KR20010000555A

KR20010000555A - 지락검출장치

Info

Publication number: KR20010000555A
Application number: KR1020000058782A
Authority: KR
Inventors: 한재천; 김명섭
Original assignee: 조효상; 주식회사 케이투파워
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2001-01-05

Abstract

본 발명은 지락전류를 검출할 때 3상 4선식 선로에서도 단상부하나 불평형 부하가 아닌 순수 지락에 의한 영상전류를 정확히 감지함은 물론 부피 및 설치 공간이 엔진 발전기 세트에 적합한 지락검출장치에 관한 것으로, 전술한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 엔진식 발전기의 지락검출장치는 3상 선로의 지락을 감지하는 지락검출장치에 있어서, 상기 3상 선로의 중성점에서 접지점으로 가는 접지선; 상기 접지선에 흐르는 영상전류를 지락전류로서 검출하는 변류기; 상기 변류기에 의해 검출된 지락전류를 대응하는 출력전압으로 변환시키는 지락검출부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

지락검출장치{GROUND RELAY OF ENGINE DRIVEN GENERATOR}

본 발명은 엔진식 발전기의 지락검출장치에 관한 것으로, 특히 지락전류를 검출할 때 3상 4선식 선로에서도 단상부하나 불평형 부하가 아닌 순수 지락에 의한 영상전류를 정확히 감지함은 물론 부피 및 설치 공간이 엔진 발전기 세트에 적합한 지락검출장치에 관한 것이다.

통상 엔진 발전기 세트(Engine Driven Generator Set)의 여러가지 보호회로 중에서 누전이나 접지사고를 검출하는 지락검출장치는 인명 피해, 발전기의 오동작, 누설전류로 인한 발전기의 권선 열화를 막기 위해서 매우 중요하다.

도 1은 전술한 종래의 지락검출장치의 회로도로서, 각 상(R, S, T)의 전류가 합산되는 중성선(N)에서 잔류 전류를 검출하는 지락검출장치를 나타낸 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 종래의 지락검출장치는 지락전류를 검지하는 변류기(13)와 이 변류기(13)에 의해 감지된 지락전류를 근거로 지락검출을 위한 지락계전기(15)이다. 이러한 종래의 지락검출장치는 3상(R, S, T)의 전류가 평형시는 이 잔류회로에 흐르는 전류는 "0"이 되고, 지락 또는 불평형시는 변류기(13)의 2차측 중성선인 4, 5번 잔류회로에 전류가 나타나게 되는 데, 이러한 잔류전류는 영상전류로 지락검출에 사용된다. 도 1에서 미설명부호 11은 부하차단기이다.

그런데, 발전기가 3상4선식으로 제작되면 발전기 3상 출력선 R, S, T 중 한 상과 중성선(N)을 연결하여 단상으로 사용하게 되는데, 이때 정상적인 단상 운전임에도 불구하고 잔류회로에 전류가 나타나게 되고, 이 정상전류는 전자와 같이 지락검출에 이용되는 영상전류처럼 지락계전기(15)를 동작시키게 되는 문제점이 있었다.

이 문제점에 대한 보완으로 지락계전기(15)의 전류감지 탭(Tap)을 높이는 것도 가능하지만 이렇게 되면 지락검출 감도는 떨어지게 되는 것이다.

즉, 정상적인 지락전류검출은 100~1000mA 사이에 있지만 3상 4선식 발전기 선로에서는 500~2500mA의 발전기 허용 단상부하(정격부하의 17%)를 고려할 경우 허용 부하전류의 약 1/2인 1000mA 이상에서 지락검출 회로가 동작하도록 해야 발전기를 정상운전할 수 있게 된다.

도 2는 영상변류기(ZCT)를 이용한 지락검출회로의 구성도로서, 영상변류기

(21)와 지락계전기를 써서 선로에서 흐르는 누설 전류를 직접 감지하는 방법이다.

이러한 방법은 영상변류기(21)의 2차 권선으로부터 각 상의 선로에 흐르는 3배의 영상전류를 감지해 내며 누전이나 접지사고시 정확히 동작하는 이점이 있다. 도 2에서 미설명부호 23은 지락계전기이다.

그런데, 3상의 부하선이 동시에(접지선 제외) 영상변류기(21)의 중심원을 통과하여야 하고 발전기 용량에 따라 부하전류가 커질 경우 영상변류기(21)도 커지게 되므로 설치 공간이 부족한 운전반 탑재형 발전기세트는 응용하기가 어려운 문제점이 있다.

도 3a는 영상변압기(GPT)를 이용하여 지락전압을 검출하는 회로의 구성도이고, 도 3b는 도 3a에 의하여 검출된 지락전압에 따라 동작되는 보호회로의 구성도이다. 도 3a의 영상변압기(31)는 3권선 변압기 3개를 써서 사용하는데 이때 변압기 2차 권선은 계기용이며 3번째 권선이 개방형 델타 결선(Open Delta Connection)으로 여기서 3배의 영상전압이 검출된다.

그러나, 전술한 영상변압기(31)를 3개 1조로 써서 하는 종래의 지락검출 방식도 영상변압기(31)의 부피가 커서 영상 변류기와 같이 설치 공간이 크고 무겁기 때문에 저압 발전기회로에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지락전류를 검출할 때 3상 4선식 선로에서도 단상부하나 불평형 부하가 아닌 순수 지락에 의한 영상전류를 정확히 감지함은 물론 부피 및 설치 공간이 엔진 발전기 세트에 적합한 지락검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 중성선의 잔류전류를 이용한 지락검출장치의 회로도.

도 2는 종래의 영상변류기를 이용한 지락검출장치의 회로도.

도 3a,3b은 종래의 영상변압기를 이용한 지락검출장치의 회로도.

도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 지락검출장치의 구성도.

도 5는 도 4에서의 지락검출부의 구체적인 구성도.

도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 지락검출장치를 설명하기 위한 흐름도.

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 지락검출장치의 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명 *

11, 32 : 부하차단기 13, 43 : 변류기

15, 23 : 계전기 21 : 영상변류기

31 : 영상변압기 34 : 보조 접점

35 : 지락계전기의 동작상태 지시기 코일

36 : 보조 계전기 37 : 리셋 버튼

38 : 보조 계전기의 A접점 45 : 지락검출부

46 : 와트저항 48 : 포토 커플러

74 : 누전 IC 76 : 사이리스터

전술한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 엔진식 발전기의 지락검출장치는 3상 선로의 지락을 감지하는 지락검출장치에 있어서, 상기 3상 선로의 중성점에서 접지점으로 가는 접지선에 흐르는 영상전류를 지락전류로서 검출하는 변류기; 상기 변류기에 의해 검출된 지락전류를 대응하는 출력전압으로 변환시키는 지락검출부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 지락검출부는 상기 변류기에 의해 검출된 지락전류를 전압으로 변환시키는 와트 저항, 상기 와트 저항에 의하여 변환된 전압을 DC회로로 변환시키는 포토 커플러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 지락검출부는 누전용 IC로 구성하는 것이 가능하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 지락검출장치의 구성 회로도로서, 도 4에 구비된 바와 같이 본 발명의 지락검출장치는 중성선(N)에서 접지점으로 가는 접지선(41), 접지선(41)에서 흐르는 영상전류(각 상의 3배)를 지락전류로 검출하는 변류기(43), 검출된 지락전류를 간단히 변환시키는 지락검출부(45)로 구성된다.

도 5는 상기 지락검출부(45)의 구성을 구체적으로 나타낸 회로도로서, 도면에 도시한 바와 같이 지락검출부(45)는 검출된 전류를 전압으로 변환시키는 와트 저항(46), 변환된 전압을 DC회로로 변환시키는 포토 커플러(48) 및 다수의 커플러 보호저항을 구비하여 구성되어 최종적인 전압신호가 출력단자(Vout)로 출력된다.

도 6은 전술한 바와 같은 본 발명의 엔진식 발전기의 지락검출장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도로서, 도면에 도시한 바와 같이 본 발명의 엔진식 발전기의 지락검출장치는 우선 단계(S10)에서 3상(R, S, T상 또는 U, V, W상)중에서 1상 또는 2상에서 지락이 발생하게 되면, 단계(S12)에서와 같이 3상에 영상전류가 발생하게 되고, 단계(S14)에서와 같이 접지점(41)을 통해 접지선에 3배의 영상전류가 흐르게 된다. 이어서, 단계(S16)에서 변류기(43)의 2차측에 100~1000mA의 전류검출이 이루어지고, 단계(S18)에서 와트저항(46)에 의하여 전류가 전압으로 변환된다. 이어서, 단계(S20)에서 포토 커플러(48)의 다이오드가 동작되고, 단계(S20)에서 포토 커플러(48)의 트랜지스터가 동작하게 되며, 최종적으로 출력단자(Vout)를 통해 전압신호가 출력된다.

여기서, 출력된 Vout은 "+" 전압신호이지만 "-"전압신호도 가능하다. 이 출력된 신호로 램프 또는 계전기를 동작시키도록 함으로써 보호회로가 구현된다. 또한, 변류기(43)의 2차 전류는 100~1000mA로 이것은 지락전류를 감지하는 영상 변류기(43)의 동작범위와 같다. 와트 저항(46)은 감지된 영상전류를 작은 영상전압으로 변환한다. 또한, 전류를 영상전압으로 변환시키려면 포토 커플러(48)측의 다이오드 구동전압(0.5V) 이상이 얻어지게 한다. 또한, 동작 중에 발생되는 열을 최소화하기 위해 와트 저항(46)은 2~5W로 하면, 와트 저항값 R은 R = W/I²= (2~5)/(0.1~1)²로부터 2~500Ω이 얻어진다. 또한, 포토 커플러(48)의 다이오드 측에는 이 와트 저항(46)에서 얻어진 전압이 정류되고 2차측 트랜지스터를 구동시키게 하고, 포토 커플러(48)의 출력부(Vout)는 "+"신호를 얻으려면 도 5에 나타낸 바와 같이 결선하고, "-" 신호를 얻으려면 100Ω 저항을 트랜지스터측으로 옮겨 트랜지스터의 출력부(Vout)가 "-"쪽으로 접지되게 한다.

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 지락검출장치의 구성을 나타낸 회로도이다. 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 엔진식 발전기의 지락검출장치는 통상의 누전감지 IC(74)를 사용하여 지락검출을 하도록 된 것이다, 여기서, 와트 저항과 직렬저항은 도 5에 도시한 바와 같으나 출력부는 사이리스터(76)를 구동하기 위하여 "-" 전압으로 출력된다.

도 7에서 미설명부호 71은 전압안정필터, 72는 차단기 트립 코일(Trip Coil), 73은 AC-DC 정류기, 75는 변류기를 나타낸다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 지락검출장치는 운전 중 일어나는 엔진 발전기 세트의 누전사고는 유도형 및 정지형계전기를 써서 검출하므로 이동이 많은 엔진 발전기 세트에는 적합하지 않았는데, 본 발명의 지락검출장치에 따라 지락검출을 하면, 종래와 같이 3개의 변류기 잔류회로나 변압기 2차측에서 영상전압을 검출하지 않아도 되므로 변류기(CT, PT)의 부피로 인한 설치에 제한을 받지 않고, 정지형이나 유도형 지락계전기처럼 별도의 보호계전기 없이 발전기 제어회로 PCB에서 지락 검출이 이루어질 수 있는 효과가 있다. 따라서, 일반적으로 주문사양에 따라 설치되는 지락 보호회로를 발전기세트의 필수 보호회로로 설치가 가능하게 되는 것이다.

Claims

3상 선로의 지락을 감지하는 지락검출장치에 있어서,

상기 3상 선로의 중성점에서 접지점으로 가는 접지선(41)에 흐르는 영상전류를 지락전류로서 검출하는 변류기(43);

상기 변류기(43)에 의해 검출된 지락전류를 대응하는 출력전압으로 변환시키는 지락검출부(45)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 지락검출장치.
제 1항에 있어서,

상기 지락검출부(45)는 상기 변류기(43)에 의해 검출된 지락전류를 전압으로 변환시키는 와트 저항(46), 상기 와트 저항(46)에 의하여 변환된 전압을 DC회로로 변환시키는 포토 커플러(48)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 지락검출장치.
제 1항에 있어서,

상기 지락검출부(45)는 누전용 IC(74)임을 특징으로 하는 지락검출장치.