KR20110095983A - 에스피디 단로장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에스피디(SPD) 단로장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기통신설비에 전원을 공급하는 전원계통과 에스피디(SPD) 사이에 설치되는 에스피디 단로장치에 있어서, 상기 에스피디 단로장치는, 상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 과도 교류 이상전압을 상시 감지하는 전압 측정센서; 상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 누설전류 및 임펄스성의 서지 전류를 상시 감지하는 단일의 전류 측정센서 또는 상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 누설전류 및 임펄스성의 서지 전류를 개별적으로 상시 감지하는 이중화된 전류 측정센서; 에스피디 단로장치 내부에 설치되는 것으로 상기 에스피디를 전원계통으로부터 분리하기 위한 단로부; 상기 전압 측정센서 및 전류 측정센서에서 취득한 데이터를 전달받아 연산하고, 이에 따라 상기 단로부를 제어하는 연산제어부; 및 상기 연산제어부에 의하여 상기 에스피디를 전원계통과 다시 접속시키는 복귀동작을 수행하는 복귀장치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에스피디 단로장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 에스피디의 열화가 발생한 경우 이를 차단할 수 있는 소위 2차 백업기능을 가지고 있어 전력계통의 안전성을 확보할 수 있으며, 전력품질이 좋지 않은 지역에서 빈번히 발생하는 계통사고로 인한 과도 교류 이상전압 발생시 에스피디 오동작 및 고장 등을 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Description

에스피디 단로장치{CIRCUIT BREAKER FOR SURGE PROTECTIVE DEVICE}
본 발명은 교류전압 1,000V이하의 저압 전력계통에 설치되는 에스피디(Surge Protective Device, SPD, 이하 ‘에스피디’) 단로장치에 관한 것으로, 에스피디 단로장치 2차측에 설치되는 에스피디의 임펄스 전류 한계 값 이상의 임펄스 전류 내성을 가지며, 에스피디의 열화가 발생한 경우 이를 차단할 수 있는 소위 2차 백업기능을 가지고 있어 교류전압 1,000V이하 저압 전력계통의 안전성을 확보할 수 있고, 전력품질이 좋지 않은 지역에서 빈번히 발생하는 계통사고로 인한 교류 과전압 발생시 에스피디 오동작 및 고장 등을 방지할 수 있는 새로운 에스피디 단로장치에 관한 것이다.
최근 정보통신의 발달 및 대중화로 고밀도 집적회로가 내장된 전기, 전자, 통신기기가 널리 사용되고 있는데, 이러한 고밀도 집적회로가 내장된 전기통신설비들은 임펄스 형태의 서지 전압 또는 서지 전류 등에 의해 일시적 또는 영구적 손상을 받기 쉽다. 따라서, 교류전압 1,000V이하의 저압 전력계통에 해당되는 수배전반(분전함) 내 저압측 주차단기나 분기용 차단기 2차측에 연결된 전기, 전자, 통신기기 부하측으로 유입되는 서지 전압 또는 서지 전류를 차단하는 장치가 필요하다.
이를 해결하기 위해 수배전반(20)의 저압측 주차단기(30) 1차측이나 2차측에 에스피디(60, 60‘, 60“)를 설치하여 서지 전압이나 서지 전류 등으로부터 전기통신설비들(80)을 보호하는 것이 일반적이다(도 1, 종래 수배전반에 있어서 에스피디의 설치상태를 보여주는 구성도 참조).
에스피디(60)가 교류전압 1,000V이하의 저압 전력계통의 주차단기(30)의 1차측에 설치되는 경우, 에스피디(60)의 유지보수를 위해서는 주차단기(30)의 상부차단기를 오프시켜야 하는 불편이 있으며, 또한 상부 변압기에서 주차단기(30)로 직접 입력되는 경우에는 에스피디(60)의 유지보수를 위해 활선상태 작업을 해야 하므로 감전사고나 단선, 화재 등의 위험이 있었다.
한편, 에스피디(60‘, 60“)가 저압 전력계통의 주차단기(30)의 2차측에 설치되는 경우는, 주차단기(30)의 1차측에 설치되는 경우에 비하여 유지보수면에서 유리하지만, 여전히 유지보수시 주차단기(30)를 오프시켜야만 하는 번거로움이 있다.
최근에는 저압 전력계통의 주차단기(30)의 2차측에 에스피디(60“)를 설치하고, 주차단기(30)와 에스피디(60”) 사이에 별도의 분기용 차단기(40)를 설치함으로써 상기와 같은 불편을 해소하고 있는 추세이다.
그러나, 상기와 같은 별도의 분기용 차단기(40)로는 AC 전류 정격 및 전압 용량, 차단용량으로 정의된 일반 부하용 차단기를 사용하고 있는 관계로 유지보수시 작업자에게 혼동을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 일반적으로 임펄스 최대 서지 전류 용량 정격으로 정의된 서지보호장치에 흐를 수 있는 그 이하의 임펄스 전류 유입시에도 분기용 차단기(40)가 고장이 나거나 불필요하게 회로를 차단하게 되는 문제점이 있는 실정이다.
한편, 에스피디(60, 60‘, 60“)의 경우, 열폭주 방지회로가 구비되어 있지 않거나, 열폭주 방지회로가 구비되어 있으나 고장이 난 경우(열폭주 방지 기능이 실패한 경우)에는 2차적인 전기적 사고 또는 화재가 발생할 가능성이 있는데, 에스피디의 열화시 미리 설정된 누설전류를 감지하고 에스피디를 전원계통으로부터 차단가능한, 즉 ‘2차 백업기능’이 있는 에스피디용 차단기의 개발이 요구되고 있다(1차 백업은 에스피디의 내부의 열폭주 방지회로 또는 에스피디 외부의 열폭주 방지 퓨즈에 의해 이루어짐).
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 서지 전류 용량 정격과 누설전류 정격으로 정의된 에스피디 단로장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 열폭주 방지회로가 구비되어 있지 않거나, 열폭주 방지회로가 구비되어 있으나 고장이 발생하여 에스피디의 열화가 발생한 경우 이를 차단할 수 있는 에스피디 단로장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전원계통에 과도 교류 이상전압 유입시에 이를 감지하여 에스피디를 전원계통으로부터 분리하고, 과도 교류 이상전압 소멸 이후 정상적인 전압이 감지되는 경우에는 에스피디를 전원계통과 접속시키는 기능을 가지는 에스피디 단로장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은,
전기통신설비에 전원을 공급하는 전원계통과 에스피디(SPD) 사이에 설치되는 에스피디 단로장치에 있어서, 상기 에스피디 단로장치는, 상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 과도 교류 이상전압을 상시 감지하는 전압 측정센서; 상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 누설전류 및 임펄스성의 서지 전류를 상시 감지하는 단일의 전류 측정센서 또는 상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 누설전류 및 임펄스성의 서지 전류를 개별적으로 상시 감지하는 이중화된 전류 측정센서; 에스피디 단로장치 내부에 설치되는 것으로 상기 에스피디를 전원계통으로부터 분리하기 위한 단로부; 상기 전압 측정센서 및 전류 측정센서에서 취득한 데이터를 전달받아 연산하고, 이에 따라 상기 단로부를 제어하는 연산제어부; 및 상기 연산제어부에 의하여 상기 에스피디를 전원계통과 다시 접속시키는 복귀동작을 수행하는 복귀장치부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 에스피디 단로장치는, 상기 전류 측정센서에서 감지된 전류가 2차측에 설치된 에스피디의 최대 서지 전류 용량 정격 미만인 임펄스성의 서지 전류인 경우에는 상기 단로부가 개로(OFF)되지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 에스피디 단로장치는, 상기 전원계통에 전원계통의 전원 정격 주파수 성분을 가지는 과도 교류 이상전압 유입시에는 이를 감지하여 단로부를 개로(OFF)함으로써 에스피디를 전원계통으로부터 분리하고, 과도 이상전압 소멸 이후 정상적인 전압이 감지되는 경우에는 상기 단로부를 다시 폐로(ON)하여 에스피디를 전원계통과 연결하는 기능을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 에스피디 단로장치는, 상기 에스피디의 열화로 인하여 상기 전류 측정센서에 의해 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 미리 설정된 값 이상의 누설전류가 감지되는 경우, 상기 연산제어부는 상기 단로부를 개로(OFF)하여 상기 에스피디를 전원계통으로부터 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에스피디 단로장치는 에스피디 전용의 단로장치로서, 서지 전류 정격으로 정의되거나 표기되어 있어 유지보수시 작업자가 혼동을 할 염려가 없으며, 열폭주 방지회로가 구비되어 있지 않거나, 열폭주 방지회로가 구비되어 있으나 고장이 발생하여 에스피디의 열화가 발생한 경우 이를 차단할 수 있는 소위 2차 백업기능을 가지고 있어 안전성이 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 에스피디 단로장치는 전원계통에 과도 교류 이상전압 유입시에 이를 감지하여 오프(OFF) 동작으로 에스피디를 전원계통으로부터 분리하고, 과도 이상전압 소멸 이후 정상적인 전압이 감지되는 경우에는 온(ON) 동작으로 에스피디를 전원계통과 다시 연결하는 기능을 가지고 있어, 전력품질이 좋지 않은 지역에서 빈번히 발생하는 계통사고로 인한 과도 교류 이상전압 발생과 이로 수반되는 에스피디의 오동작 및 고장 등을 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래 수배전반에 있어서 에스피디 설치상태를 보여주는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 에스피디 단로장치의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.
도 1은 종래 수배전반에 있어서 에스피디의 설치상태를 보여주는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 에스피디 단로장치의 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에스피디 단로장치(90)는, 전기통신설비(80)에 전원을 공급하는 전원계통(100)과 에스피디(200) 사이에 설치되는 에스피디 단로장치로서, 전원계통(100)의 정격 주파수 성분을 가지는 과도 교류 이상전압을 상시 감지하는 전압 측정센서(91), 상기 전원계통(100)의 정격 주파수 성분을 가지는 누설전류 및 임펄스성의 서지 전류를 상시 감지하는 단일 또는 이중화된 전류 측정센서(93), 에스피디 단로장치(90) 내부에 설치되는 것으로 상기 에스피디(200)를 전원계통(100)으로부터 분리하기 위한 단로부(97), 및 상기 전압 측정센서(91) 및 전류 측정센서(93)에서 취득한 데이터를 전달받아 연산하고, 이에 따라 상기 단로부(97)를 제어하는 연산제어부(95) 및 상기 연산제어부(95)에 의하여 에스피디(200)를 전원계통(100)과 다시 접속(연결)시키는 복귀동작을 수행하는 복귀장치부(92)를 포함하여 구성된다.
상기 전원계통(100)은 주차단기(30)의 1차측 또는 2차측일 수 있으며, 분기용 차단기(40, 40‘, 40“)의 2차측일 수도 있다. 에스피디 단로장치(90)가 상기와 같은 위치에 설치됨으로써 에스피디(200)의 유지보수 작업이 용이해지고 활선작업을 하지 않아도 되므로 감전사고나, 단선, 화재 등의 위험을 감소시킬 수 있게 된다.
한편, 종래에는 정격 AC 전류, 전압 용량 및 차단용량이 표기된 일반 부하용 차단기를 에스피디용 단로장치로 사용하고 있어 에스피디의 유지보수시 작업자에게 혼동을 유발할 우려가 있다. 또한, 일반적으로 임의의 최대 서지 전류 용량 정격으로 정의된 에스피디에 흐를 수 있는 그 미만의 임펄스 전류 유입시에도 이러한 종래의 부하용 차단기(분기용 차단기)는 대부분 고장이 나거나 오동작하는 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 에스피디 단로장치(90)에서는 서지 전류 정격으로 정의되고 이를 표기함으로써 정의된 서지 전류 용량에 대한 내성을 가짐과 동시에 에스피디(200) 유지보수시 작업자의 혼동을 해소할 수 있도록 하였다. 즉, 본 발명에 따른 에스피디 단로장치는 전류 측정센서(93)에서 감지된 전류가 2차측에 설치된 에스피디의 최대 서지 전류 용량 정격 미만인 임펄스성의 서지 전류인 경우에는 단로부(97)가 개로(OFF)되지 않도록 구성된 것으로, 임펄스성 서지 전류에 대해 내성을 갖는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 임의의 최대 서지 전류 정격 및 임의의 AC 누설 감지전류로 정의되고 표기된 본 발명에 따른 에스피디 단로장치(90)의 경우, 전류 측정센서(93)에서 감지된 전류가 최대 서지 전류 정격 미만의 임펄스성 전류, 즉 전력계통의 교류 전원 정격 주파수보다 아주 빠른 서지 전류인 경우에는 상기 단로부(97)가 개로(OFF)되지 않도록 구성된다. 이에 따라 정의된 최대 서지 전류 용량 미만의 임펄스성 서지가 유입되는 경우에 에스피디 단로장치(90)는 개로(OFF) 되지 않고 에스피디(200)에 의해 흡수, 접지를 통해 바이패스 됨으로써 전기통신설비(80)에는 서지 전류에 의한 피해가 발생하지 않게 되는 것이다.
상기 전류 측정센서(93)는 상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 누설전류 및/또는 임펄스성의 서지전류를 상시 감지하며, 설정된 값 이상의 누설 전류 등이 감지되는 경우 연산제어부(95)에 감지신호를 전달하는 역할을 한다. 전류 측정센서(93)는 단일의 전류 측정센서 또는 각각의 이종 전류를 개별로 감지하는 별도로 이중화된 CT(Current Transformer) 형태의 전류 측정센서일 수 있다.
에스피디(200)의 열화로 인하여 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지면서 미리 설정된 값 이상의 누설 전류가 감지되는 경우, 상기 전류 측정센서(93)는 상기 연산제어부(95)에 감지신호를 전달하고 연산제어부(95)는 상기 단로부(97)가 동작되어질 수 있도록 한다. 즉, 트립 코일을 동작(여자)시켜 상기 단로부(97)를 개로(OFF)함으로써 에스피디(200)를 전원계통(100)으로부터 분리(차단)하게 된다.
한편, 일반적으로 에스피디(200)의 동작 전압(클램핑 전압)보다 높은 과도 교류 이상전압(Transient Over Voltage, TOV)이 빈번히 발생하는 지역에서는 임펄스성 서지 전압이 아닌 교류 전압에 의해 불필요하게 에스피디가 동작하게 되고, 이에 따라 에스피디(200)가 열화되거나 열폭주를 일으키는 원인이 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 에스피디(200) 자체 내에 열폭주 방지장치 등을 설계하거나 에스피디 동작 전압(클램핑 전압)을 상승시키게 되는데 이는 보호대상설비의 보호효과를 저감시키게 되어 전기통신설비의 고장의 원인이 될 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 상기 전원계통(100)에 과도 교류 이상전압(TOV)이 유입되는 경우, 상기 전압 측정센서(91)는 이를 감지하여 연산제어부(95)에 데이터를 전달하고, 연산제어부(95)는 이에 따라 트립 코일을 동작(여자)시켜 상기 단로부(97)를 개로(OFF)함으로써 과도 이상전압으로부터 에스피디(200)가 불필요하게 동작하지 않도록 하여 에스피디의 열화 또는 열폭주를 미연에 방지하는 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 에스피디 단로장치(90)는 전원계통(100)에 과도 이상전압(TOV)이 유입되는 경우, 이를 감지하여 즉시 단로부(97)를 개로(OFF)함으로써 에스피디(200)를 전원계통(100)으로부터 분리시키고, 과도 교류 이상전압이 소멸한 후, 즉 정상적인 전원 계통 전압이 감지되는 경우에는 연산제어부(95)의 제어신호에 따라 복귀장치부(92)가 에스피디(200)를 전원계통(100)과 다시 접속(연결)시키는 복귀동작을 수행(단로부를 폐로)하도록 하는 기능을 가지고 있어, 전력품질이 좋지 않은 환경에서 빈번히 발생하는 계통사고로 인한 에스피디 불요동작 및 고장 등을 효과적으로 방지할 수 있게 되는 것이다.
에스피디(200)가 열폭주의 전단계, 즉 열화로 인하여 상기 전류 측정센서(93)에 의해 전원 계통의 정격 주파수 성분을 가지는 누설전류가 감지되는 경우, 전류 측정센서(93)으로부터 데이터를 전달받은 연산제어부(95)는 단로부(97)를 개로(OFF)하여 에스피디(200)를 전원계통(100)으로부터 차단하게 된다.
에스피디(200) 내에 열폭주 방지회로가 구비되어 있지 않거나, 열폭주 방지회로가 구비되어 있으나 고장이 발생하여 에스피디(200)의 열화가 급속히 진전되는 경우에는 2차적인 전기사고 또는 화재 등이 발생할 위험이 있는데, 본 발명에 따른 에스피디 단로장치(90)는 상기와 같은 구성에 의해 이를 효과적으로 차단할 수 있는 소위 ‘2차 백업기능’을 가지게 되는 것이다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
10: 전력선 20: 수배전반
30: 주차단기 40, 40‘: 분기용 차단기
50: 분기회로 60, 60‘, 60“: 에스피디(SPD)
70: 접지부스 80: 전기통신설비
90: 에스피디 단로장치 91: 전압 측정센서
92: 복귀장치부 93: 전류 측정센서
95: 연산제어부 97: 단로부
100: 전력계통 200: 에스피디

Claims (4)

  1. 전기통신설비에 전원을 공급하는 전원계통과 에스피디(SPD) 사이에 설치되는 에스피디 단로장치에 있어서,
    상기 에스피디 단로장치는,
    상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 과도 교류 이상전압을 상시 감지하는 전압 측정센서;
    상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 누설전류 및 임펄스성의 서지 전류를 상시 감지하는 단일의 전류 측정센서 또는 상기 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 누설전류 및 임펄스성의 서지 전류를 개별적으로 상시 감지하는 이중화된 전류 측정센서;
    에스피디 단로장치 내부에 설치되는 것으로 상기 에스피디를 전원계통으로부터 분리하기 위한 단로부;
    상기 전압 측정센서 및 전류 측정센서에서 취득한 데이터를 전달받아 연산하고, 이에 따라 상기 단로부를 제어하는 연산제어부; 및
    상기 연산제어부에 의하여 상기 에스피디를 전원계통과 다시 접속시키는 복귀동작을 수행하는 복귀장치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에스피디 단로장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 측정센서에서 감지된 전류가 2차측에 설치된 에스피디의 최대 서지 전류 용량 정격 미만인 임펄스성의 서지 전류인 경우에는 상기 단로부가 개로(OFF)되지 않는 것을 특징으로 하는 에스피디 단로장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원계통에 전원계통의 전원 정격 주파수 성분을 가지는 과도 교류 이상전압 유입시에는 이를 감지하여 단로부를 개로(OFF)함으로써 에스피디를 전원계통으로부터 분리하고, 과도 이상전압 소멸 이후 정상적인 전압이 감지되는 경우에는 상기 단로부를 다시 폐로(ON)하여 에스피디를 전원계통과 연결하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 에스피디 단로장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 에스피디의 열화로 인하여 상기 전류 측정센서에 의해 전원계통의 정격 주파수 성분을 가지는 미리 설정된 값 이상의 누설전류가 감지되는 경우, 상기 연산제어부는 상기 단로부를 개로(OFF)하여 상기 에스피디를 전원계통으로부터 분리하는 것을 특징으로 에스피디 단로장치.
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