KR200323464Y1 - 전기집진기의아크검출장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기집진기내부의 집진전극에서 아크(ARC)가 발생되어 전원측 전류가 변화되는 경우 전류의 급격한 증감을 검출하여 집진기에 인가되는 전원을 트립(trip)시킬 수 있도록 한 전기 집진기의 아크 검출 장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 고안은 승압트랜스에 의해 승압된 전압을 배압부에 의해 소정 레벨로 배압하여 집진 셀의 하전부 및 집진부의 구동 전원으로 인가하여 집진부의 각 전극판 사이로 유입되는 분진 및 유독유진등을 집진하는 전기 집진기의 아크 검출 장치에 있어서, 상기 승압트랜스로 입력되는 입력전류의 변동을 검출하는 홀 센서와, 상기 홀 센서에 의해 검출되는 전류를 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭기와, 상기 차동 증폭기로부터 증폭된 전류 실효치(RMS)를 직류 전류로 변환하여 출력하는 전류변환기와, 전류변환된 직류 전류를 입력받아 앞서 입력받은 전류와 현재 입력받는 전류를 대비하여 순간적인 전류의 증감을 검출하는 미분 회로부와, 상기 홀 센서로부터 검출되는 전류를 샘플링하여 평균한 값으로 기준값을 설정하고, 상기 미분회로부로부터 검출된 전류 변화를 상기 기설정된 기준값과 비교하여 급격한 전류의 증가 또는 감소여부를 각각 검출하여 입력 전원의 차단여부를 판단하는 비교부와, 상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 승압트랜스의 입력전원측에 접속된 전원 차단 릴레이 접점을 오프시키도록 릴레이를 여자시키는 릴레이 구동부를 구비한다.

Description

전기 집진기의 아크 검출장치

본 고안은 전기 집진기의 아크 검출 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 집진기 내부의 집진 전극에서 아크(ARC)가 발생되어 전원측 전류가 변화되는 경우 전류의 급격한 변화 즉, 증감을 검출하여 집진기에 인가되는 전원을 트립(trip)시킬 수 있도록 한 전기 집진기의 아크 검출 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 전기 집진기의 회로 구성을 보인 회로도로써, 도 1에 도시된 전기집진기는 일예로 현재 환경에 직접 영향을 미치는 유독 유진 또는 분진을 집진하는 데 사용되고 있는 소형 집진설비이다. 종래 전기 집진기의 구성을 개략적으로 살펴보면 입력전원을 승압트랜스(1)에 의하여 일정 레벨로 승압시킨 후 승압된 전원을 배전압 증폭부(2)에 의해 수배로 배압한 고전압을 집진셀의 하전부(3) 및 집진부(4)의 집진판에 각각 인가하여 유독 유진 또는 분진을 집진부(4)에 집진시키게 된다.

한편, 종래의 일반적인 전기 집진기에 사용되는 아크 전류 검출 장치에서는 아크가 발생하는 경우에 전원측에 전류가 증가하며, 이러한 전류의 순간적인 증가가 검출되는 경우에 휴즈(fuse)나 전류차단기등을 이용하여 전원입력을 차단시키게 된다.

이와는 달리 종래의 소형 집진 장치는 유독 유진 또는 분진을 집진하기 위하여 집진기 내부 집진 셀(cell)에 수천 볼트의 전압 일예로 14KV의 전압을 인가하지만, 전원측에 흐르는 전류는 수백 mA가 흐르게 된다. 또한, 미스트(mist) 집진기등의 소형 집진 장치에 있어서 집진판에 도전성 이물질이 혼입되는 경우에는 극간 거리가 부족하여 아크가 발생하게 되는 데, 이때의 전류변화는 도 2의 파형도에 도시한 바와 같다.

즉 도 2에 도시된 바와 같이, 정상전류가 인가되는 경우에는 승압 트랜스의 1차측에는 일정한 레벨의 전류신호가 검출되게 된다. 그러나, 아크가 발생되는 경우에는 임피던스 변화에 의하여 입력 전류가 급격히 저하되게 된다.

따라서, 종래의 일반적인 전기 집진기에서 아크 검출을 위해 사용되었던 휴즈나 전류차단기를 통해서는 오일 미스트 집진기와 같은 소형 집진 장치의 아크를 검출하고, 그에 따른 입력 전원을 차단시킬 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 집진 장치의 내부 청결 상태에 따라 흐르는 전류가 변화하므로 휴즈나 전류차단기등과 같은 보호회로에서 전류차단레벨을 설정하기가 사실상 곤란한 문제점이 있었다. 즉, 집진기 내부의 아크 발생시와 정상상태에서 집진기 내부의 청결 상태에 따른 전류값의 변화등을 종래의 보호회로에 의해서는 구별하여 적절한 아크 검출을 수행할 수 없는 문제점이 있었다. 그리고, 소형 집진 장치에서의 지속적인 아크 발생으로 인한 오일 미스트(oil mist)의 발화로 설비 화재가 발생될 위험이 있었다.

따라서, 본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 그 목적은 아크 발생에 따른 현재 구동 전원으로 인가되는 전류와 대비한 급격한 전류의 증감을 검출하여 신속한 트립동작을 수행함으로서 아크 발생 지속에 따른 화재 발생의 위험을 사전에 방지할 수 있도록 된 전기 집진기의 아크 검출 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래 오일 미스트 집진기의 회로 구성을 보인 도이다.

도 2는 종래 오일 미스트 집진기 회로에서의 정상 전류 및 아크 발생시의 전류치 변화를 보인 파형도이다.

도 3은 본 고안에 따른 전기 집진기 아크 검출 장치의 구성을 보인 상세회로도이다.

도 4는 본 고안에서의 양방향 순간전류 변화 및 각 부분의 전류 파형을 보인 파형도이다.

도 5(a)는 정상 운전과 아크 발생시 실효 전류치의 변화를 나타낸 파형도이고, 도 5(b)는 정상 운전과 아크 발생시 순시 전류치의 변화를 나타낸 파형도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1...승압트랜스 2...배전압증폭부

3...하전부 4...집진부

10...홀센서 11...차동 증폭기

12...전류변환기 13...미분회로부

14...제 1 기준값설정부 15...제 2 기준값설정부

16...제 1 비교부 17...제 2 비교부

18...리세트회로부 19,20...릴레이구동부

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 전기 집진기의 아크 검출 장치는 승압트랜스에 의해 승압된 전압을 배전압 증폭부에 의해 소정 레벨로 배압하여 집진 셀의 하전부 및 집진부의 구동 전원으로 인가하여 집진부의 각 전극판 사이로 유입되는 분진 및 유독유진등을 집진하는 전기 집진기의 아크 검출 장치에 있어서,

상기 승압트랜스로 입력되는 입력전류의 변동을 검출하는 홀 센서와, 상기 홀 센서에 의해 검출되는 전류를 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭기와, 상기 차동 증폭기로부터 증폭된 전류 실효치(RMS)를 직류 전류로 변환하여 출력하는 전류변환기와, 전류변환된 직류 전류를 입력받아 앞서 입력받은 전류와 현재 입력받는 전류를 대비하여 순간적인 전류의 증감을 검출하는 미분 회로부와, 상기 홀 센서로부터 검출된 전류를 샘플링하여 평균한 값으로 기준값을 설정하고, 상기 미분회로부로부터 검출된 전류 변화를 상기 기설정된 기준값과 비교하여 급격한 전류의 증가 또는 감소여부를 각각 검출하여 입력 전원의 차단여부를 판단하는 비교부와, 상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 승압트랜스의 입력전원측에 접속된 전원 차단 릴레이 접점을 오프시키도록 릴레이를 여자시키는 릴레이 구동부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안에 있어서, 상기 비교부는 상기 미분회로부의 출력신호와 전류의 급격한 감소를 검출하기 위하여 기설정된 기준값(A)을 비교하여 상기 미분 회로부의 검출 신호가 기설정된 기준값(A)보다 큰 경우에는 상기 릴레이 구동부로 하이레벨의 신호를 출력하여 릴레이를 여자시키는 제 1 비교부와, 상기 미분 회로부의 출력 신호와 전류의 급격한 증가를 검출하기 위하여 기설정된 기준값(B)를 비교하여 상기 미분 회로부의 검출 신호가 기준값(B)보다 큰 경우에는 상기 릴레이 구동부로 하이레벨의 신호를 출력하여 릴레이를 여자시키는 제 2 비교부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 고안의 양호한 실시예에 따른 전기 집진기의 아크 검출 장치의 구성 및 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 양호하게 설명한다.

도 3은 본 고안에 따른 전기 집진기의 아크 검출 장치의 구성을 보인 회로구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 전기 집진기의 아크 검출 장치는 승압트랜스(1)에 의해 승압된 전압을 배전압 증폭부(2)에 의해 소정 레벨로 배압하여 집진 셀의 하전부(3) 및 집진부(4)의 구동 전원으로 인가하여 집진부(4)의 각 전극사이로 유입되는 분진 및 유독유진등을 집진하는 집진 장치와, 상기 집진 장치의 입력전류의 변동을 검출하도록 상기 승압트랜스(1)의 일차측에 연결된 홀 센서(10)와, 상기 홀 센서(10)에 의해 검출되는 전류를 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭기(11)와, 차동 증폭기(11)로부터 증폭된 전류 실효치(RMS)를 직류 전류로 변환하여 출력하는 전류변환기(12)와, 전류변환된 직류 전류를 입력받아 현재인가되는 전류와 대비하여 순간적인 전류의 증감을 검출하는 미분 회로부(13)와, 상기 미분회로부(13)에 의해 검출된 입력 전류의 감소량을 아크 발생여부를 판단하기 위하여 제 1 기준값 설정부(14)로부터 설정된 제 1 기준값(A)과 비교하는 제 1 비교부(16)와, 상기 미분회로부(13)에 의해 검출된 입력 전류의 증가량으로부터 아크 발생 여부를 판단하기 위하여 제 2 기준값 설정부(15)로부터 설정된 제 2 기준값(B)과 비교하는 제 2 비교부(17)와, 상기 제 1 비교부(16) 및 제 2 비교부(17)의 구동을 리세트시키는 리세트 회로부(18)와, 상기 제 1 비교부(16) 및 제 2 비교부(17)의 비교 결과에 따라 상기 집진셀로 인가되는 구동 전원을 차단시키도록 릴레이(RELAY1)(RELAY2)의 구동을 온/오프시키는 릴레이 구동부(19)(20)를 구비하여 이루어진다.

전술한 구성에 있어서, 입력 전류의 변화를 검출하기 위한 홀 센서(10)는 홀 효과를 이용한 홀 소자형 전류 검출 센서이다. 이는 일예로 갭을 가진 링코어의 자로내에 홀 소자를 삽입하고, 링 코어에 관통 전류를 흘린 후 홀센서에 의해 자속밀도를 측정함에 의해 관통 전류량을 측정할 수 있게 된다. 즉, 갭에 발생하는 자속밀도는 거의 관통 전류에 비례하여 나타남으로써 입력 전원의 전류 변화를 검출할 수 있게 된다.

이하에는 본 고안의 양호한 실시예에 따른 전기 집진기의 아크 검출 장치의 동작 및 작용 효과를 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 고안에 따른 전기 집진기 아크 검출 장치의 각 부분에 대한 출력파형을 나타낸 파형도이다. 또한, 도 5(a)는 정상 운전과 아크 발생시 실효 전류치의 변화를 나타낸 파형도이고, 도 5(b)는 정상 운전과 아크 발생시 순시 전류치의 변화를 나타낸 파형도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 전기 집진기의 아크 검출 장치는 집진설비에 입력 전원을 투입하게 되면, 승압 트렌스(1)는 일체로 120V의 전압을 집진판의 구동전원이 되는 고전압 예컨데 12KV의 고전압으로 승압시킨 후 배전압증폭부(2)를 거쳐 집진셀의 하전부(3) 및 집진부(4)로 구동 전원을 인가한다.

이때 승압 트랜스(1)의 1차측에 인가되는 전류의 변화는 홀센서(10)에 의해 검출되고(도 4의 ①), 홀 센서(10)에서 검출된 전류 신호는 차동 증폭부(11)의 증폭기(U1)의 비반전단자(+)에 인가된다. 이때 차동 증폭부(11)의 저항(R1)=저항(R2), 저항(R3)=저항(R4)이면 증폭이득은 (R3/R1)Vi로 정해진다. 이러한 증폭이득에 따라 차동 증폭부(11)는 상기 홀 센서(10)에 의해 검출된 미세한 전압값을 제어가능한 소정 레벨의 전압신호로 변환시켜 출력한다(도 4의 ②).

또한, 전류 변환기(12)에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 차동 증폭기(11)로 부터 출력값이 RMS의 교류성이므로 직류 신호로 변환시켜 출력한다(도 4의 ③). 이렇게 전류 변환기(12)의 출력값은 직류 성분으로 변환된 값이며, 정상운전시에는 일정한 전류값을 가지면서 집진기 내부셀의 전극간 절연저항에 의해 전류값이 미세하게 감소한다. 미분 회로부(13)은 상기 전류 변환기(12)로부터 출력되는 직류 전류를 입력받고 바로 직전에 입력받은 전류와 현재 입력받은 전류를 대비하여 순간적인 전류의 증감을 검출한다. 따라서, 미분 회로부(13)에서는 이러한 전류변환기(12)로부터 출력되는 전류신호의 변화를 감지하여 전류 변화가 미세한 경우에는 그 출력신호가 거의 "0"으로 출력되게 되지면, 아크 발생들에 의해 전류값이 급격하게 감소되는 경우 혹은, 집진 장치의 집진부 각 전극판 사이에 이물질이 혼입되어 절연저항이 감소함으로써 전류가 증가하게 되는 경우에는 미분회로부(13)의 출력전압도 급격하게 변화되게 된다(도 4의 ④).

이때, 미분 회로부(13)의 출력 전압은 -(R7/R6)× Vi이고, 이때의 미분 주기(T)는 2π (R6× C2)로 설정되어 진다. 따라서, 회로 설계시 미분 회로부(13)의 반전단자(-)측에 접속된 저항(R6) 및 콘덴서(C2)의 값을 변경시킴으로써 미분 주기를 제어할 수 있다. 또한, 미분 회로부(13)는 입력되는 입력 전류가 급격히 저하된 경우에는 입력 전류의 변화와 반대로 그 출력은 급격히 증가하고, 입력 전류가 급격히 증가하는 경우에는 그 출력신호는 급격히 감소하게 된다.

따라서, 미분 회로부(13)에 의해 급격한 전류의 변화가 검출되게 되면, 이러한 전류 검출 신호는 각각 급격한 전류의 증가인지 혹은 굽격한 전류의 감소인지를 판단하기 위하여 제 1 비교부(16) 및 제 2 비교부(17)로 입력되어진다.

즉, 제 1 비교부(16)는 반전단자측에 미분회로부(13)에 의해 검출된 전압신호를 입력받고, 비반전단자측에는 제 1 기준값 설정부(14)로부터 설정된 제 1 기준값(A) 일예로 약 +5[V]을 입력받는다. 그리고, 제 1 비교부(15)는 미분회로부(13)의 출력신호와 제 1 기준값(A)을 비교하여 미분 회로부(13)의 검출 신호가 제 1 기준값(A)보다 큰 경우에는 출력단으로 하이레벨의 신호를 출력하여 릴레이구동부(19)의 트랜지스터(Q1)에 베이스 구동신호를 인가한다. 반면, 미분회로부(13)의 검출 신호가 제 1 기준값(A)보다 작은 경우, 즉, 현재 인가된 전류값과 대비하여 전류의 증가량이 아크 발생여부를 판단하기 위한 기준 값인 제 1 기준값(A)보다 작은 경우에는 그 출력단으로 로우레벨의 신호를 출력하여 릴레이 구동부(19)의 트랜지스터(Q1)를 오프시키게 된다.

또한, 비교기의 출력이 하이가 되면 풀업 전압에 의해 +12V의 전위는 저항(R13) 및 저항(R12)의 합과 저항(R8)의 저항으로 분압되어 비교기의 비반전단자(-)에는 +10V의 전압이 입력되어 리세트 회로부(18)로부터 리세트 신호가 입력되기 전까지 비교기의 출력은 하이상태를 유지하게 된다(도 4의 ⑥).

상기 제 1 비교부(16)의 비교기의 출력이 하이인 경우에는 릴레이 구동부(19)의 트랜지스터(Q1)는 턴온되어 컬렉터단에 접속된 릴레이(RELAY1)를 구동시킴으로서 온상태이던 릴레이 접점을 오프시켜 승압 트랜스(1)의 입력 전원을 차단시키게 된다(도 4의 ⑦).

한편, 제 2 비교부(17)는 상기 미분 회로부(13)의 출력 신호를 비교기의 반전단자(-)에 입력받고 비반전단자(+)에는 제 2 기준값 설정부(15)로부터 약 -3V로 설정된 제 2 기준값(B)을 입력받아 미분 회로부(13)의 출력 신호와 제 2 기준값(B)을 비교하여 전원 입력단측의 급격한 전류 증가여부를 판단하게 된다.

이때, 전원 입력단의 전류가 집진부(4)의 각 전극판사이의 이물질 혼입등에 의해 증가되는 경우, 미분 회로부(13)는 입력 전류의 상승에 반비례하는 만큼 출력신호가 감소되게 된다. 따라서, 제 2 비교부(17)의 비교기는 미분 회로부(13)의 출력 신호가 제 2 기준값(B)보다 작은 경우에는 하이레벨의 신호를 출력하게 된다.또한, 비교기의 풀업(PULL UP)전압에 의하여 +12V의 전위는 저항(R20)과, 저항(R19)의 합과 저항(R18)으로 분압되어 비교기의 비반전단자(+)측에 약 7V의 전압이 입력되어 리세트 회로부(18)로부터 리세트신호가 인가되기 전까지 비교기의 출력신호는 하이레벨을 유지하게 된다(도 4의 ⑨). 여기서, 상기 제1기준값(A) 및 제2기준값(B)는 집진상황(소재별, Size별)별 집진장치로 흘러가는 전류는 계속적으로 변화되기 때문에 상기 홀 센서에서 검출된 입력전류값을 평균한 값으로 설정된다.

따라서, 릴레이 구동부(20)의 트랜지스터(Q2)는 상기 비교기로부터 베이스 구동신호를 인가받아 구동되어 컬렉터단에 접속된 릴레이(RELAY2)를 여자시키고, 릴레이(RELAY2)가 여자됨에 따라 온된 상태의 릴레이 접점을 오프동작시켜 집진 장치의 입력 전원을 차단시킨다. 이때, 릴레이 구동부(19)(20)의 각 릴레이접점은 각각 집진 장치의 입력 전원에 상호 직렬로 연결되어 어느 하나의 릴레이 접점이 오프되는 경우에는 전원측의 입력을 차단하게 된다(도 4의 ⑩).

본 고안에 따른 전기 집진기의 아크 검출 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 고안의 기술 사상이 허용하는 범위내애서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 전기 집진기의 아크 검출 장치는 전기 집진장치에 인가되는 입력 전류의 변동을 제 1 기준값 및 제 2 기준값과 비교하여 전류의 급격한 증가 및 전류의 급격한 감소를 검출하여 입력전원을 차단함으로써 아크 발생 및 집진 전극판간의 이물질 유입등에 따른 화재 발생등의 위험을 사전에 방지할 수 있도록 한다.

또한, 본 고안에 따른 전기 집진기의 아크 검출 장치에 의하여 입력 전류의 급격한 감소 및 증가를 모두 검출할 수 있어 전극판간의 이물질 유입 및 전극간 거리 부족으로 아크가 발생되는 경우를 포함하여 다른 사고 발생에 따른 기기의 이상 전류 발생도 검출 가능하여 화재 및 설비고장을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있개 된다.

Claims (2)

1. 승압트랜스에 의해 승압된 전압을 배전압 증폭부에 의해 소정 레벨로 배압하여 집진 셀의 하전부 및 집진부의 구동 전원으로 인가하여 집진부의 각 전극판 사이로 유입되는 분진 및 유독유진등을 집진하는 전기 집진기의 아크 검출 장치에 있어서,

   상기 승압트랜스로 입력되는 입력전류의 변동을 검출하는 홀 센서와,

   상기 홀 센서에 의해 검출되는 전류를 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭기와,

   상기 차동 증폭기로부터 증폭된 전류 실효치(RMS)를 직류 전류로 변환하여 출력하는 전류변환기와,

   전류변환된 직류 전류를 입력받아 앞서 입력받은 전류와 현재 입력받는 전류를 대비하여 순간적인 전류의 증감을 검출하는 미분 회로부와,

   상기 홀 센서로부티 검출되는 전류를 샘플링하여 평균한 값으로 기준값을 설정하고, 상기 미분회로부로부터 검출된 전류 변화를 상기 기설정된 기준값과 비교하여 급격한 전류의 증가 또는 감소여부를 각각 검출하여 입력 전원의 차단여부를 판단하는 비교부와,

   상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 승압트랜스의 입력전원측에 접속된 전원 차단 릴레이 접점을 오프시키도록 릴레이를 여자시키는 릴레이 구동부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기집진기의 아크 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비교부는

   상기 미분회로부이 출력신호와 전류의 급격한 감소를 검출하기 위하여 기설정된 기준값(A)을 비교하여 상기 미분 회로부의 검출 신호가 기설정된 기준값(A)보다 큰 경우에는 상기 릴레이 구동부로 하이레벨의 신호를 출력하여 릴레이를 여자시키는 제 1 비교부와,

   상기 미분 회로부의 출력 신호와 전류의 급격한 증가를 검출하기 위하여 기설정된 기준값(B)를 비교하여 상기 미분 회로부의 검출 신호가 기준값(B)보다 큰 경우에는 상기 릴레이 구동부로 하이레벨의 신호를 출력하여 릴레이를 여자시키는 제 2 비교부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 집진기의 아크 검출 장치.