KR20070013675A - 디지털 분전반 - Google Patents

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    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing

Abstract

본 발명의 목적은 분전반을 통하여 공급되는 각 분기회로별 누전상태 및 과전류 상태를 감시하고 또한 각 분기회로에 공급되는 공급전력의 품질분석과 전력사고시의 사고분석을 위한 데이터를 보유하게 되는 디지털 분전반을 제공하는데 있다.
본 발명의 디지털 분전반은 배전반으로부터 전력이 입력되는 선로 상에 설치되어 각상 전류를 검출하는 CT(23), 선로의 개폐장치(21) 및 트립장치(22)를 포함하는 주 배선용차단기(20)와, 상기 주 배선용차단기의 출력전력단에 접속되어 각각의 분기회로에 부하전력을 공급하는 다수의 배선용차단기(20-1~20-n)와, 주 배선용차단기(20)와 각 배선용차단기(20-1~20-n)의 상전류 및 선간전압을 고속 샘플링 연산처리하여 전력 품질관련 파형의 생성과 함께 상전압, 선간전압, 전류, 유효전력, 무효전력, 피상전력, 역률, 주파수, 피크전력, 차수별 전압고조파 및 전류고조파, 고조파 전압 및 전류의 실효치, 고조파전압 및 전류의 풀 스케일 백분률 등의 데이터를 생성하는 DSP를 포함하는 파형캡처기(40)와, 상기 파형캡처기에 의해 생성된 파형 및 데이터를 저장하고 분석하여 전력사고 상황정보를 생성하는 전력블랙박스모듈(50)과, 상기 전력블랙박스모듈에 접속되는 통신모듈(60)과, 상기 주 배선용차단기(20)의 각상전류 및 선간전압과 각 배선용차단기(20-1~20-n)의 각상전류, 선간전압 및 누전검출신호를 입력하여 각 분기회로 및 분전반의 소비전력량, 누설전류상태, 과전류상태 정보를 감시하여 설정값을 초과하면 알람발생, 트립신호발생 및 디스플레이부를 통한 이상정보를 표시하고 또한 상기 파형캡처기(40)와 전력블랙박스모듈(50)에서 각각 연산처리되어 생성된 전력파형정보와 전력분석정보를 상기 디스플레이부(13)를 통하여 표시제어하는 마이컴(11)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
디지털 분전반, 배선용차단기, 파형캡처기, 전력블랙박스모듈, 디스플레이

Description

디지털 분전반{Digital cabinet panel}
도 1은 본 발명 디지털 분전반의 시스템 블록구성도이다.
도 2는 본 발명 디지털 분전반의 제어흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11 : 마이컴 13 : 디스플레이부
14 : LED부입 15 : 알람 및 음성경고부
17 : 상온센서검출부 18 : USP
20 : 주 배선용차단기 20-1~20-n : 배선용차단기
21 : 개폐장치 22 : 트립장치
23 : CT 31 : 온도센서
40 : 파형캡처기 50 : 전력블랙박스모듈
60 : 통신모듈
본 발명은 분전반을 통하여 공급되는 각 분기회로별 누전상태 및 과전류 상태를 감시하고 또한 각 분기회로에 공급되는 공급전력의 품질분석과 전력사고시의 사고분석을 위한 데이터 보존 및 데이터 통신기능을 보유하는 디지털 분전반에 관한 것이다.
잘 알려져 있는 바와 같이 분전반은 배전선로로부터 인입되는 전력을 개별 배선용차단기(MCCB)를 통해 다수의 부하측에 공급하는 스위치보드이다.
이러한 분전반은 전력을 소비하는 부하측에 MCCB를 통해 단순히 입력전력을 분기하면서 어느 한 분기선로측 또는 2 이상의 분기선로측에서 누설전류가 발생되거나 과전류가 발생되면 이러한 상황은 해당 선로의 전단에 설치된 MCCB내의 ZCT 또는 CT에 의해 검출되어 그 값으로 해당 배선용차단기(MCCB)가 트립 작동하여 선로를 차단시키도록 함으로써 어느 한 지점의 분기 선로측 고장이 다른 선로측으로 전파되는 것을 방지시키고 있다.
그런데, 분전반에 설치된 다수의 MCCB중에서 어느한 MCCB가 트립된 경우 그 원인과 사고 이력을 추적할 수 없을 뿐만 아니라 적산전력량 정보, 부스바 온도 등에 대한 당시의 전력정보를 알 수 없어 사후 조치를 하더라도 동일한 전력사고가 반복적으로 일어날 가능성이 매우 높은 실정이다.
특히, 전력사고가 발생되면 그에 따른 경제적 손실에 대하여 공급자와 수급자간 이견이 있을 수 있는데, 이 경우 전력사고에 대한 당시의 원인과 그 사고발생 과정을 규명하기 위한 데이터의 확보가 불가능하여 당사간의 분쟁이 장기화되기 쉽다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 분전반에서의 문제점들을 해결하기 위한 것으 로, 본 발명의 목적은 분전반을 통하여 공급되는 각 분기회로별 누전상태 및 과전류 상태를 감시하고 또한 각 분기회로에 공급되는 공급전력의 품질분석과 전력사고시의 사고분석을 위한 데이터를 보유하게 되는 디지털 분전반을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 분전반을 통해 각 분기회로별로 공급되는 전력정보와 전력품질 분석을 위한 전력파형 및 그 분석정보를 디스플레이를 통하여 표시함으로써 분전반의 전력공급 상태를 비전문가도 쉽게 확인하여 점검하고 조치할 수 있도록 한 디지털 분전반을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 분전반은 배전반으로부터 전력이 입력되는 선로 상에 설치되어 각상 전류를 검출하는 CT, 선로의 개폐장치및 트립장치를 포함하는 주 배선용차단기와, 상기 주 배선용차단기의 출력전력단에 접속되어 각각의 분기회로에 부하전력을 공급하는 다수의 배선용차단기와, 주 배선용차단기와 각 배선용차단기의 상전류 및 선간전압을 고속 샘플링 연산처리하여 전력 품질관련 파형의 생성과 함께 상전압, 선간전압, 전류, 유효전력, 무효전력, 피상전력, 역률, 주파수, 피크전력, 차수별 전압고조파 및 전류고조파, 고조파 전압 및 전류의 실효치, 고조파전압 및 전류의 풀 스케일 백분률 등의 데이터를 생성하는 DSP를 포함하는 파형캡처기와, 상기 파형캡처기에 의해 생성된 파형 및 데이터를 저장하고 분석하여 전력사고 상황정보를 생성하는 전력블랙박스모듈과, 상기 전력블랙박스모듈에 접속되는 통신모듈과, 상기 주 배선용차단기의 각상전류 및 선간전압과 각 배선용차단기의 각상전류, 선간전압 및 누전검출신호를 입력하여 각 분기 회로 및 분전반의 소비전력량, 누설전류상태, 과전류상태 정보를 감시하여 설정값을 초과하면 알람발생, 트립신호발생 및 디스플레이부를 통한 이상정보를 표시하고 또한 상기 파형캡처기와 전력블랙박스모듈에서 각각 연산처리되어 생성된 전력파형정보와 전력분석정보를 상기 디스플레이부를 통하여 표시제어하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 디지털 분전반의 시스템 블록구성도이다.
여기에서 참고되는 바와 같이, 배전반으로부터 전력이 입력되는 RSTN 선로에는 주 배선용차단기(20)의 전류입력단을 연결한다.
이 주 배선용차단기(20)는 각상 전류를 검출하는 CT(23)와 선로의 개폐장치(21)와 트립장치(22)를 포함하며 과전류나 부하쇼트시 트립장치(22)의 작동으로 개폐장치(21)가 작동하여 배전반으로부터 인입되는 분전반 입력전류가 차단되게 설치한다.
상기 주 배선용차단기(20)의 RSTN 출력단는 부스바(30)를 통하여 각 분기회로에 부하전력을 공급하는 다수의 배선용차단기(20-1~20-n)를 접속한다. 이 배선용차단기(20-1~20-n)은 내부에 영상전류를 검출하기 위한 ZCT를 내장하고 있다.
이 부스바(30)상에는 부스바 온도변화를 검출하기 위한 온도센서(31)가 장착될 수 있으며, 여기서 검출된 온도 값은 분전반 제어용 마이컴(11)에 인가되게 연결한다.
상기 주 배선용차단기(20)에서 픽업한 CT(23)로부터의 상전류와 선간전압은 파형캡처기(40)와 분전반 제어를 위한 마이컴(11)에 입력되게 연결한다.
또한 각 분기회로별 배선용차단기(20-1~20-n)마다 각각 내장된 ZCT와 CT로부터 개별적으로 검출된 영상전류 값과 회로전류 값, 그리고 내부전압 검출 값도 상기 파형캡처기(40)와 분전반 제어를 위한 마이컴(11)에 입력되게 연결한다.
상기 파형캡처기(40)에서 생성되어 출력되는 전력파형 및 그 데이터는 전력블랙박스모듈(50)에 입력되게 연결하고, 상기 전력블랙박스모듈에서 처리되어 분석된 전력품질 및 전력상황 등의 정보는 통신모듈(60)을 통하여 외부의 단말기와 데이터통신이 가능하도록 구성한다. 여기서 통신모뎀(60)은 원격지에서 PC를 이용한 웹 접속과 전력블랙박스모듈(50)의 엑세스를 허용하기 위한 이더넷 접속모뎀을 사용할 수 있다.
상기 마이컴(11)은 분전반내 분기회로별 과전류상태 및 누전상태 여부를 체크하여 기준 설정값 초과시 해당 배선용차단기를 트립시키기 위한 트립제어신호를 트립신호발생부(19)에 출력하고, 알람 및 음성경고부(15)에 알람작동 및 음성멘트데이터를 출력하고, 디스플레이부(13)와 LED부(14)에는 사고유형 정보와 해당 배선용차단기를 지시하는 표시신호를 출력하게 연결한다. 상기 트립신호발생부(19)에는 분전반의 안정된회로동작을 위해 UPS(18)를 통해서 각 배선용차단기의 트립장치 구동을 위한 12V 또는 24V의 DC전압이 안정적으로 공급되게 구성할 수 있다.
특히 상기 마이컴(11)은 부스바의 온도를 검출하는 온도센서(31)외에 분전반 주위의 온도를 검출하기 위한 상온검출센서(17)를 추가로 접속시켜 온도변화에 따른 분전반의 이상과열시 이 온도조건에 의해서도 배선용차단기를 트립시키기 위한 제어신호가 생성되도록 구성한다.
또한 상기 파형캡처기(40) 및 전력블랙박스모듈(50)에서 각각 생성된 전력파형 및 그 관련 데이터와 공급전력품질 분석데이터 등은 마이컴(11)의 제어에 따라 디스플레이부(13)를 통하여 그래프 형식으로 전력상태정보를 표시하게 구성한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 주 배선용차단기(20) 내부와 배선용차단기(20-1~20-n) 내부의 각 상전류 검출용 CT(23)에서 검출된 신호들과 ZCT내장 배선용차단기(20-1~20-n)의 영상전류 신호들과 각 분기회로의 배선용차단기내 선간전압은 마이컴(11)에 입력되어 연산 처리된다. 이때 각 상 부스바의 온도를 검출하는 온도센서(31)와 상온검출센서(17)의 온도검출신호도 상기 마이컴(11)에 같이 입력되어 처리될 수 있다.
마이컴(11)에서의 연산처리는 분전반의 소비전력량과 부스바 온도와 누설전류량이 산출되며 여기서 얻어진 분전반 전력관리 정보는 모두 디스플레이부(13)상에 표시된다. 여기서 각 부스바의 온도와 각 배선용차단기의 누설전류가 설정치를 초과하면 마이컴(11)은 알람 및 음성경고부(15)와 LED부(14)에 작동 제어신호를 출력하여 이상발생 배선용차단기의 표시와 함께 음성을 이용한 경고멘트가 출력되게 한다.
여기서 부스바의 온도검출신호에 의한 배선용차단기의 트립여부는 상온검출센서부(17)에 의한 분전반 주위온도 값에 상대적으로 비교되어 그 차이값 정도에 따라 트립신호가 발생되게 할 수 있다.
동시에 마이컴(11)은 트립신호발생부(19)에 트립전압의 생성을 위한 트립제 어신호를 출력하여 UPS(18)에 의한 일정하고 안정된 직류전압(12V 또는 24V)이 해당 배선용차단기 내의 트립코일에 가해지도록 함으로써 그 배선용차단기를 트립시킨다.
통상, 누전사고는 대지의 정전용량에 기인하는 용량성분의 전류가 대부분을 차지하고 있어, 사고에 직결되는 대지절연저항에 의한 저항 성분의 전류(Igr)만을 활선 상태에서 측정하는 방법은 불가능하다. 게다가 전기누전경보기(ELD)에서는 대지간 정전용량 및 부하의 돌입전류에 의한 오동작 등으로 인하여 화재에 직접적인 영향을 미치는 저항성분의 전류계측에는 그 정밀도가 상당히 떨어진다.
그러나 여기서는 전기화재 및 재해에 직접적인 영향을 주는 순수 대지절연저항 성분을 부하 분기회로별로 측정하고 선로별 환경에 따른 임피던스와 정전용량에 따른 선로 정수 보정을 통하여 정밀하게 계측하고 경보 및 제어할 수 있는 저비용의 유용한 분전반 활선 누설전류를 제어하게 한다.
특히 본 발명은 활선상태에서 선로의 부하 및 배선특성에 다른 분포 정전용량을 선로 정수 보정을 통하여 원격으로 실시간의 저항성 누설저항(Igr)전류상태를 감시할 수 있다.
마이컴(11)에 입력된 선간 전압 및 전류 값, 부스바 온도 검출값, 누설전류(Igr)값은 적산전력량의 산출, 누설전류의 설정치 초과 여부, 부스바의 설정온도값 도달여부 등의 판단의 기초가 된다. 여기서 상기 누설전류(Igr)는 분기회로별 분포 정전용량 선로정수 보정을 통하여 산출할 수 있다.
특히, 각 분기회로별 배선용차단기 내의 ZCT로부터 검출되는 영상전류로부터 누설전류량을 산출하고 그 누설전류치가 설정치를 초과하면 콘트롤러(10)는 해당 배선용차단기에 트립신호를 내보내 해당 피더측으로의 전력공급이 차단되게 한다.
도 2는 본 발명의 제어과정을 설명하는 흐름도로서, 여기서 도 2상 최 왼쪽부분을 보면, 분전반의 부스바에서 전류 및 전압을 검출하여 분전반에서 소비되는 적산전력량을 산출하고 이를 표시하는 일련의 적산전력량 산출과정을 보이고 있다.
또, 도 2상 최 오른쪽부분을 보면, 각 분기회로용 배선용차단기 내의 ZCT로부터 얻어지는 누설전류 값을 이용하여 누설전류량이 설정치를 초과하면 해당 부하측의 배선용차단기를 트립시키는 과정을 보이고 있다.
한편, 분전반 선로의 선간전압과 상전류는 각각 파형캡처기(40)의 전압입력단과 전류입력단을 통하여 내부의 DSP에 입력된다.
파형캡처기(40)의 DSP에 전류와 전압이 입력되면 DSP는 이를 고속 샘플링 연산처리하여 전력 품질에 관련한 파형 및 데이터로서 상전압, 선간전압, 전류, 유효전력, 무효전력, 피상전력, 역률, 주파수, 피크전력, 차수별 전압고조파 및 전류고조파, 고조파 전압 및 전류의 실효치, 고조파전압 및 전류의 풀 스케일 백분률 등을 생성한다.
이렇게 파형캡처기(40)내의 DSP에서 생성된 각종 데이터와 파형정보는 전력블랙박스모듈(50)의 제어에 따라 상호간의 송수신모듈(도시생략)을 통하여 전력블랙박스모듈(50)로 전송된다. 또한 전력블랙박스와의 데이터 및 파형정보, 그리고 각종 제어신호 송수신에 관련된 동작상태는 각각의 상태표시용 LED부(14)를 통하여 표시되게 할 수 있다.
파형캡처기에 의해 생성된 3상라인의 파형캡처정보와 각종 수집된 데이터 들은 전력블랙박스모듈(50)를 통하여 인접PC에 RS-232C 등의 통신모듈을 통하여 접속되거나 또는 원격지의 PC에 전송하는 것이 가능하다. 이를 위해 통신모듈(60)으로서 이더넷 기반 통신모뎀을 이용할 수 있다.
즉, 상기 전력블랙박스모듈(50)에 지능형 디지털 전력계측제어기,누전경보기(ELD)를 연결하여 각 측정장치의 값을 실시간으로 PC및 웹상에 전송하고 이벤트 발생시 당시의 전력 이벤트 파형을 캡처하여 상황을 분석할 수 있는 기능을 이용하면 충분히 실현될 수 있다.
도 2의 중앙부분의 흐름도는 분전반에 파형캡처기를 적용시켜 이것으로부터 전력파형 정보를 취득하는 흐름을 보이고 있다.
여기서 참고되는 바와 같이, 먼저 파형캡처기(40)에서는 분기회로별로 전류 및 전압을 읽어들여 파형캡처기내의 DSP에서 고속 샘플링 연산처리한다. 이러한 과정에 의해 분전반 내에 존재하는 상전압, 선간전압, 전류, 유효전력, 무효전력, 피상전력, 역률, 주파수, 피크전력, 차수별 전압고조파 및 전류고조파, 고조파 전압 및 전류의 실효치, 고조파전압 및 전류의 풀 스케일 백분률 등의 데이터와 파형을 생성한다.
다음, 전력블랙박스모듈(50)로 생성된 파형정보와 데이터를 전송하고, 이것에 기초하여 전력블랙박스모듈에서는 전력파형분석 및 사고데이터를 수집한다.
이렇게 수집된 전력파형분석 값과 사고데이터는 마이컴의 제어에 따라 디스플레이부를 통하여 그 파형과 데이터가 출력 표시된다. 또한 해당 분전반의 전력파 형분석 데이터는 통신모뎀을 통해 원격지의 PC나 웹을 통해서도 취득할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 분전반을 통하여 공급되는 각 분기회로별 누전상태 및 과전류 상태를 감시하고 또한 각 분기회로에 공급되는 공급전력의 품질분석과 전력사고시의 사고분석을 위한 데이터를 보유하게 됨에 따라 전력사고 분쟁 발생시 명확한 해결의 단서를 제공하게 되는 특유의 효과를 가져온다.
또한 본 발명은 분전반을 통해 각 분기회로별로 공급되는 전력정보와 전력품질 분석을 위한 전력파형 및 그 분석정보를 디스플레이를 통하여 표시함으로써 분전반의 전력공급 상태를 비전문가도 쉽게 확인하여 점검하고 조치할 수 있는 효과를 가져온다.

Claims (2)

  1. 배전반으로부터 전력이 입력되는 선로 상에 설치되어 각상 전류를 검출하는 CT(23), 선로의 개폐장치(21) 및 트립장치(22)를 포함하는 주 배선용차단기(20)와, 상기 주 배선용차단기의 출력전력단에 접속되어 각각의 분기회로에 부하전력을 공급하는 다수의 배선용차단기(20-1~20-n)와, 주 배선용차단기(20)와 각 배선용차단기(20-1~20-n)의 상전류 및 선간전압을 고속 샘플링 연산처리하여 전력 품질관련 파형의 생성과 함께 상전압, 선간전압, 전류, 유효전력, 무효전력, 피상전력, 역률, 주파수, 피크전력, 차수별 전압고조파 및 전류고조파, 고조파 전압 및 전류의 실효치, 고조파전압 및 전류의 풀 스케일 백분률 등의 데이터를 생성하는 DSP를 포함하는 파형캡처기(40)와, 상기 파형캡처기에 의해 생성된 파형 및 데이터를 저장하고 분석하여 전력사고 상황정보를 생성하는 전력블랙박스모듈(50)과, 상기 전력블랙박스모듈에 접속되는 통신모듈(60)과, 상기 주 배선용차단기(20)의 각상전류 및 선간전압과 각 배선용차단기(20-1~20-n)의 각상전류, 선간전압 및 누전검출신호를 입력하여 각 분기회로 및 분전반의 소비전력량, 누설전류상태, 과전류상태 정보를 감시하여 설정값을 초과하면 알람발생, 트립신호발생 및 디스플레이부를 통한 이상정보를 표시하고 또한 상기 파형캡처기(40)와 전력블랙박스모듈(50)에서 각각 연산처리되어 생성된 전력파형정보와 전력분석정보를 상기 디스플레이부(13)를 통하여 표시제어하는 마이컴(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 분전반.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이컴(11)은 분전반의 이상 과열에 따른 배선용차단기의 트립을 위해 온도센서(31)에 의한 부스바(30)의 온도검출신호와 상온검출센서부(17)에 의한 온도검출신호를 연산처리하여 기준 설정값 초과시 트립제어신호가 출력되게 구성하는 것을 특징으로 하는 디지털 분전반.
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