KR102482385B1 - 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래 보호계전기의 동작으로 계통선로가 정상임에도 주 차단기를 바로 차단하여 기기의 소손 및 데이터 손실 생산성 저하등 정전으로 인한 피해의 문제점을 상,하위의 전력계통과 연계하여 비교분석하고, 부하측 정전방지, 정전범위 축소 및 선택차단, 기기 보호를 위한 순차차단, 주 전원계통선로가 정상임에도 주 차단기를 차단시키는 문제점을 유지하도록 구성하여 해결하며, 부하 연결 시 볼트조임 불량으로 접속부(단자대)가 과열되어 절연 파괴로 인한 단락사고, 화재 발생의 문제점을 해결하기 위하여 온도감시 기능을 가지는 과열방지기능 단자대를 설치하여 상,하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반(고압 배전반, 저압 배전반, 전동기제어반, 분전반) 에 관한 것이다.
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Description

상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반{The switchgear that has a power management control function on the load side by comparison analysis of upper and lower levels and a function to prevent short circuit accidents due to overheating}
본 발명은 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상위(고압) 계통의 전기적 신호와 하위(저압) 계통의 전기적 신호를 비교, 분석하여 분석 결과에 따라 주 차단기를 유지하여 부하 측의 정전을 방지하고, 하위(저압) 계통에서 상위(고압) 계통으로 순차 차단 및 전압 이상 부하만 차단하는 선택차단으로 부하측의 정전 범위를 최소화하여 정전으로 인한 피해 최소화 및 부하 측 전원관리 제어 기능을 갖추고 있으며, 또한 수전단의 인입선로의 전압 이상 발생 시 인입 계폐기 투입을 방지하여 감전사고 예방 및 부하단 접속부의 과열 방지기능 단자대를 설치하여 과열에 의한 화재 및 단락사고를 방지하는 기능을 갖는 배전반(고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것이다.
상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반(고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반)에 관한 것이다.
우리나라의 산업 고도화와 경제발전으로 에너지의 사용량이 급격히 증가하고 있다.
그중 전기는 산업의 동맥과도 같으며 모든 산업 발전의 근원이 되고 있다.
전기의 중요성은 사용자 모두가 인식하고 있으며 이를 효율적으로 관리, 운용, 활용하는 것이 우리 사회를 풍요롭게 만들며 삶의 질을 향상시키는 중요한 에너지원이다
전기는 이를 생산하는 발전소에서 송전용 승압변압기(TR)를 거쳐서 1차 단위변전소로 송전되며 송전된 전기를 다시 적정전압으로 감압하여 배전선로로 접속되어 전기를 필요로 하는 수용가의 수전설비로 공급되며 수용가에서는 공급받은 전기를 다시 수·배전반을 통하여 필요한 크기의 전압으로 변환하여 받는 배전을 하게 된다.
그리고 전기를 안전하고 효율적 사용을 위하여 단계별로 계통에 적합한 보호계전장치를 설치하여 관리 및 보호하고 있다.
전기사업자는 에너지 손실을 줄이고 효율의 증대를 위하여 송전전압(초고압)으로 송전되며, 하위 자가용 수용가로 내려 올수록 강압변압기를 통하여 기기에 필요한 적정전압으로 변환하여 공급하게 된다.
그리고 안전한 사용을 위하여 각 단계마다 보호계전기(과전류/저전압(결상))가 사용되며, 보호계전기는 변성기나 변류기로부터 입력되는 전압과 전류를 감지하여 과전류/저전압(결상) 등을 검출하여 정정치의 기준에 초과 시 주 차단기(CB: circuit break)를 동작시켜 전력계통을 독립적으로 분리하여 자가용 수용가 측의 고장이 전기사업자 측의 배전계통으로, 또는 전기사업자 배전계통의 고장이 자가용 수용가 측으로 전파되지 않도록 하여, 전체 전력계통망을 안정적으로 사용할 수 있도록 하는 역할을 한다.
이러한 보호계전기 동작 중에 가장 대표적인 동작이 과전류와 저전압(결상)이다.
통상적으로 과전류는 부하에서 나타나며 자가용 수용가 측 계전기가 과부하 전류를 변류기로부터 입력 감지하여 부하를 차단시키면 된다.
따라서 과전류에 의한 보호계전기 동작은 개별적인 동작으로 일어나며, 과전류가 발생한 바로 상위에 있는 차단기를 보호계전기로 차단 동작하면 된다.
만일 발생 된 과전류가 최상부 계전기(전기사업자 계전기)까지 동작시킬 수 있는 대전류였다면, 상부 계전기도 과전류 동작으로 상위 계통의 차단기를 차단시킬 것이며, 이는 전기사업자의 배전선로에 연결된 모든 자가용 수용가를 동시에 차단시키는 대형 정전사태로 발생되게 된다.
따라서 이러한 동작을 억제하기 위하여 과전류 계전기는 순시/한시(강반한시, 반한시) 등의 다양한 동작 조건을 가지고 있으며, 과전류의 크기에 따라서 보호계전기의 동작시간이 가변적으로 동작되도록 구성한다.
다시 말하면, 상,하위 보호계통의 보호계전기를 상,하위의 보호개념에 맞도록 설정하여 사고 파급의 확대를 방지하고 최소화하도록 한다.
즉 하위 과전류 보호계전기의 동작시간을 상위 과전류 보호계전기의 설정 동작시간보다 짧게 하거나 특성을 다르게 설정하여, 과부하(전류)를 만들어 내는 문제의 부하를 단시간 내에 전력계통으로부터 분리함으로서 전체 전력계통망을 안전하게 사용할 수 있도록 하고 있다.
따라서 일반적인 모든 조건에서 과전류 계전기가 동작한 경우는 동작한 보호계전기 하위에서 과부하(전류)가 발생 되었음을 쉽게 알 수 있으며, 이는 고장 부위를 한시적으로 분리해 주기 때문에 빠른 시간내에 고장 원인을 찾아 원상 복구가 가능하다.
그리고 3상 전력계통에서 저전압 보호계전기는 3상 중 1상 이상이 정격전압보다 떨어지거나 전압이 나오지 않을때 동작하는 계전기로 하위계통의 기기를 보호하기 위하여 차단기를 동작시켜 전력계통을 분리한다.
저전압의 원인으로는 선로의 결상, 휴즈의 용단, 접촉불량, 변압기의 단선, 차단기의 접촉불량 등의 원인으로 발생한다.
저전압이 발생되면 부하의 사용기기를 보호하기 위하여 계통을 분리하게 되는데 주 전력계통의 선로가 저전압이 아님에도 불구하고 계기용 변성기의 보호퓨즈의 단선 및 접촉불량 등으로 전압 보조회로에 저전압이 발생하여 저전압 보호계전기의 동작으로 하위 전력계통을 차단함으로 동작(운전)중이던 기기들이 동시에 정지하게되어 기기의 소손 및 데이터손실, 생산성 저하 등 정전으로 인한 피해가 커지는 문제점이 있었다
또한, 부하측의 연결부 단자대의 접촉불량으로 과열 시 절연체가 탄소화되어 절연파괴로 이어져 단락사고와 함께 화제가 발생하여 내부기기의 소손으로 피해가 확산되는 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허 제10-1365706호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 보호계전기의 동작으로 계통선로가 정상임에도 주 차단기를 바로 차단하여 기기의 소손 및 데이터 손실 생산성 저하등 정전으로 인한 피해의 문제점을 상,하위의 전력계통과 연계하여 비교분석하고, 부하측 정전방지, 정전범위 축소 및 선택차단, 기기 보호를 위한 순차차단, 주 전원계통선로가 정상임에도 주 차단기를 차단시키는 문제점을 유지하도록 구성하여 해결하며, 부하 연결 시 볼트조임 불량으로 접속부(단자대)가 과열되어 절연 파괴로 인한 단락사고, 화재 발생의 문제점을 해결하기 위하여 차단아크를 부하 측으로 방출하여 2차사고를 방지하고, 온도감시 기능을 가지는 과열방지기능 단자대를 설치하여 상,하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반(고압 배전반, 저압 배전반, 전동기제어반, 분전반)을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고압배전반(100), 저압배전반(200, 300), 전동기제어반(400) 및 분전반(500)으로 구성되는 고·저압배전반, 전동기제어반, 분전반을 포함하는 수배전반에 있어서, 인입선로의 전압을 검출하는 전압검출기(10)에서 검출된 미세전압전류신호에 따라 인입선로의 전압상태를 판단하는 전압검출제어기(11)와, 고압 보조전압검출기(31)와 전류검출기(33)에서의 전압 및 전류이상이 발생하는지를 검출하는 디지털보호 계전기(주 제어장치)(32)와, 하위 전원측 전압이상신호 검출기(41a, 41b), 부하측 전류이상신호 검출기(44a, 44b), 부하측 전압신호 검출기(42a, 42b)로부터 하위측 전압이상신호, 부하측 전류이상신호 및 부하선로 전압신호를 받아 부하신호를 비교 검출하는 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a, 13b)로부터 검출되는 신호들을 각각 입력받아, 상기 디지털보호 계전기(주 제어장치)(32)에 이상전압전류가 검출되면 상위의 상기 전압검출제어기(11) 신호와 하위의 상기 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a 13b)의 신호를 전송받아 비교, 분석 후 상위의 상기 전압검출제어기(11)의 신호가 정상이고 하위의 부하신호비교검출기(13a 13b)의 신호가 정상이면 주 차단기(30)를 유지하여 부하측 정전을 방지하거나, 상기 전압검출제어기(11)의 신호가 정상이고 상기 부하신호비교검출기(13a 13b) 신호 중 한 개 이상의 전압전류이상 신호가 전송되면 상기 주 차단기(30)를 유지하고, 전압전류이상신호가 전송된 부하측의 신호를 판단하여 부하측 주 차단기를 선택하여 차단하는 선택차단으로 정전 범위를 최소화하거나, 상기 전압검출제어기(11)의 전압전류 신호가 이상이고 하위의 상기 제1, 제2부하신호비교검출기(13a 13b)에서 전압전류이상 신호가 전송되면 전체계통을 차단하게 되며 차단 순서는 하위계통 부하측 주 차단기(40a, 40b)를 차단하고 상위 계통 주 차단기(30)를 차단한 후 수전단 인입선로의 부하개폐기(20)을 순차차단하여 수배전반에 있어서 상하위(고압 및 저압) 계통을 비교분석하여 차단기를 유지하여 정전을 방지하고 보조선로의 이상 전압발생 시 선택차단 및 순차 차단하여 부하 측 전원 관리제어 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서 고압배전반(100)은 부하개폐기(20), 전력퓨즈(21), 보조전압검출기(31), 주 제어장치(32), 주 차단기(30), 전류검출기(33), 변압기보호용 전력퓨즈(35a, 35b) 및 전력용 변압기(36a, 36b)로 구성되어 적정전압으로 변환하여 하위계통으로 전력을 공급하고, 상기 저압배전반(200, 300)은 전원측 전압이상신호 검출기(41a, 41b), 하위 주차단기(40a, 40b), 부하측 전류이상신호 검출기(44a, 44b), 디지털 계측기(43a, 43b), 적층모선(45) 및 부하차단기 모듈키트(50)로 구성되어 전동기제어반(400), 분전반(500)으로 전력을 공급하며, 상기 전동기제어반(400)은 저압배전반(200, 300)으로부터 전력을 공급받아 부하를 안전하게 운전, 제어하도록 구성된 장치로 과전류, 과부하, 과열을 포함하는 이상 발생 시 부하를 차단하여 부하를 안전하게 보호, 관리하고, 상기 분전반(500)은 건물의 각 실별로 전등 및 전열을 관리, 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고 부하차단기 모듈키트(50)는 단락사고 발생 시 차단아크를 부하측으로 방출하는 아크 방출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)는, 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 입력신호 변환부(12a)와, 상기 입력신호 변환부(12a)에서 변환된 디지털 신호를 처리하여 데이터 저장부(12c)에 저장하고, 표시모듈(12e)을 통해 정상, 경보, 차단을 표시하며, 경보, 제어 출력부(12f)를 통해 부저로 경보신호를 출력하거나, 차단기로 제어신호를 출력하며, 통신모듈(12g)을 통해 원격지로 상기 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)의 부하전원관리제어와 관련된 데이터를 전송하도록 제어하는 신호처리 판단부(12b) 및 상기 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)에 필요한 전원을 공급하는 전원부(12d)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
한편 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반은, 부하측 접속부에 과열 방지기능 단자대(53)를 설치하여 과열에 의한 화재 및 단락사고를 방지하고 과열 발생 시 차단신호를 송출하여 해당부하만 차단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 과열 방지기능 단자대(53)는, 누설전류 검출기능이 포함된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기공급자로부터 전기를 공급받아 상ㆍ하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지기능을 갖는 배전반으로, 인입선로의 전압을 검출하는 전압검출기(10)의 전압이상을 판단제어하는 전압검출 제어기(11)에서 인입선로의 입력전압 상태를 판단하고 신호를 전송하는 단계; 디지털보호 계전기(32)에 이상전압이 검출되면 부하전원관리제어장치(12)에서 상위(고압) 신호 와 하위(저압)신호를 전송 받아 비교 분석후 전압검출제어기(11)의 상위신호가 정상이고 제1, 제2부하신호비교검출기(13a 13b) 하위신호가 정상이면 주 차단기(30)를 유지하여 부하측의 정전을 방지하는 단계; 상기 부하전원관리제어장치(12)에서 전압검출제어기(11)의 신호가 정상이고 상기 제1, 제2부하신호비교검출기(13a 13b) 신호 중 한 개 이상의 이상 신호가 전송되면 상기 주 차단기(30)를 유지하고, 이상신호가 전송된 부하측의 제1, 제2부하신호검출기 (13a, 13b)의 신호를 판단하여 부하측 차단기를 선택적으로 차단하는 선택차단 단계; 상기 부하전원관리제어장치(12)에서 전압검출제어기(11)의 신호가 전압 이상이고 제1, 제2부하신호비교검출기(13a 13b) 신호가 전압이상 신호가 전송되면 하위계통 부하측 차단기와 상위 계통 주 차단기를 차단하고 수전단 인입 부하개폐기를 차단하는 순차 차단 단계;를 포함하여 수ㆍ배전반에 있어서 상ㆍ하위 계통을 비교분석하여 차단기를 유지하여 정전을 방지하고 이상 전압발생 시 선택차단 및 순차 차단하여 부하 측 전원 관리제어 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반의 운용방법을 포함한다.
한편 최초 수전 시 상기 전압검출제어기(11)의 신호가 전압 이상이면 수전단 인입 부하개폐기(20)의 투입을 방지하여 시각적 판단에 의한 감전사고 예방으로 인적 피해를 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 부하전원관리제어장치를 통하여 전체정전을 방지, 정전범위 최소화, 순차차단 기능, 기기보호, 감전사고 예방 등의 효과가 있다.
둘째, 차단기 부하측 접속부의 과열 방지를 통하여 화재예방 및 단락사고 방지로 사고확산을 방지하는 효과가 있다.
셋째, 단락사고 시 차단아크를 차단기 부하측으로 방출하여 주 모선 보호 및 2차 단락사고를 방지하는 효과와 함께 정전으로 인한 데이터 손실 기기소손으로 인한 생산성 저하와 인명피해 등의 막대한 경제적 손실을 예방할 수 있다.
넷째, 상위(고압) 계통의 전기적 신호와 하위(저압) 계통의 전기적 신호를 비교분석하여 분석 결과에 따라 주 차단기를 유지하여 부하 측의 정전을 방지하고 경보를 통하여 관리자에게 통보할 수 있어 빠른 후속조치가 가능하다.
다섯째, 선로의 이상으로 판단 시 하위(저압) 계통에서 상위(고압) 계통으로 순차 차단 및 선택차단으로 부하 측의 정전 범위를 최소화하여 정전으로 인한 피해를 최소화할 수 있다.
여섯째, 수전단 인입선로의 전압 이상 발생 시 인입 개폐기 투입을 방지하여 관리자 정전 착오에 의한 감전사고를 예방할 수 있다.
도 1은 일반적인 수배전설비의 전력계통 단선 결선도,
도 2는 본 발명에 따른 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반에서 부하전원관리제어 장치의 블럭구성도,
도 3은 본 발명에 따른 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반에서 하위계통의 전압, 전류 신호를 비교, 분석하는 부하신호비교분석기의 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반의 동작제어를 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 부하전원관리제어장치(LPMCD)의 신호처리판단부에서의 전압, 전류 이상상태를 판단, 비교하는 분석그래프의 실시예를 나타낸 도면,
도 6은 부하차단기 모듈키트를 플러그인 형식으로 접속할 수 있도록 적층으로 구성된 주모선의 단면도,
도 7은 부하차단기 모듈키트의 실시예,
도 8은 과열방지기능 단자대의 실시예를 나타낸 구성도,
도 9는 과열방지기능 단자대 온도검출 블록 구성도,
도 10은 본 발명에 따른 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반의 과열방지기능 온도검출 흐름을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.
또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 전기사업자와 연계된 전력계통에서 자가용 수용가 계통까지의 일반적인 수·배전반 계통도로, 고압배전반(100), 저압배전반(200, 300), 전동기제어반(400) 및 분전반(500)으로 구성된다.
이러한 구성을 갖는 수배전반에서 본 발명은 상하위 비교분석에 의한 부하측 전원관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반(고·저압배전반, 전동기제어반, 분전반)의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 상하위 비교분석에 의한 부하측 전원관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반에 관한 것으로 상위(고압) 계통의 전기적 신호와 하위(저압) 계통의 전기적 신호를 비교, 분석하여 분석 결과에 따라 주 차단기를 유지하여 부하측의 정전을 방지하고, 하위(저압) 계통에서 상위(고압) 계통으로 순차차단 및 전압 이상 부하만 차단하는 선택차단으로 부하 측의 정전범위를 최소화하여 정전으로 인한 피해의 최소화 및 부하측 전원관리제어기능을 갖고 있으며, 또한 수전단의 인입선로의 전압 이상 발생 시 인입개폐기 투입을 방지하여 감전사고를 예방하고 부하단(부하측) 접속부에 과열 방지기능 단자대를 설치하여 과열에 의한 화재 및 단락사고를 사전에 방지하는 배전반에 관한 것이다.
우선 고압배전반(100)은 도 1에서와 같이 부하개폐기(20), 전력퓨즈(21), 전압 검출기(31), 주 제어장치(32), 주 차단기(30), 전류검출기(33), 변압기보호용 전력퓨즈(35a, 35b) 및 전력용 변압기(36a, 36b)로 구성되어 적정전압으로 변환하여 하위계통으로 전력을 공급한다.
저압배전반(200, 300)은 전원측 전압이상신호 검출기(41a, 41b), 하위 주차단기(40a, 40b), 부하측 전류이상신호 검출기(44a, 44b), 디지털 계측기(43a, 43b), 적층모선(45) 및 부하차단기 모듈키트(50)로 구성되어 전동기제어반(400), 분전반(500)으로 전력을 공급한다.
전동기제어반(400)은 저압배전반(200, 300)으로부터 전력을 공급받아 부하(예로써, 전동기)를 안전하게 운전, 제어하도록 구성된 장치로 과전류, 과부하, 과열 등의 이상 발생 시 부하를 차단하여 전동기 부하를 안전하게 보호, 관리한다.
분전반(500)은 건물의 각 실별로 전등 및 전열을 관리, 제어하도록 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 수배전반의 상,하위 신호를 비교분석 판단하여 차단기를 유지, 선택차단, 순차 차단하는 부하전원관리제어장치(LPMCD : Load power management control device)의 블럭구성도이다.
본 발명에 따른 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 입력신호변환부(12a), 신호처리판단부(12b), 데이터 저장부(12c), 전원부(12d), 표시모듈(12e), 경보,제어출력부(12f) 및 통신모듈(12g)로 구성된다.
도 1에 나타낸 일반적인 전기사업자와 연계된 전력계통에서 자가용 수용가 계통까지의 일반적인 수·배전반의 상,하위 신호를 비교분석 판단하여 차단기를 유지, 선택차단, 순차 차단 중 하나를 수행한다.
여기서 부하전원관리제어장치(12)는 인입선로의 전압을 검출하는 전압검출기(10)에서 검출된 미세전압전류신호에 따라 인입선로의 전압상태를 판단하는 전압검출제어기(11)와, 고압 보조전압검출기(31)와 전류검출기(33)에서의 전압 및 전류이상이 발생하는지를 검출하는 디지털보호 계전기(주 제어장치)(32)와, 하위 전원측 전압이상신호 검출기(41a, 41b), 부하측 전류이상신호 검출기(44a, 44b), 부하선 전압신호 검출부(42a, 42b)로부터 하위측 전압이상신호, 부하측 전류이상신호 및 부하선로 전압신호를 받아 부하신호를 비교 검출하는 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a, 13b)로부터 검출되는 신호들을 입력받아, 디지털보호 계전기(주 제어장치)(32)에 이상전압전류가 검출되면 상위의 전압검출제어기(11) 신호와 하위의 부하신호 비교검출기(13a 13b)의 신호를 전송받아 비교, 분석 후 상위의 전압검출제어기(11)의 신호가 정상이고 하위의 부하신호비교검출기(13a 13b)의 신호가 정상이면 주 차단기(30)를 유지하여 부하측(200, 300, 400, 500)의 정전을 방지하거나, 전압검출제어기(11)의 신호가 정상이고 부하신호비교검출기(13a 13b) 신호 중 한 개 이상의 전압전류이상 신호가 전송되면 주 차단기(30)를 유지하고 전압전류이상신호가 전송된 부하측(200 또는 300)의 신호를 판단하여 부하측 주 차단기(40a 또는 40b)를 선택하여 차단하는 선택차단으로 정전 범위를 최소화하거나, 상위의 전압검출제어기(11)의 전압전류 신호가 이상이고 하위의 부하신호비교검출기(13a 13b)에서 전압전류이상 신호가 전송되면 전체계통을 차단하게 되며 차단 순서는 하위계통 부하측 주 차단기(40a, 40b)를 차단하고 상위 계통 주 차단기(30)를 차단하고 수전단 인입선로의 부하개폐기(20)을 순차차단하는 것으로, 수배전반에 있어서 상하위(고압 및 저압) 계통을 비교분석하여 차단기를 유지하여 정전을 방지하고 이상 전압발생 시 선택차단 및 순차 차단하여 부하 측 전원 관리제어 기능을 수행한다.
이를 위한 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)는 입력신호 변환부(12a), 신호처리판단부(12b), 데이터 저장부(12c), 전원부(12d), 표시모듈(12e), 경보제어 출력부(12f) 및 통신모듈(12g)을 포함하여 구성된다.
여기서 입력신호 변환부(12a)는 아날로그 신호를 디지털신호로 변환한다.
신호처리 판단부(12b)는 입력신호 변환부(12a)에서 변환된 디지털 신호를 처리하여 데이터 저장부(12c)에 저장하고, 표시모듈(12e)을 통해 정상, 경보, 차단을 표시하며, 경보, 제어 출력부(12f)를 통해 부저로 경보신호를 출력하거나, 차단기로 제어신호를 출력하며, 통신모듈(12g)을 통해 원격지로 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)의 부하전원관리제어와 관련된 데이터를 전송한다.
전원부(12d)는 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)에 필요한 전원을 공급한다.
도 3은 본 발명에 따른 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반에서 하위계통의 전압, 전류 신호를 비교, 분석하는 부하신호비교분석기의 블록 구성도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a, 13b)로, 하위 전원측 전압이상신호를 검출하는 전원측 전압이상신호 검출기(41a, 41b), 부하측 전류이상신호를 검출하는 부하측 전류이상신호 검출기(44a, 44b), 부하선로의 전압신호를 검출하는 부하선로 전압신호 검출기(42a, 42b) 각각으로부터 하위측 전압이상신호, 부하측 전류이상신호 및 부하선로 전압신호를 받아 부하신호를 비교 검출한다.
이러한 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a, 13b) 각각은 전원측 전압이상신호 검출기(41a, 41b), 부하측 전류이상신호 검출기(44a, 44b), 부하선로 전압신호 검출기(42a, 42b) 각각으로부터의 신호를 수신하는 입력신호수신부와, 수신된 신호를 처리하고 판단하는 신호처리 판단부와, 신호처리 판단부의 신호처리 판단결과에 따라 하위 전원측 전압이상, 부하측 전류이상, 부하선로의 전압신호의 정상 또는 이상을 표시하는 표시모듈과, 신호처리 판단부의 신호처리 판단결과에 따라 하위 전원측 전압이상, 부하측 전류이상, 부하선로의 신호를 출력하는 신호출력부와, 신호처리 판단부의 판단결과를 원격지로 전송하는 통신모듈 및 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a, 13b)에 필요한 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성된다.
부하전원관리제어장치(12)의 조견표는 표 1과 같다
Figure 112022013901552-pat00001
부하신호비교검출기(13a 13b)조견표는 표 2와 같다.
Figure 112022013901552-pat00002
인입선로에 수전 시 전압검출제어기(11)의 신호가 전압전류 이상이면 수전단 인입 부하개폐기(20)의 투입을 방지하여 관리자의 시각적 오판에 의한 감전사고를 예방하여 인적 피해를 방지하도록 고안되었으며, 부하단(부하측) 접속부에 과열 방지기능 단자대(53)(도 8 참조)를 설치하여 과열에 의한 화재 및 단락사고를 방지하고 과열 발생 시 차단신호를 송출하여 해당 부하만 차단하도록 구성된다.
도 4는 본 발명에 따른 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반의 동작제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반의 동작제어를 설명하기 위한 도 4에서 a는 제1부하신호 비교검출기(13a)와 관련된 부분이고, b는 제2부하신호 비교검출기(13b)와 관련된 부분이다.
우선 인입선로의 전압검출기(10)에서 전압을 검출하여(S100) 인입선로의 이상 유무를 판단 및 제어하는 전압검출제어기(11)에서 인입선로의 입력전압 상태를 판단(S110)하여, 정상이면 개폐기를 투입하고(S120), 정상이 아니면 신호를 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)로 전송한다.
이어 디지털 보호 계전기인 주 제어장치(32)에서는 전압이 정상인가를 판단하여(S130), 정상이면((S160) 내지 (S170)) 고압차단기를 통해 전력용 변압기, 저압차단기, 부하차단기를 통해 전원이 정상적으로 공급된다(S140)(S150).
그러나 디지털 보호 계전기인 주 제어장치(32)에서는 전압이 정상인가를 판단하여(S130) 이상전압이 검출되면, 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)에서는 경보제어 출력부(12f)를 통해 경보를 출력하고 통신 모듈(12g)을 통해 이상전압 검출을 통보한다.
그리고 인입선로 전압이 정상인가를 판단하여(S200), 정상이면서(Y) 제1부하신호 비교검출기(13a)와 제2부하신호 비교검출기(13b)를 통해 하위신호를 전송받아 비교, 분석 후 상위신호 전압검출제어기(11)의 신호가 정상이고, 하위신호 부하신호비교검출기(13a 13b) 신호가 모두 정상이면(S210)(S220), 주 차단기(30)를 유지하여 부하측(200, 300, 400, 500)의 정전을 방지한다.
즉 고압 차단기를 유지하고(S230), 경보/통보 후 인입선로에 대한 복구가 완료되면(S250), 경보를 정지하여(S260) 전체정전을 방지한다.
한편 부하전원관리제어장치(12)에서는 전압검출제어기(11)의 상위신호가 정상이고(S200의 Y), 부하신호비교검출기(13a 13b) 신호 중 한 개의 이상 신호(S210 , S220, S270의 결과 값 중 하나만 Y의 경우)가 전송되면, 주 차단기(30)는 유지하고 이상신호가 전송된 부하측(200 또는 300)의 부하신호검출기(13a, 13b)의 신호를 판단하여 부하측 차단기(도 1의 40a 또는 40b) 중 하나를 선택차단한다.
그리고 부하전원관리제어장치(12)에서 전압검출제어기(11)의 상위신호가 전압 이상이고(S200의 결과값 N), 부하신호비교검출기(13a 13b) 신호가 전압이상 신호(S210의 결과값 N, S270의 결과값 N)가 전송되면 하위계통 부하측 차단기(저압 차단기)(도 1의 40a 또는 40b)를 차단하고 상위 계통 주 차단기(30)인 고압 차단기를 차단하고 수전단 인입 부하 개폐기(20)를 순차적으로 차단한다.
이러한 구성에 따라 수ㆍ배전반에 있어서 상ㆍ하위 계통을 비교분석하여 차단기를 유지하여 정전을 방지하고 이상 전압발생 시 선택차단 및 순차 차단하여 부하측 전원 관리제어 기능을 갖도록 한다.
도 5는 부하전원관리제어장치(LPMCD)의 신호처리판단부에서의 전압, 전류 상태분석그래프의 실시예를 나타낸 도면이다.
전압전류 그래프의 특성을 보면 정상(5a), 경보(5b), 차단(5c)으로 판단할 수 있다.
이때, 도 5a와 같은 전압 전류의 분석그래프는 정상이고, 도 5b와 같은 전압 전류의 분석그래프에서 보조 선로의 전류는 정상이고 전압이 이상인 경우는 주 차단기를 유지하고 경보는 발생시킨다.
그리고 도 5c와 같은 전압 전류의 분석 그래프는 주 선로의 전압 및 전류의 이상인 경우 정전으로 판단하여 전체를 차단하도록 한다.
도 6는 부하차단기 모듈키트를 플러그인 형식으로 접속할 수 있도록 적층으로 구성된 주모선의 단면도이고, 도 7은 부하차단기 모듈키트의 실시예이며, 도 8은 과열방지기능 단자대의 실시예를 나타낸 구성도이다.
부하차단기 모듈키트를 플러그인 형식으로 접속할 수 있도록 적층으로 구성된 주모선의 단면도는 도 6에 나타낸 바와 같이 A상, B상, C상 및 N상의 4개의 모듈키트가 적층형태로 구성되어 있음을 알 수 있고, 부하차단기 모듈키트는 도 7에 나타낸 바와 같은데, 부하차단기 모듈(50)은 클립(46), 차단아크 방출구(51), 차단기(52), 과열방지기능 단자대(53) 및 설치브라켓(54)으로 구성된다.
과열방지기능 단자대(53)는 기본적으로 누설전류 검출기능을 포함하며, 도 8에 나타낸 바와 같이, 온도감시모듈(단자대 과열 감시장치)이 구비되는 과열 감시장치 기판(PCB)에 설치되는 중앙처리장치(53a)와, 온도센싱부(53d)에서 신호를 받아 중앙처리장치(53a)에서 가상 램프 표시트립 신호를 출력하도록 하며, 구동 전원은 자체 전원부로 구성된 영상변류기(53b), 단자대의 단자대 바디(53c), 온도를 감시하는 온도감시센서로 구성되는 온도센싱부(53d), 온도가 표시되는 LED 표시부(53e), 차단기 트립신호가 출력되는 제어출력부(53f)를 포함하여 구성되며, 이는 도 9에서와 같은 과열방지기능 단자대 온도검출 블록도로 구성될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반의 과열방지기능 온도검출 흐름을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반의 과열방지기능 온도검출은 도 10에 나타낸 바와 같이, 온도센싱부(53d)를 통해 각상(A상, B상, C상)의 온도를 측정한다(S400).
중앙처리장치(53a)는 온도센싱부(53d)를 통해 각상(A상, B상, C상)의 온도가 측정되면 설정온도 이하인가를 판단한다(S410).
판단결과(S410) 정상이라면 LED 표시부(53e)를 통해 각상(R상, S상, T상)에 대하여 녹색 램프를 점등한다(S420).
그러나 판단결과(S410) 과열이라면 LED 표시부(53e)를 통해 설정온도 이상인 상에 적색 램프를 점등한다(S430).
그리고 과열에 따라 A, B, C상 전원공급에 대하여 배선용 차단기(MCCB)가 차단 및 경보를 발생시키도록 제어출력부(53f)를 통해 제어한다(S440).
이러한 도 10은 과열방지기능 단자대(53)의 온도검출 흐름도로, 부하 접속에서 과열 발생 시 부하차단기를 차단하게 된다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관한 것으로 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
따라서, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당 해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
10 : 전압검출기 11 : 전압검출제어기
12 : 부하전원관리제어장치 13 : 부하신호비교검출기
20 : 부하 개폐기 21 : 전력퓨즈
30 : 주 차단기 31 : 보조전압검출기
32 : 주 제어장치(디지털 보호 계전기) 33 : 전류 검출기
35a, 35b : 변압기보호용 전력퓨즈 36a, 36b : 전력용 변압기
40a, 40b : 하위 주 차단기 41a, 41b : 하위 전압 검출기
42a, 42b : 부하(주 모선)측 전압 검출부
43a, 43b : 부하측 제어기(디지털 메터) 44a, 44b : 하위 전류 검출기
45 : 적층모선 50 : 부하차단기 모듈 키트
51 : 차단아크 방출장치 53 : 과열방지기능 단자대
71 : 제어장치 100 : 고압 배전반
200, 300 : 저압배전반 400 : 전동기제어반
500 : 분전반

Claims (8)

  1. 고압배전반(100), 저압배전반(200, 300), 전동기제어반(400) 및 분전반(500)으로 구성되는 고,저압배전반, 전동기제어반, 분전반을 포함하는 수배전반에 있어서,
    상기 수배전반은,
    인입선로의 전압을 검출하는 전압검출기(10)에서 검출된 미세전압전류신호에 따라 인입선로의 전압상태를 판단하는 전압검출제어기(11);
    고압 보조전압검출기(31)와 전류검출기(33)에서의 전압 및 전류이상이 발생하는지를 검출하는 디지털보호 계전기(주 제어장치)(32); 및
    수배전반의 상,하위 신호를 비교분석 판단하여 차단기를 유지, 선택차단, 순차 차단하는 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12);를 포함하여 구성되며,
    상기 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)는,
    아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 입력신호 변환부(12a)와, 상기 입력신호 변환부(12a)에서 변환된 디지털 신호를 처리하여 데이터 저장부(12c)에 저장하고, 표시모듈(12e)을 통해 정상, 경보, 차단을 표시하며, 경보, 제어 출력부(12f)를 통해 부저로 경보신호를 출력하거나, 차단기로 제어신호를 출력하며, 통신모듈(12g)을 통해 원격지로 상기 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)의 부하전원관리제어와 관련된 데이터를 전송하도록 제어하는 신호처리 판단부(12b) 및 상기 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)에 필요한 전원을 공급하는 전원부(12d)를 포함하여 구성되고,
    상기 부하전원관리제어장치(LPMCD)(12)의 하위 전원측 전압이상신호 검출기(41a, 41b), 부하측 전류이상신호 검출기(44a, 44b), 부하측 전압신호 검출부(42a, 42b)로부터 하위측 전압이상신호, 부하측 전류이상신호 및 부하선로 전압신호를 받아 부하신호를 비교 검출하는 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a, 13b)로부터 검출되는 신호들을 각각 입력받아, 상기 디지털보호 계전기(주 제어장치)(32)에 이상전압전류가 검출되면 상위의 상기 전압검출제어기(11) 신호와 하위의 상기 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a 13b)의 신호를 전송받아 비교, 분석 후 상위의 상기 전압검출제어기(11)의 신호가 정상이고 하위의 상기 제1, 제2부하신호비교검출기(13a 13b)의 신호가 정상이면 주 차단기(30)를 유지하여 부하측 정전을 방지하거나,
    상기 전압검출제어기(11)의 신호가 정상이고 상기 제1, 제2부하신호비교검출기(13a 13b) 신호 중 한 개 이상의 전압전류이상 신호가 전송되면 상기 주 차단기(30)를 유지하고, 전압전류이상신호가 전송된 부하측의 신호를 판단하여 부하측 주 차단기(40a, 40b)를 선택하여 차단하는 선택차단으로 정전 범위를 최소화하며
    상기 전압검출제어기(11)의 전압전류 신호가 이상이고 하위의 상기 제1, 제2부하신호비교검출기(13a 13b)에서 전압전류이상 신호가 전송되면 전체계통을 차단하게 되며 차단 순서는 하위계통의 상기 부하측 주 차단기(40a, 40b)를 차단하고 상위 계통의 상기 주 차단기(30)를 차단한 후 수전단 인입선로의 부하개폐기(20)를 순차차단하여 수배전반의 상하위(고압 및 저압) 계통을 비교분석하여 차단기를 유지하여 정전을 방지하고 보조선로의 이상 전압발생 시 선택차단 및 순차 차단하여 부하측 전원 관리제어 기능을 수행하되,
    인입선로에 수전 시 전압검출제어기(11)의 신호가 전압전류 이상이면 수전단 인입 부하개폐기(20)의 투입을 방지하여 관리자의 시각적 오판에 의한 감전사고를 예방하여 인적 피해를 방지하며, 부하측인 상기 저압배전반(200, 300), 전동기제어반(400) 및 분전반(500)의 접속부에는 과열 방지기능 단자대(53)를 설치하여 과열에 의한 화재 및 단락사고를 방지하고 과열 발생 시 차단신호를 송출하여 해당 부하만 차단하도록 구성되며
    상기 고압배전반(100)은 부하개폐기(20), 전력퓨즈(21), 보조전압검출기(31), 주 제어장치(32), 주 차단기(30), 전류검출기(33), 변압기보호용 전력퓨즈(35a, 35b) 및 전력용 변압기(36a, 36b)로 구성되어 적정전압으로 변환하여 하위계통으로 전력을 공급하고,
    상기 저압배전반(200, 300)은 전원측 전압이상신호 검출기(41a, 41b), 하위 주차단기(40a, 40b), 부하측 전류이상신호 검출기(44a, 44b), 디지털 계측기(43a, 43b), 적층모선(45) 및 사고 발생 시 차단아크를 부하측으로 방출하는 아크 방출구를 포함하는 부하차단기 모듈키트(50)로 구성되어 전동기제어반(400), 분전반(500)으로 전력을 공급하며,
    상기 전동기제어반(400)은 저압배전반(200, 300)으로부터 전력을 공급받아 부하를 안전하게 운전, 제어하도록 구성된 장치로 과전류, 과부하, 과열을 포함하는 이상 발생 시 부하를 차단하여 부하를 안전하게 보호, 관리하고,
    상기 분전반(500)은 건물의 각 실별로 전등 및 전열을 관리, 제어하도록 구성되며,
    상기 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a, 13b) 각각은,
    상기 전원측 전압이상신호 검출기(41a, 41b), 부하측 전류이상신호 검출기(44a, 44b), 부하선로 전압신호 검출기(42a, 42b) 각각으로부터의 신호를 수신하는 입력신호수신부와, 수신된 신호를 처리하고 판단하는 신호처리 판단부와, 상기 신호처리 판단부의 신호처리 판단결과에 따라 하위 전원측 전압이상, 부하측 전류이상, 부하선로의 전압신호의 정상 또는 이상을 표시하는 표시모듈과, 상기 신호처리 판단부의 신호처리 판단결과에 따라 하위 전원측 전압이상, 부하측 전류이상, 부하선로의 신호를 출력하는 신호출력부와, 상기 신호처리 판단부의 판단결과를 원격지로 전송하는 통신모듈 및 상기 제1, 제2부하신호 비교검출기(13a, 13b)에 필요한 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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  6. 제1항에 있어서,
    상기 과열 방지기능 단자대(53)는,
    누설전류 검출기능이 포함된 것을 특징으로 하는 상하위 비교분석에 의한 부하 측 전원 관리제어 기능 및 과열에 의한 단락사고 방지 기능을 갖는 배전반.
  7. 삭제
  8. 삭제
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