KR20150134563A

KR20150134563A - 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치

Info

Publication number: KR20150134563A
Application number: KR1020140061414A
Authority: KR
Inventors: 김나운; 김인태
Original assignee: 김나운
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-12-02

Abstract

본 발명은, 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치에 관한 것으로서, 전력계통에 연결되고 전력계통에서 정전 또는 접촉불량 또는 결상 또는 단선 시에 발생하는 고장전력을 상기 전력계통에 연결된 고장전력복구기가 고장전력의 보충전력을 출력하고, 보충전력의 입출력을 검출하여 상기 고장전력에 의한 전기사고가 발생하는 것을 방지하는 상기 고장전력복구기를 포함하는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치가 개시된다.
개시된 상기 고장전력복구기는, 상기 전력계통에서 정전이 발생하면 부하 측으로 연결된 전력계통의 전원을 차단하고, 동시에 에너지저장장치와 연결을 하기위한 스위치와; 상기 정전 또는 피크전력 시 전원을 공급하기 위하여 상시 전원을 공급받아 에너지를 저장하는 에너지저장장치(ESS)와; 상기 접촉불량 또는 결상 또는 단선의 발생 시 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선에 의해 발생한 고장전력을 공급받아 고장복구전력을 출력하여 공급하는 하이브리드복구기와; 상기 하이브리드복구기로 입출력되는 전력(전압, 전류)을 검출하여 제어기에 전달하는 전력검출기와; 상기 전력검출기가 검출한 검출 값을 전달받아 정전 또는 접촉불량 또는 결상 또는 단선의 여부를 판단하고, 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선의 발생 시 상기 정전, 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선의 발생을 경보하거나, 고장전력 차단을 차단하거나, 외부 통신모듈을 이용하여 원거리에 알리거나, 정전복구를 위한 제어신호를 발생하는 제어기와; 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선 발생 시 제어기에서 전달받은 이벤트 발생신호를 시각적으로 디스플레이하는 디스플레이부와; 상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선의 발생을 외부에 알리기 위한 신호를 출력하는 경보발생기와; 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기에 전달하는 경보해제 신호 입력부를 구비한다.

Description

전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치{Power system in the event of power failure recovery device}

본 발명은 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력계통에서 발생하는 정전, 접촉불량, 결상, 단선에 의한 전기고장을 복구하고, 복구한 전력을 검출하여 상기 전기고장으로 인해 전기사고가 발생하는 것을 방지하고, 전력계통의 상기 전기고장을 정확하게 검출할 수 있는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치에 관한 것이다.

지난 2004년 국내에서 발생한 화재를 원인별로 분류하면 전기화재의 점유율이 34％로 1위를 차지해, 2위인 담배 불(11.7％)을 비롯하여 다른 화재 원인들보다 훨씬 높은 점유율을 갖는 것으로 나타났다.(수용가 배선기구의 전기화재 및 소화안전 시스템 연구, 류홍남, 2006)

이러한 전기화재에는 다양한 원인이 있으며, 그 중 주요 요인을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 합선으로, 전선의 껍질(피복)이 벗겨지거나 전선에 못, 핀 등으로 고정시키거나 움직일 수 있는 전선 위에 무거운 것을 올려놓아 전선의 두 가닥이 직접 또는 간접 저항으로 접촉되어 전류는 쉽게 흐를 수 있는 접촉부분으로 집중적으로 흘러 합선(단락)현상이 일어나는데 이때 도체 간 접촉에 의한 불꽃이 발생하면서 화재로 이어지게 된다.

그 다음 과부하는, 정격용량보다 많은 양의 전기를 초과하여 사용할 경우로, 전선이나 전기기기 자체 또는 배선기구의 접속부에서 열이 과다하게 발생하여 화재로 발전하게 된다.

누전은, 전기가 통하는 전선 이외의 물체를 통해 전기가 외부로 흐르는 것으로, 누전 화재는 전류가 통로로 설계된 부분을 거치지 않고 건물 및 부대 설비 등으로 흘러 열이 축적. 이것이 발열하여 화재를 일으킨다.

접촉불량은, 전선의 접속점(회로의 분기등)에서 저항이 생겨 흐름의 장애가 일어난 것으로, 이러한 장애가 일정한 시간 이상 누적되면 전선의 피복이 탄화되어 전선의 도체인 +, - 전극이 부딪침으로써 불이 나게 된다.

또한, 결상, 단선으로 인한 과전류, 과전압, 불평형 전력, 영상고조파 등도 전기화재를 야기하고 있지만 첨부한 선행기술이 있어 자세한 설명은 생략하고 접촉불량에 대해서만 설명하고자 한다.

이와 같이 전기화재의 원인은 다양한데, 각 화재 원인들은 수반하는 물리현상이 모두 상이하므로, 이들을 감지하기 위해 이용되는 방법 또한 모두 상이하다.

일례로, 현재 사용되고 있는 전력량계는 기계식 전력량계와 전자식 전력량계가 있으며, 양자 모두 구조가 전력량계의 본체에 단자부가 구성되어 있다.

그러나, 그러한 단자부의 설치로 인하여 전력량계의 단자부 결선작업의 애로점, 단자부의 발열사고, 단자부 안전사고, 단자부 무단조작, 제조원가의 상승, 전력량계 소형화의 장애 등 많은 결점을 내재하고 있다.

특히 그 중에서도 전력량계의 접촉불량, 즉 전력량계의 단자부와 전선의 접촉불량에 의한 전력량계 소손 건수가 예전에 비해 증가하고 있다.

접촉불량은, 전선의 접속점(회로의 분기 등)에서 저항이 생겨 흐름의 장애가 일어난 것으로, 이러한 장애가 일정시간 이상 누적되면 온도가 상승하고 전선의 피복(절연물)이 탄화, 연화되어 마침내 전선의 혼촉, 즉 전선의 도체인 +,- 전극이 부딪침으로써 전력량계의 소손, 나아가서 전기화재로 까지 이어지는 것이다.

구체적으로, 전선의 접촉불량으로 접촉면의 저항이 증가함에 따라 도체(전선) 접속면의 열이 상승하고, 상승된 고온의 열은 도체(전선) 간의 절연물을 손상시켜 도체간 단락되는 현상이 나타나게 된다. 또한, 도체간 접촉으로 아크가 발생하고, 이 아크열에 의해 기기가 소손되고, 나아가 전기화재까지 확산되는 현상이 발생하는 것이다.

일반적으로 전기기구의 열화로 인한 소손 및 전기화재의 주요 원인은 합선, 과전류, 누전, 접촉불량이다.

현재까지 접촉불량을 제외한 전기화재의 발생을 줄이기 위한 지속적인 노력으로 합선, 과전류, 누전으로 인한 화재를 방지할 수 있는 장비의 개발과 보급은 어느 정도 이루어지고 있다.

즉, 합선이나, 누전, 과부하 등을 감지하기 위한 기술은 많이 개발되고 있지만, 접촉불량의 원인을 정확히 감지하고 이를 차단 또는 조치할 수 있는 기술은 개발되어 있지 않아 한전의 경우 접촉불량 배전선로를 찾기 위해서 적외선(열화상) 카메라로 많은 인원과 예산을 소요해 가며 배전선로를 일일이 점검하고 있는 실정이다.

예를 들어, 기존의 접촉불량 및 전기적 이상 상태를 검출하는 장치는 온도를 센싱하거나, 전압 및 전류변화, 고조파 변화(VTHD, ITHD) 등을 감지하여 접촉불량을 검출하는 것이 일반적이고, 이러한 종래의 기술은 다양한 전기품질요소를 측정해야 하거나, 온도 감지장치 등을 별도로 설치하여야 할 뿐더러 결정적으로 접촉불량시 나타나는 전기적 현상을 정확히 분석하고, 판별하지 못하고 있다.

즉, 고조파 변화를 통해 감지하는 종래의 기술은 고객이 용접기 및 아크성 부하를 사용하면 VTHD, ITHD가 심하게 증가하게 되며, 또한 경부하, 중부하, 피크부하에 따라 그 값이 정상상태에서도 심한 변동을 가져오기 때문에 접촉불량으로 인한 것인지를 확신하지 못한다.

또한, 전압값 또는 전류값 하나의 인자로부터 접촉불량을 감지하는 종래의 기술도 마찬가지로 전압과 전류 소스가 분리되어 있는 경우(PT, CT로 분리되어 공급되는 고객)는 접촉 불량을 판단하기에 한계가 있다.

따라서 접촉불량에 대한 원인을 정확히 판단하여 전기기기의 소손 및 전기화재를 예방할 수 있는 기술이 그 어느 때보다도 절실히 요구되고 있다.

이러한 접촉불량 및 결상, 단선, 불평형과전압, 과전류로 인해 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 종래에 제안된 기술이 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2009-0004718호(2009.1.12.공개)(발명의 명칭: 접촉불량 감지장치 및 방법)(이하 '종래기술1' 이라 한다), 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1109024호(2012.1.17.등록)(발명의 명칭: 전력량계의 접촉불량 감지장치 및 감지방법)(이하 '종래기술2' 라 한다), 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1320373호(2013.10.15.등록)(발명의 명칭: 변압기를 구비한 결상복구장치 및 그 설치공법)(이하 '종래기술3' 라 한다)에 개시되어 있다.

개시된 '종래기술1' 은,

전류 실효값, 역률, 전류 순시치, 고조파 등의 변화를 지표로 접촉불량을 감지하고, 이에 따라 전원을 차단함으로써 사용자를 화재의 위험에서 보호할 수 있으며, 접촉불량을 감지할 수 있는 다섯 가지 요인 중 두 가지 이상의 요인이 만족되었을 때 접촉불량으로 판정하도록 함으로써 보다 정확하게 접촉불량을 감지하고, 나아가, 접촉불량에 따른 차단 상황에 대한 정보를 사용자 단말기로 고지함으로써 원거리에 위치한 사용자도 용이하게 이를 인지할 수 있도록 구성한다.

개시된 '종래기술2' 는,

수용가로 공급되는 전압 및 전류를 검출하는 전압 및 전류 검출부와 상기 검출된 전압 및 전류의 값을 통해 기 설정된 총 측정시간 및 측정시간 단위로 역률값을 연산하는 역률연산부와 상기 기 설정된 총 측정시간 및 측정시간 단위로 연산된 역률 값이 미리 정해진 기준 값보다 작은 값의 범위에서 지속적으로 감소되는 경우 접촉불량으로 판단하는 접촉불량판단부 및 상기 접촉불량판단부에서 접촉불량으로 판단된 경우 접촉불량 신호를 원격서버로 전송하는 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 또한, 전력량계의 접촉불량을 방지하여 접촉불량으로 인한 전기기기(전력량계)의 소손을 예방할 수 있도록 구성된다.

개시된 '종래기술3' 은,

3상 4선식 배전 계통에서 전력선의 결상, 중성선의 단선 및 전력선과 중성선에 불평형 이상전류가 발생할 시, 전력선의 결상, 중성선의 단선 및 전력 불평형의 발생을 정상으로 복구하고, 영상 고조파를 감소시켜 정상전력을 유지시켜줄 수 있도록 구성된다.

1. 공개특허공보 공개번호 10-2009-0004718호(2009.1.12.공개) 2. 등록특허공보 등록번호 10-1109024호(2012.1.17.등록) 3. 등록특허공보 등록번호 10-1320373호(2013.10.15.등록)

그러나 상기와 같은 종래 기술은 전력계통에서 정전, 접촉불량, 결상, 단선 등이 발생 시에 정확한 검출이 되지 않거나 오작동으로 접촉불량, 결상, 단선에 의해 전기기기의 소손 또는 전기화재 또는 정전이 발생하는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 전력계통에서 발생하는 제반 문제점들을 해결하기 위해서 제안한 것으로서,

본 발명이 해결하려는 과제는, 전력계통에서 정전 또는 접촉불량을 검출하여 정전 또는 접촉불량이 검출되면 정전 또는 접촉불량을 복구하고, 복구한 후 알리기 위한 신호를 출력하여 후속조치를 함으로서 정전 또는 접촉불량에 의해 전기기기가 소손되거나, 전기사고가 발생하는 것을 예방하기 위한 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 전력계통에서 결상 또는 단선을 검출하여 결상, 단선이 검출되면 결상, 단선을 실시간 복구하고, 복구한 후 알리기 위한 신호를 출력하여 결상, 단선에 의해 과전압, 과전류가 발생되거나, 과전압, 과전류로 인해 전기사고가 발생하는 것을 방지하기 위한 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 전력계통에서 정전 또는 접촉불량 또는 결상 또는 단선이 발생하면 검출하여 정전, 접촉불량, 결상, 단선의 발생을 경보하거나 전기신호를 출력하여 관리자가 이를 인지하고 정전, 접촉불량, 결상, 단선을 보수하기 위한 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 전력계통에서 접촉불량, 결상, 단선이 발생하면 검출하여 접촉불량, 결상, 단선이 발생된 고장전력을 차단하기 위한 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치"은,

전력계통에서 고장전력 발생 시 고장전력을 복구하는 복구장치에 있어서,

상기 전력계통에 연결되어 상기 전력계통에서 접촉불량 또는 결상 발생 시 상기 접촉불량 및 결상된 고장전력을 하이브리드복구기가 보충전력을 출력하여 정상전력으로 실시간 복구하고, 상기 전력계통에서 정전 또는 피크전력 발생 시에는 에너지저장장치(ESS)를 연결하여 정상전력으로 유지하기 위한 고장전력복구기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 고장전력복구기는,

상기 전력계통에서 정전이 발생하면 부하 측에 연결된 전력계통의 전원을 차단하고, 동시에 에너지저장장치와 부하 측을 연결하기 위한 스위치와;

상기 정전 또는 피크전력 시 전원을 공급하기 위하여 상시 전력을 공급받아 에너지를 저장하는 에너지저장장치(ESS)와;

상기 접촉불량 또는 결상 또는 단선의 발생 시 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선에 의해 발생한 고장전력을 공급받아 고장복구전력을 출력하여 공급하는 하이브리드복구기와;

상기 하이브리드복구기로 입출력되는 전력(전압, 전류)을 검출하여 제어기에 전달하는 전력검출기와;

상기 전력검출기가 검출한 검출 값을 전달받아 접촉불량 또는 결상 또는 단선의 여부를 판단하고, 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선의 발생 시 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선의 발생을 경보하거나, 고장전력 차단을 차단하거나, 외부 통신모듈을 이용하여 원거리에 알리기 위한 제어신호를 발생하는 제어기와;

상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선 발생 시 제어기에서 전달받은 이벤트 발생신호를 시각적으로 디스플레이하는 디스플레이부와;

상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선의 발생을 외부에 알리기 위한 신호를 출력하는 경보발생기와; 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기에 전달하는 경보해제 신호 입력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전력검출기는,

상기 하이브리드복구기의 입출력 전력(전압, 전류)을 검출하여, 상기 입출력전력 중에 하나의 출력전력이 주기적이거나, 비주기적으로 검출될 경우 또는 두 상의 입력전력이 주기적이거나, 비주기적으로 검출될 경우 접촉불량의 발생으로 판단하여 검출 값을 출력하여 상기 제어기에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전력검출기는,

상기 하이브리드복구기의 입출력 전력(전압, 전류)을 측정하여, 상기 입출력전력 중에 한상의 출력전력이 지속적으로 검출될 경우 또는 두 상의 입력전력이 지속적으로 검출될 경우 결상의 발생으로 판단하여 상기 제어기에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전력검출기는,

상기 하이브리드복구기의 입출력 전력(전압, 전류)을 측정하여, 상기 입출력전력 중에 삼상의 입력전력이 지속적으로 검출될 경우 또는 중성선의 출력전력이 지속적으로 검출될 경우 중성선 단선의 발생으로 판단하여 상기 제어기에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전력검출기는,

상기 하이브리드복구기의 입출력 전력(전압, 전류)을 측정하여, 입출력전력이 검출되지 않거나, 각 상의 전압이 검출되지 않으면 정전의 발생으로 판단하여 제어기에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 하이브리드복구기는,

상기 전력계통에서 접촉불량 시 접촉불량에 의한 고장 위상전력을 복구하고, 결상 시에는 결상위상을 정상위상전력으로 복구하며, 중성선 복구 시 전원 측의 불평형 전류와 부하 측의 불평형 전압을 평형으로 개선하며, 중성선으로 유입되는 영상고조파를 감소시켜 중성선에 흐르는 영상고조파에 의한 위상 전류를 감소시키고, 중성선 단선 시 중성선 단선을 복구하여 정상전력으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 제어기는,

상기 전력검출기에 의해 제공되는 전류검출 값을 미리 설정한 기준설정치와 비교하여 기준설정치를 초과하였을 때 전력을 차단하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전력계통에서 정전 또는 접촉불량 또는 결상 또는 단선이 발생할 경우 정전, 접촉불량, 결상, 단선에 의한 고장전력을 신속하게 정상전력으로 전환해줌으로써, 상기 고장전력에 의해 전기기기가 소손되거나, 전기화재, 정전이 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 정확하게 상기 고장전력의 발생을 검출하여 이를 차단하거나, 외부에 알려줄 수 있으므로, 관리자가 신속하게 후속 조치를 취할 수 있도록 도모해줌으로써, 고장전력 발생으로 인해 발생할 수 있는 전기기기의 소손과 전기화재를 미리 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 정상전력을 사용하는 평상시에도 불평형전력과 영상고조파를 전력계통에 연결된 하이브리드복구기가 개선하여주므로 인하여 전력품질이 개선되어 전기를 절감하는 장점이 있다.

도 1은, 접촉불량으로 아크 발생시 전압, 전류의 변화 파형도.
도 2는, 정상전력의 전압, 전류의 변화 파형도.
도 3은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치(300)의 구성회로도.
도 4는, 하이브리드복구기의 여러 실시 예의 회로도.
도 5는, 영상고조파와 역상인 전력위상으로 영상고조파가 상쇄되어 제거되는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 정전 및 피크전력 시에 전력을 공급하는 기술은 공지의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치(300)의 구성 및 회로도로서, 전력계통(100)에 연결되어 있는 하이브리드복구기(220)를 구비한 고장전력복구기(200)를 포함한다.

이러한 고장전력복구기(200)는 하나의 모듈로 구현하여 제품화하면, 휴대하여 전기고장을 복구 또는 점검하거나, 기존전력기기에도 쉽게 적용하여 고장전력을 복구할 수 있는 장점이 있다.

전력계통(100)은 삼상 3선식(R, S, T) 또는 3상 4선식(R, S, T, N)으로 전력을 공급해주는 일반적인 전력계통를 의미한다.

고장전력복구기(200)는 전력계통(100)의 전기설비에 연결되어, 상기 전력계통(100)에서 접촉불량, 결상, 단선의 고장전력 발생 시 발생한 고장전력을 보충하기 위한 전력을 하이브리드복구기(220)에서 실시간 출력하여주며, 상기 접촉불량, 결상, 단선 이상 시 전력검출기(210)가 하이브리드복구기(220)에서 출력하는 전력을 검출하여 상기 접촉불량, 결상, 단선이상을 알려주거나, 전원을 차단하여 상기 고장전력의 발생을 방지하는 기능을 수행한다.

아울러, 스위치(M1)는 전력계통(100)의 전기설비에 연결되어 상기 전력계통의 정전 발생 시 동작을 하여 에너지저장장치(270)와 부하 측을 연결하여 정전을 복구하고 동시에 전력계통의 전원 측과 부하 측의 연결을 끊게 되며, 또한, 전력 피크 시에도 한전에서 제공하는 미리 설정한 기준 설정치에 의하여 동작을 하여 에너지저장장치(270)에서 전력을 부하 측에 공급하여서 부족한 전력난을 해소하는데 일조한다.(상기 에너지저장장치는 기존에 구비된 에너지저장장치(ESS)를 의미한다)

이러한 고장전력복구기(200)는, 상기 고장전력의 발생 시 고장전력을 사용하여 고장전력을 복구하기 위한 전력을 입출력하는 하이브리드복구기(220)와 상기 고장전력을 복구하기 위해 입출력되는 복구전력의 여부를 검출하는 전력검출기(210)와; 상기 전력검출기(210)에 의해 검출된 검출 값으로 고장전력 여부를 판단하고, 고장전력 발생 시 고장전력을 차단하거나, 통신모듈(메모리를 내장하고 고유번호지정가능)을 통하여 외부로 전달하거나, 경보발생기(240)에 전달하기 위한 제어신호를 발생하는 제어기(230)와; 상기 제어기(230)에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 전력계통(100)에 발생된 고장전력을 경보하기 위한 경보발생기(240)를 포함한다.(상기 통신모듈은 공지된 일반적인 기술이므로 자세한 설명을 안 함)

여기서 제어기(230)는 제어 가능한 프로그램을 저장하고, 상기 저장한 프로그램에 따라 고장전력복구기(200)의 전체동작을 제어할 수 있는 마이컴, 마이크로프로세서, 중앙처리장치, 마이크로컨트롤러 등으로 구현하는 것이 바람직하다.

도 4의 상기 하이브리드복구기(220)를 설명하면, 고장전력을 보충하거나 복구를 위해 제1 권선(Rr, Rs, Rt)중에 권선(Rr)은 제1 레그(120)에 권취되어 일단은 전력선(R)에 연결되고, 타단은 중성선(N)과 연결되고, 제2 레그(130)와 제3 레그(140)에는 권선(Rs, Rt)이 상기 제1 레그(120)에 권취된 권선(Rr)의 반대로 권취되어 일단은 전력선(R)에 연결되고, 타단은 중성선(N)과 연결되고, 제2 권선(Ss, St, Sr)중에 권선(Ss)는 상기 제2 레그(130)에 권취되어 일단은 전력선(S)에 연결되고, 타단은 중성선(N)과 연결되고, 상기 제3 레그(140)와 상기 제1 레그(120)에는 권선(St, Sr)이 상기 제2 레그(130)에 권취된 권선(Ss)의 반대로 권취되어 일단은 전력선(S)에 연결되고, 타단은 중성선(N)과 연결되고, 상기 제3 권선(Tt, Tr, Ts)중에 권선(Tt)는 상기 제3 레그(140)에 권취되어 일단은 전력선(T)에 연결되고, 타단은 중성선(N)과 연결되고, 상기 제1 레그(120)와 상기 제2 레그(130)에는 권선(Tr, Ts)이 상기 제3 레그(140)에 권취된 권선(Tt)의 반대로 권취되어 일단은 전력선(T)에 연결되고, 타단은 중성선(N)과 연결되는 것이 바람직하다.

이를 조금 더 구체적으로 설명하면, 전력계통(100)에 구비된 전력선의 R상이 접촉불량 또는 결상이 되었다고 가정하고 설명하면, 전력선의 접촉불량 또는 결상과 동시에 전력선에 접속 연결되어있는 하이브리드복구기(220)의 R, S, T, 레그(120, 130, 140)의 인덕턴스를 구비한 코일은 접촉불량되거나, 결상된 R상의 위상전력은 없이 S상과 T상의 두 전력이 제2 레그와 제3 레그에 공급되어 상기 제2 레그와 상기 제3 레그에 권취된 코일(Ss, Tt)에 의해서 S(130)와 T(140)의 제2 레그와 제3 레그(철심)에는 자속이 형성되고, S상과 T상의 레그에 권취된 코일(Ss, Tt)의 반대로 권취된 코일들 중에서 전력선 R과 연결된 V결선된 코일(Rs, Rt)이 전자기 유도되어 S(130)상과 T(140)상의 반대의 위상(벡터)을 코일이 권취된 순서대로 R상(120)과 같은 위상을 만들어 전력을 공급하게 되면 R상에 Y 결선된 코일(Rr)에 의해 R상의 레그(120) 에도 자속이 형성되어 정상적으로 전력을 공급하게 되는 것이다.

이를, 더 상세하게 설명하면, 상기 전력계통(100)에 구비된 전력선(R, S, T)인 전력선R상을 기준 위상(벡터)으로 하였을 때, R상을 기준으로 왼쪽으로 120도 틀어진 T위상(벡터)과, 오른쪽으로 120도 틀어진 S위상(벡터), 상기 S, T위상(벡터)이 각각 반대의 위상(벡터)인 180도를 회전하면, R위상(벡터)을 기준으로 S위상(벡터)은 왼쪽으로 60도가 틀어지고, T위상(벡터)은 오른쪽으로 60도가 틀어진 상태가 되며, S와 T위상(벡터)은 R위상(벡터)을 중심으로 하여서 각각 60도, 즉, S위상(벡터)과 T위상(벡터)은 R위상(벡터)을 중심으로 하여서 120도 를 유지하는 위상(벡터)이 된다. 이런 상태를 유지하는 S의 위상과 T의 위상(벡터)을 각각 1:1로 더하면 R상의 위상이 생성되어 나타난다. 그러므로 접촉불량 되어 위상이 찌그러지거나, 결상된 상기 전력선의 위상이 복구되어 정상위상의 전력을 유지하게 되는 것이다.

또한, 상기 고장전력복구기(200)는, 상기 제어기(230)에 의해 출력되는 경보발생 제어신호에 따라 고장전력 발생을 경보하는 경보 발생기(240)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고장전력복구기(200)는, 상기 경보 발생기(240)에 의해 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기(230)에 전달하는 경보해제 신호 입력부(260)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 경보해제 신호 입력부(260)는 주지한 바와 같이 경보해제 스위치를 구비한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치는, 한국전력으로부터 공급되는 전력이 전력계통에서 고장전력(접촉불량, 결상, 단선) 발생 시 전력계통에 연결된 하이브리드복구기(220)가 상기 고장전력의 보충전력을 출력하고, 전력검출기(210)는 하이브리드복구기(220)가 출력하는 상기 고장전력의 보충전력을 검출하여 제어기(230)에 전달해줌으로서 전력계통(100)의 상기 고장전력 발생을 신속하게 파악하고 그에 대한 후속조치를 할 수 있게 된다.

이때 정전이 발생하면 생활의 불편이 예상되고, 자연재해 등의 비상 시에는 인명과 재산피해가 발생되며, 접촉불량이 발생되면 접촉불량이 발생된 지점에서 아크나 스파크가 발생되어 온도가 상승되고 혼촉 등에 의하여 전기기기의 소손 및 화재사고가 발생하고, 결상이 발생되면 상간 불평형전력의 발생으로 정전이 발생하거나, 삼상 부하가 소손되거나, 과전류로 전기화재가 발생하며, 중성선 단선이 발생하면 단상의 불평형전압 발생으로 단상 부하가 소손되거나, 과전압으로 전기화재가 발생한다.

이러한 사고를 미리 방지하기 위해서 본 발명에서는 고장전력복구기(200)가 상시 전기품질의 상태를 감지하고, 정전이 감지되거나, 고장전력으로 인해 보충전력의 발생이 감지되면 즉시 알리기 위한 신호를 출력하거나, 고장전력을 차단하여 부하쪽에 고장전력이 흐르지 못하도록 작용을 한다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 전력계통(100)에 의해 전력이 공급되면, 상기 전력계통(100)의 전선로에 연결한 하이브리드복구기(220)는 전력계통(100)에 접촉불량, 결상, 단선에 의한 고장전력이 발생 시 고장전력의 보충전력을 공급하고, 전력검출기(210)는 동작을 하여 하이브리드복구기(220)의 입출력을 감시해서 보충전력의 발생여부 또는 정전여부를 검출하고, 그 검출한 발생 검출 값을 제어기(230)에 전달한다. 예컨대, 전력 검출기(210)는 하이브리드복구기(220)의 각상의 입력과 출력전압, 전류를 측정하여, 한상의 출력전류가 지속적으로 검출되는지 아니면 한상의 출력전류가 비주기적으로 검출되는지 아니면 삼상의 입력전류가 검출되는지 아니면 두상의 입력전류가 검출되는지 아니면 그 반대의 현상인지, 입출력전력이 검출되지 않는 정전인지를 확인하여 고장전력의 발생을 판단한다.

이 판단 결과 고장전력의 발생으로 판단되면, 고장전력 발생 검출 값에 고장전력 발생 이상 정보를 포함시켜 제어기(230)에 제공한다. 여기서 고장전력 발생 이상 정보는 하이신호(5V)라고 할 수 있으며, 고장전력의 발생이 검출되지 않을 경우 고장전력 발생 검출 값은 로우신호(0V)라고 할 수 있다.

제어기(230)는 상기 전력검출기(210)로부터 제공되는 고장전력 발생 검출 값을 내장된 제어 프로그램으로 분석하여, 고장전력 발생이 아니라고 판단이 되면 경보발생기(240)를 동작하지 않게 되며, 이와는 달리 고장전력 발생이라고 판단이 되면 제어기(230)에 미리 설정된 설정치에 의하여 차단기(스위치)를 동작하거나, 경보발생기(240)를 동작시키거나, 외부의 통신모듈을 이용하여 외부에 전력고장을 알리게 된다.

상기 기준설정치를 설명하면, 그 첫 번째로 접촉불량 발생의 판단은, 하이브리드복구기의 입출력에서 하나의 보충전력이 비주기적으로 검출되면 접촉불량으로 판단하고, 접촉불량의 시 청각적 경보를 발생하거나, 외부의 통신모듈에 고장신호를 전달하고, 접촉불량일 경우에 정하여 미리 설정한 전류치를 초과하면 차단기를 차단하는 제어신호를 출력하도록 설정한다.(접촉불량의 경우 고장전력차단을 위해 전류허용 용량을 30A이하로 설정하는 것을 기준으로 한다)

그 두 번째로 결상 발생의 판단은, 하이브리드복구기의 입출력에서 한상의 보충전력이 지속적으로 검출되면 결상으로 판단하고, 결상 발생의 시 청각적 경보를 발생하거나, 외부의 통신모듈에 고장신호를 전달하고, 결상 발생일 경우에 정하여 미리 설정한 전류치를 초과하면 차단기를 차단하는 제어신호를 출력하도록 설정한다.(결상일 경우는 고장전력차단을 위해 삼상의 부하용량(100A, 200A, 600A 등)에 따라 전류치를 미리 설정한다)

그 세 번째로 중성선 단선의 판단은, 하이브리드복구기의 입출력에서 중성선의 보충전력이 지속적으로 검출되면 단선으로 판단하고, 중성선 단선 발생의 시 청각적 경보를 발생하거나, 외부의 통신모듈에 고장신호를 전달하고, 중성선 단선 발생일 경우에 정하여 미리 설정한 전류치를 초과하면 차단기를 차단하는 제어신호를 출력하도록 설정한다.(중성선 단선 일 경우는 고장전력차단을 위해 단상의 부하용량(100A, 200A, 600A 등)에 따라 전류치를 미리 설정한다)

그 네 번째로 정전의 판단은, 입출력전력이 검출되지 않거나, 각상의 전압을 검출하여 전압이 검출되지 않으면 정전으로 판단을 하고, 정전 발생의 시 청각적 경보를 발생하거나, 외부의 통신모듈에 고장신호를 전달하고, 정전 발생일 경우에 정하여 미리 설정한 에너지저장장치(270)연결 및 전원차단을 위한 제어신호를 출력하도록 설정한다.(정전 시 출력전류 설정은 에너지저장장치의 출력능력과 부하의 용량에 의함)

또한, 상기 설정치의 일례로 한전전기공급규정을 들자면 정상전압의 범위는 정격전압 220볼트의 정상전압은 220볼트 ±13볼트 즉 207볼트 - 233볼트이고 207볼트 미만이거나 233볼트 이상이면 고장전압 이라고 볼 수 있으며, 380볼트의 정상전압은 380볼트 ±38볼트 즉 342볼트∼418볼트이고 이것을 초과하면 고장전압 이라고 볼 수 있으므로 상기 고장전압이 발생하면 즉시 경보와 동시에 차단기를 동작하도록 설정한다.(참고로 전기내선규정의 불평형전류의 기준도 기준설정치로 정할 수 있다)

또한, 디스플레이(250)는 상시 동작을 하여 정상적인 전력의 품질정보와 발생된 고장전력의 전압, 전류, 고장전력의 종류를 시각적으로 인지 할 수 있도록 하여 고장전력이 흘러 전기기기를 소손하게 되는 문제를 방지하게 된다.(여기서 사용하는 디스플레이는 기존의 구비된 일반적인 것을 의미한다)

한편, 제어기(230)는 주지한 바와 같이 고장전력의 발생으로 판단이 되면 즉시 경보발생기(240)를 구동시키게 된다. 경보발생기(240)는 구동을 하여 고장전력 발생을 경보하게 되는데, 본 발명에서는 시각적인 경보 및/또는 청각적인 경보 방법을 이용하여 경보를 하게 된다.

시각 또는 청각 경보가 발생한 상태에서 관리자가 이를 인식하면, 신속하게 후속 조치를 취하게 되고, 이로써 고장전력의 발생으로 인해 발생할 수 있는 각종 사고를 방지하게 되는 것이다.

또한, 관리자는 필요에 따라 발생한 경보를 해제할 수 있다. 예컨대, 경보해제 신호 입력부(260)에 구비된 경보해제 스위치를 조작하면, 경보해제신호 입력부(260)에서 경보해제 신호를 발생하여 제어기(230)에 전달한다.

제어기(230)는 경보 해제신호가 전달되면, 경보 발생기(240)의 동작을 정지시켜, 경보를 해제하게 된다.

또한, 본 발명은 고장전력 발생에 대한 경보를 수행한 후, 미리 설정된 일정 시간 이내에 경보 해제가 요청되지 않으면 자동으로 부하에 공급되는 전력을 차단하여, 고장전력 발생으로 인해 발생할 수 있는 사고를 미리 방지하게 된다.

즉, 본 발명에 따르면 전력계통(100)에서 전기설비의 접촉불량, 전력선의 결상, 중성선의 단선으로 고장전력이 발생하면 하이브리드복구기(220)는 고장전력을 입력받아 고장전력을 보충하는 보충전력을 실시간 출력하여 상기 고장전력이 발생한 전력계통(100)에 공급하고, 상기 전력계통(100)에 정전이 발생하거나, 미리 설정한 피크전력 시간에 스위치(M1)는 즉시 동작을 하여 전원을 차단하고 부하 측을 에너지저장장치(270)에 연결을 하고, 전력검출기(210)는, 상기 하이브리드복구기(220)에서 입출력되는 전력을 검출하여 제어기(230)에 제공하면 제어기(230)는, 상기 정전, 접촉불량, 결상, 단선을 기준설정치와 비교 판단하여 상기 정전 또는 접촉불량 또는 결상 또는 단선의 발생의 검출 값을 외부에 알리거나 고장전력을 차단기(LBS, AISS, ASS, VCB, ACB, MCCB, ELB, 기타 등)로 차단을 하거나, 정전을 복구하기 위한 제어신호를 출력하게 된다. 그리고 고장전력의 발생을 바로 경보를 발생하여 관리자가 이를 인지하도록 하며, 이후 관리자가 후속 조치를 신속하게 취할 수 있도록 함으로써, 고장전력 발생으로 인해 추후 발생할 수 있는 시스템 고장, 전기화재사고를 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다.(상기 스위치(M1)는 ATS(자동절환스위치)를 쓰는 것이 바람직하다)

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론 이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 - 전력계통
120 - 제1 레그, 130 - 제2 레그, 140 - 제3 레그
200 - 고장전력복구기
210 - 전력검출기
220 - 하이브리드복구기
230 - 제어기
240 - 경보발생기
250 - 디스플레이
260 - 경보 해제신호 입력부
270 - 에너지저장장치(ESS)
300- 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력계통에서 고장전력 발생시 복구장치
Rr - 제1 레그에 권취된 제1 권선
Rs - 제2 레그에 권취된 제1 권선
Rt - 제3 레그에 권취된 제1 권선
Ss - 제2 레그에 권취된 제2 권선
St - 제3 레그에 권취된 제2 권선
Sr - 제1 레그에 권취된 제2 권선
Tt - 제3 레그에 권취된 제3 권선
Tr - 제1 레그에 권취된 제3 권선
Ts - 제2 레그에 권취된 제3 권선
R, S, T - 전력선, N - 중성선

Claims

전력계통에서 고장전력 발생 시 고장전력을 복구하는 복구장치에 있어서,
상기 전력계통에 연결되어 상기 전력계통에서 접촉불량 또는 결상 발생 시 상기 접촉불량 및 결상된 고장전력을 하이브리드복구기가 보충전력을 출력하여 정상전력으로 실시간 복구하고, 상기 전력계통에서 정전 또는 피크전력 발생 시에 는 에너지저장장치(ESS)를 연결하여 정상전력으로 유지하기 위한 고장전력복구기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치.
청구항 1항에 있어서, 상기 고장전력복구기는,
상기 전력계통에서 정전이 발생하면 부하 측으로 연결된 전력계통의 전원을 차단하고, 동시에 에너지저장장치와 연결을 하기위한 스위치와;
상기 정전 또는 피크전력 시 전원을 공급하기 위하여 상시 전원을 공급받아 에너지를 저장하는 에너지저장장치(ESS)와;
상기 접촉불량 또는 결상 또는 단선의 발생 시 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선에 의해 발생한 고장전력을 공급받아 고장복구전력을 출력하여 공급하는 하이브리드복구기와;
상기 하이브리드복구기로 입출력되는 전력(전압, 전류)을 검출하여 제어기에 전달하는 전력검출기와;
상기 전력검출기가 검출한 검출 값을 전달받아 정전 또는 접촉불량 또는 결상 또는 단선의 여부를 판단하고, 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선의 발생 시 상기 정전, 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선의 발생을 경보하거나, 고장전력 차단을 차단하거나, 외부 통신모듈을 이용하여 원거리에 알리거나, 정전복구를 위한 제어신호를 발생하는 제어기와;
상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선 발생 시 제어기에서 전달받은 이벤트 발생신호를 시각적으로 디스플레이하는 디스플레이부와;
상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 접촉불량 상기 결상 상기 단선의 발생을 외부에 알리기 위한 신호를 출력하는 경보발생기와; 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기에 전달하는 경보해제 신호 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치.
청구항 2항에 있어서, 상기 전력검출기는,
상기 하이브리드복구기의 입출력 전력(전압, 전류)을 검출하여, 상기 입출력전력 중에 하나의 출력전력이 주기적이거나, 비주기적으로 검출될 경우 또는 두 상의 입력전력이 주기적이거나, 비주기적으로 검출될 경우 접촉불량의 발생으로 판단하여 검출 값을 출력하여 상기 제어기에 전달하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치.
청구항 2항에 있어서, 상기 전력검출기는,
상기 하이브리드복구기의 입출력 전력(전압, 전류)을 측정하여, 상기 입출력전력 중에 한상의 출력전력이 지속적으로 검출될 경우 또는 두 상의 입력전력이 지속적으로 검출될 경우 결상의 발생으로 판단하여 상기 제어기에 전달하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치.
청구항 2항에 있어서, 상기 전력검출기는,
상기 하이브리드복구기의 입출력 전력(전압, 전류)을 측정하여, 상기 입출력전력 중에 삼상의 입력전력이 지속적으로 검출될 경우 또는 중성선의 출력전력이 지속적으로 검출될 경우 중성선 단선의 발생으로 판단하여 상기 제어기에 전달하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치.
청구항 2항에 있어서, 상기 전력검출기는,
상기 하이브리드복구기의 입출력 전력(전압, 전류)을 측정하여, 입출력전력이 검출되지 않거나, 각 상의 전압이 검출되지 않으면 정전의 발생으로 판단하여 제어기에 전달하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치.
청구항 2항에 있어서, 상기 하이브리드복구기는,
상기 전력계통에서 접촉불량 시 접촉불량에 의한 고장 위상전력을 복구하고, 결상 시 결상위상을 정상위상전력으로 복구하며, 중성선 복구 시 전원 측의 불평형 전류와 부하 측의 불평형 전압을 평형으로 개선하며, 중성선으로 유입되는 영상고조파를 감소시켜 중성선에 흐르는 영상고조파에 의한 위상 전류를 감소시키고, 중성선 단선 시 중성선 단선을 복구하여 정상전력으로 유지하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치.
청구항 2항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 전력검출기에 의해 제공되는 전류검출 값을 미리 설정한 기준설정치와 비교하여 기준설정치를 초과하였을 때 전력을 차단하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서 고장전력 발생 시 복구장치.