KR20210100306A - 아크 보호 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크 보호 시스템 및 방법에 관한 것으로, 과전류의 유입 및 아크 광의 발생에 따라 메인 차단기 또는 보조 차단부의 차단기를 제어하는 보호계전기를 포함하는 아크 보호 시스템에 있어서, 상기 보호계전기는, 상기 보조 차단부에서 아크 광의 발생시 상기 메인 차단기에 흐르는 전류가 보조 차단부의 차단기 용량 이상인 경우 상기 메인 차단기를 차단한다.

Description

아크 보호 시스템 및 방법{Arc protection system and method thereof}

본 발명은 아크 보호 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 지선 차단기의 차단 용량을 줄일 수 있는 아크 보호 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 배전반은 주로 빌딩이나 공장 등의 대형시설에서 전력 생산자가 공급하는 고압의 전력을 받아 시설 내에서 사용할 수 있는 전압으로 변환하고, 간선을 통해 분산 설치되어 있는 분전반에 분배하는 역할을 한다.

이러한 배전반에서 아크 사고가 발생하게 되면 기기를 파손시키거나 운전자를 다치게 할 수 있는 위험이 있으며, 이를 방지하기 위하여 적정치 이상의 아크 발생시 차단기를 제어하여 기기와 운전자를 보호하는 아크 보호계전기를 적용하고 있다.

보호계전기는 피더에 슬레이브 보호 계전기(이하 슬레이브라 약칭함)들을 두고, 광센서에서 검출된 아크의 정보를 획득하며, 슬레이브에서 전송된 아크 정보와 함께 메인 차단기의 전류에 기반하여 본선의 메인 차단기(main circuit breaker)와 지선의 보조 차단기를 선택적으로 차단하는 역할을 한다.

도 1은 종래 아크 보호 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면 종래 아크 보호 시스템은, 보호계전기(105)와, 상기 보호계전기(105)에 연결된 아크 제거기 제어기(106)와, 아크 제거기 제어기(106)에 연결되어 동작전류가 인가되는 아크 제거기 (107)와, 아크 사고를 감지하는 광 센서(109)와, 감지된 아크 사고 신호를 상기 보호계전기(105)로 송신하는 슬레이브(108)와, 상부 차단기(101) 및 변압기(102)를 통해 공급되는 전류를 검출하여 상기 보호계전기(105)에 제공하는 변류기(Current Transformer; 103)와, 상기 변류기(103)의 타측에 연결된 메인 차단기(Main CB; 104)를 포함한다.

여기서, 상기 변류기(103)는 변압기(102)의 2차측 전류 크기를 계측하여 보호계전기(105)로 제공하여, 변압기(102)의 2차측 과전류나 사고 전류 통과시에 보호계전기(105)가 메인 차단기(104)를 차단함으로써, 부하에 과전류나 사고 전류가 공급되는 것을 차단할 수 있다.

상기 변압기(102)는 고전압을 저전압으로 변환시키는 것으로 배전급 변압기이다.

상기 상부 차단기(Upstream CB; 101)는 변압기(102)의 1차측 보호장치이며, 상기 메인 차단기(104)는 변압기(102)의 2차측 주 보호장치이다.

상기 슬레이브(108)와 광센서(109)는 다수로 마련되어 있으며, 특정 위치에서 아크가 발생한 것으로 검출되면, 보호계전기(105)는 보조 차단부(110)의 차단기(111,112,113,114) 중 하나를 차단하여 아크에 의한 손상을 방지한다.

이와 같은 구성에서, 아크 사고가 발생하면, 아크 사고가 발생한 위치의 광 센서(109)에서 광이 검출되며 사고 위치에서의 슬레이브(108)는 광이 검출됨을 보호계전기(105)에 전송하고, 보호계전기(105)는 해당 위치의 차단기(111,112,113,114) 중 하나 또는 둘 이상을 차단하여, 아크에 의한 기기 손상 및 운전자 상해 위험을 제거한다.

또한, 아크 제거기 제어기(106)를 제어하여, 아크 제거기 제어기(106)가 아크 제거기(107)를 제어하여 아크를 제거할 수 있도록 한다.

이처럼 종래 보호계전기(105)는 사고 원인에 따라 메인 차단기(104) 또는 보조 차단부(110)를 선택적으로 차단하도록 프로그래밍 되어 있다.

즉, 변류기(103)에서 과전류 또는 사고전류가 검출되면 보호계전기(105)는 메인차단기(104)를 차단하며, 광센서(109)에서 아크가 검출되면 보호계전기(105)는 보조 차단부(110)의 차단기(111, 112, 113, 114) 중 하나 또는 둘 이상을 차단한다.

이는 종래 보호계전기(105)의 사고 원인 및 대응이 이원화되어 있기 때문이며, 차단기(111, 112, 113, 114)는 아크에 의한 부하의 사고 방지를 위하여 상대적으로 큰 차단 용량의 차단기를 사용할 수밖에 없었다.

이때의 차단기 용량은 차단기 정격 차단 전류 또는 단락 전류가 될 수 있다.

즉, 모든 차단기(111, 112, 113, 114)의 차단용량을 상대적으로 높여야 하기 때문에 비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사고 원인 및 대응을 이원화하지 않고, 사고의 조건에 따라 능동적으로 처리할 수 있는 아크 보호 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 아크 보호 시스템은, 과전류의 유입 또는 아크 광의 발생에 따라 메인 차단기 및 보조 차단부의 차단기를 제어하는 보호계전기를 포함하는 아크 보호 시스템에 있어서, 상기 보호계전기는, 상기 보조 차단부에서 아크 광의 발생시 상기 메인 차단기에 흐르는 전류가 보조 차단부의 차단기 용량 이상인 경우 상기 메인 차단기를 차단 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 보호계전기는, 상기 보조 차단부의 아크 발생 시, 과전류의 유입 및 아크 광의 발생에 따라 상기 메인 차단기가 차단된 상태에서 메인 차단기에 흐르는 전류가 상기 보조 차단기 용량 미만인 경우 아크가 발생한 위치의 차단기를 차단한 후, 상기 메인 차단기를 닫을 수 있다..

본 발명의 실시예에서, 상기 보호계전기는, 상기 보조 차단부의 아크 발생 시, 과전류의 유입 및 아크 광의 발생에 따라 메인 차단기에 흐르는 전류가 보조 차단부의 차단기 용량 미만인 경우 아크가 발생한 위치의 상기 보조 차단부의 차단기만 차단할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 아크 보호 방법은, a) 발생된 아크의 위치를 확인하는 단계와, b) 메인 차단기에 흐르는 전류가 상기 보조 차단부의 차단기 용량 이상인 경우 상기 메인 차단기를 차단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 b) 단계를 수행한 후 c) 메인 차단기에 흐르는 전류를 지속적으로 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 c) 단계에서 검출한 메인 차단기에 흐르는 전류의 세기가 상기 차단기 용량 미만인 경우, 아크가 발생한 위치의 보조 차단부 차단기를 차단한 후, 차단된 상기 메인 차단기를 닫는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 사고 원인의 종류가 아크 발생일 때, 아크의 크기에 따라 메인차단기 또는 보조 차단부의 차단기를 사용하거나, 보조 차단부의 차단기를 단독으로 사용하는 등 능동적으로 대응하도록 함으로써, 보조 차단부의 차단기 용량을 줄여 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 아크 보호 시스템 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아크 보호 시스템 의 동작 상태도이다.
도 5는 본 발명 아크 보호 방법의 순서도이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 아크 보호 시스템 및 방법에 대하여 설명한다.

도 2 내지 도 4는 각각 본 발명 아크 보호 시스템의 동작 상태도로서, 도 2는 과전류 발생시, 도 3과 도 4는 아크 발생시 동작 상태도이다.

도 3은 아크 발생 초기, 도 4는 아크 발생 후기일 수 있다.

도 2 내지 도 4를 각각 참조하면 본 발명 아크 보호 시스템은, 상부 차단기(11)와 변압기(12)를 통해 공급되는 전류를 검출하는 변류기(13)와, 메인 차단기(50)를 통해 공급되는 상기 변압기(12)의 전류를 분기하여 부하에 선택적으로 공급하는 다수의 차단기(41, 42, 43, 44)를 포함하는 보조 차단부(40)와, 분기마다 아크 발생을 검출하는 다수의 광 센서(71, 72, 73, 74), 상기 광 센서(71, 72, 73, 74)의 검출결과를 송신하는 다수의 슬레이브(61, 62)와, 상기 변류기(13)를 통해 과전류가 검출되면 상기 메인 차단기(50)를 차단함과 아울러 아크가 발생한 경우 아크의 크기에 따라 메인 차단기(50) 또는 아크가 검출된 위치의 차단기(41, 42, 43, 44)를 선택적으로 차단하는 보호계전기(10)와, 보호계전기(10)의 신호에 따라 아크 제거기(30)를 제어하여 아크를 제거하는 제어기(20)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성의 본 발명의 구성과 작용을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2는 아크의 발생 없이 과전류 또는 사고전류가 변류기(13)에 검출된 경우의 동작 상태를 나타낸다.

정상 동작 상태에서 보호계전기(10)는 메인 차단기(50) 및 보조 차단부(40)의 모든 차단기들(41, 42, 43, 44)이 닫힌 상태가 되도록 제어한다.

이와 같은 상태에서 과전류 또는 사고전류가 변류기(13)에서 검출되면, 변류기(13)의 전류에 변화가 발생하며, 이를 감지한 보호계전기(10)는 메인 차단기(50)를 도 2와 같이 열어 기기를 보호하고, 운전자를 보호한다.

이때, 보조 차단부(40)의 모든 차단기들(41, 42, 43, 44)는 닫힌 상태를 유지할 수 있으며, 필요에 따라서는 모든 차단기들(41, 42, 43, 44)이 열린 상태가 되도록 제어할 수도 있다.

이와 같이 본 발명에서는 과전류의 입력시 메인 차단기(50)를 차단하여 기기와 운전자를 보호한다.

도 3과 도 4는 과전류의 입력 없이 아크가 발생한 상태에서 각각 초기 동작과 후기 동작 상태도이다.

도 3에 도시한 바와 같이 아크가 발생됨이 광센서(71)에서 검출되면 보호계전기의 슬레이브(61)는 아크가 발생됨과 아크의 크기 정보를 보호계전기(10)로 송신한다.

보호계전기(10)는 상기 아크에 의해 발생하는 전류의 크기가 상기 보조 차단부(40)의 차단기(41) 용량을 초과하는 것인지 판단한다.

이때의 차단기 용량은 차단기(41)의 정격 차단 전류 또는 단락 전류가 될 수 있다.

이때 아크에 의해 발생된 전류의 크기가 보조 차단부(40)의 차단기(41)의 용량보다 큰 경우 보호계전기(10)는 메인 차단기(50)를 열어 아크 발생에 의해 과도한 전류가 유입되지 않도록 차단한다.

또한, 보호계전기(10)는 제어기(20)에 아크가 발생함을 인지시키고, 제어기(20)가 아크 제거기(30)를 제어하여 아크를 제거하도록 한다.

이때 상기 광센서(71)는 지속적으로 아크를 검출하며, 슬레이브(61) 역시 광센서(71)에서 검출된 아크에 대한 정보를 보호계전기(10)로 송신한다.

보호계전기(10)는 아크가 점차 제거되어, 그 아크에 의해 유도되는 전류가 상기 차단기(41)의 용량 범위 이내가 되면, 도 4와 같이 상기 메인 차단기(50)를 닫고, 아크 발생 위치의 차단기(41)를 열도록 제어한다.

이때 아크 발생 위치의 차단기(41)만 열린 상태이며, 보조 차단부(40)의 다른 차단기(42, 43, 44)는 모두 닫힌 상태가 되도록 하여 발생된 아크로부터 부하를 보호한다.

도 3의 상태에서 도 4의 상태로 상태를 변경할 때에는 차단기(41)를 먼저 열고(차단하고), 메인 차단기(50)를 닫는 것으로 한다.

이와 같이 아크에 의한 전류의 영향을 메인 차단기(50)로 먼저 차단한 후, 그 전류가 감소했을 때, 보조 차단부(40)의 차단기를 열고 메인 차단기(50)를 닫는 제어를 수행함으로써, 보조 차단부(40)의 차단기(41, 42, 43, 44)는 상대적으로 더 낮은 용량의 차단기를 사용할 수 있다.

도면에서는 보조 차단부(40)가 4개의 차단기(41, 42, 43, 44)를 사용하는 것으로 도시하였으나, 시스템의 크기가 커질수록 더 많은 차단기가 사용되며, 용량이 낮은 차단기를 사용함에 따른 경제적인 이익은 더 커지게 된다.

도 3과 도 4는 아크 발생시 아크에 의한 전류의 크기가 상기 차단기(41)의 용량 이상인 경우를 가정한 것이며, 만약 아크 발생시 아크에 의한 전류의 크기가 차단기(41) 용량 미만인 경우에는 메인 차단기(50)는 닫힌 상태로 유지하고 차단기(41)만 차단할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아크 보호 방법의 순서도이다.

도 5에 도시한 각 단계는 보호계전기(10)에서 이루어지는 제어에 따른 것이다.

도 5를 참조하면, 아크가 발생했는지 확인하는 단계(S51)와, 발생한 아크가 보조 차단부(40)의 차단기의 용량 이상인지 확인하는 단계(S52)와, 상기 S52단계의 확인 결과 차단기의 용량 미만이면 보조 차단부(40)의 차단기를 차단하는 단계(S53)와, 상기 S52단계의 확인 결과 차단기의 용량 이상이면 메인 차단기(50)를 차단하는 단계(S54)와, 메인 차단기(50)를 차단한 상태에서 아크 제거기(30)를 이용하여 아크를 제거하는 단계(S54)와, 잔류 아크가 보조 차단부(40) 차단기 용량 미만인지 계속 확인하는 단계(S56)와, 상기 S56단계의 확인 결과 차단기 용량 미만이면 아크 발생 위치의 차단기를 차단하는 단계(S57)와, 메인 차단기(50)를 닫아 변압기(12)를 통해 전류가 공급되도록 하는 단계(S58)를 포함한다.

이와 같은 본 발명 아크 보호 방법을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, S51단계와 같이 보호계전기(10)는 광센서(71, 72, 73, 74)에서 아크에 의한 광이 검출되었는지 확인한다.

이때 광센서(71, 72, 73, 74)들의 검출결과는 슬레이브(61, 62)를 통해 보호계전기(10)에 수신될 수 있다.

그 다음, S52단계와 같이, 보호계전기(10)는 아크가 발생했을 때, 아크가 발생한 위치와 아크의 검출 신호의 세기를 확인하여, 발생한 아크가 보조 차단부(40)의 차단기의 용량 이상인지 확인한다. 상기 아크의 세기는 다시 말해서 메인 차단기(50)에 흐르는 전류의 세기에 관계된다.

그 다음, S53단계에서는 상기 S52단계의 확인 결과 차단기의 용량 미만이면 보조 차단부(40)의 차단기를 차단하여, 아크에 의해 부하가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

그 다음, S54단계와 같이 상기 S52단계의 확인 결과 차단기의 용량 이상이면 메인 차단기(50)를 차단한다. 메인 차단기(50)의 차단에 의해 변압기(12)를 통해 공급되는 전류가 차단되며, 아크의 발생에 의한 전류의 영향도 제거된다.

그 다음, S55단계와 같이 메인 차단기(50)를 차단한 상태에서 아크 제거기(30)를 이용하여 아크를 제거한다.

이때, 보호계전기(10)는 광센서를 통해 검출되는 아크의 세기 정보를 계속 모니터링한다.

즉, S56단계와 같이 보호계전기(10)는 광센서를 통해 검출된 아크의 세기가 보조 차단부(40) 차단기 용량 미만인지 계속 확인하여, 차단기 용량 이상이면 현재 상태를 계속 유지한다.

차단기 용량은 차단기 정격 차단 전류 또는 단락 전류가 될 수 있다.

그 다음, S57단계에서는 상기 S56단계의 확인 결과 차단기 용량 미만이면 아크 발생 위치의 차단기를 차단한 후, S58단계와 같이 메인 차단기(50)를 닫아 변압기(12)를 통해 전류가 공급되도록 한다.

이처럼 본 발명은 아크가 발생한 경우에도 필요에 따라 메인 차단기(50)를 제어하여 아크에 의한 기기 손상을 방지하기 때문에, 각 지선의 차단기들의 용량을 상대적으로 낮출 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10:보호계전기 11:상부 차단기
12:변압기 13:변류기
20:제어기 30:아크 제거기
40:보조 차단기 41, 42, 43, 44:차단기
50:메인 차단기 61, 62:슬레이브
71, 72, 73, 74:광센서

Claims (5)

1. 과전류의 유입 및 아크 광의 발생에 따라 메인 차단기 또는 보조 차단부의 차단기를 제어하는 보호계전기를 포함하는 아크 보호 시스템에 있어서,
   상기 보호계전기는,
   상기 보조 차단부에서 아크 광의 발생시 상기 메인 차단기에 흐르는 전류가 보조 차단부의 차단기 용량 이상인 경우 상기 메인 차단기를 차단하는 아크 보호 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보호계전기는,
   상기 보조 차단부의 아크 발생 시, 과전류의 유입 및 아크 광의 발생에 따라 상기 메인 차단기가 차단된 상태에서 메인 차단기에 흐르는 전류가 상기 보조 차단기 용량 미만인 경우 아크가 발생한 위치의 차단기를 차단한 후, 상기 메인 차단기를 닫는 아크 보호 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 보호계전기는,
   상기 보조 차단부의 아크 발생 시, 과전류의 유입 및 아크 광의 발생에 따라 메인 차단기에 흐르는 전류가 보조 차단부의 차단기 용량 미만인 경우 아크가 발생한 위치의 상기 보조 차단부의 차단기만 차단하는 아크 보호 시스템.
4. 보호계전기를 이용하여 과전류의 유입 및 아크의 발생시 메인 차단기 또는 보조 차단부의 차단기를 제어하여 기기를 보호하는 아크 보호 방법에 있어서,
   a) 발생된 아크의 위치를 확인하는 단계; 및
   b) 메인 차단기에 흐르는 전류가 상기 보조 차단부의 차단기 용량 이상인 경우 상기 메인 차단기를 차단하는 단계를 포함하는 아크 보호 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 b) 단계를 수행한 후,
   c) 메인 차단기에 흐르는 전류를 지속적으로 검출하는 단계를 더 포함하고,
   상기 c) 단계에서 검출한 메인 차단기에 흐르는 전류의 세기가 상기 차단기 용량 미만인 경우, 아크가 발생한 위치의 보조 차단부 차단기를 차단한 후, 차단된 상기 메인 차단기를 닫는 단계를 포함하는 아크 보호 방법.
   

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