KR200260919Y1 - 차단기의온도감지및자동트립장치 - Google Patents

Abstract

본 고안의 차단기의 온도감지 및 자동트립장치는 접속부에 약 30∼40cm의 거리를 두고 설치되어 접속부의 온도를 감지하는 센서와, 상기한 센서에서 출력된 전압을 디지탈값으로 변환하는 아날로그/디지탈 변환기와, 제1상한온도 및 제2상한온도를 설정하는 기준온도 설정스위치 및 관리온도 설정스위치와, 기준온도 설정스위치와 관리온도 설정스위치에 지령을 발하며 아날로그/디지탈변환기 및 스위치로부터 입력된 데이터를 산출하여 감지된 온도가 제1상한온도 이상인 경우 경보를 발하며 제2상한온도 이상인 경우 차단기를 트립시키는 마이크로프로세서로 구성된다.

Description

차단기의 온도감지 및 자동트립장치{A temperature detecting and automatic tripping apparatus of a circuit breaker}

본 고안은 차단기에 관한 것으로, 특히 열전대열을 설치하여 차단기내의 온도를 감지함과 동시에 일정 온도 이상의 상승시에 차단기를 자동으로 트립시키는 차단기의 온도감지 및 자동트립장치에 관한 것이다.

산업체의 원활한 전력공급과 계통이상, 사고시의 사고구간을 신속분리하여 사고범위를 최소화하고 타계통의 영향을 제거하기 위해 설치된 전기설비중 중추적역할을 하는 차단기는 대형전기사고를 방지하기 위한 필수적인 장치이다.

일반적인 종래의 차단기는 도 1(a) 및 (b)와 같이 접속부의 형태에 따르 클립형(clip type) 및 튤립형(tulip type) 차단기로 대별된다. 상기한 종래의 차단기는 도면에 나타낸 바와 같이, 이동부(1)와 고정부(2)로 나누어져 있다. 고정부(2)에는 외부 설비에 접속된 1차버스(3)와 2차버스(4)가 인출되어 있으며, 이동부(1)는 차단부(5)와 상기한 버스(3,4)가 삽입되는 접속부(6)으로 구성되어 있다. 고정부(2)의 1차버스(3)와 2차버스(4)가 접속부에 삽입되어 외부 설비가 상기한 차단부(5)에 연결되며, 사고시 상기한 차단부(5)를 끊어 외부 설비로의 전력공급을 차단함으로써 사고를 방지한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 차단기에는 다음과 같은 문제가 있다. 첫째, 도면에는 도시하지 않았지만 접속부(6)에는 탄성을 유지함으로써 접속부(6)에 발생하는 접촉항(contact resistance)을 감소시키는 스프링이 장착되어 있지만, 상기한 스프링의 탄성이 저하되는 경우에는 접촉저항이 증가하여 발열이 지속적으로발생하게 된다. 둘째, 차단부(5)에서 고정부(1)와 이동부(2)의 커넥터가 상하 및 좌우 밸런스를 유지하지 못하는 경우, 역시 발열이 지속적으로 발생하게 되어 지락 및 단락사고가 유발된다. 셋째, 제1버스(3)와 제2버스(4)를 접속부(6)에 삽입할 때 무리한 작업을 하게되면, 버스(3,4)가 변형되어 접촉이 불량하게 되기 때문에 부하통전시 발열이 발생하게 되고 결국 지락 및 단락사고가 발생한다.

상기한 문제를 해결하기 위해서는 접속부의 온도감지가 필수적이다. 종래의 접속부 온도감지장치로는 접촉식 온도감지장치와 비접촉식 온도감지장치가 있다. 접촉식 온도감지장치는 접속부(6)에 온도감지용 테이프(tape)를 부착하여 온도를 감지하는 장치로서, 각 접속부위에 온도검출용 테이프를 부착하여 이상온도의 여부를 검사한다. 비접촉시 온도감지장치는 적외선 온도감지카메라를 이용하여 온도를 감지하는 장치이다.

그러나, 테이프를 이용한 접촉식 온도감지장치는 온도감지용 테이프를 부착하기 위해서는 전원을 오프해야만 하며, 온도를 확인하는 경우에도 패널을 개방한 후 직접 육안으로 확인해야만 하는 번거로움이 있었다. 또한, 적외선 온도감지카메라를 이용한 비접촉식 온도감지장치에서도 패널을 직접 개방해야만 하기 때문에, 사용이 불편하고 정비업무의 효율이 저하되는 문제가 있었다.

본 고안은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 접속부와 일정 거리를 두고 열전대열을 설치하여 온도를 감지함과 동시에 접속부의 온도가 상한온도 이상인 경우 경보를 발하고 차단기를 자동으로 트립시키는 차단기의 온도감지 및 자동트립장치를 제공하는 것으로 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 고안에 따른 차단기의 온도감지 및 자동트립장치는 외부 설비에 연결된 제1버스 및 제2버스가 인출되는 고정부와, 상기한 고정부의 버스와 접속되는 접속부 및 사고시에 외부 설비로의 전력공급을 차단하는 차단부로 이루어진 이동부와, 상기한 접속부에 약 30∼40cm의 거리를 두고 설치되어 상기한 접속부의 온도를 감지하고 감지된 온도를 전압으로 변환하여 출력하는 열전대열과, 상기한 열전대열에서 출력된 전압을 디지탈값으로 변환하는 아날로그/디지탈 변환기와, 제1상한온도 및 제2상한온도를 설정하는 기준온도 설정스위치 및 관리온도 설정스위치와, 상기한 기준온도 설정스위치와 관리온도 설정스위치에 지령을 발하며 상기한 아날로그/디지탈 변환기 및 스위치로부터 입력된 데이터를 산출하여 감지된 온도가 제1상한온도 이상인 경우 경보를 발하며 제2상한온도 이상인 경우 차단기를 트립시키는 마이크로프로세서로 구성된다.

도 1은 종래의 차단기를 나타내는 도면.

도 2는 본 고안에 따른 차단기를 나타내는 도면.

도 3은 본 고안에 따른 온도감지 및 차단기 자동트립장치의 구성블록도.

도 4는 본 고안에 따른 온도감지 및 차단기 자동트립장치의 신호처리부 블록도.

도 5는 본 고안에 따른 온도감지 및 차단기 자동트립장치의 작동을 나타내는 플로우챠트.

도 6은 본 고안에 따른 온도감지 및 차단기 자동트립장치의 상세회로도.

* 도면 부호에 대한 간단한 설명*

1 : 이동부 2 : 고정부

3,4 : 버스 5 : 차단부

6 : 접속부 10 : 열전대열

12 : A/D 변환기 15 : 마이크로프로세서

17 : 관리온도 설정스위치 18 : 기준온도 설정스위치

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안에 따른 차단기의 온도감지장치 및 자동트립장치를 상세히 설명한다. 도면에서, 종래와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 온도감지장치가 장착된 차단기를 나타내는 도면이다. 도면에서는 설명의 편의를 위해, 차단기 패널(panel)의 전면과 후면을 한도면에 표시하였다. 도면에 나타낸 바와 같이, 패널 전면의 이동부(1)에는 과부하시 차단부(5)에서 인출되는 인출선과 접속되는 클립이나 튤립으로 이루어진 접속부(6)가 형성되어 있다. 패널 후면의 고정부(2)에는 지지애자(9)와 케이블(8)에 각각 연결된 제1버스(3)와 제2버스(4)가 인출되어 접속부(6)에 삽입되고, 상기한 제1버스(3)와 제2버스(4)의 접속부(6)로의 접속상태를 감지하는 온도감지센서(10)가 부착되어 있다. 상기한 온도감지센서(10)는 열전대열(thermopile)로서, 상기한 접속부(6)에 초점을 맞추도록 접속부(6)로부터 약 30∼40cm의 거리를 두고 설치된다.

도 3은 본 고안의 차단기 온도감지 및 자동트립장치의 블록도를 나타내는 도면이다. 열전대열(10)에서 감지된 온도는 전압으로 변환되어 출력되고 증폭기(11)에서 증폭된 후 아날로그/디지탈 변환기(A/D converter;12)에서 디지탈변환된다. A/D변환기에서 출력된 디지탈신호는 마이크로프로세서(15)에 입력된다. 마이크로프로세서(15)는 입력된 신호를 처리하여 중앙감지패널에 온도를 표시함과 동시에 이상온도 감지시 부저나 램프를 작동하여 경보를 발하며, 차단부(5)에 신호를 출력하여 차단기를 트립한다.

이때, 접속부(6)으로부터 30cm와 40cm의 거리를 두고 장착된 열전대열(10)에 의해 감지된 접속부(6)의 온도는 표1과 같이 된다.

열전쌍	열전대열
T/C 온도	30cm 거리	40cm 거리
110℃	108℃	96℃
100℃	98℃	86℃
90℃	88℃	77℃
80℃	78℃	70℃
70℃	68℃	60℃
60℃	58℃	52℃
50℃	48℃	45℃
40℃	39℃	36℃

표 1에서 열전쌍의 온도는 실제의 접속부(6) 온도이다. 표 1에서 알 수 있듯이, 열전대열(10)에서 감지된 온도는 접속부(6)의 실제 온도 보다 약 2∼5℃ 낮기 때문에, 측정장치에서 이를 보정해주면 실제 온도의 근사치를 얻을 수 있게 된다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 고안에 따른 차단기의 온도감지장치 및 자동트립장치의 동작으로 상세히 설명한다.

도 4에서 열전대열(10)은 모든 물질이 온도에 따라 적외선 온도 발생량을 달리하기 때문에 물질표면에서 발산되는 적외선량을 측정함으로서 물질의 온도를 비접촉으로 원거리에서 측정이 가능하게 되며, 0∼100℃의 온도를 DC 전압인 0∼5V의 아날로그값으로 출력한다. A/D변환기(12)는 열전대열(10)에서 입력된 DC 전압을 디지탈값으로 변환시키는데, RD(Read Data)입력이 "0"인 경우 입력되는 아날로그값을 디지탈값으로 변환시켜 데이터버스를 통해(CPU)로 보낸다. 현재, 읽은 값은 예로서 OV(0℃)인 경우 디지탈값은 "0000 0000"출력전송하며 2.5V(50℃)인 경우에는 "0111 111"로, 5V(100℃)시에는 "1111 1111"로 디지탈출력전송한다.

1차 및 2차 상한온도는 디지탈스위치로 이루어진 관리온도 설정스위치(17)와 기준온도 설정스위치(18)에 의해 설정된다. 하나의 디지탈스위치는 "5V" 전원입력라인과 4개의 디지탈라인(8,4,2,1)을 가진다. 스위치조작에 의해 각 라인에 입력된 "5V" 전원선이 연결될 수도 있고 안될 수도 있다. 예를 들어 "7"의 위치에 스위치를 교정한다면 전원 입력라인은 "4" "2" 및 "1"에 연결되고 "8"에는 연결되지 않는다. 결과적으로 "8"에는 "OV"가 나오고, "4" "2" 및 "1" 라인에는 "5V"가 출력된다. 이 경우 5V가 나오는 라인의 값을 더하면 디지탈출력값이 된다.

예를 들면, 7은 (8×0+4×1+2×1+1×=7)이 되어 출력은 10진수의 7이 된다.

만약에 전원입력라인의 전압이 "OV"라면 이 디지탈스위치는 작동하지 않는다. 따라서 상기와 같은 원리로 1차 및 2차 온도값을 2자리(필요시 3자리)로 셋팅하는 것이 가능하게 된다.

마이크로프로세서(15)는 전체 동작을 관할하는 소자로서 내부에 탑재되는 프로그램에 의해 작동된다. 상기한 마이크로프로세서(15)의 작동을 도 5의 플로우챠트를 참조하여 설명한다.

마이크로프로세서(15)에 전원이 인가되면 리셋부(RESET부)의 입력이 "5V"가 되고 점차 "OV"로 낮아지도록 설계하여 초기화가 가능하게 된다. 이후, 순차적으로 기준온도설정 디지탈값과 관리온도설정 디지탈값 및 A/D변환기(12)의 출력값을 읽어드리고 순서에 따라 온도측정값과 비교하여 경보상태 및 트립상태를 출력한다.

두 개의 온도설정스위치(17, 18)의 디지탈값을 입력받는 경우에는 다음과 같다. 기준온도 설정스위치(18)의 값을 입력받는 경우를 보면, 먼저 포트(PORT) 3.5를 통하여 "5V"를 출력하고 데이터버스(Data Bus)를 통하여 값을 입력받으며 관리온도 설정스위치(17)의 값을 입력받는 경우에는 포트 3.5를 "OV"로 낮추고 3.6을 "5V"로 출력하여 입력받는다. 이때, 포트 3.4는 "5V"로 유지된다.

A/D변환기(12)로부터 입력받는 경우에는 포트 3.5와 3.6은 "OV"로 유지한 상태에서 마이크로프로세서(15)의 데이터버스는 하나인데, 포트 3.5, 포트 3.6 및 포트 3.4의 출력에 따라 하나만 선택되도록 제어한다.

경보는 입력되는 측정온도값이 1차상한온도(70℃)와 2차상한온도(90℃) 사이에 있으면 발생토록 하고 트립은 2차 상한온도 이상에서 발생토록 하였다.

경보회로와 트립회로는 같은 구조를 가지며 양쪽 전체는 마이크로프로세서(15)로부터 "OV"가 출력되는 경우 LED(21,22)에 불이 들어오고 RELAY(23,24) 접점이 닫히도록 되어 있다.

일 예로서, 경보회로의 경우 작동순서를 보면 경보발생상황에서 포트 3.2의 출력전압이 "5V"에서 "OV"로 변환되며 이는 "NOT"게이트를 통과하여 다시 "5V"로 나타낸다. 이는 LED를 점등하고 트랜지스터를 포화시켜 전류를 흘리며, 이 전류는 릴레이(23)의 코일을 여자시켜 접점을 닫히도록 하여 경보 또는 부저회로와 연결되어 차단기 상태를 감지하도록 되어 있다. 트립회로도 마찬가지로 동작하여 관리온도 이상시에는 트립출력접점을 이용하여 차단기를 트립시킬수 있도록 되어 있다.

온도값 출력회로는 차단기의 온라인(on-line) 온도감지 및 자동트립장치에서 계산하는 온도값을 외부에서 확인하기 위한 부분으로 시리얼데이터(serial data)로 출력된다.

상기한 경보 및 출력은 온, 오프로 작동하는데 비해 온도출력회로는 "1"℃단위의 정확한 온도값을 출력하며 정밀한 온도계의 지시값과 비교함으로서 본 장치의 온도측정 정밀도를 확인시킨다. 만약 오차가 있을 경우는 마이크로프로세서(15)내에 탑재된 프로그램의 변수값을 변경시켜 보정할 수 있다. 출력은 7세그먼트(segment)의 LED나 LCD로 출력이 모두 가능하다.

입력 및 출력라인이 단선되는 경우 오동작을 방지하기 위해, 입력 및 출력버스의 안정을 기하는 풀럽(pull up)저항이 설치되어 있다. 입력 또는 출력라인이 단선되어 "OV"도 아니고 "5V"도 아닌 경우, "5V"로 인식되도록 하여 특히 출력버스에서 버스라인의 단선으로 인해 오경보 및 오트립신호가 나가지 않도록 하기 위해 풀업저항을 사용하였다.

상기한 구성의 차단기의 온도감지장치 및 자동트립장치의 상세회로도가 도 6에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 열전대열(10)은 A/D변환기(12)에 연결되어 있으며, 마이크로프로세서(15)에 연결되어 있다. 또한, 상기 마이크로프로세서(15)에는 관리온도 설정스위치 및 기준온도 설정스위치(16,18)이 연결되어 있으며, 경보신호용 릴레이(23)와 트립신호용 릴레이(24) 역시 상기 마이크로프로세서(15)에 연결되어 있다. 도면에서, 도면부호 32 및 34는 각각 마이크로프로세서(15)를 리셋시키는 리셋회로와 전체 시스템에 전력을 공급하는 전원공급장치를 나타낸다.

본 고안은 상기한 바와 같이, 종래의 차단기 패널 내부에 열전대열을 장착하여 차단기의 접속상태를 항상 온라인조건에서 확인 및 감지함과 동시에 자동으로 차단기를 트립시키기 때문에, 차단기 접속부의 과열 및 발열상태를 사전감지하여 사고를 방지함으로서 설비안정을 기여한다. 또한, 종래에 패널을 개방하여 온도를 측정하던 작업을 배제함으로써, 작업안정성 확보 및 정기적 온도측정 업무의 번거로움을 제거할 수 있게 된다. 더욱이, 중앙집중 감지체계 구축으로 인해 업무의 신속성과 집중성이 향상된다.

Claims (4)

1. 외부 설비에 연결된 라인이 인출되는 고정부;

   상기한 고정부의 라인과 접속되는 접속부 및 사고시에 외부 설비로의 전력공급을 차단하는 차단부로 이루어진 이동부;

   상기한 접속부의 온도를 감지하고 감지된 온도를 전압으로 변환하여 출력하는 센서;

   상기한 센서에서 출력된 전압을 디지탈값으로 변환하는 아날로그/디지탈 변환기;

   제1상한온도 및 제2상한온도를 설정하는 온도설정 스위치; 및

   온도설정스위치에서 지령을 발하며 상기한 아날로그/디지탈 변환기 및 온도설정 스위치로부터 입력된 데이터를 산출하여 감지된 온도가 제1상한온도 이상인 경우 경보를 발하며 제2상한온도 이상인 경우 차단기를 트립시키는 마이크로프로세서로 구성된 차단기의 온도감지 및 자동 트립장치.
2. 제1항에 있어서, 상기한 센서가 접속부와 일정 거리를 두고 설치된 열전대열인 것을 특징으로 하는 차단기의 온도감지 및 자동트립장치.
3. 제2항에 있어서, 상기한 열전대열이 접속부로부터 30∼40cm의 거리를 두고 설치된 것을 특징으로 하는 차단기의 온도감지 및 자동트립장치.
4. 제1항에 있어서, 상기한 제1상한온도가 70℃이고 제2상한온도가 90℃인 것으로 특징으로 하는 차단기의 온도감지 및 자동트립장치.