KR102045508B1

KR102045508B1 - 접지 안전성 측정 기능을 구비한 gis용 접지개폐기

Info

Publication number: KR102045508B1
Application number: KR1020170076034A
Authority: KR
Inventors: 장석훈; 조국희; 김성주
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2019-11-15
Also published as: KR20180136808A

Abstract

본 발명은 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 접지시스템의 접지저항을 측정하는 접지저항측정부와 전극의 접촉상태를 감지하는 접촉상태감지부가 더 포함되어 작업자의 안전을 보장하고 전력계통의 고장 및 사고를 예방할 수 있는 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 접지시스템에 연결된 가동전극과, 전원선로에 연결된 고정전극 간의 전기적 연결을 단속하여 상기 전원선로를 접지 혹은 접지해제시키는 개폐작동부; 상기 접지시스템에 연결되고 상기 접지시스템의 접지저항을 측정하는 접지저항측정부; 및 상기 개폐작동부와 상기 접지저항측정부의 작동을 제어하는 제어부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기를 기술적 요지로 한다.

Description

접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기{Earthing switch for Gas Insulated Switchgear with measurement function of ground safety}

본 발명은 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 접지시스템의 접지저항을 측정하는 접지저항측정부와 전극의 접촉상태를 감지하는 접촉상태감지부가 더 포함되어 작업자의 안전을 보장하고 전력계통의 고장 및 사고를 예방할 수 있는 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연 개폐장치인 GIS(Gas Insulated Switchgear)는 절연성능과 소호능력이 뛰어난 불활성 가스인 SF6를 내부에 채워 밀봉한 금속 챔버의 내부에 차단기와 단로기 등의 개폐설비, 변성기, 피로기 및 주회로 모선 등을 일괄 수용하여 안전한 개폐를 보장하는 장치이다.

이러한 GIS에는 이상전압 발생시나 사고 또는 기타 보수점검시 안전을 위해 전원선로를 개방할 때 스위치 전극을 접지시스템에 도통시켜 전원선로에 잔류 전류를 접지시스템으로 안전하게 흐르게 하기 위한 접지개폐기가 구비된다.

한편, GIS용 접지개폐기는 접지시스템이 안정적으로 구성되어 있다는 전제하에서 동작시키는 것으로 동작 전에 접지시스템의 현재상태를 검증해야 할 필요가 있다.

즉, 접지시스템은 건물이나 설비 등을 구축할 때 기초작업시 지중에 매립되는 것으로, 장기간 사용시 부식으로 인해 유실되거나 공사시 부주의로 인해 단선되는 경우가 허다하지만 이를 사전에 인지하기가 쉽지 않다.

만약, 단선이 일어난 불량한 접지시스템으로 고장전류가 흐르게 되면 서지나 아크 등이 발생하면서 인체의 감전사고나 설비의 고장사고 등이 유발될 수 있다. 따라서 접지개폐기를 동작시키기 직전에 접지시스템의 접지상태가 양호한지를 확인할 수 있는 수단이 필요하다.

여기서 GIS용 접지개폐기는 가동전극과 고정전극 간의 접촉을 통해 스위치 전극이 접지시스템에 도통되면서 잔류 전류가 접지시스템으로 흐르게 된다. 이때 가동전극과 고정전극은 접지개폐기의 내부에 설치된 구조로서 외부로 노출되지 않아 육안으로 확인 불가능하다.

즉, 전기적 혹은 기계적 이상으로 인해 내부적인 이상으로 인해 가동전극이 제대로 가동하지 않으면서 고정전극과의 접촉 불량으로 접지가 제대로 이루어지지 않는 우려도 있다. 따라서 정확한 접지를 위해서는 가동전극과 고정전극 간의 접촉상태도 외부에서 확인할 수 있는 수단도 필요하다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0453411호, 2011.04.21.자 등록. 대한민국 등록실용신안공보 제20-0482204호, 2016.12.23.자 등록. 대한민국 등록특허공보 제10-0966446호, 2010.06.18.자 등록.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 작업자의 안전을 보장하고 전력계통의 고장 및 사고를 예방할 수 있도록 접지시스템의 접지저항을 측정하여 접지시스템의 건전성을 확보할 수 있고 가동전극과 고정전극 간의 접촉상태를 감지하여 확실한 접지를 보장할 수 있는 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 GIS용 접지개폐기에 있어서, 접지시스템에 연결된 가동전극과, 전원선로에 연결된 고정전극 간의 전기적 연결을 단속하여 상기 전원선로를 접지 혹은 접지해제시키는 개폐작동부; 상기 접지시스템에 연결되고 상기 접지시스템의 접지저항을 측정하는 접지저항측정부; 및 상기 개폐작동부와 상기 접지저항측정부의 작동을 제어하는 제어부;로 구성되며 상기 접지저항측정부는 상기 제어부로부터 접지저항 측정을 위한 소스전원을 입력받아 기준파형신호를 발생시키는 신호발생부; 상기 기준파형신호를 변환하여 저주파교류신호를 발생시키는 신호변환부; 상기 저주파교류신호를 증폭시키는 신호증폭부; 증폭된 상기 저주파교류신호를 상기 접지시스템과 전류보조극의 사이에 인가하는 신호인가부; 상기 접지시스템과 전류보조극의 사이에서 전류값을 측정하는 전류감지부; 상기 접지시스템과 전압보조극의 사이에서 전압값을 측정하는 전압감지부; 상기 전류값과 상기 전압값을 이용하여 상기 접지시스템의 접지저항을 산출하는 접지저항산출부; 및 상기 접지저항을 기설정된 기준접지저항과 비교하여 상기 접지시스템의 접지상태의 불량 여부를 판별하는 접지상태판별부;로 구성되며, 상기 제어부는 상기 개폐작동부 작동 전에 상기 접지저항측정부를 통하여 접지저항을 측정하여 접지 상태를 판별한 후, 상기 접지시스템의 접지상태가 불량한 것으로 판별되면 상기 개폐작동부의 작동을 중단시키는 것을 특징으로 하는 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기를 기술적 요지로 한다.

또한, 본 발명의 상기 개폐작동부에는 상기 제어부로부터 접촉상태 감지를 위한 소스전원을 입력받아 작동전원을 발생시키는 전원발생부; 상기 가동전극의 종단에서 중공 내측에 절연부재로 절연되면서 소정깊이(A)로 수용되어, 상기 가동전극과 고정전극이 접촉될 때 상기 고정전극과 소정 이격간격(A+B)이 확보되게 설치되며, 상기 작동전원으로 작동하여 상기 고정전극과의 거리를 측정하는 된 거리측정부; 및 상기 거리측정부에 의해 측정된 거리를 기설정된 기준거리와 비교하여 상기 가동전극과 상기 고정전극 간의 접촉 여부를 판별하는 접촉상태판별부;로 구성되어 상기 제어부의 제어에 따라 작동하여 상기 가동전극과 고정전극의 접촉상태를 감지하는 접촉상태감지부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기로 되는 것이 바람직하다.

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상기한 구성에 의한 본 발명은 접지저항측정부가 포함되어 접지시스템의 접지저항을 정확하게 측정하여 접지시스템의 건전성을 진단할 수 있고, 접촉상태감지부가 포함되어 가동전극과 고정전극 간의 접촉상태를 정확하게 감지하여 개폐작동부의 정상작동 여부도 진단할 수 있으므로, 전원선로를 안전하게 접지할 수 있고 인체의 감전사고나 설비의 고장사고를 예방할 수 있으며 접지개폐기의 고장 여부도 용이하게 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기에 대한 구성도이다.
도 2는 도 1의 개폐작동부에 대한 구성도이다.
도 3은 도 1의 접지저항측정부에 대한 구성도이다.
도 4는 도 1의 접촉상태감지부에 대한 구성도이다.
도 5는 도 4의 거리측정부에 대한 설치 예시도이다.

본 발명은 차단기와 단로기 등의 개폐설비, 변성기, 피로기 및 주회로 모선 등을 일괄 수용하여 안전한 개폐를 보장하는 가스절연 개폐장치인 GIS(Gas Insulated Switchgear)에 마련되어 이상전압 발생시나 사고 또는 기타 보수점검시 안전을 위해 전원선로를 개방하여 잔류 전류를 접지시스템으로 안전하게 흐르게 하는 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기에 관한 것이다.

특히, 본 발명에 따른 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기는 작업자의 안전을 보장하고 전력계통의 고장 및 사고를 예방할 수 있는 것이 특징이다.

이러한 특징은 접지시스템의 접지저항을 측정하여 접지시스템의 건전성을 확보하는 접지저항측정부와, 가동전극과 고정전극의 접촉상태를 감지하여 원활한 접지를 보장하는 접촉상태감지부가 더 포함된 구조에 의해 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기는 도 1에 도시된 바와 같이 개폐작동부(100), 접지저항측정부(200), 접촉상태감지부(300), 상태표시부(400) 및 제어부(500)로 구성된다.

먼저, 상기 개폐작동부(100)는 전원선로와 접지시스템의 사이에서 작동하여 전원선로와 접지시스템 간의 전기적 연결을 단속하는 구성이다.

이를 위해 개폐작동부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 모터(110), 연결링크(120), 가동전극(130), 고정전극(140) 및 위치검출센서(150)로 구성될 수 있다.

상기 모터(110)는 작동을 위한 동력을 제공한다. 상기 연결링크(120)는 모터(110)의 회전축에 연결되어 모터(110)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환한다.

상기 가동전극(130)은 접지시스템과 전기적으로 연결되고 연결링크(120)의 단부에 연결되어 직선 운동한다. 상기 고정전극(140)은 전원선로와 전기적으로 연결되고 가동전극(130)의 직선 운동 범위 내에 위치되어 가동전극(130)의 직선 운동에 따라 가동전극(130)과 전기적으로 접촉된다.

여기서 도 5에 도시된 바와 같이 가동전극(130)은 길이방향으로 중공(131)이 천공된 원통형으로 구성되고, 고정전극(140)은 가동전극(130)의 종단이 소정깊이 삽입되면서 접촉되도록 상부가 개방된 삽입홈(141)이 형성된 형태로 구성된다.

즉, 제어부(500)의 제어에 따라 모터(110)에 구동전원이 인가되면 연결링크(120)에 의해 가동전극(130)이 직선 운동하면서 가동전극(130)의 종단이 고정전극(140)의 삽입홈(141)에 삽입되어 접촉되거나 삽입홈(141)에서 이탈되어 접촉해제되어 전원선로가 접지상태 또는 접지해제상태로 전환된다.

상기 위치검출센서(150)는 엔코더, 리미트스위치 등으로 구성되어 연결링크(120)의 물리적인 위치를 감지하여 모터(110)의 구동을 제어한다. 즉, 가동전극(130)의 위치를 연결링크(120)의 물리적인 위치를 통해 감지하여 가동전극(130)이 고정전극(140)에 접촉되거나 접촉해제된 상태가 유지되도록 제어부(500)를 통해 모터(110)의 구동을 제어한다.

따라서 GIS에 이상전압이 발생하거나 사고 또는 기타 보수점검을 위해 전원선로를 개방한 후 제어부(500)를 통해 개폐작동부(100)를 작동시키면 전원선로가 안전하게 접지되면서 전원선로의 잔류전류를 접지시스템으로 흘려보내 감전사고나 고장사고 등을 방지할 수 있다.

그리고 개폐작동부(100)의 작동에 따라 전원선로가 접지상태 또는 접지해제상태로 전환되면 이에 대응되는 전원선로상태정보를 제어부(500)를 통해 수신받아 LCD, LED 등이 포함된 상태표시부(400)로 출력한다.

다음으로, 상기 접지저항측정부(200)는 접지시스템의 접지저항을 측정하여 접지시스템의 접지상태가 정상인지를 자동으로 판별하는 구성이다.

이를 위해 접지저항측정부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 신호발생부(210), 신호변환부(220), 신호증폭부(230), 신호인가부(240), 전류감지부(250), 전압감지부(260), 접지저항산출부(270) 및 접지상태판별부(280)로 구성될 수 있다.

상기 신호발생부(210)는 제어부(500)로부터 접지저항 측정을 위한 소스전원을 입력받아 기준파형신호를 발생시킨다. 상기 신호변환부(220)는 신호발생부(210)에서 발생된 디지털형태의 기준파형신호를 아날로그형태의 저주파교류신호로 변환한다.

상기 신호증폭부(230)는 신호변환부(220)에서 변환된 저주파교류신호를 대지에 흘릴 수 있도록 증폭시킨다. 상기 신호인가부(240)는 신호증폭부(230)에서 대지에 흘릴 수 있도록 증폭된 저주파교류신호를 접지시스템과 전류보조극 간에 인가한다.

상기 전류감지부(250)와 전압감지부(260)는 신호인가부(240)에 의해 저주파교류신호가 인가된 접지시스템과 전류보조극 간의 전류값과 전압값을 각각 감지하여 측정한다.

상기 접지저항산출부(270)는 전류감지부(250)와 전압감지부(260)에서 각각 측정된 전류값과 전압값을 근거로 하여 접지시스템의 접지저항을 산출한다.

상기 접지상태판별부(280)는 접지저항산출부(270)에서 산출된 접지시스템의 접지저항을 기설정된 기준접지저항과 비교하여 접지시스템의 접지상태가 정상 혹은 불량인지를 판별한다. 즉, 접지저항산출부(270)에서 산출된 접지시스템의 접지저항이 기준접지저항 범위 내에 포함될 경우 정상으로 판별하고 그렇지 않을 경우 불량으로 판별한다.

한편, 접지상태판별부(280)는 접지시스템의 접지상태를 불량으로 판별한 경우 사용자가 접지시스템의 접지상태를 확인할 수 있도록 접지불량정보를 발생시켜 제어부(500)로 송신하여 상태표시부(400)로 출력되도록 한다.

다음으로, 상기 접촉상태감지부(300)는 가동전극(130)에 설치되고 제어부(500)의 제어에 따라 작동하여 가동전극(130)과 고정전극(140) 간의 접촉상태를 감지하는 구성이다.

이를 위해 접촉상태감지부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 전원발생부(310), 거리측정부(320) 및 접촉상태판별부(330)로 구성될 수 있다.

상기 전원발생부(310)는 제어부(500)로부터 접촉상태 감지를 위한 소스전원을 입력받아 작동전원을 발생시킨다.

상기 거리측정부(320)는 광센서, 레이저센서, 근접센서 등으로 구성되어 가동전극(130)에 설치되고 전원발생부(310)에서 발생된 작동전원으로 작동하여 고정전극(140)과의 거리를 측정한다.

단, 거리측정부(320)는 도 5에 도시된 바와 같이 고정전극(140)과의 거리를 정확도 있게 측정할 수 있도록 가동전극(130)의 종단에 설치되되 그 종단 내측인 중공(131) 내에 소정깊이(A)로 수용된 형태로 설치된다.

즉, 거리측정부(320)가 가동전극(130)의 종단과 동일한 높이에 설치될 경우 가동전극(130)의 종단이 고정전극(140)과 맞닿게 되면서 측정불능상태가 될 수 있으므로 이를 방지하기 위해 가동전극(130)과 고정전극(140)이 접촉될 때 거리측정부(320)와 고정전극(140)의 사이에 소정 이격간격(A+B)이 확보되도록 한 것이다.

그리고 거리측정부(320)와 가동전극(130)의 사이에는 거리측정부(320)의 작동을 보장하기 위해 가동전극(130)으로부터 거리측정부(320)를 전기적으로 분리시켜 보호하도록 절연성능이 우수한 에폭시 재질 등으로 이루어진 절연부재(321)가 설치된다.

상기 접촉상태판별부(330)는 거리측정부(320)에서 측정된 측정거리가 기설정된 기준거리와 비교하여 가동전극(130)과 고정전극(140) 간의 접촉 여부를 판별한다. 즉, 측정거리가 기준거리 범위 내에 포함되면 접촉상태로 판별하고 그렇지 않으면 비접촉상태로 판별한다.

이때 접촉상태판별부(330)에서는 판별 여부에 따른 접촉상태정보를 발생시켜 제어부(500)를 송출하여 상태표시부(400)로 출력되도록 한다. 그러면 사용자는 상태표시부(400)를 통해 출력되는 접촉상태정보를 통해 가동전극(130)과 고정전극(140) 간의 접촉상태를 확인하여 개폐작동부(100)의 정상 작동 여부를 손쉽게 진단할 수 있다.

마지막으로, 상기 제어부(500)는 개폐작동부(100)와 접지저항측정부(200)와 접촉상태감지부(300) 및 상태표시부(400)를 제어하는 구성이다.

즉, 제어부(500)는 버튼, 노브 등이 포함된 입력부(미도시)를 통해 사용자의 입력에 따른 제어신호를 수신하여 제어신호에 대응되게 개폐작동부(100)와 접지저항측정부(200)와 접촉상태감지부(300) 및 상태표시부(400)를 각각 제어한다.

그리고 제어부(500)는 상기한 바와 같이 개폐작동부(100)의 전원선로상태정보, 접지저항측정부(200)의 접지불량정보, 접촉상태감지부(300)의 접촉상태정보를 수신하여 상태표시부(400)로 출력되도록 전송한다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

100: 개폐작동부
110: 모터
120: 연결링크
130: 가동전극
131: 중공
140: 고정전극
141: 삽입홈
150: 위치검출센서
151: 절연부재
200: 접지저항측정부
210: 신호발생부
220: 신호변환부
230: 신호증폭부
240: 신호인가부
250: 전류감지부
260: 전압감지부
270: 접지저항산출부
280: 접지상태판별부
300: 접촉상태감지부
310: 전원발생부
320: 거리측정부
330: 접촉상태판별부
400: 상태표시부
500: 제어부

Claims

GIS용 접지개폐기에 있어서,
접지시스템에 연결된 가동전극(130)과, 전원선로에 연결된 고정전극(140) 간의 전기적 연결을 단속하여 상기 전원선로를 접지 혹은 접지해제시키는 개폐작동부(100);
상기 접지시스템에 연결되고 상기 접지시스템의 접지저항을 측정하는 접지저항측정부(200); 및
상기 개폐작동부(100)와 상기 접지저항측정부(200)의 작동을 제어하는 제어부(500);로 구성되며
상기 접지저항측정부(200)는
상기 제어부(500)로부터 접지저항 측정을 위한 소스전원을 입력받아 기준파형신호를 발생시키는 신호발생부(210);
상기 기준파형신호를 변환하여 저주파교류신호를 발생시키는 신호변환부(220);
상기 저주파교류신호를 증폭시키는 신호증폭부(230);
증폭된 상기 저주파교류신호를 상기 접지시스템과 전류보조극의 사이에 인가하는 신호인가부(240);
상기 접지시스템과 전류보조극의 사이에서 전류값을 측정하는 전류감지부(250);
상기 접지시스템과 전압보조극의 사이에서 전압값을 측정하는 전압감지부(260);
상기 전류값과 상기 전압값을 이용하여 상기 접지시스템의 접지저항을 산출하는 접지저항산출부(270); 및
상기 접지저항을 기설정된 기준접지저항과 비교하여 상기 접지시스템의 접지상태의 불량 여부를 판별하는 접지상태판별부(280);로 구성되며,
상기 제어부(500)는
상기 개폐작동부 작동 전에 상기 접지저항측정부를 통하여 접지저항을 측정하여 접지 상태를 판별한 후, 상기 접지시스템의 접지상태가 불량한 것으로 판별되면 상기 개폐작동부(100)의 작동을 중단시키는 것을 특징으로 하는 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기.
제1항에 있어서 상기 개폐작동부(100)에는
상기 제어부(500)로부터 접촉상태 감지를 위한 소스전원을 입력받아 작동전원을 발생시키는 전원발생부(310);
상기 가동전극(130)의 종단에서 중공(131) 내측에 절연부재(321)로 절연되면서 소정깊이(A)로 수용되어, 상기 가동전극(130)과 고정전극(140)이 접촉될 때 상기 고정전극(140)과 소정 이격간격(A+B)이 확보되게 설치되며, 상기 작동전원으로 작동하여 상기 고정전극(140)과의 거리를 측정하는 된 거리측정부(320); 및
상기 거리측정부(320)에 의해 측정된 거리를 기설정된 기준거리와 비교하여 상기 가동전극(130)과 상기 고정전극(140) 간의 접촉 여부를 판별하는 접촉상태판별부(330);로
구성되어
상기 제어부(500)의 제어에 따라 작동하여 상기 가동전극(130)과 고정전극(140)의 접촉상태를 감지하는 접촉상태감지부(300)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 접지 안전성 측정 기능을 구비한 GIS용 접지개폐기.
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