B형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 500A를 초과하였을 때, C형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 1000A를 초과하였을 때, D형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 2000A를 초과하였을 때 단락이 되었다고 판단하는 것이다.
3. 누전 판단은 분기차단기(5)의 동작 전, 분기마이콤(20)에 저장된 교류 파형의 2 CYCLE 내에 측정된 전류 값이, 그 전에 측정된 전류 값에서 메인마이콤(30)에 입력되어 있는 해당 분기차단기(5)의 트립코일의 동작 전류 값의 0.8 ~ 1.2배가 추가되어 측정된 경우에 이루어지며, 여기서 트립코일의 동작 전류 값에 0.8 ~ 1.2배를 추가하여 사용하는 이유는 상기 트립코일이 소비하는 전류의 편차를 감안하기 위함이다.
아울러 트립코일은 분기차단기(5)의 내부에 구성되어 누전으로 인한 분기차단기(5)의 동작시 순간적으로 작동하는 공지된 구성으로, 상기 분기차단기(5)의 동작시 소비되는 트립코일의 전류 값이 그 전에 흐르던 전류 값에 2 CYCLE 이내에서 순간적으로 추가되는 것을 통해 분기차단기(5)가 누전에 의해 동작되었다는 것을 확인할 수 있게 하는 작용을 한다.
즉, 분기차단기(5)와 연결된 분기선로(3)를 통과하는 전류 값이 5A이고, 분기차단기(5)의 내부에 구성된 트립코일의 동작전류 값이 1A라고 가정할 경우, 상기 분기차단기(5)의 동작 전 해당 분기마이콤(20)에 저장된 교류 파형의 2 CYCLE 내에 측정된 전류 값이 5.8A ~ 6.2A일 때에 누전이 발생하였다고 판단하는 것이며, 이와 같은 누전의 판단을 위하여 메인마이콤(30)에는 분기차단기(5)별 트립코일의 전류값이 입력되어 있어야만 한다.
4. 아크발생 판단은 분기차단기(5)의 동작 전 0.5초 동안의 교류 파형에서 정상전류의 파형과는 다른 아크 전류 파형이 다수로 검출될 경우에 이루어진다.
그리고 분기차단기(5)의 동작은, 정상적인 전류와는 다른 전류의 파형 즉, 아크 파형이 5 ~ 9개 발생할 때에 이루어지는데, 이때 분기차단기(5)의 오작동이 방지될 수 있도록 유사 아크 파형을 구분할 수 있게 하는 것이 바람직하며, 여기서 유사 아크 파형은 브러쉬모터나 형광등의 디밍장치와 같은 장치의 작동시 발생하는 파형을 말한다.
5. 순시전류 판단은 단락 판단과 마찬가지로, 분기차단기(5)의 동작 직전, 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 교류 파형의 10 CYCLE 내에서, 일정 CYCLE동안 측정된 동작전류를 분기차단기(20)의 정격전류와 비교하는 것을 통해 이룰 수 있는데, 이때 측정되는 분기차단기(20)의 동작전류는
Figure 112018071129171-pat00003
CYCLE 이상 동안 측정된 동작전류값을 정격정류(In)와 비교하는 것을 통해 용이하게 이룰 수 있을 것이다.
이때 상기 분기차단기(5) B형이 적용되었을 때에는 동작전류가 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 3 In 초과 ~ 5 In 이하인 경우, C형이 적용되었을 때에는 동작전류가 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 5 In 초과 ~ 10 In 이하인 경우, D형이 적용되었을 때에는 동작전류가 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 10 In 초과 ~ 20 In이하인 경우에 순시전류로 판단한다.
즉, 분기차단기(5)의 전격전류(In)가 100A일 경우, 상기 분기차단기(5)의 동작 직전 해당 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 교류 파형의 10 CYCLE 내에서
Figure 112018071129171-pat00004
CYCLE 이상 동안 측정된 동작전류가, B형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 300A 초과 ~ 500A 이하일 때, C형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 500A 초과 ~ 1000A 이하일때, D형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 1000A 초과 ~ 2000A 이하일 때에 순시전류가 발생하였다고 판단하는 것이다.
여기서 순시전류는 모터의 시동과 같이 전기를 순간적으로 많이 사용하는 장치의 작동에 의해 발생하는 것으로, 분기차단기(5)의 용량을 선정하는데 있어 오류가 생긴 것에 의하므로 사고전류가 아니며, 이와 같은 순시전류 발생시에는 분기차단기(5) 순시특성을 B형에서 C형으로 교체하거나, C형에서 D형으로 교체하는 것을 통해 손쉽게 대처할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 불량이나 노후에 파손 및 사람에 의한 임의 조작을 통해 분기차단기(5)가 작동한 것도 판단할 수 있는데, 이는 상기 분기차단기(5)가 소비하는 전류를 계속 검출하여 미량의 전류라도 검출되는 않는 경우 분기 차단기(5)가 불량 또는 노후화에 의한 오동작에 의한 원인으로 선로가 차단된 것임을 확인할 수 있으며, 이 경우에는 불량 또는 노후된 분기차단기(5)를 새 제품으로 교체하는 것을 통해 용이하게 대처할 수 있다. 즉, 분기차단기(5)의 동작이 사고에 의한 것이 아님을 확인할 수 있으므로 유저가 안전하고 손쉽게 대처할 수 있게 되는 것이며, 이때에는 상기 표시부(40)에 사고전류가 아니라는 오류 표시가 더 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 분기마이콤(20)에서 측정되어 저장된 전류값 또는 파형에 과전류나 아크발생에 의한 사고가 감지되는 경우, 해당 분기차단기(5)의 동작 전에 표시부(40)를 통해 사전 경보가 이루어지도록 할 수도 있는데, 이는 메인마이콤(30)의 비교부(31)를 통해 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 일정시간동안 저장되는 전류값을 지속적으로 감시함으로써 용이하게 이룰 수 있다.
그리고 우리나라에서는 정격전류의 1.13배에 해당되는 과전류가 발생할 때에는 1시간 안에만 분기차단기(5)가 동작하면 되고, 정격전류의 2.25배에 해당되는 과전류가 발생할 경우에는 1분 안에만 분기차단기(5)가 동작하면 되므로, 위와 같은 과전류의 발생시 분기차단기(5)가 동작하기 전에 표시부(40)에서 사전 경보가 이루어지도록 할 수 있을 것이며, 보다 바람직하게는 정격전류의 0.8배에 해당되는 과전류가 발생할 때에 표시부(40)로 이를 송신할 수 있게 함으로써, 상기 표시부(40)의 음향 또는 디스플레이를 이용하여 경보 및 사용량을 알릴 수 있게 하는 것이 좋다.
아울러 아크발생에 의한 분기차단기(5)의 동작은 상술한 바와 같이 정상적인 전류와는 다른 전류의 아크 파형이 5 ~ 9개 발생할때 이루어지므로, 아크발생에 의한 사전 경보를 아크 파형이 3개 정도 발생하였을 때 하는 것으로 용이하게 이룰 수 있으며, 이는 위 과전류에 의한 사전 경보와 동일 방법으로 할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
더불어 본 발명에서는 표시부에 표시되는 동작상태와 동작원인 및 해결방안을 유저의 스마트기기로 전송함으로써 유저가 보다 신속하게 조치할 수 있도록 하는 기능이 더 포함될 수 있는데, 이는 상기 표시부(40)에는 유, 무선으로 통신하는 통신모듈(41)을 더 포함하여 구성하는 것으로 용이하게 이룰 수 있을 것이며, 유저는 스마트기기로 전송되는 문자를 통해 현재상황을 파악할 수도 있겠으나, 보다 바람직하게는 앱을 이용한 접속을 통해 분전반 내부의 상황을 보다 정확하게 파악하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 전류검출부(10)와, 분기마이콤(20)과, 메인마이콤(30)과, 표시부(40)는 일체형으로 구성하여 버스바(1)와 일체로 결합하여 구성할 수 있으므로 기존에 설치되어 있는 버스바를 교체하는 작업만으로도 본 발명을 손쉽게 설치할 수도 있으며, 상기 전류검출부(10)를 버스바(1)의 분기선로(3)에 설치한 상태에서 분기마이콤(20)과 메인마이콤(30)과 표시부(40)를 모듈화 제작하는 것을 통해 상기 전류검출부(10)와 모듈화 제작된 구성이 통상의 신호선(50)으로 연결되도록 할 수도 있을 것이다.
따라서 위 구성에 따르면, 분기차단기(5)의 동작상태와 동작원인을, 누전 감지를 위한 별도의 부품 없이도, 버스바(1)의 분기선로(3)에 연결되는 전류검출부(10)와 분기마이콤(20)과 메인마이콤(30) 및 표시부(40)를 통해 확인할 수 있게 되며, 분전반의 형상이나 내부의 구조 변경 없이도 기존에 버스바를 교체하는 작업업을 통해 본 발명의 설치를 손쉽게 이룰 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명의 바람직한 구성에 따른 작용을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 분전반(9) 내에 각각의 분기차단기(5)에 결합되어 있는 버스바(1)를 제거한 다음, 본 발명의 전류검출부(10)와 분기마이콤(20)과 메인마이콤(30)과 표시부(40)가 결합된 버스바(1)를 연결하여 설치하는 것으로 본 발명을 설치한다.
그러면, 각각의 분기차단기(5)로 공급되는 전류를 전류검출부(10)를 통해 검출할 수 있게 되는데, 이렇게 검출되는 전류값은 분기마이콤(20)에 지속적으로 업데이트되어 저장된다.
이와 같은 상태에서 분기마이콤(20)의 측정부(23)와 밀리초 단위로 통신하는 메인마이콤(30)에 의해 분기선로(3)의 측정 전류값이 0 또는 0에 가까운 노이즈 레벨로 검출되었을 때에는, 해당 분기차단기(5)가 동작한 것으로 판단됨과 동시에, 해당 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 측정 전류값과 메인마이콤(30)에 입력되어 있는 분기차단기(5)의 정력전류(In)값의 비교 및 연산이 이루어지고, 이로 인해 분기차단기(5)의 동작원인이 분석된다.
아울러 분기차단기(5)는 ON 상태로 동작하지 않았지만, 분기차단기(5) 아래 전류를 소모하는 부하가 없거나 부하가 모두 OFF 상태가 되어 전류를 소비하지 않는 경우에는, 전류검출부(10)에서 측정되는 전류값이 0이라고 생각하여 분기차단기(5)가 동작된 상태와 구분 될 수 없는 상황이 있다고 판단 할 수 있다. 하지만, 차단기가 ON 상태이고 선로가 연결된 경우 선로에는 노이즈 레벨을 초과하는 미량의 누설 전류가 존재할 뿐만 아니라, 연결된 부하가 OFF상태이어도 대기전력에 의한 전류 값이 검출될 수 있으며, 특히 우리나라를 포함하여 많은 국가에서 분기 선로에 의무적으로 사용하고 있는 과부하 겸용 누전차단기(RCOCB)는 ON 상태인 경우 누전 감지를 위해 자체 소비 전력이 소비되므로 1mA 이상의 전류가 전류검출부(10)를 통해 검출되기 때문에 분기차단기(5)가 동작된 상태와 확연히 구분할 수 있다.
그리고 위와 같이 분석된 결과는 송출부(35)를 통해 표시부(40)로 전송되어 과전류, 단락, 누전, 아크발생, 순시전류 및 오류가 선택적으로 표시됨과 동시에, 통신모듈(41)의 유, 무선통신으로 유저의 스마트기기로 해당 상황이 신속히 전송되어 진다.
따라서, 유저는 위와 같은 표시결과를 활용하여 분기차단기(5)가 동작한 원인을 알 수 있으므로, 분기차단기(5)에 연결된 분기선로(3) 상의 전기적인 사고 복구를 용이하게 할 수 있게 됨과 더불어, 분기선로(3)에 사고가 복구되지 않은 상태에서 분기차단기(5)를 재 투입하여 발생할 수 있는 사고로부터 전기기기와 인체를 안전하게 보호할 수 있게 된다.
또한, 본 발명을 이용하면, 분기마이콤(20)을 통해 측정되어 저장된 전류값 또는 파형에 과전류나 아크가 발생할 경우, 메인마이콤(30)에서의 비교 및 분석을 통해 분기선로(3)상의 사고유발요인를 미리 감지할 수 있음과 동시에, 감지된 사고유발요인을 송출부(35)를 통해 표시부(40)로 전송하여 사전 경보를 알릴 수 있으므로 과전류 및 아크발생에 의한 사고발생을 미연에 방지할 수 있는 장점도 가진다.
더하여 위의 설명은 본 발명의 기술 사상을 한정된 실시 예와 도면을 통하여 예시적으로 설명한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수도 있을 것이다.
1 : 버스바 3 : 분기선로 5 : 분기차단기 9 : 분전반
10 : 전류검출부
20 : 분기마이콤 21 : ADC 23 : 측정부 25 : 저장부
30 : 메인마이콤 31 : 비교부 33 : 분석부 35 : 송출부
40 : 표시부 41 : 통신모듈 50 : 신호선
100 : 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치

Claims (6)

  1. 분전반에 설치되는 복수 개의 분기차단기(5)의 입력측에 연결되어 분기차단기(5)에 전력을 공급하는 버스바 분기선로(3)에 션트저항을 결합하여 분기차단기(5)가 소비하는 전류와 분기차단기(5) 아래 선로에 흐르는 전류를 각각 검출하는 전류검출부(10);
    각각의 전류검출부(10)와 연결되어 검출된 전류를 디지털신호를 변환하는 각각의 ADC(21)와, 상기 ADC(21)에서 변환된 전류값을 마이크로초 단위로 읽어서 실시간 교류의 실효값과 최대치 또는 파형을 측정하는 각각의 측정부(23)와, 상기 측정부(23)에서 측정된 일정시간의 전류값을 업데이트하여 저장하는 각각의 저장부(25)를 포함하는 복수 개의 분기마이콤(20);
    상기 분기마이콤(20)의 측정부(23)와 밀리초 단위로 통신하여 분기선로(3)에서 측정된 전류값이 0일때 해당 분기차단기(5)가 동작하였음을 감지하며, 해당 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 측정 전류값과 입력되어 있는 분기차단기(5)의 정격전류(In)값을 비교하는 비교부(31)와, 상기 비교부(31)에서 비교된 전류값을 연산하여 분기차단기(5)의 동작원인을 분석하는 분석부(33)와, 상기 분석부(33)에서 분석된 결과를 외부로 송출하는 송출부(35)가 포함된 메인마이콤(30);
    상기 메인마이콤(30)의 송출부(35)를 통해 송출되는 결과를 전송받아 분기차단기(5)가 동작한 경우 해당 분기차단기(5)의 동작상태와 동작원인을 알려주도록 표시하면서 유, 무선으로 통신하는 통신모듈(41)이 형성된 표시부(40);
    상기 분기차단기(5)의 동작원인은 과전류, 단락, 누전, 아크발생, 순시전류로 구분하되,
    상기 분기차단기(5) 동작 전 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 교류의 실효치 평균값이 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 1.13 In 초과 ~ 3 In 이하인 경우에는 과전류로 판단하고,
    상기 분기차단기(5)의 동작 직전 분기마이콤(20)의 저장부(25)에 저장된 파형의 10 CYCLE 내에서, 일정 CYCLE동안 측정된 동작전류가 B형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 5 In을 초과하는 경우, C형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 10 In을 초과하는 경우, D형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 20 In을 초과하는 경우에는 단락으로 판단하며,
    상기 분기차단기(5)의 동작 전 분기마이콤(20)에 저장된 파형의 2 CYCLE 내에 측정된 전류 값이, 그 전에 측정된 전류 값에서 메인마이콤(30)에 입력되어 있는 해당 분기차단기(5)의 트립코일의 동작 전류 값의 0.8 ~ 1.2배가 추가되어 측정된 경우에는 누전으로 판단하고,
    상기 분기차단기(5)의 동작 전 0.5초 동안의 파형에서 정상전류의 파형과는 다른 전류의 파형이 다수로 검출될 경우에는 아크발생으로 판단하며,
    상기 분기차단기(5)의 동작 직전 파형의 10 CYCLE 내에서, 일정 CYCLE동안 측정된 동작전류가 B형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 3 In 초과 ~ 5 In 이하인 경우, C형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 5 In 초과 ~ 10 In 이하인 경우 경우, D형 순시 특성 타입의 분기차단기(5)에서는 분기차단기(5)의 정력전류(In)값 보다 10 In 초과 ~ 20 In 이하인 경우에는 순시전류로 판단하여 표시부(40)에 표시하도록 하고,
    분기차단기(5)가 동작한 경우, 해당 분기차단기(5)의 동작상태와 동작원인을 해당 선로의 과전류, 단락, 누전, 아크발생, 순시전류에 의한 원인과 분기차단기(5)가 소비하는 전류를 계속 검출하여 미량의 전류라도 검출되는 않는 경우 분기 차단기(5)가 불량 또는 노후화에 의한 오동작에 의한 원인으로 선로가 차단된 것임을 구분할 수 있는 것을 특징으로 하는 분전반용 분기 버스바를 이용한 차단기의 동작상태와 동작원인을 표시하는 장치.
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