KR20120000053U - 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치 - Google Patents

간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은, 3상 중에서 1상에 대한 전압, 전류 및 역률을 검출하여 삼상기기에게 공급되는 3상전력을 추정하고 추정한 3상전력에 따라 계전동작을 수행하는 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치에 관한 것으로서, 위상 변화를 반영한 공급전력을 감시하여 3상기기를 더욱 안전하게 보호하고, 전류검출부 및 위상검출부의 개수도 줄여 간소하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 마이크로콘트롤러의 계전동작 속도도 높일 수 있어 사고발생시 전원공급을 신속하게 차단하여 우수한 보호성능 발휘하며, 그럼에도 삼상기기의 설치상태 및 동작특성을 고려하여 구성된 것이므로 종래 보호계전장치와 동등한 보호능력을 갖춘다.

Description

간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치{SIMPLIFIED PROTECTION RELAY APPARATUS FOR THREE PHASE EQUIPMENT WITH MONITORING ELECTRIC POWER}
본 고안은, 계기용변류기를 하나만 사용하여 검출한 3상전력에 따라 삼상기기를 보호하는 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 1상에 대한 전압, 전류 및 역률을 검출하여 삼상기기에게 공급되는 3상전력을 추정하고 추정한 3상전력에 따라 계전동작을 수행하는 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치에 관한 것이다.
일반적으로 삼상모터와 같은 삼상기기에 장착되는 보호계전장치는, 삼상기기에 공급되는 삼상(R상, S상, T상) 전압신호, 전류신호 및 영상전류신호를 검출하여 과전압/부족전압, 과전류/부족전류, 구속전류, 전압 및 전류에 대한 결상/역상, 전압 및 전류 불평형, 지락, 단락 등의 이상 상태를 감지하며, 이러한 이상 상태를 감지하게 되면 전원공급을 차단하여 삼상기기를 보호한다.
도 1은 종래 삼상기기 보호계전장치의 설치 상태를 보여주는 블록구성도이다.
상기 도 1을 참조하면, 종래 삼상기기 보호계전장치는 3상(R상, S상, T상) 전원을 연결된 차단기(1)의 2차측 전원선을 삼상기기(2)에 연결할 때에 차단기(1)와 삼상기기(2)의 사이를 전기적으로 연결하는 3상 전원선에 설치되며, 각 상의 전압값을 검출하는 전압신호검출부(30)와; 각 상의 선전류를 검출하는 전류신호검출부(40)와; 3상 전원선들을 영상변류기(40)에게 관통시켜 영상전류검출부(51)로 영상전류를 검출하는 영상전류신호검출부(50)와; 트립부(21)의 동작에 따라 삼상 전원을 단속하는 개폐기(20)와; 전압신호검출부(30), 전류신호검출부(40) 및 영상전류신호검출부(50)의 검출값에 따라 상기 개폐기(20)의 트립부(21)를 동작시켜 전원을 단속하는 마이크로콘트롤러(10'); 를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 전압신호검출부(30)는, 전원선의 중도에 각각 하나씩 전기적으로 연결되어(32a, 32b, 32c) 각 상(R상, S상, T상)의 전압을 개별 검출하는 3개의 전압검출부(31a, 31b, 31c)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 전류신호검출부(40)는, 각 상(R상, S상, T상)의 전선마다 하나씩 마련되어 전선을 관통시킨 3개의 계기용변류기(42a, 42b, 42c)와; 상기 계기용변류기(42a, 42b, 42c)에 일대일로 연결되어 전류를 검출하는 3개의 전류검출부(41a, 41b, 41c);를 포함하여 구성된다.
또한, 전압, 전류 및 영상전류의 값을 전송하거나, 개폐기(20)의 트립(trip) 여부에 따라 경고를 발령하거나, 아니면 경고상황을 외부에 알리기 위한 알람부(60)를 추가 장착하기도 한다. 또한, 상기 전압신호검출부(30)는 3상(R상, S상, T상) 전압이 고전압일 경우에 각각의 상(R상, S상, T상) 전선에 계기용변압기(미도시)를 장착하여서 변압한 후에 전압을 검출하기도 한다.
상기 도 1과 같이 구성된 종래 삼상기기 보호계전장치에서 마이크로콘트롤러(10')는, 3개의 전압검출부로 각각의 상전압을 감지하여 과전압, 부족전압, 전압 결상, 전압 불평형 등의 여부를 판단하고, 3개의 전류검출부로 각각의 선전류를 감지하여 과전류, 부족전류, 단락전류, 전류 결상, 전류 불평형 등의 여부를 판단하고, 영상전류검출부(51)로 영상전류를 감지하여 지락사고의 여부를 판단하여서, 판단결과에 따라 개폐기(20)를 온(ON) 상태로 유지하거나 아니면 트립시키며, 개폐기(20)를 트립시킬 때에 또는 트립 조건에 도달하기 전에 알람부(60)를 통해 경고한다. 또한, 상기 전압신호검출부(30)에 전압신호의 위상을 검출하는 위상검출부를 추가하여 3상 전압의 역상 여부를 감시하기도 하고, 상기 전류신호검출부(40)에 전류신호의 위상을 검출하는 위상검출부를 추가하여 전류의 역상 여부를 감시하기도 한다.
하지만, 종래 삼상기기 보호계전장치는 각 상별로 전압검출부 및 전류검출부를 장착하여 각 상에 대해 이상 여부를 감지하여 보호계전동작을 수행할 수는 있으나, 각 상별로 장착되는 전압검출부 및 전류검출부에 의해 제작비용이 증가하고 부피도 커지는 어려움을 갖게 되었다.
또한, 전류검출부(41a, 41b, 41c)는 계기용변류기(42a, 42b, 42c)와 상(R상, S상, T상)별로 쌍을 이루어야 하므로 제작 비용이 더욱 증가하고, 계기용변류기(42a, 42b, 42c)는 전선을 감는 형태, 즉 전선을 관통시키는 형태를 갖추어야 하므로, 장착 공간도 많이 차지하는 어려움을 갖게 되었다.
한편, 본 출원인은 모터에 공급되는 전력을 감시하여 보호계전하는 전력감시형 모터보호계전기에 대하여 등록특허 제10-0810651호로 특허받았으며, 특허받은 기술에 의하면 전압, 전류 및 위상을 검출하여 전력을 산출하고 산출한 전력에 따라 보호계전하여 모터를 보다 안전하게 보호할 수 있었다.
하지만, 본 출원인은 전력감시형 모터보호계전기를 보급하기 위해, 전압 및 전류의 위상을 검출하는 추가 구성을 각 상별로 장착해야 했고, 상별로 전력을 산출하고 평균하는 신호처리 과정에서 고속처리 능력을 갖춘 마이크로컨트롤러를 구비해야하는 가중된 제작비용을 감수해야만 하였으며, 이에 따라, 저가형으로 제품화하여 범용적으로 사용할 수 있게 하지 못하고, 주요 설비에 시설되는 모터에만 보급하게 되었다.
결국, 전력감시형 및 저가형으로 제작할 수 있는 삼상기기 보호계전장치를 필요로 하였으며, 이를 위해서는, 전류검출부 및 위상검출수단의 개수를 줄이더라도 삼상기기에 대한 보호 능력을 갖추도록 삼상기기의 설치 상태 및 동작 특성을 충분히 고려해야만 함을 한다.
KR, 10-0810651, B1, 2008.03.06.
따라서, 본 고안의 목적은, 전력감시형으로 구성되며, 아울러, 삼상 모터의 설치 상태 및 동작 특성에 근거하여 전류검출부 및 전류 위상검출수단의 개수를 줄여 구성하더라도 종래 삼상기기 보호계전장치와 동등한 보호능력을 갖출 수 있는 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 삼상기기(2)에 연결된 3상(R상, S상, T상) 전원선에 장착되는 삼상기기 보호계전장치에 있어서, 삼상기기(2)에 공급되는 3상(R상, S상, T상) 전원을 단속하는 개폐기(20); 3상(R상, S상, T상) 중에 어느 한상에 계기용변류기(42a, 42a')를 장착하여 상기 어느 한상의 전류 및 전류위상을 검출하는 전류신호검출부(40, 40'); 3상(R상, S상, T상) 중에 적어도 상기 어느 한상을 포함한 상의 전압 및 전압위상을 검출하는 전압신호검출부(30); 상기 어느 한상의 전압위상과 전류위상의 차이에 의한 역률을 산출하고, 상기 어느 한상에 대한 전압, 전류 및 역률로부터 산출되는 전력에 기초하여 상기 개폐기(20)를 동작시키는 보호계전동작을 하게 한 마이크로콘트롤러(10);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 고안의 실시예에 따르면, 상기 전압신호검출부(30)는 상기 어느 한상을 제외한 나머지 두개의 상에 대한 전압도 검출하고, 상기 마이크로콘트롤러(10)는 전력 산출에 사용되는 전압을 상기 전압신호검출부(30)에서 검출되는 3상(R상, S상, T상) 전압의 평균값으로 하는 것임을 특징으로 한다.
또한, 본 고안의 실시예에 따르면, 상기 마이크로콘트롤러(10)는, 산출한 역률이 삼상기기(2)의 정격운전 조건에서 미리 설정한 역률 범위를 벗어나면 상시 개폐기(20)를 차단동작시킴을 특징으로 한다.
또한, 본 고안의 실시예에 따르면, 상기 전류신호검출부(40')는, 상기 계기용변류기(42a')를 상기 어느 한상을 제외한 나머지 두개의 상 전선에 관통되게 하여, 상기 나머지 두개의 상 전류의 벡터합(vector sum)에 대한 전류 및 전류위상을 검출하고, 검출한 전류를 상기 어느 한상의 전류로 하고, 검출한 전류위상을 180°변환하여 상기 어느 한상의 전류위상으로 함을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 고안은, 위상 변화도 반영된 공급전력을 감시하여 3상기기를 더욱 안전하게 보호하고, 아울러, 하나의 계기용변류기(42a), 하나의 전류검출부(41a) 및 하나의 전류 위상검출부(43a)로 전류신호에 대한 정보를 검출하도록 구성되므로, 보다 간소하게 제작 가능하며, 간소화된 구성을 갖더라도 설치 상태 및 동작 특성을 고려하여 종래 보호계전장치와 동등한 보호능력을 갖추는 장점을 갖는다.
또한, 본 고안은 전류의 위상 변화에 따라 삼상기기의 내부 결상도 감지할 수 있으므로, 전류 결상보호를 필요로 하는 삼상기기에 저렴한 제품으로 활용될 수 있는 이점을 갖는다.
도 1은, 종래 삼상기기 보호계전장치의 블록구성 및 설치 상태를 보여주는 도면.
도 2는, 본 고안의 제1 실시예에 따른 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치의 블록구성 및 설치 상태를 보여주는 도면.
도 3은, 본 고안의 제1 실시예를 'Y'결선으로 구성된 삼상기기(2)에 연결한 간략 회로도.
도 4는, 본 고안의 제2 실시예에 따른 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치의 블록구성 및 설치 상태를 보여주는 도면.
이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
도 2는, 본 고안의 제1 실시예에 따른 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치의 블록구성 및 설치 상태를 보여주는 도면이다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치는, 배전반에 설치된 3상 차단기(1)의 2차측과 삼상기기(2)의 전원입력단을 연결하는 3상(R상, S상, T상) 전원선에 장착되며, 개폐기(20), 전압신호검출부(30), 전류신호검출부(40), 영상전류신호검출부(50), 알람부(60) 및 마이크로콘트롤러(10)를 포함하여 구성된다.
상기 개폐기(20)는, 차단기(1)에 연결된 1차측과 삼상기기(2)에 연결된 2차측을 통전시키거나 아니면 차단시키는 동작을 수행하여 차단기(1)를 통해 삼상기기(2)에 공급되는 전력을 단속할 수 있게 구성되며, 마이크로콘트롤러(10)에 연결되는 트립부(21)를 구비하여 트립부(21)에 인가되는 제어신호에 따라 공급 전력을 단속한다.
상기 전압신호검출부(30)는, 상기 개폐기(20)의 2차측 3상 전선에 하나씩 연결되어 각각의 상전압을 검출하는 3개의 전압검출부(31a, 31b ,31c)와; 3상(R상, S상, T상) 중에 어느 한상(R상)에 연결되어 전압위상을 검출하는 하나의 위상검출부(33a);를 포함하여 구성된다. 여기서, 본 고안을 전압 역상 또는 전압 결상까지도 보호할 수 있게 구성하려면 나머지 두개의 상(S상, T상)에도 각각 위상검출부를 설치해야 한다. 다만, 본 고안의 실시예를 설명함에 있어서, 본 고안의 중요 특징만을 설명하기 위해 상기 어느 한상(R상)에만 위상검출부(33a)를 장착하는 것으로 도시하였다.
즉, 본 고안의 제1 실시예에서 전압신호검출부(30)는, 각각의 상전압을 검출하고 검출한 상전압값을 마이크로콘트롤러(10)에게 전송하며, 아울러, 어느 하나의 상(R상)에 대한 전압위상을 검출하고 검출한 전압위상값을 마이크로콘트롤러(10)에게 전송한다. 그리고, 정현파형의 교류 전기에 대한 전력(power)을 산출하기 위해서 전압신호의 실효치(rms, root-mean-square)가 필요하므로, 상기 전압검출부(31a, 31b, 31c)는 교류 전압의 실효치(rms)를 검출하여 마이크로콘트롤러(10)에게 전송하도록 구성된다.
상기 도 2에 도시된 실시예에서는 상기 위상검출부(33a)를 R상에 연결하였지만, 상기 위상검출부(33a)를 R상에 연결하지 아니하고 S상이나 아니면 T상에 설치할 수 있으며, 이럴 경우에 후술하는 전류신호검출부(40)의 계기용변류기(42a)를 상기 위상검출부(33a)가 연결된 전선에 연결한다.
또한, 상기 전압검출부들(31a, 31b, 31c) 및 위상검출부(33a)는 3상(R상, S상, T상) 전압이 클 경우에, 3상 전선과의 전기적 접속점에 계기용변압기(미도시)를 장착하여, 변압되어 얻는 낮은 3상 전압신호에 대해 전압값 및 전압위상값을 검출한다. 그리고, 마이크로콘트롤러(10)는 전압검출부(31a, 31b, 31c)로부터 전송받는 전압값에 계기용변압기(미도시)의 변압비를 곱하여 실제 사용할 전압값으로 사용한다.
상기 전류신호검출부(40)는, 3상(R상, S상, T상) 중에 상기 전압신호검출부(30)의 위상검출부(33a)를 연결한 상기 어느 한상(R상)의 전선에 관통되게 장착되는 계기용변류기(42a)와, 상기 계기용변류기(42a)에 연결되어 전류값을 검출하는 전류검출부(41a)와, 상기 계기용변류기(42a)에 연결되어 전류위상값을 검출하는 위상검출부(43a)를 포함하여 구성되며, 상기 전류검출부(41a) 및 위상검출부(43a)에서 검출된 전류값 및 전류위상값을 마이크로콘트롤러(10)에 전송한다. 이때 검출되는 전류값은 실효치로 이루어진다.
여기서, 상기 계기용변류기(42a)는, 내부 중공을 갖도록 권선한 형태로 되어 전선을 관통시키도록 장착되며, 관통시킨 전선을 1차측으로 하고 권선을 2차측으로 하여 대전류를 소전류로 변성한다. 이에 따라 마이크로콘트롤러(10)는, 상기 전류검출부(41a)로부터 전송받는 전류값에 상기 계기용변류기(42a)의 권선비(CT비)를 곱셈하여 실제 사용할 전류값으로 한다.
또한, 상기 전류신호검출부(40)의 위상검출부(43a)는, 상기 전압신호검출부(30)의 위상검출부(33a)와 동기화되어 위상을 검출하도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 두개의 위상검출부들(33a, 43a)에서 위상값이 서로 시간적으로 동기화된 조건에서 검출하여야만, 마이크로콘트롤러(10)에서 전압 및 전류의 위상차를 정확하게 산출할 수 있기 때문이다.
상기 영상전류신호검출부(50)는, 3상(R상, S상, T상) 전선을 모두 관통시키게 장착되는 영상변류기(52, ZCT : Zero Current Transformer)와, 상기 영상변류기(52)에 전기적으로 연결되어 3상(R상, S상, T상) 전류의 벡터합(vector sum)인 영상전류를 검출하는 영상전류검출부(51)로 구성된다. 상기 영상전류신호검출부(50)는 지락사고시 발생되는 지락전류를 검출하는 구성으로서, 일반적으로 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.
상기 알람부(60)는, 시각적으로 표출하는 램프, 청각적으로 표출하는 부저, 및 외부기기에 연결되어 본 보호계전장치의 상태정보를 전송하는 인터페이스 중에 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 마이크로콘트롤러(10)는, 3상의 각 상전압값과 3상 중에서 상기 어느 한상(R상)의 전압위상값을 상기 전압신호검출부(30)로부터 전송받고, 상기 어느 한상(R상)의 전류값 및 전류위상값을 상기 전류신호검출부(40)로부터 전송받고, 3상의 영상전류값를 상기 영상전류신호검출부(50)로부터 전송받아서, 전압, 전류, 위상 및 영상전류의 상태에 따라 상기 개폐기(20)를 동작시키는 보호계전동작을 한다.
구체적으로, 상기 마이크로콘트롤러(10)는, 상기 어느 한상(R상)의 전압위상과 전류위상의 차이에 의한 역률을 산출하고, 상기 어느 한상(R상)의 전압, 전류 및 역률에 근거하여 전력을 산출하며, 산출한 전력에 기초하여 상기 개폐기(20)를 동작시킨다. 즉, 상기 마이크로콘트롤러(10)는, 산출한 전력이 미리 설정된 전력 범위에서 벗어나서 미리 설정된 전력 범위보다 커지거나 아니면 미리 설정된 전력 범위보다 작아지면 상기 개폐기(20)를 차단동작시킨다.
여기서, 전력은 3*(상전압)*(선전류)*(역률)로 이루어지는 산출식으로 계산될 수 있다. 또한, 상전압은 (선간전압)/
Figure utm00001
으로 이루어지므로
Figure utm00002
*(선간전압)*(선전류)*(역률)의 산출식으로도 전력을 산출할 수 있다.
한편, 실제로 차단기(1)를 통해 공급되는 3상 전력의 3상 전압은 상별로 오차가 발생하여 서로 다른 값을 갖게 된다. 따라서, 전력 산출에 사용되는 상전압 또는 선간전압은, 상기 전압신호검출부(30)에서 검출되는 3상(R상, S상, T상) 전압값의 평균값을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이크로콘트롤러(10)는 영상전류값의 크기에 따라 지락사고의 여부를 판단하여 상기 개폐기(20)를 단속하고, 상기 전압신호검출부(50)를 통해 전송받는 각각의 상전압값의 크기에 따라 과전압, 부족전압, 또는 전압 결상에 대한 보호계전동작을 수행하여 상기 개폐기(20)를 단속하도록 구성될 수도 있다. 또한, 본 고안은 상기 어느 한상(R상)외에도 나머지 두개의 상(S상, T상)에 연결되는 위상검출부(미도시)를 상기 전압신호검출부(30)에 장착하여 전압 역상 또는 전압 불평형을 검출하게 구성될 수도 있다. 여기서, 영상전류 및 상전압에 따른 보호계전동작은 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.
상술한 바와 같이 본 고안의 제1 실시예에 따른 삼상기기 보호계전장치는, R상에 대한 전압, 전압위상, 전류 및 전류위상을 검출하며, 나머시 S상 및 T상에 대해서는 전압만 검출한다. 그리고, R상에 대해 검출한 전압, 전압위상, 전류 및 전류위상에 근거하여 전력을 산출하고, 산출한 전력에 따라 모터의 과부하 및 부족부하를 감지할 수 있고, 아울러, 단락전류에 의한 단락부하에 대해서도 감지할 수 있으며, 과부하, 부족부하, 단락부하를 감지하면 개폐기(20)를 차단동작시켜 전기 공급을 끊는다.
이와 같이, 본 고안은 전력을 산출하여 과부하, 부족부하 및 단락부하를 감지하므로 더욱 정확한 보호계전동작을 수행할 수 있다. 다시 말해서, 전류만으로 과부하, 부족부하 및 단락부하를 판단하게 되면 전압 변동 및 역률 변동에 의해서 부하의 실질적 변화를 정확하게 감지할 수 없기 때문이다. 한편, 부족부하에 대한 보호계전동작은 삼상기기(2)의 동작 조건에 따라 채용하지 않을 수도 있으며, 이는 용도에 따라 어떤 종류의 삼상기기(2)는 미약한 경부하 조건 하에서도 운행하기 때문이다.
아울러, 본 고안은 3상전력을 산출하기 위해서 검출해야 할 전압, 전류 및 역률을 3상에 대해 각각 검출하는 것이 아니라 어느 한 상에 대해서만 검출하고, 삼상기기(2)가 불평형 전류 없이 평형 상태임을 가정하여 3상 전력을 산출한다.
따라서, 본 고안은 종래 각 상별로 전력을 산출하고 합산하는 종래 방식에 비해 전압, 전류 및 위상 검출부의 개수를 줄여 간소하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 산출과정에서 소요되는 지연시간을 줄여 신속한 보호계전동작을 수행할 수 있다.
한편, 본 고안은, R상의 전류만 검출하므로 삼상기기(2)의 내부에서 발생되는 전류 결상, 전류 불평형 및 전류 역상에 대해서는 보호하지 못한다.
하지만, 삼상기기(2) 내부의 결상 현상은 일어날 확률이 매우 적어서, 내부 결상에 대한 보호의 필요성이 낮다. 즉, 내부 결상은 과전류나 단락전류 등이 흘러 내부 코일의 열화에 의해 단선되는 경우인데, 본 고안에 의해 전력감지형으로 보호하게 되면 이러한 결상 현상의 발생할 확률을 매우 낮출 수 있기 때문이다. 또한, 실제 삼상기기(2)를 동작시킴에 있어서 결상 사고는, 차단기(1)의 1차측 인입선로의 전압 결상에 의해 발생하는 것이므로 삼상기기(2)의 내부 결상에 의한 사고에 대해서는 불필요하게 보호수단을 강구할 필요가 없다.
아울러, 전류 불평형도 삼상기기(2)의 내부 결선에서 이상이 발생할 때에 일어나는 현상인데, 한번 결선된 이후에 본 고안에 따라 전력감지형으로 보호하게 되면 내부 결선에 이상이 발생할 확률도 매우 낮으므로, 전류 불평형에 대한 보호계전동작을 하지 아니하여도 무방하다.
또한, 전류 역상은, 삼상기기(2)를 3상 전원선에 연결하여 가동하는 중에는 발생하지 아니하고, 인입측의 전압 역상에 의해서만 발생하므로, 상기 전압신호검출부(30)를 각 상의 전압 위상을 검출하도록 구성하고 마이크로콘트롤러(10)에서 3상 전압 위상의 회전방향을 감지하여 보호하면 된다.
한편, 본 고안은, 제한적으로 3상 3선식 'Y'결선 방식의 삼상기기(2)에서 발생되는 전류 결상을 보호할 수 있도록 구성될 수도 있다.
이를 위해 본 고안의 실시예에서 마이크로콘트롤러(10)는, R상의 전압 위상 및 전류 위상으로부터 획득한 역률이 삼상모터(2)의 정격운전 조건에서 미리 설정한 역률 범위를 벗어나면 상기 개폐기(20)를 차단동작시키도록 구성된다.
이에 대해 하기의 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은, 본 고안의 제1 실시예를 'Y'결선으로 구성된 삼상기기(2)에 연결한 간략 회로도이다.
'Y'결선으로 구성된 삼상기기(2)는 상전류(IR, IS, IT)와 선전류가 동일하므로, 계기용변류기(42a)에 의해서 R상 전류를 변류하여 얻는 변류전류(i)도 R상 전류와 동상을 갖게 되고, 다만, 계기용변류기(42a)의 변류비(CT비)에 의해 그 크기가 작게 된다. 따라서, 삼상기기(2)의 내부에서 단선되지 아니하면 도 3의 (b)와 같이 상전류(IR, IS, IT)에 대한 벡터도로 도시할 수 있다. 상기 도 3의 (b)에서 'Vr, Vs, Vt'는 각각 'R상, S상, T상'의 상전압이고, 상전류(IR, IS, IT)와는 역률에 의해 위상차를 갖도록 도시된다.
다음으로, 삼상기기(2)의 내부에서 어느 한상이 단선되는 경우를 살펴보면 다음과 같다.
만약, 삼상기기(2)의 R상이 단선되면 R상 전원선에 전류가 흐르지 아니하여 계기용변류기(42a)의 변류전류(i)도 흐르지 아니하므로, R상의 단선에 의한 결상은 본 고안에 의해서 감지할 수 있다. 동일하게, T상 및 S상이 모두 단선되면 R상에도 전류가 흐르지 아니하므로 이 경우에도 본 고안에 의해서 감지할 수 있다.
반면에, 삼상기기(2)의 T상 및 S상 중에 어느 한상이 단선되더라도, R상 전원선에 전류가 흐르므로 계기용변류기(42a)의 변류전류(i')만으론 결상 여부를 감지하지 못한다. 예를 들면, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 삼상기기(2)의 T상에서 단선되면, 삼상기기(2)의 R상과 S상이 직렬로 R상 전원선과 S상 전원선에 연결되므로 계기용변류기(42a)의 변류전류(i')는 정상상태의 R상 변류전류(i)보다는 크기가 작아지지만 변류전류(i')의 크기만으로 결상을 감지하기가 어렵다.
하지만, 삼상기기(2)의 T상 및 S상 중에 어느 한상이 단선되면, 변류전류(i')의 위상이 정상상태의 변류전류(i) 위상에서 크게 변경되므로, 위상 변화의 크기를 정확하게 감지하고 정상상태의 위상범위를 정확하게 설정한다면 T상 및 S상 중에 어느 한상의 단선에 대해서도 감지할 수 있다. 이러한 위상 변화는 삼상기기(2)의 T상 및 S상이 직렬로 하여 R상 및 S상의 선간전압(Vrs)을 인가받기 때문에 발생한다.
따라서, 본 고안에서는, 삼상기기(2)를 정상상태에서 정격운전시키는 조건 하에서 역률 범위를 미리 선정하여 선정한 역률 범위의 데이터를 마이크로콘트롤러(10)에 저장시키고, 마이크로콘트롤러(10)가 R상의 역률을 미리 설정한 역률 범위와 비교하여 역률 범위를 벗어나면 개폐기(20)를 차단동작시키도록 구성한다.
한편, 삼상기기들 중에서 중성선을 인출하여 N상 전원선에 연결한 3상 4선 식 'Y'결선 방식으로 구성된 삼상기기와, '△'결선 방식으로 구성된 삼상기기는, 어느 한상의 전류 위상만으로 모든 상의 결상을 검출할 수 없다.
하지만, 본 고안은 위상의 변화를 감지하여 결상을 보호하도록 구성한다면, N상을 연결하지 아니한 'Y'결선 방식의 다양한 삼상기기에 유용하게 적용될 수 있다. 특히, 모터와 같은 회전기기에 속하는 삼상기기는 N상 연결이 없는 'Y'결선을 많이 사용하므로 상술한 실시예와 같이 구성되는 본 고안의 적용범위는 광범위하다.
도 4는, 본 고안의 제2 실시예에 따른 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치의 블록구성 및 설치 상태를 보여주는 도면이다.
상기 도 4에 도시된 본 고안의 제2 실시예는, 3상(R상, S상, T상) 중에 어느 한상(R상)의 전류 및 전류위상을 나머지 두상(S상, T상)으로부터 검출할 수 있음을 보여준다.
삼상기기(2)에 공급되는 전류의 관계식은, R상 전류(IR), S상 전류(IS) 및 T상 전류(IT)의 벡터합(vector sum)이 '0'인 관계식으로 된다. 따라서, 어느 한상(R상)의 전류는 나머지 두상(S상, T상)의 벡터합과 크기는 동일하고 위상만 반전되는 것이므로, 나머지 두상(S상, T상)를 벡터합한 후에 (-)부호를 부여한, 즉, 180° 위상변화를 주면 상기 어느 한상(R상)에 대한 전류 및 전류위상을 얻을 수 있다.
따라서, 본 고안의 제2 실시예에 구성되는 전류신호검출부(40')에서는, 어느 한상(R상)을 제외한 나머지 두개의 상(S상, T상) 전선을 계기용변류기(42a')에 관통시킨다. 이때, 상기 어느 한상(R상)은 전압신호검출부(30)의 위상검출부(33a)에 의해 전압 위상이 검출되는 상이다.
그리고, 전류신호검출부(40')의 전류검출부(41a)는 상기 계기용변류기(42a')에 의해 변성된 전류의 크기를 검출하여 상기 어느 한상(R상)의 전류값을 얻는다.
또한, 전류신호검출부(40')의 위상검출부(43a)는, 상기 계기용변류기(42a')에 의해 변성된 전류의 위상을 검출한 후에 검출한 전류위상을 180°변환하여 상기 어느 한상(R상)의 전류위상을 얻는다.
이상에서 본 고안의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 고안은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 고안의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 고안의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 고안의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
1 : 차단기 2 : 삼상기기
10 : 마이크로콘트롤러 20 : 개폐기 30 : 전압신호검출부
31a,31b,31c : 전압검출부 33a : 위상검출부 40 : 전류신호검출부
41a : 전류검출부 42a : 계기용변류기 43a : 위상검출부
50 : 영상전류신호검출부 60 : 알람부

Claims (4)

  1. 삼상기기(2)에 연결된 3상(R상, S상, T상) 전원선에 장착되는 삼상기기 보호계전장치에 있어서,
    삼상기기(2)에 공급되는 3상(R상, S상, T상) 전원을 단속하는 개폐기(20);
    3상(R상, S상, T상) 중에 어느 한상에 계기용변류기(42a, 42a')를 장착하여 상기 어느 한상의 전류 및 전류위상을 검출하는 전류신호검출부(40, 40');
    3상(R상, S상, T상) 중에 적어도 상기 어느 한상을 포함한 상의 전압 및 전압위상을 검출하는 전압신호검출부(30);
    상기 어느 한상의 전압위상과 전류위상의 차이에 의한 역률을 산출하고, 상기 어느 한상에 대한 전압, 전류 및 역률로부터 산출되는 전력에 기초하여 상기 개폐기(20)를 동작시키는 보호계전동작을 하게 한 마이크로콘트롤러(10);
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전압신호검출부(30)는, 상기 어느 한상을 제외한 나머지 두개의 상에 대한 전압도 검출하고,
    상기 마이크로콘트롤러(10)는, 전력 산출에 사용되는 전압을 상기 전압신호검출부(30)에서 검출되는 3상(R상, S상, T상) 전압의 평균값으로 하는 것임을 특징으로 하는 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 마이크로콘트롤러(10)는,
    산출한 역률이 삼상기기(2)의 정격운전 조건에서 미리 설정한 역률 범위를 벗어나면 상시 개폐기(20)를 차단동작시킴을 특징으로 하는 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중에 어느 한항에 있어서,
    상기 전류신호검출부(40')는,
    상기 계기용변류기(42a')를 상기 어느 한상을 제외한 나머지 두개의 상 전선에 관통되게 하여, 상기 나머지 두개의 상 전류의 벡터합(vector sum)에 대한 전류 및 전류위상을 검출하고, 검출한 전류를 상기 어느 한상의 전류로 하고, 검출한 전류위상을 180°변환하여 상기 어느 한상의 전류위상으로 함을 특징으로 하는 간소화된 전력감시형 삼상기기 보호계전장치.
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KR20170122559A (ko) * 2016-04-27 2017-11-06 엘에스산전 주식회사 모터 보호 계전기 및 모터 보호 시스템
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