KR102091150B1 - 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법 - Google Patents

영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법 Download PDF

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KR102091150B1
KR102091150B1 KR1020190169795A KR20190169795A KR102091150B1 KR 102091150 B1 KR102091150 B1 KR 102091150B1 KR 1020190169795 A KR1020190169795 A KR 1020190169795A KR 20190169795 A KR20190169795 A KR 20190169795A KR 102091150 B1 KR102091150 B1 KR 102091150B1
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섭동현
이창성
이상용
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(주)세명이앤씨
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    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Abstract

영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법은, (i) 지그재그결선변압기를 투입하고, (ii) N상 부스바 상의 영상분을 산출하고, (iii) 영상분과 기준치를 비교하고, (iv) 영상분이 기준치보다 작으면 스위칭부를 오프 제어하고 쿨링팬을 풀 속도로 구동하고, (v) 영상분이 기준치보다 작지 않으면 고조파 전류에 의한 철심의 자화 현상에 의해 발생되는 소음과 온도를 측정하고, (vi) 측정온도와 임계온도범위를 비교하고, (vii) 측정온도가 임계온도범위 이상이면 스위칭부를 오프 제어하고 쿨링팬을 풀 속도로 구동하고, (viii) 측정온도가 임계온도범위 미만이면 스위칭부를 온 제어하고 쿨링팬을 오프 제어하고, (ix) 측정온도가 임계온도범위 내에 존재하면 측정소음과 임계소음범위를 비교하고, (x) 측정소음이 임계소음범위 이상이면 스위칭부를 오프 제어하고 쿨링팬을 풀 속도로 구동하고, (xi) 측정소음이 임계소음범위 미만이면 스위칭부의 온 제어를 유지하고 쿨링팬의 구동속도를 차등구동하고, (xii) 측정소음이 임계소음범위 내에 존재하면 스위칭부를 PWM 제어하고 쿨링팬의 구동속도를 차등구동한다. 단계(xi)는, 측정소음을 근거로 쿨링팬의 구동속도를 산출하는 단계; 스위칭부가 온 제어되는 것을 유지하는 단계; 및 쿨링팬을 차등구동하는 단계를 포함하되, 쿨링팬의 구동속도(Vdn)는
Figure 112019130991603-pat00013
(Nthx는 임계소음 최대값, Nthn은 임계소음 최소값, Nm은 측정소음)에 의해 산출된다.

Description

영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법{CONTROL METHOD OF SWITCHBOARD WITH BUILT-IN ZERO SEQUENCE HARMONIC FILTER}
본 발명은 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상고조파를 필터링하는 기능을 최대한 유지시키되 영상고조파필터에 의한 전기 요금 증가를 최소화할 수 있는 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배전반에는 영상고조파를 제거하기 위한 영상고조파 필터가 장착된다. 고조파(Harmonics)란 기본 주파수의 2배, 3배, 4배와 같이 정수배에 해당하는 주파수를 말하며, 왜곡파 또는 왜형파라고도 한다. 특히 여러 차수의 고주파 중에서 3, 6, 9 등과 같이 고주파 차수가 3의 배수에 해당하는 고주파성분을 영상고조파라고 한다.
3상 4선식을 채택하고 있는 대한민국의 배전 계통의 특징상 단상부하와 3상부하가 혼합되어 중성선에는 불평형 전류가 흐르게 되고, 최근에는 컴퓨터, LED 등 조명장치, 복사기 등 사무기기, 무정전전원공급장치(UPS) 등과 같은 비선형 부하장치의 증가로 인하여 중성선에는 더 많은 영상고조파가 흐르게 된다. 영상고조파는 각 3상의 위상이 동상의 값을 가지므로 단상전원 3개가 병렬로 연결된 것과 같이 중성선에 중첩되어 최대 3배의 영상고조파가 흐르게 된다. 이와 같이 중성선에 과다한 영상고조파가 흐르게 되면 중성선 도체의 과열, 배전 변압기의 성능저하, 전압의 왜곡, 통신선 잡음, 전기 전자 장비의 오작동 등의 장해를 일으키게 된다.
따라서, 이러한 과도한 영상고조파를 감쇄시키기 위해 여러 가지 방식이 제안되고 있는데, 그 중에서 3개의 위상선과 중성선에 연결된 지그재그(ZigZag) 결선 변압기를 이용하여 영상 임피던스를 작게 하여 중성선에서 부하 계통 측으로 영상고조파가 흐르지 않도록 하고 지그재그 결선 변압기 측으로 흡수하여 영상고조파를 상쇄시키는 장치가 대표적인데, 이와 같은 지그재그 결선 변압기를 이용한 영상고조파 필터는 발생량이 가장 많은 저차수인 3차 고조파를 효율적으로 감쇄할 수 있는 것으로 알려져 있다.
이와 같은 영상고조파필터는 영상분을 부하측에서 제거하는 것에 의해 영상 고조파가 전원측으로 유입되는 것을 차단할 수 있으나, 영상 고조파에 의한 전기 요금 증가와 같은 문제점을 야기할 수 있다, 구체적으로, 영상 고조파 내의 지그재그결선 변압기는 부하로 작용하여 전기 요금을 증가시킬 수 있다.
한국등록특허 제10-1482191호(2015. 01. 07.)(SPD 및 절전형 영상고조파필터를 일체로 내장한 배전반 및 분전반) 한국등록특허 제10-1241859호(2013. 03. 05.)(능동형 영상고조파 필터를 구비한 분전반) 한국등록특허 제10-1383263호(2014. 04. 02.)(절전형 영상 고조파 필터가 내장된 분전반) 한국등록특허 제10-1421668호(2014. 07. 15.)(능동형 영상 고조파 필터가 내장된 전동기 제어반)
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 영상고조파를 필터링하는 기능을 최대한 유지시키되 영상고조파필터에 의한 전기 요금 증가를 최소화할 수 있는 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법은, (i) 스위칭부를 온시켜 지그재그결선변압기를 투입하는 단계; (ii) N상 부스바 상의 영상분을 산출하는 단계; (iii) 산출된 영상분과 기준치를 비교하는 단계; (iv) 단계(iii)에서 산출된 영상분이 기준치보다 작은 것으로 체크되면, 스위칭부를 오프 제어하고, 쿨링팬을 풀(full) 속도로 구동하는 단계; (v) 단계(iii)에서 산출된 영상분이 기준치보다 작지 않은 것으로 체크되면, 고조파 전류에 의한 철심의 자화 현상에 의해 발생되는 소음과 온도를 측정하는 단계; (vi) 단계(v)에서 측정된 측정온도와 임계온도범위를 비교하는 단계; (vii) 단계(vi)에서 상기 측정온도가 상기 임계온도범위 이상으로 체크되면 상기 스위칭부를 오프 제어하고, 상기 쿨링팬을 풀(full) 속도로 구동하는 단계; (viii) 단계(vi)에서 상기 측정온도가 상기 임계온도범위 미만으로 체크되면 상기 스위칭부를 온 제어하고 상기 쿨링팬을 오프 제어하는 단계; (ix) 단계(vi)에서 상기 측정온도가 상기 임계온도범위 내에 존재하는 것으로 체크되면 상기 측정소음과 임계소음범위를 비교하는 단계; (x) 단계(ix)에서 상기 측정소음이 상기 임계소음범위 이상으로 체크되면, 상기 스위칭부를 오프 제어하고, 상기 쿨링팬을 풀(full) 속도로 구동하는 단계; (xi) 단계(ix)에서 상기 측정소음이 상기 임계소음범위 미만으로 체크되면, 상기 스위칭부가 온 제어되는 것을 유지하고, 상기 쿨링팬의 구동속도를 차등 구동하는 단계; 및 (xii) 단계(ix)에서 상기 측정소음이 상기 임계소음범위 내에 존재하는 것으로 체크되면, 상기 스위칭부를 PWM 제어하고, 상기 쿨링팬의 구동속도를 차등 구동하는 단계를 포함하되, 상기 단계(xi)는, (xi-1) 상기 측정소음을 근거로 상기 쿨링팬의 구동속도를 산출하는 단계; (xi-2) 상기 스위칭부가 온 제어되는 것을 유지하는 단계; 및 (xi-3) 산출된 상기 쿨링팬의 구동속도를 이용하여 상기 쿨링팬을 차등 구동하는 단계를 포함하되, 상기 쿨링팬의 구동속도(Vdn)는,
Figure 112019130991603-pat00001
(여기서, Vdn는 측정소음에 따른 상기 쿨링팬의 구동속도이고, Nthx는 임계소음 최대값이고, Nthn은 임계소음 최소값이고, Nm은 측정소음)에 의해 산출된다.
일실시예에서, 상기 단계(xii)는, (xii-1) 측정온도를 근거로 스위칭부의 듀티비를 산출하는 단계; (xii-2) 스위칭부의 듀티비를 근거로 상기 쿨링팬의 구동속도를 산출하는 단계; (xii-3) 산출된 듀티비를 이용하여 스위칭부를 제어하는 단계; 및 (xii-4) 산출된 구동속도를 이용하여 쿨링팬을 구동하는 단계를 포함하되, 상기 측정온도를 근거로 산출되는 스위칭부의 듀티비(Dr)는,
Figure 112019130991603-pat00002
(여기서, Dr은 듀티비이고, Tthx는 임계온도최대값이고, Tthn은 임계온도최소값이고, Tm은 측정온도)에 의해 산출될 수 있다.
일실시예에서, 상기 스위칭부의 듀티비를 근거로 산출되는 쿨링팬의 구동속도(Vdd)는,
Figure 112019130991603-pat00003
(여기서, Vdd는 듀티비에 따른 쿨링팬의 구동속도이고, Dr은 스위칭부의 듀티비)에 의해 산출될 수 있다.
이러한 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법에 의하면, R, S 및 T상 분기선들 각각에 설치되어 영상고조파필터, 즉 지그재그결선변압기의 투입 및 트립을 제어하는 스위칭부를 온도뿐 아니라 소음에 따라 온 제어 또는 PWM 제어 또는 오프 제어하면서 쿨링팬의 구동속도를 차등적으로 구동함으로써, 영상고조파를 필터링하는 기능을 최대한 유지시키되 영상고조파필터에 의한 전기 요금 증가를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상고조파필터를 내장한 배전반을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 영상고조파필터를 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 소음감지센서의 일례를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 소음감지센서의 다른 예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 도 5에 도시된 단계 S170을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 도 5에 도시된 단계 S180을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상고조파필터를 내장한 배전반을 설명하기 위한 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 영상고조파필터를 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 영상고조파필터를 내장한 배전반은 R상 부스바(도면부호 미부여), S상 부스바(도면부호 미부여), T상 부스바(도면부호 미부여), N상 부스바(도면부호 미부여), 쿨링팬(110), 팬구동부(120), 온도감지센서(130), 소음감지센서(140), 영상고조파필터(150) 및 스위칭부(160)를 포함한다. 이하에서, 영상고조파필터(150)를 내장한 배전반에 대해서 설명하지만, 당업자라면 영상고조파필터(150)를 내장한 분전반에도 유사하게 적용될 수 있다.
R상 부스바, S상 부스바, T상 부스바 및 N상 부스바 각각은 메인 차단기(MCCB)(미도시)의 출력단에 연결된다.
쿨링팬(110)은 영상고조파필터(150)에 근접하게 배전반 내에 배치되고, 팬구동부(120)의 제어에 따라 동작된다.
팬구동부(120)는 배전반 내에서 쿨링팬(110)의 구동을 제어한다.
온도감지센서(130)는 영상고조파필터(150)에 근접하게 배전반 내에 배치되어 온도를 측정하여 측정온도를 영상고조파필터(150)에 제공한다.
소음감지센서(140)는 영상고조파필터(150)에 근접하게 배전반 내에 배치되어 소음을 측정하여 측정소음을 영상고조파필터(150)에 제공한다. 상기한 소음은 고조파 전류에 의한 철심의 자화 현상에 의해 발생된다. 즉, 고조파와 소음은 서로 비례 관계에 있을 수 있다.
영상고조파필터(150)는 R상 부스바, S상 부스바, T상 부스바 및 N상 부스바 각각에 연결된다.
스위칭부(160)는 제1 스위치(162), 제2 스위치(164) 및 제3 스위치(166)를 포함하고, R, S 및 T상 분기선들 각각에 설치되어 영상고조파필터(150)의 투입 및 트립을 제어한다. 구체적으로, 제1 스위치(162)는 R상 분기선에 연결되어 영상고조파필터(150)의 제어에 응답하여 R상 분기선과 영상고조파필터(150) 간의 연결 선로를 단속하여 영상고조파필터(150)의 투입 및 트립을 제어한다. 제2 스위치(164)는 S상 분기선에 연결되어 영상고조파필터(150)의 제어에 응답하여 S상 분기선과 영상고조파필터(150) 간의 연결 선로를 단속하여 영상고조파필터(150)의 투입 및 트립을 제어한다. 제3 스위치(166)는 T상 분기선에 연결되어 영상고조파필터(150)의 제어에 응답하여 T상 분기선과 영상고조파필터(150) 간의 연결 선로를 단속하여 영상고조파필터(150)의 투입 및 트립을 제어한다.
본 실시예에서, 영상고조파필터(150)는 지그재그결선변압기(152) 및 필터 제어부(154)를 포함하고, R상 부스바에서 분기된 R상 분기선, S상 부스바에서 분기된 S상 분기선, T상 부스바에서 분기된 T상 분기선 및 N상 부스바에서 분기된 N상 분기선 각각에 연결된다.
구체적으로, 지그재그결선변압기(152)는, 주지된 바와 같이, R상 부스바에서 분기된 R상 분기선, S상 부스바에서 분기된 S상 분기선, T상 부스바에서 분기된 T상 분기선 및 N상 부스바에서 분기된 N상 분기선 각각에 연결되어, N상 부스바로 유입된 영상고조파를 지그재그결선변압기(152) 내에서 순환시키는 것에 의해 영상고조파를 제거할 수 있다. 지그재그결선변압기(152)는 저항 성분을 가지므로 영상고조파를 제거하는 과정에서 열이 발생할 수 있다. 열이 과도한 경우, 지그재그결선변압기(152)의 열화에 의한 성능 저하 및 분전반 내에서의 화재 발생 우려가 있다.
따라서, 지그재그결선변압기(152) 내에서의 과열 또는 과부하를 방지할 필요가 있다. 이를 위해, 본 실시예에서, 지그재그결선변압기(152)의 일측 및 타측 각각에 온도감지센서(130) 및 소음감지센서(140)가 설치된다. 온도감지센서(130)는 지그재그결선변압기(152)의 온도를 센싱하고, 그 센싱된 온도값을 필터 제어부(154)로 전달할 수 있고, 소음감지센서(140)는 지그재그결선변압기(152)의 소음을 센싱하고, 그 센싱된 소음값을 필터 제어부(154)로 전달할 수 있다. 이때, 필터 제어부(154)는 지그재그결선변압기(152)의 온도 및 소음을 근거로 지그재그결선변압기(152)를 R상 부스바, S상 부스바 및 T상 부스바 각각으로부터 분리 제어하거나 쿨링팬(110)의 구동 속도를 제어할 수 있다.
이에 의해, 지그재그결선변압기(152)의 과부하를 방지할 수 있다. 물론, 지그재그결선변압기(152)가 분리된 상태에서 지그재그결선변압기(152)의 온도가 기 설정된 온도 상한값 미만으로 저하된 경우, 지그재그결선변압기(152)를 R상 부스바, S상 부스바 및 T상 부스바 각각에 연결시킬 수 있다.
필터 제어부(154)는 상기 N상 부스바 상의 영상분, 상기 측정온도 및 상기 측정소음을 근거로 스위칭부(160)의 동작을 제어한다.
구체적으로, 필터 제어부(154)는, N상 부스바 상의 영상분이 기설정된 영상분 기준치 이하인 경우, 스위칭부(160)를 오프 제어하여 지그재그결선변압기(152)를 트립시키고, 쿨링팬(110)을 풀(full) 속도로 구동 제어한다.
한편, 필터제어부는, 측정온도가 임계온도범위 이상인 경우, 스위칭부(160)를 오프 제어하여 지그재그결선변압기(152)를 트립시키고, 쿨링팬(110)을 풀(full) 속도로 구동 제어한다.
한편, 필터제어부는, 측정온도가 임계온도범위 미만인 경우, 스위칭부(160)의 온 제어를 지속하고, 쿨링팬(110)을 오프 제어한다.
한편, 필터제어부는 측정소음을 근거로 쿨링팬(110)의 구동속도를 산출하고, 스위칭부(160)가 온 제어되는 것을 유지하고, 산출된 구동속도를 이용하여 쿨링팬(110)의 구동을 제어한다. 여기서, 측정소음을 근거로 산출되는 쿨링팬(110)의 구동속도(Vdn)는 아래의 수식 1에 의해 산출될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112019130991603-pat00004
여기서, Vdn는 측정소음에 따른 쿨링팬(110)의 구동속도이고, Nthx는 임계소음 최대값이고, Nthn은 임계소음 최소값이고, Nm은 측정소음이다.
한편, 필터 제어부(154)는, 측정온도가 임계온도범위 내에 존재하는 경우, 측정소음과 임계소음범위를 비교하고, 측정소음이 임계소음범위 내에 존재하는 경우, 스위칭부(160)를 PWM 제어하고 쿨링팬(110)의 구동속도를 차등 구동 제어한다.
한편, 필터 제어부(154)는, 측정온도를 근거로 스위칭부(160)의 듀티비를 산출하고, 스위칭부(160)의 듀티비를 근거로 쿨링팬(110)의 구동속도를 산출하고, 산출된 듀티비를 이용하여 스위칭부(160)를 제어하고, 산출된 구동속도를 이용하여 쿨링팬(110)의 구동을 제어한다. 여기서, 측정온도를 근거로 산출되는 스위칭부(160)의 듀티비(Dr)는 아래의 수식 2에 의해 산출될 수 있다.
[수식 2]
Figure 112019130991603-pat00005
여기서, Dr은 듀티비이고, Tthx는 임계온도최대값이고, Tthn은 임계온도최소값이고, Tm은 측정온도이다.
또한 산출되는 쿨링팬(110)의 구동속도는 아래의 수식 3에 의해 산출될 수 있다.
[수식 3]
Figure 112019130991603-pat00006
여기서, Vdd는 듀티비에 따른 쿨링팬(110)의 구동속도이고, Dr은 스위칭부(160)의 듀티비다.
한편, 필터 제어부(154)는, 측정소음이 임계소음범위 미만인 경우, 스위칭부(160)가 온 제어되는 것을 유지하고 쿨링팬(110)의 구동속도를 차등 구동 제어한다.
한편, 필터 제어부(154)는, 측정소음이 임계소음범위 이상인 경우, 스위칭부(160)를 오프 제어하여 지그재그결선변압기(152)를 트립시키고, 쿨링팬(110)을 풀(full) 속도로 구동 제어한다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, R, S 및 T상 분기선들 각각에 설치되어 영상고조파필터(150)의 투입 및 트립을 제어하는 스위칭부(160)를 온도뿐 아니라 소음에 따라 온 제어 또는 PWM 제어 또는 오프 제어하면서 쿨링팬(110)의 구동속도를 차등적으로 구동함으로써, 영상고조파를 필터링하는 기능을 최대한 유지시키되 영상고조파필터(150)에 의한 전기 요금 증가를 최소화할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 소음감지센서(140)의 일례를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 일례에 따른 소음감지센서(140)는 음향 마이크(MIC) 및 음압 측정부(241)를 포함하여 구성된다.
음향 마이크(MIC)는 배전반 내부에 배치된다. 음향 마이크(MIC)는 음압에 특성이 좋은 콘덴서 마이크를 사용할 수 있다.
음압 측정부(241)는 필터부(242), 반파정류부(243) 및 평활부(244)를 포함하고, 음향 마이크(MIC)에서 출력되는 사인파를 정류 및 평활하여 직류 전기로 변환하고 직류전기로 변환된 전압을 출력한다.
필터부(242)는 일단이 음향 마이크(MIC)에 연결된 제1 캐패시터(C11)와, 일단이 제1 캐패시터(C11)의 타단에 연결되고 타단이 접지된 제1 저항(R12)을 포함하여 구성된다.
반파정류부(243)는 애노드가 접지되고 캐소드가 제1 저항(R12)의 일단에 연결된 제1 다이오드(D11)와, 애노드가 제1 다이오드(D11)의 캐소드에 연결된 제2 다이오드(D12)를 포함하여 구성된다.
평활부(244)는 일단이 제2 다이오드(D12)의 캐소드에 연결되고 타단이 접지된 제2 캐패시터(C12)와, 일단이 접지되고 타단이 제2 캐패시터(C12)의 일단에 연결된 제3 저항(R13)을 포함하여 구성된다.
동작시, 음향 마이크(MIC)의 출력은 제1 캐패시터(C11)를 통해 제1 저항(R12)에 인가된다. 제1 저항(R12)에 인가된 음압 파형은 교류전기로 예를들어 정현파의 파형일수 있다.
정현파 파형은 제1 다이오드(D11)를 통해 -반파가 제거되고 +반파만 남아 제2 다이오드(D12)에 인가된다.
제2 다이오드(D12)를 통과한 반파는 제2 캐패시터(C12)에 충전되고 제3 저항(R13)으로 조절되어 직류파형과 같은 직류전기로 변환되어 필터 제어부(154)에 제공된다.
도 4는 도 1에 도시된 소음감지센서(140)의 다른 예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 다른 예에 따른 소음감지센서(140)는 음향 마이크(MIC) 및 음압 측정부(245)를 포함하여 구성된다.
음향 마이크(MIC)는 접지된 일단과 전원전압단에 연결된 풀업저항(R21)에 연결된 타단을 포함하고, 배전반 내부에 배치되고 검출된 음향신호를 음압 측정부(245)에 제공한다. 음향 마이크(MIC)는 충격음에 특성이 좋은 콘덴서 마이크를 사용할 수 있다.
음압 측정부(245)는 필터부(246), 비반전증폭기(247), 반파정류기(248) 및 평활부(249)를 포함하고, 음향 마이크(MIC)에서 출력되는 사인파를 정류 및 평활하여 직류 전기로 변환하고 직류전기로 변환된 전압을 출력한다.
필터부(246)는 일단이 음향 마이크(MIC)에 연결된 제1 캐패시터(C21)와, 일단이 제1 캐패시터(C21)의 타단에 연결되고 타단이 접지된 제1 저항(R22)을 포함하고, 음향 마이크(MIC)를 통해 수신되는 음향 신호를 하이패스 필터링하여 비반전증폭기(247)에 제공한다.
비반전증폭기(247)는 제1 OP-앰프(도면부호 미부여)와, 일단이 상기 제1 OP-앰프의 부극성 입력단자에 연결되고 타단이 접지된 제2 저항(R23)과, 일단이 상기 제1 OP-앰프의 정극성 입력단자에 연결되고 타단이 상기 제1 OP-앰프의 출력단에 가변적으로 연결되어 가변된 저항치를 출력하는 제3 저항(R24)을 포함하여 구성된다. 비반전증폭기(247)는 필터링된 음향 신호를 소정의 증폭률로 증폭 처리한다. 여기서, 음향 신호 또는 음압의 증폭률은 제2 저항(R23)과 제3 저항(R24)의 비로 제어될 수 있다. 예를들어, 제2 저항(R23)이 2.2kΩ이고, 제3 저항(R24)가 100kΩ이라면 100kΩ/2.2 kΩ의 식에 의해 증폭률은 45.45로 설정될 수 있다. 한편, 제2 저항(R23)이 1kΩ이고, 제3 저항(R24)가 100kΩ이라면 1kΩ/100kΩ의 식에 의해 증폭률은 0.01로 설정될 수 있다. 여기서, 증폭률을 0.01로 설정하는 것은 화재 발생의 전조 증후로서 아크 등이 발생되면 폭발음도 발생되고 이러한 폭발음을 감쇄할 필요가 있기 때문이다.
반파정류기(248)는 정극정 입력단자가 제1 OP-앰프의 출력단자에 연결된 제2 OP-앰프(도면부호 미부여)와, 애노드가 상기 제2 OP-앰프 출력단에 연결되고 캐소드가 상기 제2 OP-앰프의 부극성 입력단자에 연결된 다이오드(D21)를 포함하고, 증폭된 음향 신호를 정류하여 평활부(249)에 제공한다.
평활부(249)는 일단이 다이오드(D21)의 캐소드에 연결되고 타단이 접지된 제2 캐패시터(C22)와, 제2 캐패시터(C22)에 병렬 연결되되, 일단이 다이오드(D21)의 캐소드에 연결되고 타단이 접지된 제5 저항(R25)을 포함하고, 반파정류기(248)에 의해 정류된 음향 신호를 직류로 변환하여 필터 제어부(154)에 제공한다. 평활부(249)는 제2 캐패시터(C22)에 병렬 연결된 제3 캐패시터(C23)를 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 영상고조파필터(150)를 내장한 배전반의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 필터 제어부(154)는 스위칭부(160)를 온시켜 지그재그결선변압기(152)를 투입한다(단계 S100).
이어, 필터 제어부(154)는 N상 부스바 상의 영상분을 산출한다(단계 S110).
필터 제어부(154)는 단계 S110에서 산출된 영상분이 기준치보다 큰지의 여부를 체크한다(단계 S120).
단계 S120에서 산출된 영상분이 기준치보다 작은 것으로 체크되면, 필터 제어부(154)는 스위칭부(160)를 오프 제어하고, 상기 쿨링팬(110)을 풀(full) 속도로 구동 제어한다(단계 S130).
단계 S120에서 산출된 영상분이 기준치보다 작지 않은 것으로 체크되면, 필터 제어부(154)는 온도감지센서(130)를 통해 온도를 측정하고 소음감지센서(140)를 통해 소음을 측정한다(단계 S140).
필터 제어부(154)는 단계 S140에서 측정된 측정온도가 임계온도범위보다 큰지의 여부를 체크한다(단계 S150).
단계 S150에서 측정온도가 임계온도범위 이상으로 체크되면, 단계 S130으로 피드백하여 필터 제어부(154)는 스위칭부(160)를 오프 제어하고, 상기 쿨링팬(110)을 풀(full) 속도로 구동 제어한다.
단계 S150에서 측정온도가 임계온도범위 미만으로 체크되면, 필터 제어부(154)는 스위칭부(160)를 온 제어하고 쿨링팬(110)을 오프 제어한 후(단계 S152), 단계 S110으로 피드백하여 N상 부스바 상의 영상분을 산출한다.
단계 S150에서 측정온도가 임계온도범위 내에 존재하는 것으로 체크되면, 필터 제어부(154)는 측정소음이 임계소음범위 보다 큰지의 여부를 체크한다(단계 S160).
단계 S160에서 측정소음이 임계소음범위 이상으로 체크되면, 단계 S130으로 피드백하여 필터 제어부(154)는 스위칭부(160)를 오프 제어하고, 상기 쿨링팬(110)을 풀(full) 속도로 구동 제어한다.
단계 S160에서 측정소음이 임계소음범위 미만으로 체크되면, 필터 제어부(154)는 스위칭부(160)가 온 제어되는 것을 유지하고, 상기 쿨링팬(110)의 구동속도를 차등 구동한 후(단계 S170), 단계 S110으로 피드백하여 N상 부스바 상의 영상분을 산출한다.
단계 S160에서 측정소음이 임계소음범위 내에 존재하는 것으로 체크되면, 필터 제어부(154)는 스위칭부(160)를 PWM 제어하고, 상기 쿨링팬(110)의 구동속도를 차등 구동한 후(단계 S180), 단계 S110으로 피드백하여 N상 부스바 상의 영상분을 산출한다.
도 6은 도 5에 도시된 단계 S170을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1, 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 필터 제어부(154)는 측정소음을 근거로 쿨링팬(110)의 구동속도를 산출한다(단계 S172). 상기 측정소음을 근거로 산출되는 쿨링팬(110)의 구동속도(Vdn)는 아래의 수식 1에 의해 산출될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112019130991603-pat00007
여기서, Vdn는 측정소음에 따른 쿨링팬(110)의 구동속도이고, Nthx는 임계소음 최대값이고, Nthn은 임계소음 최소값이고, Nm은 측정소음이다.
이어, 필터 제어부(154)는 스위칭부(160)가 온 제어되는 것을 유지한다(단계 S174).
이어, 필터 제어부(154)는 산출된 구동속도를 이용하여 쿨링팬(110)을 구동한 후(단계 S176), 단계 S110으로 피드백하여 N상 부스바 상의 영상분을 산출한다.
도 7은 도 5에 도시된 단계 S180을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1, 도 2, 도 5 및 도 7을 참조하면, 필터 제어부(154)는 측정온도를 근거로 스위칭부(160)의 듀티비를 산출한다(단계 S182). 여기서, 측정온도를 근거로 산출되는 스위칭부(160)의 듀티비는 아래의 수식 2에 의해 산출될 수 있다.
[수식 2]
Figure 112019130991603-pat00008
여기서, Dr은 듀티비이고, Tthx는 임계온도최대값이고, Tthn은 임계온도최소값이고, Tm은 측정온도이다.
이어, 필터 제어부(154)는 스위칭부(160)의 듀티비를 근거로 쿨링팬(110)의 구동속도를 산출한다(단계 S184). 여기서, 산출되는 쿨링팬(110)의 구동속도는 아래의 수식 3에 의해 산출될 수 있다.
[수식 3]
Figure 112019130991603-pat00009
여기서, Vdd는 듀티비에 따른 쿨링팬(110)의 구동속도이고, Dr은 스위칭부(160)의 듀티비다.
이어, 필터 제어부(154)는 산출된 듀티비를 이용하여 스위칭부(160)를 제어한다(단계 S186).
이어, 필터 제어부(154)는 산출된 구동속도를 이용하여 쿨링팬(110)을 구동한 후(단계 S188), 단계 S110으로 피드백하여 N상 부스바 상의 영상분을 산출한다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, R, S 및 T상 분기선들 각각에 설치되어 영상고조파필터, 즉 지그재그결선변압기의 투입 및 트립을 제어하는 스위칭부를 온도뿐 아니라 소음에 따라 온 제어 또는 PWM 제어 또는 오프 제어하면서 쿨링팬의 구동속도를 차등적으로 구동함으로써, 영상고조파를 필터링하는 기능을 최대한 유지시키되 영상고조파필터에 의한 전기 요금 증가를 최소화할 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 쿨링팬 120 : 팬구동부
130 : 온도감지센서 140 : 소음감지센서
150 : 영상고조파필터 152 : 지그재그결선변압기
154 : 필터 제어부 160 : 스위칭부
162 : 제1 스위치 164 : 제2 스위치
166 : 제3 스위치

Claims (3)

  1. (i) 스위칭부를 온시켜 지그재그결선변압기를 투입하는 단계;
    (ii) N상 부스바 상의 영상분을 산출하는 단계;
    (iii) 산출된 영상분과 기준치를 비교하는 단계;
    (iv) 단계(iii)에서 산출된 영상분이 기준치보다 작은 것으로 체크되면, 스위칭부를 오프 제어하고, 쿨링팬을 풀(full) 속도로 구동하는 단계;
    (v) 단계(iii)에서 산출된 영상분이 기준치보다 작지 않은 것으로 체크되면, 고조파 전류에 의한 철심의 자화 현상에 의해 발생되는 소음과 온도를 측정하는 단계;
    (vi) 단계(v)에서 측정된 측정온도와 임계온도범위를 비교하는 단계;
    (vii) 단계(vi)에서 상기 측정온도가 상기 임계온도범위 이상으로 체크되면 상기 스위칭부를 오프 제어하고, 상기 쿨링팬을 풀(full) 속도로 구동하는 단계;
    (viii) 단계(vi)에서 상기 측정온도가 상기 임계온도범위 미만으로 체크되면 상기 스위칭부를 온 제어하고 상기 쿨링팬을 오프 제어하는 단계;
    (ix) 단계(vi)에서 상기 측정온도가 상기 임계온도범위 내에 존재하는 것으로 체크되면 상기 측정소음과 임계소음범위를 비교하는 단계;
    (x) 단계(ix)에서 상기 측정소음이 상기 임계소음범위 이상으로 체크되면, 상기 스위칭부를 오프 제어하고, 상기 쿨링팬을 풀(full) 속도로 구동하는 단계;
    (xi) 단계(ix)에서 상기 측정소음이 상기 임계소음범위 미만으로 체크되면, 상기 스위칭부가 온 제어되는 것을 유지하고, 상기 쿨링팬의 구동속도를 차등 구동하는 단계; 및
    (xii) 단계(ix)에서 상기 측정소음이 상기 임계소음범위 내에 존재하는 것으로 체크되면, 상기 스위칭부를 PWM 제어하고, 상기 쿨링팬의 구동속도를 차등 구동하는 단계를 포함하되, 상기 단계(xi)는,
    (xi-1) 상기 측정소음을 근거로 상기 쿨링팬의 구동속도를 산출하는 단계;
    (xi-2) 상기 스위칭부가 온 제어되는 것을 유지하는 단계; 및
    (xi-3) 산출된 상기 쿨링팬의 구동속도를 이용하여 상기 쿨링팬을 차등 구동하는 단계를 포함하되, 상기 쿨링팬의 구동속도(Vdn)는,
    Figure 112019130991603-pat00010
    (여기서, Vdn는 측정소음에 따른 상기 쿨링팬의 구동속도이고, Nthx는 임계소음 최대값이고, Nthn은 임계소음 최소값이고, Nm은 측정소음)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계(xii)는
    (xii-1) 측정온도를 근거로 스위칭부의 듀티비를 산출하는 단계;
    (xii-2) 스위칭부의 듀티비를 근거로 상기 쿨링팬의 구동속도를 산출하는 단계;
    (xii-3) 산출된 듀티비를 이용하여 스위칭부를 제어하는 단계; 및
    (xii-4) 산출된 구동속도를 이용하여 쿨링팬을 구동하는 단계를 포함하되, 상기 측정온도를 근거로 산출되는 스위칭부의 듀티비(Dr)는,
    Figure 112019130991603-pat00011
    (여기서, Dr은 듀티비이고, Tthx는 임계온도최대값이고, Tthn은 임계온도최소값이고, Tm은 측정온도)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭부의 듀티비를 근거로 산출되는 쿨링팬의 구동속도(Vdd)는,
    Figure 112019130991603-pat00012
    (여기서, Vdd는 듀티비에 따른 쿨링팬의 구동속도이고, Dr은 스위칭부의 듀티비)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상고조파필터를 내장한 배전반의 제어 방법.

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