KR102434999B1 - 아크 보호 시스템 및 아크 보호 시스템의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 배전반을 운전하는 경우, 상부 모선이 개방된 측에서 아크 사고 발생시 보호 맹점을 개선한 아크 보호 시스템 및 아크 보호 시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며,
본 발명 아크보호 시스템은, 상부 모선에서 복수의 하부 모선으로 전력을 공급하는 배전반의 아크 보호 시스템에 있어서, 제1배전반, 제2배전반 및 상기 제1배전반 및 제2배전반을 전기적으로 연결하는 타이를 포함하며, 상기 제1배전반 및 제2배전반은, 배전반의 아크 사고를 감지하는 센서; 사고 전류를 접지시키는 아크제거부; 및 상기 배전반의 회로를 개폐하도록 설치되는 차단부; 를 포함하고, 상기 제1배전반은 상기 제1배전반의 단락전류값을 계측하고 상기 센서에 연결되는 제1제어부를 포함하고, 상기 제2배전반은 상기 제2배전반의 단락전류값을 계측하고 상기 센서에 연결되는 제2제어부를 포함하고, 상기 제2배전반의 차단부가 개방된 상태에서, 상기 제1제어부는 상기 제1배전반의 단락전류값을 상기 제2제어부에 전송하는 것을 특징으로 한다.

Description

아크 보호 시스템 및 아크 보호 시스템의 제어 방법{Arc protection system and method to control arc protection system}
본 발명은 아크 보호 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력기기의 수배전반에서 상부 모선과 하부 모선을 차단하는 메인차단기와 단락 및 접지를 하여 아크를 제거하는 아크제거기를 포함하는 아크 보호 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
수배전반은 전력 계통에 구비되어 전력 계통의 전력을 공급받아 각각의 전력수용기의 부하설비에서 요구하는 전력을 공급하는 기기이다. 여기서 배전반(distribute panel)은 발전소, 변전소 등의 운전이나 제어, 전동기의 운전 등을 위해 특고압의 전력을 고압 및 저압으로 변환하여 계통별로 분배하는 것으로, 변압기나 스위치장치 및 기타 안전장치 등의 전기설비가 캐비닛 내부에 일정하게 배치된 것을 말한다.
이러한 배전반에 있어서, 배전반의 내부에서 절연파괴로 인한 단락 또는 경년 열화에 따라 아크 사고가 발생할 수 있으며, 사고 발생 시 고온, 고압으로 인하여 폭발이 발생하기도 한다.
특히, 아크 사고가 발생하면 아크 섬광과 아크 전류가 발생하는데, 전기 아크의 중심 온도는 약 2000K까지 상승하며, 아크 에너지는 열, 압력, 복사 등의 형태로 변환되어 주변의 기기 및 장치 등에 심각한 피해를 주며 인명 손실까지 가져올 수 있다.
나아가, 전기 아크가 차단기 등의 소호부가 아닌 전력 기기의 절연부분에서 단락사고에 의하여 발생할 때 인명피해, 전력 기기 파손은 물론, 이로 인한 장시간 정전 및 유지보수 등의 피해가 발생한다. 따라서 보호계전기를 포함한 아크 보호 시스템을 적절하게 구비하는 것이 매우 중요하다.
일반적인 아크 보호 시스템은 배전반에 구비되며, 배전반 내부의 아크 사고를 감지하는 센서로부터 아크 섬광을 인지하는 동시에 단락전류를 순간 센싱하여 보호계전기가 동작 신호를 아크제거기에 보내고 아크제거기가 사고 전류를 단락 및 접지시켜 사고 발생 지점의 아크를 소멸시킨다.
그런데 아크제거기는 배전반을 삼상단락(Three phase short circuit fault)의 상태로 접지를 시키기 때문에 배전반 계통 전체를 관통하는 대전류가 흐르게 된다. 이에 변압기 등 절연내력이 약한 설비는 기준에 미치지 못하는 단락강도를 가짐으로써 소손되는 문제가 있었다.
특히, 삼상단락 사고 외의 경우, 즉 상간단락(Phase to phase short circuit fault) 또는 지락(Ground earth fault)사고의 경우 사고 전류가 크지 않으며, 아크를 동반하더라도 폭발에너지가 작아 절연파괴 정도가 작다. 그런데 삼상단락과 이외의 사고를 구분하지 않고 모든 아크 사고에 아크제거기를 적용하여, 상대적으로 작은 사고에도 대전류 통전으로 인한 장비 소손 문제가 있었다. 장비 소손 시 아크 사고를 동반하는데, 총 사고의 75%가 작업자가 배전반 주위에 있을 때 발생하여 인명피해 문제가 심각한 실정이다.
한편 복수의 배전반을 운전하는 경우가 있다. 이는 도 1은 복수의 배전반을 운전하는 일반적인 아크 보호 시스템의 개략도이다. 이를 참조하면, 상부모선인 incoming-A(IN-A)와 incoming-B(IN-B)가 Bus-Tie(TIE-C)를 사이에 두고 병렬로 연결되며, incoming-A(IN-A)와 incoming-B(IN-B)에는 각각 하부모선으로 케이블이 버스바를 통해 병렬로 연결된다. incoming-A(IN-A), incoming-B(IN-B), Bus-Tie(TIE-C) 및 각 케이블에는 차단기(CB)가 설치되어 있다.
incoming-A(IN-A)와 incoming-B(IN-B)에는 도면과 같이 각각 하부모선이 연결되어 부하측으로 배전을 하도록 되어있으나, 실제로 배전반은 도면과 같이 병렬로 연결되며, 필요에 따라 일부의 상부모선을 이용하고 Bus-Tie(TIE-C)를 통해 인근의 하부모선으로 배전할 수 있도록 형성된다. 이 때 이용하지 않는 상부모선은 차단기가 개방된 상태이다. 도 1에는 incoming-A(IN-A)를 이용하여 incoming-B(IN-B)측의 하부모선으로 배전하는 것이 도시되어 있다.
이 상태에서 incoming-B(IN-B) 측 배전반(도면상 B)에서 아크 사고가 발생하는 경우, incoming-B(IN-B)에서 아크는 센서로 감지할 수 있으나, incoming-B(IN-B)의 차단기가 개방되어 있으므로 사고 전류를 측정할 수는 없는 상태이다. 또한 incoming-A(IN-A) 측 배전반에서는 사고 전류는 감지하나, 아크 사고 시 발생하는 빛을 감지할 수는 없다. 따라서 이 경우 incoming-B(IN-B) 측 배전반에서의 아크 사고를 보호할 수 없는 보호 맹점을 가진다.
또한 incoming-A(IN-A)와 incoming-B(IN-B)는 물리적으로 구분된 공간에 배치되며, Bus-Tie(TIE-C)는 둘 중 어느 한 측에 속하도록 설치되는 것이 일반적이다. 예를 들어 도면과 같이 Bus-Tie(TIE-C)는 incoming-A(IN-A) 측에 설치될 수 있다. 그런데 이 경우 Bus-Tie(TIE-C)의 incoming-B(IN-B) 측 구간(도면상 C)에서 아크 사고가 발생하면, incoming-A(IN-A) 측에서 아크 및 사고 전류가 감지되나, 아크를 소거하기 위하여는 incoming-B(IN-B)의 아크제거기가 동작하여야 한다. 그런데 incoming-B(IN-B) 에서는 아크가 감지되지 못하므로 아크제거기가 동작하지 않는 보호 맹점이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구체적으로는 복수의 배전반을 운전하는 경우, 아크 사고 발생 시 상부모선 측에서 사고 전류를 센싱하지 못함으로써 발생하는 보호 맹점 및 Bus-Tie 부분에서 아크 사고 발생 시 실제 동작하여야 하는 아크 보호 시스템이 부동작하는 보호 맹점을 개선한 아크 보호 시스템 및 아크 보호 시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 다음과 같은 아크 보호 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명은, 상부 모선에서 복수의 하부 모선으로 전력을 공급하는 배전반의 아크 보호 시스템에 있어서, 제1배전반, 제2배전반 및 상기 제1배전반 및 제2배전반을 전기적으로 연결하는 타이를 포함하며, 상기 제1배전반 및 제2배전반은, 배전반의 아크 사고를 감지하는 센서; 사고 전류를 접지시키는 아크제거부; 및 상기 배전반의 회로를 개폐하도록 설치되는 차단부; 를 포함하고, 상기 제1배전반은 상기 제1배전반의 단락전류값을 계측하고 상기 센서에 연결되는 제1제어부를 포함하고, 상기 제2배전반은 상기 제2배전반의 단락전류값을 계측하고 상기 센서에 연결되는 제2제어부를 포함하고, 상기 제2배전반의 차단부가 개방된 상태에서, 상기 제1제어부와 제2제어부는 단락전류값 또는 아크 사고 감지 여부를 공유하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2배전반에 포함되는 상기 센서에서 아크 사고 감지 시에, 상기 제1제어부는 상기 제1배전반의 단락전류 상태값을 상기 제2제어부에 전송하며, 상기 단락전류 상태값은, 단락전류값 또는 단락전류 발생 여부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2제어부는, 상기 제1제어부에서 전송되는 상기 제1배전반의 단락전류 상태값을 이용하여 상기 제2배전반의 단락전류 발생 여부를 판단하거나 상기 제2배전반의 단락전류값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2배전반의 단락전류값을 산출하는 경우, 산출된 상기 제2배전반의 단락전류값이 설정된 값을 초과하면 상기 아크제거부를 구동시키며, 상기 설정된 값은 상기 제2배전반의 삼상단락 시 전류값의 최저치이고, 상기 제2제어부는, 산출된 상기 제2배전반의 단락전류값이 상기 삼상단락 시 전류에 해당하면 상기 아크제거부를 구동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1제어부 및 제2제어부는 상기 단락전류값을 양방향으로 송수신하기 위한 디지털신호용 결선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 타이는, 상기 제1배전반 및 제2배전반을 전기적으로 연결하거나 분리하도록 형성되며, 상기 디지털신호용 결선 상에 연결되고, 상기 제1제어부는 상기 타이가 연결된 상태에서 상기 제1배전반의 단락전류값 계측 상태를 상기 제2제어부에 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명 아크 보호 시스템의 제어 방법은, 제2배전반의 차단부 개방 상태에서 아크 사고 발생시, 상기 제2배전반에서 아크 사고를 감지하고, 상기 제2배전반에 전기적으로 연결된 제1배전반의 단락전류 상태값을 계측하는 단계; 상기 제1배전반의 단락전류 상태값을 상기 제2배전반에 전송하는 단계; 및 상기 제1배전반의 단락전류 상태값을 이용하여 상기 제2배전반의 단락전류 발생 여부를 판단하거나, 상기 제2배전반의 단락전류값을 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 산출된 상기 제2배전반의 단락전류값의 범위를 판단하여, 상기 제2배전반의 단락전류값이 삼상단락전류에 해당하면 사고 전류를 접지시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1배전반 및 제2배전반은 타이에 의해 전기적으로 연결되거나 분리되고, 상기 타이가 연결된 상태에서 상기 제1배전반의 단락전류값 계측 상태를 상기 제2배전반에 전송하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명 일 실시예의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 복수의 배전반을 운전하는 경우, 각 배전반의 제어부에서 사고 전류 또는 사고 전류의 감지 여부를 공유하도록 함으로써, 아크 사고 발생 시 상부모선 측에서 사고 전류를 센싱하지 못함으로써 발생하는 보호 맹점 및 타이 부분에서 아크 사고 발생 시 실제 동작하여야 하는 아크제거기가 동작하지 못하는 보호 맹점을 개선할 수 있다.
또한 상간단락 또는 지락 사고의 경우 삼상단락의 경우와 취급을 달리함으로써, 종래 모든 아크 사고에 아크제거기를 사용함으로써 발생하는 절연내력이 낮은 설비의 소손 문제와, 아크에 의해 배전반이 폭발하는 경우 인명사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
나아가 본 발명은 상간단락 또는 지락 사고의 경우 사고의 복구가 빠르며, 장비가 소손되지 않아 경제성이 높은 유리한 효과가 있다.
도 1은 복수의 배전반을 운전하는 일반적인 아크 보호 시스템의 개략도,
도 2는 본 발명에 포함되는 하나의 배전반의 일 실시예를 도시한 개략도,
도 3은 도 2의 블럭도,
도 4는 도 2에 의한 아크 보호 시스템의 제어 방법의 동작 순서도,
도 5는 본 발명 일 실시예인 아크 보호 시스템의 개략도,
도 6은 도 5의 블럭도,
도 7은 도 5에 의한 아크 보호 시스템의 제어 방법의 동작 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명 일 실시예의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 포함되는 하나의 배전반의 일 실시예를 도시한 개략도, 도 3은 도 2의 블럭도, 도 4는 도 2에 의한 아크 보호 시스템의 제어 방법의 동작 순서도이다.
먼저 도 2 내지 도 4를 참조하여 상간단락 또는 지락 사고와 삼상단락의 사고를 분리하여 보호하는 아크 보호 시스템에 대하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명 아크 보호 시스템은, 아크 사고(1)를 감지하며, 아크 사고(1) 발생 시 아크를 감지하는 센서(10, 11)와, 배전반에 흐르는 대전류를 일정한 비율의 작은 전류로 바꾸는 전류변성기(20)와, 배전반의 사고 전류를 접지시키는 아크제거부(50)와, 배전반 회로를 개폐하도록 설치되는 차단부(40, 41)와, 센서(10)가 아크 감지 시 회로 내의 단락전류값을 측정하여 아크제거부(50) 및 차단부(40, 41)를 동작시키는 제어부(300)를 포함한다.
배전반은, 전력 공급 라인인 모선에 해당하는 주회로와, 주회로로부터 병렬로 분기되어 전력을 분배받는 복수의 부회로를 포함한다. 또한 차단부는, 주회로에 설치되는 주회로차단기(40)와, 각 부회로에 설치되는 부회로차단기(41)를 포함한다. 또한 센서는, 부회로차단기(41)를 기준으로, 전력이 공급되는 주회로 측에 설치되는 제1센서(10)와, 전력이 분배되는 측에 설치되는 제2센서(11)를 포함한다. 따라서 주회로에는 전류변성기(20), 주회로차단기(40), 제1센서(10)가 설치되고, 부회로에는 부회로차단기(41)와, 부회로차단기(41)를 기준으로 주회로측에 제1센서(10), 반대측에 제2센서(11)가 설치된다.
센서(10,11)는, 배전반의 각 격실에 설치되며, 아크 사고 시의 강한 압력에도 견딜 수 있도록 설계된다. 또한 센서(10,11)는 포인트 센서 등 광센서를 이용함이 일반적이며, 아크 발생 시 섬광의 온도를 감지하는 온도 센서나 주파수를 이용하는 루프 센서 등을 사용할 수 도 있다. 이 때 포인트 센서와 루프 센서는 케이블과 버스바(busbar)의 접속 부위에 설치함이 바람직하다.
전류변성기(20)는 큰 전류를 일정한 비율의 작은 전류로 바꾸는 기구로, 철심과 주회로에 직렬로 연결되는 일차 코일 및 이차 코일로 되어 있다. 제어부(300)는 이차 코일에 흐르는 전류값을 측정함으로써 주회로에 흐르는 단락전류값을 측정할 수 있다.
아크제거부(50)는, 일단이 배전반의 전원 측에 연결되고 타단이 접지되어 전원과 접지 사이를 개폐하도록 설치되는 아크제거기(52)를 포함하며, 아크제거기(52)의 동작을 제어하는 아크제거기 제어장치(51)를 더 포함할 수 있다.
아크제거기(52)는 상간, 대지간 절연이 유지될 수 있는 공간에 설치되며, 계통의 순서상 주회로차단기(40) 후단에 연결되고, 접지부와는 절연이 유지되도록 설치된다. 아크제거기(50)에 구동 트립 명령이 전달되면, 아크제거기(52)가 투입되어 아크 사고로 흐르던 전류가 더 낮은 임피던스로 3상 접지된 아크제거기(52)를 통해 접지되어 소멸된다.
아크제거기 제어장치(51)는, 제어부(300)로부터 트립 명령을 받아서 아크제거기(52)를 구동시키는 역할을 하며, 아크제거기(52)에 가까운 위치에 설치된다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 제어부(300)는 센서(10, 11), 전류변성기(20), 아크제거부(50) 및 차단부(40, 41)에 연결되어, 센서가 아크를 감지하면 전류변성기(20)를 통해 측정되는 단락전류값에 따라 차단부(40) 및 아크제거부(50)를 동작시킨다.
제어부(300)는, 정격전류값을 고려하여 설정값이 설정되고, 이를 측정되는 단락전류값과 비교하여, 단락전류값이 설정값 이상이 되면 사고 전류로 판단한다. 사고 전류로 판단되는 경우 아크제거부(50)를 단락시켜 아크와 사고 전류를 제거하며, 차단부(40, 41)를 개방시켜 사고가 발생한 배전반으로 흐르는 전류를 차단하며 해당 계통을 분리한다.
더욱 상세하게 설명하면, 제어부(300)는 차단부(40) 및 아크제거부(50)를 동작시키며 제1마스터유닛(311)과 제2마스터유닛(312)을 포함하는 메인제어부(310)와, 메인제어부(310)의 기능을 확장하는 슬레이브유닛(320)으로 구성된다. 각 구성은 통신 가능하게 광케이블로 연결된다.
제1마스터유닛(311)은 센서(10, 11)와 전기적으로 연결되어 센서의 아크 신호를 수신한다. 또한 전류변성기(20)와도 전기적으로 연결되어 주회로에 흐르는 단락전류값을 측정한다. 센서의 아크 신호 및 단락전류값에 의해 사고 지점 및 사고가 삼상단락 사고인지, 상간이나 지락 사고인지 판단한다. 이후 삼상단락 사고이면, 광케이블로 연결된 주회로차단기(40) 및 아크제거기(52)에 트립 명령을 보내 이를 동작시킨다. 삼상단락 사고의 판단은, 제1마스터유닛(311)에 할당된 제1설정값을 기준으로, 제1설정값 이상의 단락전류값이 측정되면 삼상단락전류가 흐르는 것으로 판단할 수 있다. 단락전류값이 제1설정값 미만인 경우 삼상단락 사고가 아닌 것으로 판단하여 이 경우에는 아크제거기(52)를 동작시키지 않는다. 여기서 제1설정값은 삼상단락전류에 대응하는 전류값으로서, 삼상단락시의 전류값보다 소폭 낮은 전류값이며, 대략 정격 전류의 5 내지 8배 정도에 해당한다.
제2마스터유닛(312)은 제1마스터유닛(311)과 통신 가능하게 연결되는 동시에 전류변성기(20)와도 전기적으로 연결된다. 전류변성기(20)와는 제1마스터유닛(311)을 관통하여 연결되는 것도 가능하다. 제2마스터유닛(312)에는 제2설정값이 할당되어 있으며, 제2마스터유닛(312)는 단락전류값이 제2설정값 이상인지를 판단하여, 제1마스터유닛(311)과 이를 공유할 수 있다. 단락전류값이 제2설정값 이상인 경우, 아크 사고(삼상단락, 상간단락, 지락)가 발생한 것으로 판단한다. 제2마스터유닛(312)과 제1마스터유닛(311)이 제2설정값 이상의 단락전류가 발생된 것을 공유함으로써, 제1마스터유닛(311)이 차단부(40)를 동작시키는 트립 명령을 발할 수 있다. 여기서 제2설정값은 상간단락 또는 지락 사고에 의한 전류에 대응하는 전류값으로서, 상간단락 또는 지락사고 시의 전류값보다 소폭 낮은 전류값이며, 대략 정격 전류의 1배 또는 2배 내의 범위에서 설정된다. 즉, 제2설정값은 제1설정값보다 작게 설정된다.
제1마스터유닛(311)과 별도로 제2마스터유닛(312)을 구비하는 것은, 종래 제1마스터유닛(311)에 해당하는 아크 보호 계전기만을 이용하여 하나의 설정값만을 기준으로 사고(삼상, 상간, 지락 사고)를 판단하였던 것과 달리, 본 발명은 두 개의 설정값을 기준으로 사고 여부 및 사고의 종류를 구분하여 지락, 상간 사고와 삼상 단락 사고를 분리하여 보호한다. 이러한 분리 보호에 있어, 종래의 부품을 이용하여 구현될 수 있도록 하여 새로운 장치를 개발 및 구매하지 않아도 되게 함으로써 경제성을 도모하기 위함이다. 따라서 제1마스터유닛(311)과 제2마스터유닛(312)가 일체로 형성되며, 두 개의 설정값을 기준으로 제어하는 것도 가능함은 물론이다.
슬레이브유닛(320)은 센서와 전기적으로 연결되어 아크 사고 발생 시, 사고 발생 및 사고 위치를 파악할 수 있다. 사고 발생 및 사고 위치에 대한 정보는 메인제어부(310)와 실시간으로 공유되며, 제1마스터유닛(311)이 차단부를 동작시키고, 그 때 측정되는 단락전류값에 따라 아크제거부(50)를 동작시킨다.
한편 주회로차단기(40)는 제1슬레이브유닛(311)을 통해, 부회로차단기(41)는 인접하게 설치된 슬레이브유닛(320)을 통해 동작될 수 있다. 제어부(300)는, 상간이나 지락 사고 시, 센서로부터 파악되는 아크 위치에 따라 주회로차단기(40)와 부회로차단기(41)를 동시 또는 선택적으로 동작시킬 수 있다. 즉 본 발명은, 제1센서(10)에 의해 아크가 감지되는 경우 주회로차단기(40), 제2센서(11)에 의해 아크가 감지되는 경우 부회로차단기(41)를 동작시켜 사고가 난 해당 계통만을 분리함으로써, 나머지 전력계통을 이용할 수 있도록 한다.
다시 도 4의 순서도를 참조하여 본 발명 일 실시예의 제어 방법을 설명한다.
아크 사고(1)가 발생(S1)하면, 센서(10, 11)는 아크 섬광 등에 의해 아크 사고(1)를 감지하여 아크 신호를 제어부(300)에 전달하며(S2), 제1마스터유닛(311)과 제2마스터유닛(312)은 전류변성기(20)를 통해 사고 시의 단락전류값을 측정한다(S3).
이후 제2마스터유닛(312)은, 단락전류값이 제2설정값 이상인지 판단한다(S4). 전류값이 제2설정값 이상이 아니라면, 아크제거기(52)나 차단기를 사용할만한 아크 사고(1)가 아닌 것으로 판단하여 제어부(300)는 제어를 종료한다(S5).
반면에 단락전류값이 제2설정값 이상이라면, 아크 사고(1)가 발생한 것으로 판단하고, 단락전류값이 제1설정값 이상인지 판단한다(S6). 이는 아크 사고(1) 중 삼상단락의 경우인지를 판단하기 위한 것으로, 제1마스터유닛(311)에 의한다.
전류값이 제1설정값 이상이 아니라면 아크 사고(1) 중 상간단락 또는 지락 사고가 발생한 것으로 판단하여, 제1마스터유닛(311)은 차단기 개방 신호를 출력하고(S7), 차단기가 개방되며(S7'), 이에 따라 배전반에 인입되는 전류가 차단된다(S8). 이 경우 아크제거기(52)는 작동하지 않는다. 아크는 공기 등에 의하여 소멸하게 된다(S8).
반면에 삼상단락 사고가 발생하여 전류값이 제1설정값 이상인 경우, 제1마스터유닛(311)는 아크제거기 단락 신호를 출력하며(S9), 차단기 개방 신호를 출력한다(S7). 따라서 차단기와 아크제거기(52)가 모두 동작(S7', S9')하여 배전반의 전류는 차단되며, 접지에 의해 사고 전류 및 아크가 제거된다(S8).
한편, 아크를 감지하는 센서의 위치에 따라, 주회로차단기(40) 또는 부회로차단기(41)를 각각 제1마스터유닛(311) 또는 슬레이브유닛(320)을 통해 동시 또는 선택적으로 차단시킴으로써 신속하고 효율적인 아크 보호가 가능하다.
따라서, 본 발명은 상간단락 또는 지락 사고의 경우, 사고 전류가 크지 않고 아크가 발생하지 않거나 발생하더라도 아크 에너지가 작으므로 굳이 위험성이 높은 아크제거기(52)를 동작시키지 않는 것을 특징으로 한다. 그러므로 종래 사고 전류가 크지 않은 상간단락 또는 지락 사고에도 아크제거기(52)를 동작시켜 삼상단락의 상태로 접지시킴에 따라 배전반 전체에 대전류가 흐름으로써 절연내력이 낮은 설비의 소손 사고가 발생하였던 문제점을 해결할 수 있다.
도 5는 본 발명 일 실시예인 아크 보호 시스템의 개략도, 도 6은 도 5의 블럭도, 도 7은 도 5에 의한 아크 보호 시스템의 제어 방법의 동작 순서도이다. 도 5 내지 도 7을 이용하여 복수의 배전반을 운전하는 본 발명 일 실시예의 아크 보호 시스템을 설명한다.
본 발명의 일 실시예는 상술한 배전반을 포함하는 제1배전반(1000) 및 제2배전반(2000)이 타이(3000)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 제1배전반(1000)은 상부모선으로 전류변성기(20)와 주회로차단기(40)를 포함하는 제1모선부(1100), 부하측 케이블에 연결되는 것으로서 부회로차단기(41) 및 제2센서(11)를 포함하는 제1부하부(1400), 제1모선부(1100)와 제1부하부(1400)를 연결하며 복수의 제1센서(10)가 설치되는 제1버스바(1200), 제1버스바(1200) 측의 단락 전류를 접시키시는 제1아크제거부(1500) 및 제1배전반(1000) 내의 차단기 및 제1아크제거부(1500)를 동작시키는 제1제어부(1300)를 포함한다. 제2배전반(2000)도 제1배전반(1000)과 마찬가지로 제2모선부(2100), 제2부하부(2400), 제2버스바(2200), 제2아크제거부(2500) 및 제2제어부(2300)를 포함한다. 타이(3000)는 제1배전반(1000)과 연결되는 1차측케이블(3100), 제2배전반(2000)과 연결되는 2차측케이블(3200), 1차측케이블(3100) 및 2차측케이블(3200)을 전기적으로 개폐하는 인터록부(3300)를 포함한다.
나아가 제1제어부(1300)와 제2제어부(2300)는 사고 전류를 공유할 수 있도록 전기적으로 연결되거나 통신 가능하게 연결된다. 제1제어부(1300)와 제2제어부(2300)는 바이너리 인풋(Binary Input) 및 바이너리 아웃풋(Binary Output)을 각각 포함하여, 제1배전반(1000)의 단락전류값을 제2제어부(2300)에 전달하거나, 제2배전반(2000)의 단락전류값을 제1제어부(1300)에 전달할 수 있도록 형성될 수 있다. 나아가 타이(3000)의 인터록부(3300)가 연결되어 운전중일 때에만 단락전류값을 전달할 수 있도록 제1제어부(1300)와 제2제어부(2300)의 바이너리 결선 상에 보조접점을 통한 인터록 회로가 구성될 수 있다.
따라서 도면과 같이 제2배전반(2000)에서 제2모선부(2100)의 주회로차단기(40)가 개방된 상태이고 제1배전반(1000)과 타이(3000)가 운전 중일 때, 제2배전반(2000)에서 아크사고(1)가 발생하면, 제2배전반(2000) 내의 센서가 아크사고(1)를 감지할 수 있으며, 제1배전반(1000)의 단락전류 상태값을 제1제어부(1300)로부터 제2제어부(2300)로 전달받아 제2배전반(2000) 내의 단락전류 발생을 인지할 수 있다.
여기서 단락전류 상태값이란, 아날로그 상태의 단락전류값을 이진수로 변환한 단락전류값 그 자체가 될 수도 있고, 단락전류가 발생했는지 여부를 0 또는 1로 나타내는 단락전류 발생 상태를 나타내는 것일 수 있다. 즉, 제1배전반(1000)의 단락전류 상태로부터 제2배전반의 단락전류 발생 여부를 알거나 제2배전반의 단락전류값을 산출할 수 있다.
이에 따라 제2배전반에 단락전류가 발생하여 아크 사고가 발생된 것으로 판단되거나, 산출된 제2배전반(2000)의 단락전류값이 지락, 상간단락 또는 삼상전류에 해당되는 경우 제2아크제거부(2500)를 동작하여 제2배전반(2000)의 사고 전류를 접지시킬 수 있다. 나아가 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 삼상단락 사고를 분리하여 보호하는 경우, 산출된 제2배전반(2000)의 단락전류값이 삼상단락 전류에 해당되는 경우에 제2아크제거부(2500)를 동작하여 사고 전류를 접지시킬 수 있다.
다시 도 6을 이용하여 이를 설명하면, 제2배전반에서 아크사고(1) 발생 시, 제2배전반(2000) 내에 아크가 발생된 것을 센서가 센싱하여 아크신호를 제2제어부(2300)에 전달하고, 제1버스바에 사고전류를 전류변성기에 의해 제1제어부가 측정하여 제1배전반의 단락전류 계측 상태를 제2제어부에 전달한다. 이후 제2제어부는 전달받은 제1배전반의 단락전류 계측 상태를 이용하여 제2배전반의 단락전류 발생 여부 또는 단락전류값을 산출하고, 이를 이용하여 제2모선부(2100)에 주회로차단기(40) 개방 신호와 제2아크제거부(2500)의 아크제거기(52) 동작 신호를 생성한다. 다만 이 경우 제2모선부(2100)의 주회로차단기(40)는 개방 상태이므로 개방된 상태를 유지한다.
또한 도 7을 이용하여 본 발명 일 실시예의 아크 보호 시스템의 제어 방법을 설명하면, 제2모선부가 개방된 상태에서 제1배전반 운전 중 제2배전반에 아크 사고가 발생하는 경우, 제1배전반에서 단락 전류값을 측정하고 제2배전반에서 아크 신호가 수신된다(S10). 이 때 타이가 운전 중이지 않으면(S30), 제1배전반과 제2배전반은 분리된 것으로 보고 센서 오작동으로 판단할 수 있다. 반면에 타이가 운전 중이면(S30), 제1제어부에서 측정되는 제1배전반의 단락전류값을 제2제어부에 전달하여 공유한다(S30). 이후 제2제어부는 전달받은 제1배전반의 단락전류값에 따라 제2아크제거부를 동작시킬 수 있다(S40).
또한 도 6 및 도 7과 다른 예로서, 타이(3000)의 2차측케이블(3200)에서 아크사고(1)가 발생한 경우에도, 제1배전반(1000) 내의 센서가 아크사고(1)를 감지할 수 있으며, 제2제어부(2300)는 제2배전반(2000)에서 측정되는 단락전류값과 제1제어부(1300)로부터 전달받은 아크사고(1) 감지 정보에 의해 제2아크제거부(2500)를 동작시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명 일 실시예의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명 일 실시예의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명 일 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 아크사고
10 : 제1센서 11 : 제2센서
20 : 전류변성기 40 : 주회로차단기
41 : 부회로차단기 50 : 아크제거부
51 : 아크제거기 제어장치 52 : 아크제거기
300 : 제어부 310 : 메인제어부
311 : 제1마스터유닛 312 : 제2마스터유닛
320 : 슬레이브유닛
1000 : 제1배전반 1100 : 제1모선부
1200 : 제1버스바 1300 : 제1제어부
1400 : 제1부하부 1500 : 제1아크제거부
2000 : 제2배전반 2100 : 제2모선부
2200 : 제2버스바 2300 : 제2제어부
2400 : 제2부하부 2500 : 제2아크제거부
3000 : 타이 3100 : 1차측케이블
3200 : 2차측케이블 3300 : 인터록부

Claims (9)

  1. 상부 모선에서 복수의 하부 모선으로 전력을 공급하는 배전반의 아크 보호 시스템에 있어서,
    제1배전반, 제2배전반 및 상기 제1배전반과 제2배전반을 전기적으로 연결하는 타이를 포함하며,
    상기 제1배전반 및 제2배전반은,
    배전반의 아크 사고를 감지하는 센서;
    사고 전류를 접지시키는 아크제거부;
    상기 배전반의 모선에 해당하는 주회로를 차단하는 주회로 차단기; 및
    상기 주회로에서 병렬로 분기된 상기 배전반의 부회로를 개폐하도록 설치되는 부회로 차단기;
    를 포함하고,
    상기 제1배전반은 상기 제1배전반의 단락전류값을 계측하고 상기 센서에 연결되는 제1제어부를 포함하고,
    상기 제2배전반은 상기 제2배전반의 단락전류값을 계측하고 상기 센서에 연결되는 제2제어부를 포함하고,
    상기 제2배전반의 상기 주회로차단기가 개방된 상태에서, 상기 제1제어부와 제2제어부는 단락전류값 또는 아크 사고 감지 여부를 공유하며,
    상기 제2배전반에 포함되는 상기 센서에서 아크 사고 감지 시에, 상기 제1제어부는 상기 제1배전반의 단락전류 상태값을 상기 제2제어부에 전송하며,
    상기 단락전류 상태값은, 단락전류값 또는 단락전류 발생 여부를 포함하며,
    상기 제2제어부는, 상기 제1제어부에서 전송되는 상기 제1배전반의 단락전류 상태값을 이용하여 상기 제2배전반의 단락전류 발생 여부를 판단하거나 상기 제2배전반의 단락전류값을 산출하는 것을 특징으로 하는 아크 보호 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2배전반의 단락전류값을 산출하는 경우, 산출된 상기 제2배전반의 단락전류값이 설정된 값을 초과하면 상기 아크제거부를 구동시키며,
    상기 설정된 값은 상기 제2배전반의 삼상단락 시 전류값의 최저치이고,
    상기 제2제어부는, 산출된 상기 제2배전반의 단락전류값이 상기 삼상단락 시 전류에 해당하면 상기 아크제거부를 구동시키는 것을 특징으로 하는 아크 보호 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 제어부는, 상기 제2배전반의 단락전류값이 제 1 설정값 이상인 경우 상기 삼상단락 전류가 흐르는 것으로 판단하고, 상기 제2배전반의 단락전류값이 상기 제 1 설정값보다 작은 제 2 설정값 이상인 경우, 상기 부회로차단기를 개방시키는 것을 특징으로 하는 아크 보호 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 설정값은 정격 전류의 5 내지 8배 내로 설정되며, 상기 제 2 설정값은 정격 전류의 1배 초과 2배 이하의 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 아크 보호 시스템.
  5. 제1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1제어부 및 제2제어부는 상기 단락전류값을 양방향으로 송수신하기 위한 디지털신호용 결선을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 보호 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 타이는, 상기 제1배전반 및 제2배전반을 전기적으로 연결하거나 분리하도록 형성되며, 상기 디지털신호용 결선 상에 연결되고,
    상기 제1제어부는 상기 타이가 연결된 상태에서 상기 제1배전반의 단락전류값 계측 상태를 상기 제2제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는 아크 보호 시스템.
  7. 제2배전반의 주회로차단기 개방 상태에서 아크 사고 발생시,
    상기 제2배전반에서 아크 사고를 감지하고, 상기 제2배전반에 전기적으로 연결된 제1배전반의 단락전류 상태값을 계측하는 단계;
    상기 제1배전반의 단락전류 상태값을 상기 제2배전반에 전송하는 단계; 및
    상기 제1배전반의 단락전류 상태값을 이용하여 상기 제2배전반의 단락전류 발생 여부를 판단하거나, 상기 제2배전반의 단락전류값을 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 보호 시스템의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    산출된 상기 제2배전반의 단락전류값의 범위를 판단하여, 상기 제2배전반의 단락전류값이 삼상단락전류에 해당하면 사고 전류를 접지시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 보호 시스템의 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1배전반 및 제2배전반은 타이에 의해 전기적으로 연결되거나 분리되고,
    상기 타이가 연결된 상태에서 상기 제1배전반의 단락전류값 계측 상태를 상기 제2배전반에 전송하는 것을 특징으로 하는 아크 보호 시스템의 제어 방법.
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