KR20040027164A - 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비접지 계통에 적용되는 3상 차단기에 있어 별도의 외부 변류기(Current Transformer) 없이 지락 사고에 대해 동작할 수 있도록 하기 위한 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 3상 차단기를 적용한 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 제어방법에 있어서, 전원선의 R, S, T상에 흐르는 전류를 각각 검출하는 단계; 상기 검출된 R, S, T상의 전류로부터 N상 전류를 산출하는 단계; 그리고, 상기 산출된 N상 전류가 지락 동작 전류 설정치를 경과하여 지락 동작 시간 설정치 이상동안 지속적으로 유지되면 상기 3상 차단기를 오프시키는 단계를 포함하여 이루어지므로 3상 차단기를 이용한 기중 차단기에서 별도의 외부 변류기(CT)를 구비하지 않고도 지락 동작을 효과적으로 수행할 수 있도록 한 과전류 보호 계전기(OCR)를 제공함으로서 시스템의 제조 단가를 절감하는 효과가 있다.

Description

기중 차단기의 과전류 보호 계전기 및 그 제어방법{Over Current Relay of The Air Circuit Breaker and Method for Controlling of The Same}

본 발명은 기중 차단기(ACB; Air Circuit Breaker)의 과전류 보호 계전기(OCR; Over Current Relay)에 관한 것으로, 비접지 계통에 적용되는 3상 차단기에 있어 별도의 외부 변류기(Current Transformer) 없이 지락 사고에 대해 동작할 수 있도록 하기 위한 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기중 차단기는 빌딩, 공장, 선박 등에 사용되는 발전기의 보호를 위한 배선설비의 하나로서, 정상부하시의 개폐 및 사고전류 차단시에 발생되는 아크를 소호시켜 신속하게 회로를 분리시키는 유용한 기기이다.

이때, 기중 차단기의 내부에는 과전류가 흘렀을 때 회로를 보호하는 OCR이 입력되는 전원라인에 각각 설치된다.

즉, OCR은 기중 차단기에 적용되는 계전기로서 과전류 및 지락 사고로부터 차단기 및 부하 설비를 보호하는 기기이다.

첨부된 도면을 참조하여, 종래 기술에 따른 기중 차단기의 OCR 및 그 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 4상 차단기를 적용한 기중 차단기의 구성을 나타낸도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 3상 차단기를 적용한 기중 차단기의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 종래 기술에 따른 기중 차단기에 적용되는 OCR의 제어방법을 나타낸 플로우 차트이다.

먼저, 4상 차단기를 적용한 기중 차단기는 도시한 바와 같이, 4상의 4개 전원선(R, S, T, N)이 입력되어 차단기(2)를 매개로 부하(1)와 연결되도록 구성되며, 4개의 전원선에 각각 변류기(이하, CT라 약칭함)(3)가 설치되어 OCR(4)로 입력된다.

상기와 같이 구성된 4상 차단기를 적용한 기중 차단기에 있어 지락사고에 의한 동작을 살펴보면, 상기 전원선으로부터 지락 전류가 4상 차단기의 N상 단자로 입력되고 N상에 있는 CT(3)로부터 신호를 OCR(4)의 N상 단자로 입력받는다.

이때, 상기 OCR(4)은 입력된 지락 전류와 내부의 기 설정된 지락 동작 전류 설정치 및 지락 동작 시간 설정치를 비교하여 설정치 이상의 지락 전류 값이 설정 지락 동작 시간 설정치를 경과하도록 유지되면 상기 차단기(2)를 오프시킨다.

한편, 3상 차단기를 적용한 기중 차단기는 도시한 바와 같이, 3상의 3개 전원선(R, S, T)이 입력되어 차단기(2)를 매개로 부하(1)와 연결되도록 구성되며, 3개의 전원선에 각각 변류기(이하, CT라 약칭함)(3a)가 설치되어 OCR(4)로 입력된다. 또한, 별도의 외부 CT(3b)를 구비하여 외부 CT(3b)를 통해 접지로 소거되는 전류를 감지하여 상기 OCR(4)의 N상 단자에 입력되도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 3상 차단기를 적용한 기중 차단기에 있어 지락사고에 의한 동작을 살펴보면, 외부 CT(3b)를 별도로 구비하여 상기 외부 CT(3b)를 통해 접지로 흐르는 지락 전류를 감지하여 OCR(4)로 입력하고, 상기 OCR(4)는 입력된 지락 전류와 내부의 기 설정된 지락 동작 전류 설정치 및 지락 동작 시간 설정치를 비교하여 설정치 이상의 지락 전류 값이 설정 지락 동작 시간 설정치를 경과하도록 유지되면 차단기(2)를 오프시킨다.

즉, 상기 OCR(4)에는 전원선에 과전류가 흐를 경우 CT(3)를 통해 이를 입력받아 차단기(2)를 작동시킨다.

상기와 같이 동작하는 3상 및 4상 차단기를 적용한 기중 차단기에서 OCR의 지락 기능 제어방법을 살펴보면, 도 3에 도시한 바와 같이, N상 CT(3, 3a) 또는 별도의 외부 CT(3b)를 통해 입력되는 지락전류를 검출한다(S0).

그리고, 상기 검출된 지락전류가 기 설정된 지락 동작 전류 설정치를 경과하면 타임 딜레이(Time Delay) 누적하고 타임 딜레이가 기 설정된 지락 동작 시간 설정치로 완료되면 차단기(2)를 오프시킨다(S1~S4).

한편, 상기 타임 딜레이가 기 설정된 지락 동작 시간 설정치로 완료되지 않으면 현재 검출된 지락 전류가 상기 지락 동작 전류 설정치를 경과하는지 여부를 판단한다(S5).

상기 판단결과(S5), 현재 검출된 지락 전류가 상기 지락 동작 전류 설정치를 경과하지 않으면 타임 딜레이를 초기화한다(S6).

한편, 상기 판단결과(S5) 상기 지락 전류가 상기 지락 동작 전류 설정치를 경과하면 타임 딜레이를 다시 누적하고 누적된 타임 딜레이가 상기 지락 동작 시간 설정치로 완료되면 차단기(2)를 오프시킨다(S7~S9).

따라서, 4상 차단기를 적용한 기중 차단기인 경우 OCR의 N상 단자에 입력되는 지락 전류를 검출하고, 3상 차단기를 적용한 기중 차단기인 경우 별도의 외부 CT(3b)를 통해 지락 전류를 검출하여 검출된 지락 전류가 설정치를 경과하고 지락 전류가 설정치를 경과한 상태가 설정 시간을 경과하면 OCR를 통해 차단기를 오프시킬 수 있도록 한다.

그러나, 상술한 종래 기술에 따른 기중 차단기의 OCR 및 그 제어방법은 지락 기능을 수행하기 위해서는 기중 차단기가 4상 차단기를 이용해야 하며, 3상 차단기를 이용하고자 할 경우에는 반드시 별도의 외부 CT를 구비해야 하므로 그로 인한 회로구성의 복잡성 및 제조 단가 상승의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 3상 차단기를 이용한 기중 차단기에서 별도의 외부 CT없이 구성되어 OCR의 지락 기능을 수행할 수 있도록 한 기중 차단기의 과전류 보호 계전기(OCR) 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 4상 차단기를 적용한 기중 차단기의 구성을 나타낸 블록도

도 2는 종래 기술에 따른 3상 차단기를 적용한 기중 차단기의 구성을 나타낸 블록도

도 3은 종래 기술에 따른 기중 차단기에 적용되는 OCR의 제어방법을 나타낸 플로우 차트

도 4는 본 발명에 따른 3상 차단기를 적용한 기중 차단기의 구성을 나타낸 블록도

도 5는 본 발명에 따른 기중 차단기에 적용되는 OCR의 구성을 나타낸 블록도

도 6은 본 발명에 따른 기중 차단기에 적용되는 OCR의 제어방법을 나타낸 플로우 차트

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 부하20: 3상 차단기

30: 변류기(CT)40: OCR

41: 신호 입력부42: 적분기

43: 증폭부44: 제어부

45: 신호 출력부46: 구동부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기중 차단기의 과전류 보호 계전기는 3개의 전원선(R, S, T)이 입력되어 3상 차단기를 매개로 부하와 연결되도록 구성되고, R, S, T상 전원선에 각각 변류기가 설치되어 각 전원선에 흐르는 전류를 출력하도록 구성된 기중 차단기에 적용되는 과전류 보호 계전기에 있어서, 상기 변류기에서 출력되는 R, S, T상 전원선에 흐르는 전류를 입력받는 신호 입력부;상기 신호 입력부를 통해 입력된 R, S, T상에 흐르는 전류 값을 연산하여 N상 전류를 산출하고 상기 산출된 N상 전류 값이 지락 동작 전류 설정치를 경과하여 지락 동작 시간 설정치동안 유지되면 지락 동작 제어신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부의 지락 동작 제어신호에 따라 트립 신호(Trip Signal)를 출력하는 신호 출력부; 그리고, 상기 신호 출력부에서 출력된 트립 신호에 따라 상기 3상 차단기를 오프시키도록 상기 3상 차단기를 구동하는 구동부를 포함하여 구성되는데 그 특징이 있다.

그리고, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 제어방법은 3상 차단기를 적용한 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 제어방법에 있어서, 전원선의 R, S, T상에 흐르는 전류를 각각 검출하는 단계; 상기 검출된 R, S, T상의 전류로부터 N상 전류를 산출하는 단계; 그리고, 상기 산출된 N상 전류가 지락 동작 전류 설정치를 경과하여 지락 동작 시간 설정치 이상동안 지속적으로 유지되면 상기 3상 차단기를 오프시키는 단계를 포함하여 이루어지는데 그 특징이 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 및 그 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 3상 차단기를 적용한 기중 차단기의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명에 따른 기중 차단기에 적용되는 OCR의 구성을 나타낸블록도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 구성 및 동작을 먼저 설명한다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 기중 차단기의 과전류 보호 계전기는 3개의 전원선(R, S, T)이 입력되어 3상 차단기(20)를 매개로 부하(10)와 연결되도록 구성되고, R, S, T상 전원선에 각각 변류기(30)가 설치되어 각 전원선에 흐르는 전류를 출력하도록 구성된 기중 차단기에 적용되는 과전류 보호 계전기(40)에 있어서, 상기 변류기(이하, CT라 약칭함)(30)에서 출력되는 R, S, T상 전원선에 흐르는 전류를 입력받는 신호 입력부(41); 상기 신호 입력부(41)를 통해 입력된 R, S, T상에 흐르는 전류 값을 연산하여 N상 전류를 산출하고 상기 산출된 N상 전류 값이 지락 동작 전류 설정치를 경과하여 지락 동작 시간 설정치동안 유지되면 지락 동작 제어신호를 출력하는 제어부(44); 상기 제어부(44)의 지락 동작 제어신호에 따라 트립 신호(Trip Signal)를 출력하는 신호 출력부(45); 그리고, 상기 신호 출력부(45)에서 출력된 트립 신호에 따라 상기 3상 차단기(20)를 오프시키도록 상기 3상 차단기(20)를 구동하는 구동부(46)를 포함하여 구성된다.

이때, OP-AMP 소자, 저항과 캐패시터로 구성되어 상기 신호 입력부(41)를 통해 입력된 R, S, T상에 흐르는 전류 값을 주파수에 관계없이 일정한 신호로 출력하는 적분기(42)와, OP-AMP와 저항으로 구성되어 상기 적분기(42)의 출력을 증폭하는 증폭부(43)를 더 포함하여 구성된다.

여기서, 4상 차단기를 이용한 기중 차단기의 경우 지락 기능을 수행하기 위한 OCR의 구성 및 동작은 상술한 종래의 4상 차단기를 이용한 기중 차단기의 OCR과동일하나, 본 발명은, 3상 차단기를 이용한 기중 차단기에서 별도의 외부 CT를 설치하지 않고 OCR의 지락 기능을 수행할 수 있도록 하는데 그 특징을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 기중 차단기의 과전류 보호 계전기(OCR)(40) 동작을 살펴보면, 상기 CT(30)에서 출력된 R, S, T상의 전류 신호는 상기 OCR(40) 내부의 신호 입력부(41)로 입력되어 적분기(42) 및 증폭부(43)를 순차적으로 거쳐 제어부(44)로 출력된다.

상기 제어부(44)는 입력된 R, S, T상의 전류신호를 디지털 값으로 변환하고, R, S, T 각 상 전류신호의 크기 및 위상을 비교 연산하여 N상에 해당하는 전류 크기 즉, 지락 전류의 크기를 산출하게 된다.

그리고, 상기 제어부(44)는 상기 산출된 지락 전류(N상의 전류)의 크기를 기 설정된 지락 동작 전류 설정치 및 지락 동작 시간 설정치와 비교하여 그에 따라 지락 동작을 제어한다.

다시 말해, 상기 N상 전류크기가 상기 지락 동작 전류 설정치를 경과하여 그 상태가 상기 지락 동작 시간 설정치동안 유지되면 신호 출력부(45)에서 트립 신호를 출력하여 구동부(46)를 통해 3상 차단기(20)를 오프시킨다.

상기와 같이 동작하는 본 발명에 따른 기중 차단기에 적용되는 과전류 보호 계전기의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

도 6에 도시한 바와 같이, 먼저 CT(30)를 통해 입력되는 전원선 R, T, S상의 전류를 입력받아 하기 수학식 1과 같이 각 전류의 크기 및 위상을 연산하여 R, T, S 상 전류의 벡터 값을 산출한다(S10).

1) I(R상의 전류 벡터 값) = Ir∠θr

2) I(S상의 전류 벡터 값) = Is∠θs

3) I(T상의 전류 벡터 값) = It∠θt

그리고, 상기 산출한 R, T, S 상 전류의 벡터 값을 하기 수학식 2와 같이 연산하여 N상에 해당하는 전류의 크기를 산출한다(S11).

I = I + I + I

예를 들어, R상의 전류 크기가 100A, 위상은 0°이고, S상의 전류 크기가 200A, 위상은 120°이며, T상의 전류 크기가 100A, 위상은 240°일 때 상기 수학식 1 및 2에 따라 N상의 전류 크기는 100A가 된다.

이어서, 상기 산출된 N상의 전류 크기가 기 설정된 지락 동작 전류 설정치를 경과하는 여부를 판단하여(S12), 상기 판단결과(S12) 상기 N상 전류 크기가 상기 전류 설정치를 경과하면 타임 딜레이(Time Delay)를 누적하고(S13) 현재 타임 딜레이가 상기 시간 설정치만큼 완료되었는지 여부를 판단한다(S14).

상기 판단결과(S14) 상기 타임 딜레이가 상기 시간 설정치만큼 완료되면 3상 차단기(20)를 오프시킨다(S15).

한편, 상기 판단결과(S14) 상기 타임 딜레이가 상기 시간 설정치만큼 완료되지 않으면 상기 R, S, T상의 전류 값을 다시 검출하여 R, S, T 상의 전류 크기 및 위상에 따라 N상 전류 크기를 재검출하여 현재 N상 전류 크기가 상기 전류 설정치를 경과하는지 여부를 판단한다(S16).

상기 판단결과(S16), 즉, 타임 딜레이가 완료되지 않은 상태에서 상기 N상 전류 크기가 하강하여 상기 전류 설정치를 경과하지 않으면 상기 누적된 타임 딜레이를 초기화시킨다(S17).

한편, N상 전류의 크기가 전류 설정치를 경과한 상태가 계속 유지되면 타임 딜레이를 지속적으로 누적하고 타임 딜레이가 완료되면 차단기를 오프시킨다(S18~S20).

따라서, 본 발명은 4상 차단기를 이용하는 기중 차단기와 마찬가지로 별도의 외부 CT 없이 3상 차단기를 이용하여 기중 차단기를 구성할 수 있도록 하기 위해 OCR에 입력되는 전원선 R, S, T 상의 전류 크기 및 위상에 따라 N상 전류 크기 즉, 지락전류를 검출하여 검출된 지락 전류의 크기에 따라 지락 기능을 수행할 수 있도록 제어한다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 및 그 제어방법은 3상 차단기를 이용한 기중 차단기에서 별도의 외부 변류기(CT)를 구비하지 않고도 지락 동작을 효과적으로 수행할 수 있도록 한 과전류 보호 계전기를 제공함으로서 시스템의 제조 단가를 절감하는 효과가 있다.

이상에서 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 3개의 전원선(R, S, T)이 입력되어 3상 차단기를 매개로 부하와 연결되도록 구성되고, R, S, T상 전원선에 각각 변류기가 설치되어 각 전원선에 흐르는 전류를 출력하도록 구성된 기중 차단기에 적용되는 과전류 보호 계전기에 있어서,

   상기 변류기에서 출력되는 R, S, T상 전원선에 흐르는 전류를 입력받는 신호 입력부;

   상기 신호 입력부를 통해 입력된 R, S, T상에 흐르는 전류 값을 연산하여 N상 전류를 산출하고 상기 산출된 N상 전류 값이 지락 동작 전류 설정치를 경과하여 지락 동작 시간 설정치동안 유지되면 지락 동작 제어신호를 출력하는 제어부;

   상기 제어부의 지락 동작 제어신호에 따라 트립 신호(Trip Signal)를 출력하는 신호 출력부; 그리고,

   상기 신호 출력부에서 출력된 트립 신호에 따라 상기 3상 차단기를 오프시키도록 상기 3상 차단기를 구동하는 구동부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 기중 차단기의 과전류 보호 계전기.
2. 3상 차단기를 적용한 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 제어방법에 있어서,

   전원선의 R, S, T상에 흐르는 전류를 각각 검출하는 단계;

   상기 검출된 R, S, T상의 전류로부터 N상 전류를 산출하는 단계; 그리고,

   상기 산출된 N상 전류가 지락 동작 전류 설정치를 경과하여 지락 동작 시간설정치 이상동안 지속적으로 유지되면 상기 3상 차단기를 오프시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 R, S, T상에 흐르는 전류를 각각 검출하는 단계는

   I = Ir∠θr

   I = Is∠θs

   I = It∠θt의 각 수식에 따라 각 상에 해당하는 전류의 벡터값을 산출하는 단계임을 특징으로 하는 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 제어방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 N상 전류를 산출하는 단계는

   I = I + I + I 의 수식에 따라 N상 전류값을 산출하는 단계임을 특징으로 하는 기중 차단기의 과전류 보호 계전기 제어방법.