KR20220056060A - 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 낙뢰 및 서지의 유입을 방지하는 1차 코일과 전력선에 연결되는 2차 코일을 구비한 절연변압기와; 상기 2차 코일에 연결되는 대지로부터 절연된 둘 이상의 상기 전력선과; 상기 전력선에 연결되는 PC, DDC, PLC, CCMS, 제어반 중에 어느 하나 이상과; 상기 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 제1 중성점 중 적어도 하나 이상에 전기적으로 연결되는 일단과, 상기 대지에 전기적으로 연결되는 타단을 구비하는 하나 이상의 고장검출기를 포함하고, 상기 고장 검출기는, 상기 전력선, 상기 제1 중성점, PC, DDC, PLC, CCMS, 제어반, 부하 중에 적어도 어느 하나 이상이 침수되거나, 상기 전력선과 연결된 회로의 어느 하나의 선로가 침수되거나, 직접접촉 또는 간접접촉을 통해 대지로 흐르는 전류 경로가 발생하였을 때, 누설전류를 위험전류 이하로 제한한 전류 경로를 형성하여 상기 누설전류를 검출, 통보하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은, 대지와 절연되어 전력을 공급하는 전력선과 대지사 이 및 부하에서 흐르는 누설전류 및 전기고장을 검출하여 이를 PC, DDC, PLC, CCMS, 제어반을 통해 감시, 제어, 차단, 통보(경보), 및 복구함으로써, 누설전류 및 전기고장으로 인한 전기사고(절연열화, 단락, 지락, 누전, 감전, 화재, 정전 등)의 발생을 방지하는 효과가 있다.

Description

누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반{Automatic control panel for preventing electric leakage, fire, and power failure caused by short circuit, ground fault, and surge}

본 발명은 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서지전압의 유입방지 및 대지와 절연되어 전력을 공급하는 전력선과 대지 또는 중성점과 대지 사이의 절연파괴로 전력선과 중성점 및 부하(PC, DDC, PLC, CCMS 포함)에서 누전, 지락발생 시 대지로 흐르는 누설전류를 누전차단기 정격감도전류 이하로 제한하여 탐지함으로써, 누설전류로 인한 제어반의 동작 불능 및 전기사고(절연열화, 지락, 누전, 감전, 화재, 정전, 통제불능 등)의 발생을 방지하는 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반에 관한 것이다.

일반적인 통합제어시스템, SI, FMS, 원격감시시스템, 빌딩자동화 설비, 터널감시 설비, 전력감시설비 및 회사, 공장, 사무실, 매장의 지점, 대리점, 판매점 등의 빌딩 자동 제어시스템은 통상적으로 상당수의 센서와 계측기 및 이들과 연결되어 필요한 데이터 처리를 수행하는 DDC(Direct Digital Control)제어반 유닛 또는 PLC(Programmable Logic Controller)제어반이 하나 또는 복수개의 그룹으로 구비된다. 이 DDC 제어반 유닛은 현장의 다양한 상태 정보를 센싱하거나 계측하고, 중앙관제시스템(CCMS) 내지 관제 피씨(PC)의 요청 신호에 대응되는 정보 또는 데이터를 전송하게 된다.

중앙관제시스템(CCMS) 내지 관제 피씨(PC)는 중앙 통제실, 관제실 등과 같이 통합 관리 주체에 의하여 운영되는 구성으로서, HMI(Human Machine Interface) 소프트웨어가 탑재되어 현장의 다양한 상태 정보 등을 수집하고, 모니터링 결과를 출력하며, 그 결과 등에 따른 제어, 관리, 정책 수립 등을 수행할 수 있는 기능을 수행한다. 이러한 중앙관제시스템(CCMS) 내지 관제 피씨(PC)는 운영자 스테이션(Operator Interface Station, OIS)으로도 지칭된다.

통상적으로 종래 자동제어시스템은 전기설비의 손상 또는 자연재해 (낙뢰, 풍수해 등) 등으로 불시에 발생하는 제어전원의 공급중단을 대비하여 2중화 배전반, 무정전전원장치(UPS)와 비상전원설비(발전기 등)를 시설하고 전원중단사고 시의 어느 경우에라도 제어전원중단으로 인한 빌딩관제 사고를 대비하고 있으나, 배전계통인 2중화 배전반, 무정전전원장치(UPS)와 비상전원설비(발전기 등)에서 자동제어시스템으로 공급되는 전원의 라인이 부득이하게 손상되거나, 누전, 지락이 발생하거나, 전원라인에서 접속불량이나 탄화, 열화, 저항증가, 단선 등이 발생되면 자동제어시스템의 고장이 진행되거나, 오작동되거나, 마비되어 빌딩관제시스템에 제어불능사고가 발생하는 것을 정확히 예측 및 방지하지 못한다는 문제점을 가지고 있다.

자동제어반의 제어전원은 단상으로 두 선을 연결하여 사용하며, 그 두 선 중에 하나의 선은 대지와 등전위인 중성선에서 연결하여 사용하고 나머지 하나의 선은 대지와의 전위차가 220V인 복수의 도체(전력선)에 연결하여 사용함으로써 복수의 도체(전력선)에서 누전(지락)이 발생하면 감전으로 사망하거나, 화재발생 위험이 높지만 중성선을 접지하지 않으면 하나의 도체가 누전, 지락 등이 발생하여도 검출할 수가 없고 삼상에서는 건전상의 전위가 상승되어 기기 등의 절연파괴로 더 큰 사고가 발생할 수 있으며 충전전압, 낙뢰 등 서지전압이 유입되었을 때 전기사고가 발생할 수 있다.

또한 단상부하가 공통으로 연결된 전원측 중성선이 단선되면 다른 삼상위상에 연결된 불평형 단상부하에 공통으로 연결된 중성선을 통해서 서로 다른 불평형 부하로 인해 이상전압이 경부하로 유입되게 되어 전기기기의 과열소손 및 그로 인한 화재발생이 빈번하게 발생하고 있는 실정이며, 중성선으로 유입되는 영 상고조파 또한 중성선에 이상 과전류를 흐르게 하여 전기사고를 야기하며 이를 막기 위해 배선용차단기와 누전차단기가 시설된다.

그러나 전기화재는 매년 줄어들지 않고 발생하고 있으며 고압수용가 보다는 저압수용가의 열악한 전기시설 때문에 화재발생의 대부분이 저압수용가에 서 발생하며, 전기화재 발생은 배전선로에서 중성선이 단선된 전기를 공급하거나, 결상된 전기를 공급하거나, 오결선된 전기를 공급하거나, 서지 등 이상전압이 유입되거나 수용가내의 전기설비에서 저항증가, 접속불량(아크) 등의 전기고장이 발생 하면 저압수용가는 상기 전기고장에 대한 아무런 대책을 세울 수가 없어 부하에 이상전압이 유입되거나, 전기설비가 과열, 소손되고 결국 감전, 전기화재가 발생하게 된다.

또한 저압수용가 건물의 전기를 수용하는 인입구부터 메인차단기가 시설된 분·배전반까지는 누전 등 전기고장 감시의 사각지대로 이곳에서 누전, 지락사고가 발생하면 아무런 대책 없이 감전, 화재로 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 이러한 전기화재에는 다양한 원인이 있으며, 그 중 전기화재의 주요 요인을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 단락(합선)은, 과열로 절연체 피복이 절연열화되거나, 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.

과부하는, 정격용량보다 많은 양의 전기를 초과하여 사용할 경우나 과전류 또는 불평형전류로, 전선이나 전기기기 자체 또는 배선기구의 접속부에서 열이 과다하게 발생하여 화재로 발전하게 된다.

불평형전압은, 평형부하(삼상전동기 등)에서 결상, 단선, 부하기기의 고장과 3상 4선식 또는 단상 3선식의 불평형 단상부하의 전원 측 중성선이 단선 되거나, 부하기기의 고장으로 발생하며, 삼상평형부하의 과전류는 전자식 과부하계 전기(EOCR)로 어느 정도 계통의 보호가 가능하나 전동기의 초기 시동 시(딜레이타임)와 제어전원에서 결상이상이 생기거나 중성선이 단선되면 과부하계전기(차단기) 등의 제어전원의 공급이상으로 그 보호가 수월하지 않다. 특히, 단상 2선식의 전원 측 계통에서 중성선이 단선되면 부하 측은 정전이 발생하여 계전기(차단기)가 작동 불능이 되고 전력선인 도체(전력선)가 누전되면 누설전류에 감전되거나, 전기기기 소손, 과열, 화재가 발생하여도 고장전기를 차단할 아무런 대책을 강구할 수 없게 된다.

누전(누설전류), 지락(대지접지)은, 전기가 통하는 전선 이외의 물체를 통해 전기가 외부로 흐르는 것으로, 누설전류에 의한 감전 및 누전 화재는 전류가 통로로 설계된 부분을 거치지 않고 사람의 인체를 통해 흘러 감전을 일으키거나(인체로 흐르는 누설전류 값이 15mA 이상이면 경련(고통)을 일으키고 50mA 이상이면 사망한다), 건물 및 부대설비 등으로 흘러 열이 축적되고 이것이 발열하여 화재를 일으킨다.

접속불량 및 반단선은, 전선의 접속점(회로의 분기 등) 또는 전선 내부 도체가 단선되어 연결되거나 끊어짐이 반복되면서 아크가 발생하고, 저항이 생겨 전류 흐름에 장애가 일어난 것으로서, 이러한 장애가 일정한 시간 이상 누적되면 전선의 피복이 탄화되어 절연체인 피복에 전기가 흐르게 되고 전선의 도체인 +, - 전극이 부딪힘으로써 화재가 발생하게 된다.

또한 저항증가, 탄화 등으로 도체의 저항이 증가되어 과열이 발생하면 절연열화로 감전 또는 화재가 발생하거나 과열이 진행되면서 합선, 결상, 단선 등의 발생으로 인한 과전류, 과전압, 불평형 전력 등으로 전기화재를 야기하고 있다.

이와 같이 전기화재의 원인은 다양한데, 각 화재 원인들은 수반하는 물리현상이 모두 상이하므로, 이들을 감지하기 위해 이용되는 방법 또한 모두 상이 하다. 따라서, 감전사고 및 전기화재를 유발하는 다양한 전기고장(누설전류, 아크, 저항증가, 과열, 중성선단선, 결상, 불평형, 이상전압 유입, 반단선, 접속불량, 오결 선, 누전, 지락, 단락)을 감지하고, 이를 차단, 경보 및 복구함으로써, 전기고장으로 전기기기의 소손 및 전기화재, 감전, 인명사고 등을 예방할 수 있는 기술이 그 어느 때보다도 절실히 요구되고 있다.

특허문헌1: 등록특허공보 등록번호 10-1396414호 (2014.5.12.등록) 특허문헌2: 등록특허공보 등록번호 10-1441366호 (2014.9.11.등록) 특허문헌3: 등록특허공보 등록번호 10-1803431호 (2017.11.24.등록)

따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것 으로, 대지와 절연되어 전력을 공급하는 복수의 전력선(배전반, 콘센트, 부하설비 등) 또는 제어반(PC, DDC, PLC, CCMS 등)이 침수되거나, 상기 복수의 전력선과 연결된 어느 하나의 전력선이 침수 또는 상기 전력선과 대지 사이에서 누전, 지락, 감전 시 누설전류를 누전차단기 정격감도전류 이하의 누설전류로 제한시켜 흐르도록 하여 검출, 통보함으로써, 상기 누설전류로 인한 전기사고(절연열화, 지락, 누전, 감전, 화재, 정전 등)의 발생을 방지하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전기설비 손상으로 상기 누전, 지락, 감전 발생 시에도, 자동제어반의 전원을 정상적으로 공급하여, 자동제어반의 동작 불능으로 인한 전기사고가 일어날 수 없도록 하고, 전기공급을 중단없이 유지하면서 관리자가 조치할 수 있도록 시청각으로 경보하거나, 유무선으로 통보하여 전기화재 및 감전사고의 발생을 방지하는 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 낙뢰 등으로 서지전압이 유입되어 제어반이 소손 및 오작동 등이 되는 것을 방지하고 전기설비 손상으로 발생하는 저항증가, 접속불량, 단선, 결상 등에 의한 과열 절연열화, 감전, 전기화재의 발생을 방지하는 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로 부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 낙뢰 및 서지의 유입을 방지하는 1차 코일과 전력선에 연결되는 2차 코일을 구비한 절연변압기와; 상기 2차 코일에 연결되는 대지로부터 절연된 둘 이상의 상기 전력선과; 상기 전력선에 연결되는 PC, DDC, PLC, CCMS, 제어반 중에 어느 하나 이상과; 상기 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 제1 중성점 중 적어도 하나 이상에 전기적으로 연결되는 일단과, 상기 대지에 전기적으로 연결되는 타단을 구비하는 하나 이상의 고장검출기를 포함하고, 상기 고장 검출기는, 상기 전력선, 상기 제1 중성점, PC, DDC, PLC, CCMS, 제어반, 부하 중에 적어도 어느 하나 이상이 침수되거나, 상기 전력선과 연결된 회로의 어느 하나의 선로가 침수되거나, 직접접촉 또는 간접접촉을 통해 대지로 흐르는 전류 경로가 발생하였을 때, 누설전류를 위험전류 이하로 제한한 전류 경로를 형성하여 상기 누설전류를 검출, 통보하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 둘 이상의 전력선의 전압은 직류 또는 교류인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 전력선 또는 상기 제1 중성점을 통해 누전, 지락, 서지전압, 결상, 단선, 접속불량, 저항증가, 불평형으로 전기고장 시 고장검출기로 탐지하여 통보, 감시, 경보, 차단, 복구, 제어 중에 어느 하나 이상을 실시할 수 있도록 상기 PC, DDC, PLC, CCMS, 제어반 중에 어느 하나 이상에 전달하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 고장검출기 각각은, 상기 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하는 전류 검출부 또는 경보기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 고장검출기 각각은, 상기 누설전류가 상기 전류 검출부를 단방향으로 흐르도록 누설전류의 경로를 제한하는 단방향 전류부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 단방향 전류부는, 다이오드 또는 임피던스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 고장검출기는 서지보호기, 릴레이, SSR(solid-state relay), 전류검출기, 전압검출기, 경보기, 트립코일, 영상변류기, 홀센서, CT(변류기) 중에 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 전력선에 직렬로 설치되고, 상기 전류 검출부의 검출신호에 연동되어 상기 전력선을 개폐하도록 제어되는 개폐스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 전류 검출부는 상기 전류 검출부와 절연된 개폐스위치를 일체형으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 전력선의 부하측에 부하와 병렬로 연결되고, 상기 전력선의 전기고장을 탐지하여 경보 및/또는 차단하거나, 상기 전기고장을 탐지하여 전원을 복구하는 탐지/복구기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 탐지/복구기는, 상기 제1 중성점에 연결되는 제2 중성점; 및 상기 둘 이상의 전력 선 각각에 일단이 연결되고, 타단이 상기 제2 중성점에 공통 연결되는 둘 이상의 권 선을 포함하고, 상기 둘 이상의 권선 각각은, 다른 권선 중 어느 하나와 자기적으로 커플링되는 커플링 권선부분을 하나 이상 포함하되, 상기 둘 이상의 권선 중 적어도 하나의 권선은, 상기 제2 중성점을 기준으로 나머지 권선 각각에 인가되는 전압에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 상기 커플링 권선부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 전력선은 단상의 전력을 공급하고, 상기 탐지/복구기는, 상기 전력선 각각에 일단이 연결되고, 타단이 상기 제2 중성점에 공통연결되는 제1 및 제2 권선을 포함하되, 상기 제1 및 제2 권선은, 제2 중성점을 기준으로 서로 역상의 전압이 유기되도록 서로 자기적으로 커플링 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 전력선은 R, S 및 T상을 갖는 삼상의 전력을 공급하고, 상기 탐지/복구기는, 상기 R, S 및 T상 각각에 일단이 연결되고, 타단이 상기 제2 중성점에 공통 연결되는 제1 내지 제3 권선을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 권선 각각은, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해서 상기 제2 중성점을 기준으로 역상의 전압이 각각 유기되는 상기 커플링 권선부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 전력선은 R, S 및 T상을 갖는 삼상의 전력을 공급하고, 상기 탐지/복구기는, 상기 R, S 및 T상 각각에 일단이 연결되고, 타단이 상기 제2 중성점에 공통 연결되는 제1 내지 제3 권선을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 권선 중 하나의 권선은, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해서 상기 제2 중성점을 기준으로 역상의 전압이 각 각 유기되는 상기 커플링 권선부분을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 고장검출기로부터 상기 검출신호를 수신하여 고장여부를 판단하고, 고장으로 판단되면 제어신호를 출력하는 CCMS를 더 포함하고, 상기 제어신호는 전원을 차단하기 위한 차단신호, 경보발령을 위한 경보신호, 고장구간 또는 위치를 디스플레이하기 위한 위치신호, 및 고장을 복구하기 위한 복구신호, 통신을 하기 위한 통신신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 전력선에 직렬로 설치되고, 상기 고장검출기의 검출신호 및 상기 CCMS의 제어신호 중 적어도 하나에 연동되어 상기 전력선을 차단하도록 제어되는 차단기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기 고장검출기는, 상기 둘 이상의 전력선 각각과 상기 대지 사이에 전기적으로 연결되는 둘 이상의 고장검출기이고, 상기 둘 이상의 전력선 중 어느 하나의 전력선에 흐르는 누설전류는, 상기 둘 이상의 고장검출기 중 나머지 전력선에 연결된 고장검출기에서 검출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 대지와 절연되어 전력을 공급하는 전력선과 대지 사이에서, 감전, 누전, 지락 등의 발생 시에 물체, 액체, 인체, 도체를 통해 대지로 흐르는 전류를 안전한 소정의 값 이하로 흐르도록 제한하여 누설전류를 검출함으로써, 누설전류로 인한 전기사고(지락, 누전, 감전, 화재, 정전 등)의 발생을 방지하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 단상 2선식 또는 단상 3선식 또는 삼상 3선식 또는 삼상 4선식 전기설비인 주 변압기, 배전반, UPS(무정전전원장치), 비상전원장치(발전기 등), 분전반, 제어 반, 콘센트 및 부하(가전제품, 전동기, 기계장치, 방재설비, 환경설비 등)에서 직접 대지로 흐르는 누설전류가 발생하거나, 전력선 중에 어느 하나 또는 전력선 모두가 침수되거나, 전력선인 도체가 인체를 통해 직접 대지로 누설전류가 흐르더라도 전기공급 중단없이 누설전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하여 흐르게 함으로써, 사람의 생명, 신체 및 재산의 피해를 발생시키지 않는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 누설전류, 저항증가, 아크, 결상, 단선, 접촉불량, 누전, 반단선, 불평형, 침수 등에 의한 전기고장으로 전기설비의 오동작, 기기소손, 기기마비, 전기화재, 감전 등 인명사고가 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다

또한, 본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 전기설비에서 전원을 공급받는 전기설비 자체 또는 본 자동제어반 자체에서 누설전류, 누전, 단선, 저항증가, 아크, 결상, 접촉불량, 반단선, 불평형 등에 의한 전기고장을 실시간으로 통보(경보)하거나, 제어함으로써 전기고장을 신속하게 보수 하도록 하여 사고가 확산되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 전력계통에서 전원을 공급받는 복수의 전기설비에서 흐르는 정상전류가 집합되어 오동작하지 못하도록 각각의 전기설비를 분할시켜 따로 탐지함으로써, 탐지 전류를 분산시켜 고장탐지의 오동작을 방지하고 각각 다른 장소에 위치한 전기설비의 고장위치를 즉시 확인하여 고장에 대한 대응을 신속하게 함으로써, 전기고장으로 전기설비가 마비되거나, 감전 및 화재사고가 발생되는 것을 예방하는 효과가 있 다.

도 1은 본 발명에 따른, 전기고장에 의한 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반의 단상 전원라인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고장검출기의 내부 블록을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 누설전류를 검출하는 원리를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 누설전류를 검출하는 원리를 도시한 개념도이다.
도 5는 단상 전원에 적용가능한 본 발명의 탐지/복구기의 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.
도 6은 삼상 전원에 적용가능한 탐지/복구기의 예시적인 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.
도 7은 삼상 전원에 적용가능한 탐지/복구기의 다른 예시적인 구성 및 벡터 도를 도시한 도면이다.
도 8은 고장검출기와 탐지/복구기가 동시에 적용된, 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반의 회로도이다.
도 9는 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 단상 전원에 적용된 결선도이다.
도 10은 탐지/복구기를 구비한 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 단상 전원에 적용된 결선도이다.
도 11은 탐지/복구기를 구비한 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 단상 전원에 적용된 다른 결선도이다.
도 12는 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 삼상 전원에 적용된 결선도이다.
도 13은 탐지/복구기를 구비한 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 삼상 전원에 적용된 결선도이다.
도 14는 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 단상 전원의 분기선로에 적용된 결선도이다.
도 15는 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 삼상 전원의 분기선로에 적용된 결선도이다.
도 16은 탐지/복구기를 구비한 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 삼 상 전원의 분기선로에 적용된 결선도이다.
도 17은 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반의 부하선로가 침수되었을 때를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전기고장에 의한 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반의 전체 구성을 도시한 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.

본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은 누설전류에 의한 감전 또는 화재 등의 전기사고를 방지하기 위하여 구내 또는 옥외에 설치된 전기설비 및 그 부하에 적용될 수 있다. 여기에서, 전기설비는 수배전반을 비롯한 수배전설비, 변압기, 전동기제어반을 포함한 각종 제어반, 가설 분전반, 가로등분전반, 케이블릴, 및 태양광, ESS를 비롯한 직류설비 등 전기가 사용되는 모든 설비를 포함하고, 부하란 전기를 이용하는 전기기기, 가전기기, 방재설비 및 환경 설비 등을 포함한다.

본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 상기한 전기설비 및 부하가 자연재해 또는 노후화, 손상, 침수 등으로 감전, 누전, 지락에 의한 누설전류 발생 시에 활선상에서 대지로 흐르는 누설전류를 위험전류 이하로 제한하여 흐르도록 하고 검출함으로써, 누설전류에 의한 감전 및 화재와 정전, 설비소손 등을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반에 전원이 공급되는 단상 전원계통 구성을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 대지로부터 소정의 접지 저항값 이상의 저항값으로 절연된 둘 이상의 전력선(PL2), 및 둘 이상의 전력선(PL2)의 전압 사이의 전위를 갖는 제1 중성점 (N1) 중 적어도 하나 이상과 대지 사이에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 고장검출기(210)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 고장검출기(210)는, 둘 이상의 전력선 중 적어도 하나 이상이 침수되거나 누전, 지락 또는 인체접촉 등에 의하여, 둘 이상의 전력선(PL2) 또는 제1 중성점(N1)에서 대지로 흐르는 누설전류에 대하여 전류 경로를 형성하도록 구성된다. 또한, 고장검출기(210)는 전력선(PL2) 또는 제1 중성점(N1)과 대지 사이에 흐르는 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하거나 검출신호에 연동하여 경보 또는 누설전류가 흐르는 전력선(PL2)으로 전원이 공급되는 것을 차단하도록 제어할 수 있다.

전력선(PL2)은, 부하(290)측 또는 주변의 수배전설비를 포함한 전기 수용설비에 전력을 공급하는 도선으로서, 차단기(270)나 스위치로 구획된 별개의 도선 뿐 아니라 차단기(270), 스위치 또는 개폐기 등으로 연결되거나 주 선로로부터 분기되는 분기선로를 포함하여 전기적으로 서로 연결되어 동일 상의 전력이 전송되 는 모든 도선을 통칭한다. 이때, 전력선(PL2)은 대지로부터 소정의 접지저항 이상 의 저항값을 갖도록 절연되는 것이 바람직하다. 여기에서 절연이란 완전한 절연의 경우에 한정되는 것은 아니며 접지공사를 통하여 전력선(PL2) 또는 중성점이 대지 와 갖는 통상적인 접지저항 보다는 큰 저항값을 갖는 정도의 경우를 포함한다.

전력선(PL2)에 연결되는 전원은 직류 또는 교류일 수 있다. 전원이 직류일 경우는 태양광, ESS(Energy Storage System)일 수 있고, 교류일 경우에는 단상 또는 삼상이거나 그 밖에 각 상의 전압이 소정의 위상차를 갖는 다상 방식을 모두 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 단상 교류 방식을 기초로 설명하고 필요에 따라 삼상 교류 및 직류 전원인 경우를 추가적으로 설명하기로 한 다.

제1 중성점(N1)은, 둘 이상의 전력선들(PL2)이 갖는 전위 사이의 전 위를 갖는 통전점을 말하고 변압기의 중간탭으로부터 인출되거나 전력선들(PL2)의 전압을 소정의 비율로 합산하여 형성할 수도 있다. 제1 중성점(N1)을 기준으로 전 력선(PL2)의 전압의 합은 0이면 족하며, 제1 중성점(N1)을 기준으로 한 전력선 (PL2)의 전압의 크기가 서로 동일한 것에 한정되는 것은 아니나, 이하에서는 전력 선(PL2)의 상전압이 서로 위상을 달리할 뿐 크기는 동일한 경우를 가정하여 설명한 다.

고장검출기(210)는, 둘 이상의 전력선(PL2) 또는 제1 중성점(N1)에 서 대지로 흐르는 누설전류에 대하여 전류 경로를 형성하도록 둘 이상의 전력선 (PL2) 및 제1 중성점(N1) 중 적어도 하나 이상과 대지 사이에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 이때, 고장검출기(210)는 누설전류를 검출하여 경보하거나, 검출신호를 출력하거나, 검출신호에 연동하여 누설전류가 흐르는 전력선(PL2) 또는 중성점으로 전원이 공급되는 것을 차단하도록 PC, DDC, PLC, CCMS, CCMS 등으로 제어할 수 있다. 여기에서 ‘전기적으로 연결’ 된다는 것은 직접적인 접속 뿐만 아니라 다른 전기소자를 통하여 간접적으로 연결되는 경우를 포함한다.

본 발명의 고장검출기(210)는 전력선(PL2)에 설치되거나, 제1 중성점 (N1)에만 설치될 수 있고, 전력선(PL2)과 제1 중성점(N1)에 모두 설치하는 것도 가능하다. 또한, 고장검출기(210)를 전력선(PL2)에만 설치하는 경우에도 모든 전력선(PL2)뿐만 아니라 전력선(PL2)의 일부에만 설치하는 구성도 가능하나, 바람직하게는 모든 전력선(PL2) 또는 제1 중성점(N1)에 설치함으로써 전력선(PL2) 또는 제1 중성점(N1)에서 대지로 흐르는 누설전류를 탐지하고, 특히 전력선(PL2) 모두에 설치한 경우에는 누설전류가 발생한 전력선(PL2)을 특정할 수도 있다.

본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은 대지로부터 소정의 저항값 이상으로 절연된 전력선(PL2)을 대상으로 하고 있으나, 도 1의 수배전 선로(PL1)가 대지에 절연되지 않은 상태이거나, 절연되었더라도 낙뢰 등에 의한 서지전압 유입방지 등 필요에 의하여 수배전 선로(PL1)와의 절연을 위하여 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은 고장검출기(210)가 설치되는 전력선(PL2)과 수배전 선로(PL1) 사이를 절연하고, 2차 측인 전력선(PL2)의 비계통접지를 하기 위한 절연변압기(240)를 더 포함할 수 있다.

절연변압기(240)는, 원칙적으로 전원측 서지유입을 방지하지만 2차측에 기존의 서지보호기(280)를 적용하여 서지유입을 방지할 수도 있으며, 수배전 선로(PL1)가 연결되는 1차측과 이에 절연되는 2차측을 포함하고, 2차측이 둘 이상의 전력선(PL2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전력선(PL2) 및 제1 중성점(N1)은 고장검출기(210)가 설치될 수 있 도록 대지로부터도 절연된다. 여기에서 제1 중성점(N1)은 절연변압기(240)의 2차측 권선의 중간 탭으로부터 인출될 수 있으나, 고장검출기(210)을 전력선(PL2)에만 설 치하고자 하는 경우에는 생략하는 것도 가능하다. 또한, 절연변압기(240)는 단상용 이거나 삼상용일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다상을 출력하도록 권취된 다상용 변압기일 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반는, 전력선(PL2)에 직렬로 설치되고, 고장검출기(210)의 검출신호에 연동되어 전력선(PL2)을 개폐하여 전원을 차단하도록 제어되는 개폐스위치(211)와 차단기(270)를 적어도 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 검출신호에 연동하여 전력선(PL2)을 개폐한다는 것은 개폐스위치(211)와 차단기(270)가 고장검출기(210)의 검출신호에 의하여 직접 제어되는 경우와 검출신호를 수신하거나, 감시하는 CCMS(중앙관제시스템) 등 외부의 제어수단에 의하여 개폐가 제어되는 경우를 포함한다.

개폐스위치(211)와 차단기(270)는 전원을 차단하는 측면에서 동일한 기능을 하는 구성이나, 차단기(270)는 수배전설비에서 표준적으로 사용되는 구성으 로서 누전차단기, 배선용차단기, MG/SW, 전자식개폐기, ACB, VCB, AISS, LBS 등을 포함하고, 개폐스위치(211)는 이와 달리 비표준 스위치 수단일 수 있다. 특히, 차 단기(270)는 선로를 동시에 개폐하고, 개폐스위치(211)는 전기고장이 발생한 선로 만 개별적으로 개폐하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 감전 및 화재 방지 배전반은, 지락, 누전 또는 감전 등의 전기고장에 의하여 누설전류가 흐르는 전력선(PL2)을 특정할 수 있도록 고장검출기(210)가 설치되고, 전기고장이 발생한 전력선(PL2)을 선별적으로 차단하도록 개폐스위치(211)가 구성될 수 있다.

또한 개폐스위치(211)는, 도 1에 도시된 바와 같이 전력선(PL2)의 입력측과 부하(290)측에 각각 설치되어 전력선(PL2)을 소정의 구간으로 구획할 수 있다. 이를 통하여 누설전류가 소정의 구간에 발생하게 되면, 해당 구획에서 누설 전류가 발생한 전력선(PL2)만을 차단하여 원인제거를 할 수 있다. 후술하겠지만, 이 경우에는 차단되지 않은 전력선(PL2)과 중성점(N 또는 N1)을 이용하여 복구한 전력을 정전없이 PC, PLC 등 부하(290)에 공급할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 전력선(PL2)의 부하(290)측에 부하(290)와 병렬로 연결되는 탐지/복구기(230)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 탐지/복구기(230)는, 전력선(PL2)의 전기고장(누설전류, 저항증가, 아크, 단선, 결상, 불평형전력, 접속불량, 오결선, 누전, 합선, 이상전압의 발생)을 탐지 하거나, 전력선(PL2)의 단선, 결상 또는 누설전류에 의하여 하나의 전력선(PL2)이 차단될 때 해당 전력선(PL2)의 전원을 복구하여 부하(290)에 공급하도록 구성될 수 있다. 탐지/복구기(230)의 구조와 기능에 대해서는 뒤에서 상세하게 후술하기로 한 다.

도 2는 본 발명에 따른 고장검출기(210)의 내부 블록을 도시한 블록 도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고장검출기(210) 각각은, 누설전 류를 소정의 위험전류 이하로 제한하고, 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하는 전류 검출부(212)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 고장검출기(210) 각각은, 누설전류가 전류 검출부(212)를 단방향으로 흐르도록 누설전류의 경로를 소정의 방 향으로 제한하는 단방향 전류부(213)를 더 포함할 수 있다.

전류 검출부(212)는, 전력선(PL2) 또는 제1 중성점(N1)에서 대지로 흐르는 누설전류를 검출하는 구성 요소로서, 누설전류를 검출하여 이에 대응하는 검출신호를 출력할 수 있다. 검출신호는 누설전류의 크기와 방향 정보를 포함한 신호일 수 있고, 누설전류가 기설정한 임계치를 초과했는지 여부를 출력하는 신호일 수 있다. 검출신호는 전력선(PL2)에 설치된 개폐스위치(211) 또는 차단기(270)에 직접 제공되거나, 별도로 설치된 PLC 등 제어기인 CCMS(220)(중앙관제시스템)가 개폐스위치(211) 또는 차단기(270)의 개폐를 제어하거나 경보, 고장위치 표시 또는 고장복구를 위한 제어신호를 출력하도록 CCMS(220)에 제공될 수도 있다. 이때, CCMS(220)는 경보발생기(250)를 통하여 경보신호를 발령하거나, 관리자에 의하여 경보해제 입력기(260)에 경보해제 명령이 입력되면 경보를 해제하도록 제어할 수도 있다.

또한 전류 검출부(212)는 누설전류가 소정의 위험전류 이하가 되도 록 누설전류가 흐르는 전류 경로 상에 직렬로 배치되는 전류제한 수단(도면 미도시)을 더 구비할 수 있다. 이때, 전류제한 수단은 누설전류 발생 시에 고장검 출부에 걸리는 전압에 대하여 전류값을 위험전류 이하로 제한하도록 저항 소자를 비롯한 전압강하 소자를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서 위험전류는 인체에 감 전을 일으키거나 화재를 발생시킬 수 있는 전류로서 전기설비(100)의 사용목적에 맞추어 적절히 설정될 수 있다. 참고로, 인체로 흐르는 누설전류 값이 15mA 이상이 면 경련(고통)을 일으키고 50mA 이상이면 사망에 이르는 것으로 알려져 있으므로, 감전사고 예방을 위하여 위험전류는 15mA 이하, 예컨대 8mA로 설정하여 누설전류가 그 이하로 제한되도록 설계할 수 있다.

또한 전류 검출부(212)는 누설전류가 흐르는 전류 경로 상의 임의 의 지점에서 누설전류를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전류 제한 수단에 걸리는 전압을 이용하거나, 전류 경로의 임의의 지점에 설치된 전류센서를 이용하 여 누설전류를 검출하는 것도 가능하다. 여기에서 전류센서는 홀센서 또는 CT(current transformer)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 고장검출기(210)는, 검출신호에 연동하여 개폐가 제 어되는 스위치를 더 포함하는 구성일 수 있다. 이때 스위치는, 앞에서 상술한 개폐스위치(211)로 동작할 수 있고, 전류 검출부(212)와 함께 고장검출기(210)에 일체 형으로 구비될 수 있다. 이 경우에 일체형의 스위치와 전류 검출부(212)는 무접점 릴레이(SSR, solid-state relay)로 구현될 수 있다.

단방향 전류부(213)는, 누설전류가 전류 검출부(212)를 단방향으로 흐르도록 누설전류의 경로를 소정의 방향으로 제한하는 구성요소로서, 기설정된 방 향의 전류에 대해서만 도통되도록 제어되는 스위치 소자, 또는 다이오드를 포함하 여 구성될 수 있다. 특히, 단방향 전류부(213)가 다이오드로 구성되는 경우에 하나 이상의 다이오드로 구성된 정류회로 형태일 수 있고(도 2(a)), 브리지 다이오드 회 로(도 2(b))로 구성될 수도 있다.

단방향 전류부(213)를 포함하여 구성된 고장검출기(210)는, 교류의 전원의 경우에 전력선(PL2)에 설치되거나 직류 전원의 경우에는 제1 중성점(N1)에 설치되어 누설전류가 흐르는 전력선(PL2)을 식별하도록 동작할 수 있다. 이하에서 는 도면을 이용하여 고장검출기(210)의 설치위치에 따라 누설전류를 감지하여 검출 하는 동작을 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 누설전류를 검출하는 원리를 도시한 개념도이다.

도 3에 따르면, 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 전력선(PL2)의 전압 사이의 전위를 갖는 제1 중성점(N1)과 대지 사이에 설치되는 고장검출기(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 전력선(PL2)을 대지와 절연시키기 위하여 수배전 선로(PL1)와 전력선(PL2) 사이에 절연변압기(240)가 설치되고 전력선(PL2) 및 제1 중성점(N1)은 절연변압기(240)의 2차측으로부터 인출될 수 있다.

둘 이상의 전력선(PL2) 중 어느 하나의 전력선(PL2)에 지락 또는 인 체 접촉이 발생하여 누설전류가 흐르면, 누설전류는 도 3에 도시된 바와 같이 고장 검출기(210)를 거쳐 제1 중성점(N1)으로 흐르게 된다. 이때, 고장검출기(210)는 누 설전류를 인체에 무해한 전류 이하로 제한하면서 누설전류를 검출하게 된다. 도 3 에는 단상의 전력선(PL2) 중 하나의 전력선(PL2)에 누설전류가 발생하는 경우를 도 시하고 있으나, 나머지 전력선(PL2) 또는 삼상의 경우에도 이와 유사한 원리로 고 장검출기(210)가 누설전류를 검출할 수 있다.

도 3과 같이 교류 전원에 대해서 제1 중성점(N1)에 접속된 고장검출 기(210)는 단방향 전류부(213)를 포함한 구성일 필요가 없고 누설전류가 발생한 전 력선(PL2)에 상관없이 누설전류의 유무를 검출하는 구성이나, 직류 전원의 경우에 는 단방향 전류부(213)를 구비한 고장검출기(210)를 제1 중성점(N1)에 설치함으로 써 누설전류의 발생 유무 뿐만 아니라 누설전류가 발생한 전력선(PL2)도 식별하여 검출할 수 있다. 이때는 고장검출기(210)를 병렬로 연결하되, 고장검출기(210) 각 각의 단방향 전류부(213)의 전류 방향을 역방향으로 설정하거나, 도 2(b)에 도시된 브리지 다이오드 형태의 단방향 전류부(213)를 구비한 고장검출기(210)를 이용하여 누설전류가 발생한 전력선(PL2)을 식별할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 누설전류가 흐르는 전력선을 식별하여 누설전류를 검출하는 원리를 도시한 개념도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 단상 전압(R1, R2)을 갖는 전력선과 대지 사이에 각각 연결된 제1 및 제2 고장검출기(210-1, 210-2)를 포함하여 구성된다. 이때, 제1 및 제2 고장검출기 (210-1, 210-2)는 단방향 전류부(213)를 포함하고, 단상 전압(R1, R2) 양단 사이에 전류가 흐르지 못하도록 단방향 전류부(213)가 허용하는 전류 방향은 단상 전압 (R1, R2) 사이에서 역방향으로 설정된다.

도 4에 따르면, 전력선 중에서 R1상에 누설전류1이 발생하면, 누설 전류1은 도면에 도시된 실선을 따라 제1 고장검출기(210-1)로 흐르는 전류 경로를 형성하고, 전력선 중에서 R2상에 누설전류2가 발생하면, 누설전류2는 파선을 따라 제2 고장검출기(210-2)로 흐르는 전류 경로를 형성한다. 따라서, 누설전류1이 발생 한 전력선에 대해서는 제1 고장검출기(210-1)가 검출신호를 출력하고 누설전류2가 발생한 전력선에 대해서는 제2 고장검출기(210-2)가 검출신호를 출력하도록 함으로 써, 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반는 누설전류가 발생한 전력선을 식별하여 검출할 수 있다.

이상에서는 단상 교류인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이 검출원 리는 이에 한정되는 것이 아니며, 삼상 또는 그 이상의 다상 전원에도 적용될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 고장검출기는, 둘 이상의 전력선 각각과 대지 사이에 전기적으로 연결되고, 둘 이상의 전력선 중 어느 하나의 전력선에 흐르는 누설전류는 고장검출기 중 나머지 전력선에 연결된 고장검출기에서 검출되도록 구성될 수 있다.

이상에서 설명된 구성을 통하여, 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 누설전류가 흐르는 전력선을 식별하고 전기를 부하에 중단없이 공급하면서 고장 통보(경보)를 하거나, 고장 통보(경보)를 한 후 차단함으써 인체 피해 및 화재를 예방할 수 있다. 또한, 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 누설전류가 발생한 전력선만을 구별하여 선별적으로 차단함으로써, 차단되지 않은 전력선 및 제1 중성점(N1)을 이용하여 본 발명의 탐지/복구기(부하의 용량에 맞추어 설계)(230)가 차단된 전력을 복구하여 부하(290)에 공급하도록 하는 것도 가능하다.

일반적으로 본 발명의 탐지/복구기(230)는, 제1 중성점(N1)에 연결 되는 제2 중성점(N2)과, 둘 이상의 전력선 각각에 일단이 연결되고 타단이 제2 중 성점(N2)에 공통연결되는 둘 이상의 권선을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 둘 이 상의 권선 각각은, 다른 권선 중 어느 하나와 자기적으로 커플링되는 커플링 권선 부분을 하나 이상 포함하되, 둘 이상의 권선 중 적어도 하나의 권선은, 제2 중성점 (N2)을 기준으로 나머지 권선 각각에 인가되는 전압에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하도록 구성된다.

도 5는 단상 전원에 적용가능한 본 발명의 탐지/복구기(230)의 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.

도 5(a)를 참조하면, 단상 전압에 적용되는 탐지/복구기(230)는, 단 상 전압 각각에 일단이 연결되고, 타단이 제2 중성점(N2)에 공통연결되는 제1 및 제2 권선(R1-N2, R2-N2)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 권선(R1- N2, R2-N2)은 도 5(b)에 도시된 바와 같이 제2 중성점(N2)을 기준으로 서로 역상의 전압이 유기되도록 서로 자기적으로 커플링된다. 따라서 단상 전압 중 R1 또는 R2 측에 누설전류가 발생하여 해당 선로(예컨대, R2)를 강제 차단하였을 때 나머지 정 상 선로(예컨대, R1)와 제1 중성점(N1)에 전기적으로 연결된 제2 중성점(N2)을 이용하여 차단된 선로의 부하측 부분의 전압을 복구하여 정상 전압을 부하(290)에 공급할 수 있다.

본 발명의 단상용의 탐지/복구기(230)는, 일종의 단권변압기 구조를 가지고 있으나, 제1 권선(R1-N2):제2 권선(R2-N2)의 권선비는 1:1인 경우로 한정되 는 것이 아니라 필요에 따라 다양하게 설정하여 제작할 수 있다. 다만, 전력선을 통하여 탐지/복구기(230)와 주 변압기(절연변압기)(240)가 전기적으로 연결되는 경우에는 대응하는 주 변압기(절연변압기)(240)의 전압비 및 권선비에 맞추어 탐지/복구기(230)의 권선비를 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 탐지/복구기(230)는 삼상 전원에 적용하는 것도 가능하다.

도 6은 삼상 전원에 적용가능한 탐지/복구기(230)의 예시적인의 구 성 및 벡터도를 도시한 도면이다.

도 6(a)를 참조하면, 삼상 전원에 적용가능한 본 발명의 탐지/복구 기(230)는, R, S 및 T상을 갖는 삼상의 전력에 대하여, R, S 및 T상 각각에 일단이 연결되고 타단이 제2 중성점(N2)에 공통 연결되는 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233)을 포함하되, 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233) 각각은, 나머지 권선에 인가 되는 전압 각각에 대해서 제2 중성점(N2)을 기준으로 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하여 구성될 수 있다.

도 6(a)의 구성에 따르면, R상에 연결된 제1 권선(231)에는 3개의 커플링 권선부분이 구비되고, 각각의 커플링 권선부분에는 Rr, Rs 및 Rt 벡터를 갖 는 전압이 유기된다. 또한, S상에 연결된 제2 권선(232)에는 3개의 커플링 권선부 분이 구비되고, 각각의 커플링 권선부분에는 Ss, St 및 Sr 벡터를 갖는 전압이 유 기된다. 또한, T상에 연결된 제3 권선(233)에는 3개의 커플링 권선부분이 구비되고, 각각의 커플링 권선부분에는 Tt, Tr 및 Ts 벡터를 갖는 전압이 유기된다.

삼상 전원에서 R, S, T 각 벡터의 합은 0이므로 R, S, T상 전압 사 이의 관계를 수식으로 표현하면 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

삼상 전압이 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233)에 각각 인가될 때, 제2 중성점(N2)을 기준으로 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233)에서 유기되는 전압 은 각 권선에 구비된 커플링 권선부분에서 유기되는 전압의 합과 같으므로 이를 벡 터식으로 표현하면 다음 수학식 2 내지 수학식 4와 같다.

[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 4]

위의 수학식 1 내지 4의 이해를 돕기 위하여 도 6(b)에는 유기되는 전압들의 벡터도가 도시되어 있다.

도 6(b)를 참조하면, 각 권선은, 제2 중성점(N2)을 기준으로 나머지 권선 각각에 인가되는 전압에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부 분을 포함하도록 구성된다. 다시 말하면, 제1 권선(231)의 경우에는 Rs, Rt 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은, 각각 S상 및 T상의 위상과 역상인 전압을 유 기한다. 제2 권선(232)의 경우에는 Sr, St 벡터의 전압이 각각 R상 및 T상 전압의 위상과 역상이다. 또한, 제3 권선(233)의 경우에는 Tr, Ts 벡터의 전압이 각각 R상및 S상 전압의 위상과 역상이다.

더 나아가, 제1 권선(231)의 커플링 권선부분 중 Rr 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은, Tr의 커플링 권선부분 및 Sr의 커플링 권선부분과 역 상의 전압을 유기시킨다. 이와 유사하게, 제2 권선(232)에서 Ss 벡터는 Rs 및 Ts와 역상이고, 제3 권선(233)에서 Tt 벡터는 St 및 Rt 벡터와 역상이다. 커플링 권선부 분에서 유기하는 전압들의 관계를 벡터식으로 정리하면 다음 수학식 5 내지 7과 같다.

[수학식 5]

[수학식 6]

[수학식 7]

위와 같은 조건을 만족시키도록 구성되는 본 발명의 탐지/복구기 (230)는, 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233)에 인가되는 R, S, T 중에 어느 하나의 상이 단선 또는 기타 전기고장에 의하여 결상(저항증가, 접속불량 등)되더라도, 나머지 상에 의하여 결상된 상전압을 복구하여 부하(290)에 공급할 수 있다.

삼상 전압 R, S, T의 전력선이 탐지/복구기(230)의 제1 내지 제3 권 선(231, 232, 233)에 접속되어 동작하는 중에, 어느 하나의 상(예컨대, R상)이 전 기고장에 의하여 단선/결상되었다고 가정하여 보자. 이때, 단선되지 않은 제2 권선(232) 및 제3 권선(233)에는 S 및 T상이 정상적으로 인가되고 있으므로 수학식 3 내지 수학식 7의 관계식이 성립한다. 다만, 제1 권선(231)에는 R상이 인가되지 않 으므로 수학식 2는 유효하지 않고, 제1 권선(231)에는 수학식 8에서 정의되는 미지 의 전압 X가 유기된다고 볼 수 있다.

[수학식 8]

이하에서는, 결상된 제1 권선(231)에서 유기되는 미지의 전압 X가 결상된 R상을 복구하는지 여부를 수학적으로 살펴본다.

수학식 3과 4에 표현된 S, T를 수학식 5 내지 7을 이용하여 Rr, Rs, Rt에 관하여 정리하면 아래 수학식 9를 얻을 수 있다.

[수학식 9]

또한 탐지/복구기(230)의 모든 커플링 권선부분이 동일한 권선비를 갖도록 하면, 각 커플링 권선부분에서 유기되는 전압의 크기는 다음 수학식 10과 같이 서로 동일하다.

[수학식 10]

위의 수학식 10과 수학식 3 내지 7을 이용하여 Rs+Rt를 구하면 수학 식 11을 얻을 수 있다.

[수학식 11]

수학식 8에 수학식 9 및 11을 대입하고 수학식 1을 이용하여 정리하 면 R상이 결상되었던 제1 권선(231)에 유기되는 미지의 전압 X는 수학식 12와 같이 구해진다.

[수학식 12]

수학식 12로부터, 본 발명의 탐지/복구기(230)는, 제1 권선(231)에 인가되어야 할 R상이 결상되더라도, 제2 및 제3 권선(232, 233)에 인가되는 S 및 T 상을 이용하여 제1 권선(231)에는 R상의 전압이 복구되는 것을 알 수 있다.

이상에서는 탐지/복구기(230)의 제1 권선(231)에 R상이 결상되었을 때를 예로 들었으나, 제2 및 제3 권선(232, 233)에 인가되는 S상 또는 T상에 결상이 발생할 때도 마찬가지의 원리로 전원이 복구될 수 있다.

도 6에서는 탐지/복구기(230)의 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233) 이 각각 3개의 커플링 권선부분으로 구성된 구조가 도시되었으나, 본 발명의 탐지/ 복구기(230)는 이에 한정되는 것이 아니며, 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233) 중 적어도 하나가, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하는 구조라면 다양한 형태로 변경될 수 있다.

예를 들어, 도면에 도시하지는 않았으나 본 발명의 탐지/복구기 (230)는 도 6의 구성에서 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233)에 구비된 Rr, Ss 및 Tt에 대응하는 커플링 권선부분을 생략한 구조로 구성될 수도 있다. 수학식 1 내지 12와 유사한 증명과정을 이용하면 이 구조에서도 결상된 권선에 전압이 정상적으로 복구됨을 확인할 수 있다.

또한 본 발명의 탐지/복구기(230)는, 삼상 전원에 대하여 더욱 간 단한 구조로 구성될 수도 있다.

도 7은 삼상 전원에 적용가능한 탐지/복구기(230)의 다른 예시적인 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 탐지/복구기(230)는, R, S 및 T상 각각 에 일단이 연결되고, 타단이 제2 중성점(N2)에 공통연결되는 제1 내지 제3 권선 (231, 232, 233)을 포함하되, 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233) 중 하나의 권선은, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해서 제2 중성점(N2)을 기준으로 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하여 구성될 수 있다. 도 7(a)의 탐지/복구기(230)에는 R상이 인가되는 제1 권선(231)에 Rs, Rt 벡터의 전압 을 유기하는 커플링 권선이 구비되고, Rs 및 Rt는 제2 및 제3 권선(232, 233)의 S 및 T상에 대해서 각각 역상의 전압을 갖는다. 도 7(b)에는 이러한 관계를 도시한 벡터도가 도시되어 있다.

앞에서 도 6(a)의 구조를 갖는 탐지/복구기(230)가 결상된 상을 복 구하는 원리를 수학적으로 증명하였듯이, 도 7(a)의 구조에 대해서도 비슷한 과정 을 통하여 결상된 상의 복구 원리를 살펴볼 수 있다.

삼상 전원에서 R, S, T 각 벡터의 합은 0이므로 R, S, T상 전압 사 이의 관계를 수식으로 표현하면 수학식 1과 동일한 수학식 13을 얻을 수 있다.

[수학식 13]

제2 중성점(N2)을 기준으로 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233)에 걸 리거나 유기되는 전압을 벡터식으로 표현하면 다음 수학식 14 내지 수학식 16과 같다.

[수학식 14]

[수학식 15]

[수학식 16]

위의 수학식 14 내지 16의 이해를 돕기 위하여 도 7(b)에는 유기되 는 전압들의 벡터도가 도시되어 있다. 도 7(b)를 참조하면, 제1 권선(231)에서 Rs, Rt 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은, 각각 S상 및 T상의 위상과 역상인 전압을 유기하는 것을 알 수 있다.

더 나아가, 제1 권선(231)의 커플링 권선부분 중 Rs 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은 Ss의 커플링 권선부분과 역상의 전압을 유기시키고, Rt 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은 Tt의 커플링 권선부분과 역상의 전 압을 유기시킨다. 이와 같이 커플링 권선부분에서 유기하는 전압들의 관계를 벡터식으로 정리하면 다음 수학식 17 및 수학식 18과 같다.

[수학식 17]

[수학식 18]

위와 같은 조건을 만족시키도록 구성되는 본 발명의 탐지/복구기 (230)는, 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233)에 인가되는 R, S, T 중에 어느 하나의 상이 단선 또는 기타 전기고장에 의하여 결상되더라도, 나머지 상에 의하여 결상된 상전압을 복구하여 부하(290)에 공급할 수 있다.

삼상 전압 R, S, T의 전력선이 탐지/복구기(230)의 제1 내지 제3 권 선(231, 232, 233)에 접속되어 동작하는 중에, 어느 하나의 상(예컨대, R상)이 전 기고장에 의하여 단선/결상되었다고 가정하여 보자. 이때, 단선되지 않은 제2 권선(232) 및 제3 권선(233)에는 S 및 T상이 정상적으로 인가되고 있으므로 수학식 15 내지 수학식 18의 관계식이 성립한다. 다만, 제1 권선(231)에는 R상이 결상되었으 므로 수학식 14는 유효하지 않고, 제1 권선(231)에는 수학식 19에서 정의되는 미지 의 전압 X가 유기된다고 볼 수 있다.

[수학식 19]

수학식 19에 수학식 17 및 18을 대입하고 수학식 13을 이용하여 정 리하면 R상이 결상되었던 제1 권선(231)에 유기되는 상기 미지의 전압 X를 Xr이라고 했을 때 Xr은 수학식 20과 같이 구해진다.

[수학식 20]

이와 유사하게, 제2 권선(232) 또는 제3 권선(233)에 제S상 또는 T 상이 결상된 경우도 다음 수학식 21 및 22와 같이 구해진다.

[수학식 21]

[수학식 22]

수학식 20 내지 22로부터, 도 7(a)에 도시된 구조의 탐지/복구기 (230)는, 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233) 중 어느 하나의 권선에 결상 또는 단 선이 발생하더라도 도 7(b)의 벡터도와 같이 나머지 권선들에 인가되는 전압을 이용하여 결상된 전압을 복구하는 것을 알 수 있다. 특히, 도 7에 도시된 구조의 탐 지/복구기(230)는, 자기 커플링을 위한 자기코어가 3개가 아닌 2개만으로 구성될 수 있고, 권선 구조가 간단하여 생산 시에 공정 및 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 탐지/복구기(230)는 이상에서 설명한 구조로 한정되는 것 이 아니며, 제1 내지 제3 권선(231, 232, 233) 중 적어도 하나가, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포 함하는 구조라면 다양한 형태로 변경될 수 있다.

도 8은 고장검출기(210)와 탐지/복구기(230)가 동시에 적용된, 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반의 결선도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 단상 전압(R1, R2) 및 제1 중성점(N1)의 부하(290) 측에 전기적으로 접속된 탐지/복구기 (230)와, 단상 전압(R1, R2)의 R2상 및 R1상과 대지 사이에 각각 연결된 제1 및 제 2 고장검출기(210-1, 210-2)와, 단상 전압(R1, R2)의 전원 측과 부하(290) 측에 구비되어 전력선을 소정 구간으로 구획하는 제1 및 제2 개폐스위치(211-1, 211-2)를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 누설전류 등의 전기고장이 발생하지 않은 정상 동작 상태에서는 단상 전압(R1, R2)에 의한 전압 Vac가 부하(290) 및 탐지/복구기(230)에 인가되어 부하(290)가 정상동작을 할 수 있다.

그러나 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 개폐스위치(211-2)에 의하여 구획된 R2상의 선로에 누설전류가 발생하면, R1상에 접속된 제2 고장검출기(210- 2)에 의하여 누설전류가 검출되고 검출신호가 출력된다. 또한, 출력된 제2 고장검 출기(210-2)의 검출신호에 연동하여 제2 개폐스위치(211-2)는 R2상 선로의 구획된 소정 구간을 차단하게 된다.

누설전류 때문에 R2상이 차단되더라도 차단되지 않은 R1상 및 제1 중성점(N1)에 의하여 탐지/복구기(230)의 R1 단자 및 제2 중성점(N2)에는 1/2Vac가 인가되고, 앞에서 설명한 복구 원리에 의하여 탐지/복구기(230)의 R2 단자 및 제2 중성점(N2) 사이에는 1/2Vac가 복구된다. 따라서, 누설전류에 의하여 R2상이 차단 되더라도 탐지/복구기(230)에 의하여 부하(290)는 Vac를 계속 공급받아 정상적인 동작을 할 수 있다.

도 8에서는 R2상의 선로에 누설전류가 발생한 경우가 도시되어 있으 나, R1상에 누설전류가 발생한 경우에도 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은 유사한 검출, 차단 및 복구 동작을 수행할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은 전기설비(100)에 적 용되는 실시예들이 예시적인 결선도로 제시되어 있다. 이하의 상세한 설명 및 결선 도는 예시적인 것에 지나지 않으며, 더욱 다양한 형태로 변형하여 적용하는 것은 이 기술분야의 통상적인 기술자의 창작능력의 범주 내에 속하는 것에 불과하다.

도 9는 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 단상 전원에 적용 된 결선도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 접지된 메인변압기(300)로부터 인출된 수배전 선로(PL1)로부터 전력선(PL2) 및 제1 중성점 (N1)을 접지저항값 이상의 저항값으로 절연시키기 위하여 절연변압기(240)를 구비할 수 있고, 제1 중성점(N1)과 대지 사이에 제1 고장검출기(210-1)를 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 이에 대안적으로 또는 부가적으로 전력선(PL2)과 대지 사이에 제2 고장검출기(210-2)를 설치하는 것도 가능하다.

또한 서지전압으로부터 전기설비(100)를 보호하기 위하여 서지보호 기(바리스터)(280)가 전력선(PL2) 및 제1 중성점(N1) 중 적어도 하나와 대지 사이에 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 적용되는 전력선(PL2) 및 제1 중성점(N1)은 대지와 접지저항 이상의 저항값을 갖도록 구성되어 낙뢰 등의 서지전압에 고장검출기(210) 및 부하가 취약할 수 있으므로, 서지보호기(280)를 이용하여 이를 보완할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 도 9에 도시되지는 않았지만 고장검출기(210-1, 210-2)로부터 검출신호를 수신하여 고장여부를 판단하고, 이에 대응하여 제어신호를 출력하는 CCMS(220)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제어신호는 누설전류로부터 전원을 차단하기 위한 차단신호, 전기고장이 발생하였음을 경보발령하기 위한 경보신호, 고장구간 또는 위치를 디스플레이하기 위한 위치신호, 및 고장을 복구하기 위한 복구신호 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

따라서, 전력선(PL2)에 설치되는 차단기(270) 및 개폐스위치(211) 등은 누설전류 발생 시에 고장검출기(210-1, 210-2)의 검출신호, 또는 검출신호를 수신한 CCMS(220)의 제어신호에 의하여 전원 공급을 차단하도록 제어될 수 있다.

도 10은 탐지/복구기(230)를 구비한 본 발명에 따른 감전 및 화재방 지 배전반이 단상 전원에 적용된 결선도이다.

도 10에 도시된 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 도 9의 구성에 탐지/복구기(230)를 더 포함하고 있다. 전력선(PL2)의 부하(290)측에 병렬로 접속 된 탐지/복구기(230)는, 전기고장(누설전류, 저항증가, 아크, 단선, 결상, 불평형 전력, 접속불량, 오결선, 누전, 합선, 이상전압의 발생)을 탐지하여 경보, 차단하거나, 전력선 (PL2)의 단선, 결상 또는 누설전류에 의하여 하나의 전력선(PL2)이 차단될 때 해당 전력선(PL2)의 전압을 복구하여 부하(290)에 공급하도록 동작할 수 있다.

도 11은 탐지/복구기(230)를 구비한 본 발명에 따른 감전 및 화재방 지 배전반이 단상 전원에 적용된 다른 결선도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 수배전 선로(PL1)와 전력선(PL2)을 전기적으로 절연시키기 위한 절연변압기(240)를 포함할 수 있다. 여기에서, 수배전 선로(PL1)는 대지에 접지된 선로일 수 있지만, 절연변압기(240)에 의하여 이미 대지와 절연된 선로인 경우도 포함한다.

또한 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 전력선(PL2)을 선로 별 로 개폐할 수 있는 개폐스위치(211-1, 211-2)를 포함하여 구성될 수 있다. 개폐스위치(211-1, 211-2)와 고장검출기(210-1~210-4)의 연동관계는 앞에서 상술한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다. 또한, 고장검출기(210-1~210-4)는 전력선(PL2)과 제1 중성점(N1), 및 제1 중성점(N1)과 중성선(N)에 의하여 연결된 제2 중성점(N2) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결될 수 있고, 필요에 따라 동일한 선로에 복 수 개를 병렬로 설치하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은 단상 전원뿐 아니라 삼상 전원에도 적용될 수 있다. 도 12는 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반가 삼상 전원에 적용된 결선도이다.

도 12를 참조하면, 특고압선로부터 수전하는 메인변압기(300)는 2차 측이 대지와 절연된 절연변압기(240)로 동작하도록 제1 중성점(N1)을 대지와 직접 접지시키지 않고, 제1 중성점(N1)과 대지 사이에 제1 고장검출기(210-1)를 접속할 수 있다. 또한, 이에 대안적으로 또는 부가적으로 메인변압기(300)의 2차측 삼상 전력선(PL2) 중 적어도 하나 이상에 제2 고장검출기(210-2)를 설치하는 것도 가능 하다. 또한, 서지전압으로부터 전기설비(100)를 보호하기 위하여 서지보호기(280) 가 전력선(PL2) 및 제1 중성점(N1) 중 적어도 하나와 대지 사이에 설치될 수 있다.

도 13은 탐지/복구기(230)를 구비한 본 발명에 따른 감전 및 화재방 지 장치가 삼상 전원에 적용된 결선도이다.

도 13에 도시된 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반는, 도 12의 삼상 결선도에 부하(290) 측에 병렬로 접속된 탐지/복구기(230)를 더 포함하고 있다. 여기에서, 삼상 전원에 적용하기 위하여 탐지/복구기(230)는 삼상용으로 구성되고, 전기고장(누설전류, 저항증가, 아크, 단선, 결상, 불평형전력, 접속불량, 오결선, 누전, 합선, 이상전압의 발생)을 탐지하여 경보, 차단하거나, 전력선(PL2)의 단선, 결상 또는 누설전류에 의하여 하나의 전력선(PL2)이 차단될 때 나머지 전력선(PL2)을 이용하여 차 단된 전력선(PL2)의 전압을 복구하고 부하(290)에 공급하도록 동작할 수도 있다.

본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 수배전선로의 주선로 뿐 아니라 주선로로부터 분기된 분기선로에도 적용될 수 있다. 도 14는 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 단상 전원의 분기선로에 적용된 결선도이다.

도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 주선로로부터 분기된 분기선로에 분기선로를 대지로부터 절연하기 위한 절연변압기 (240)를 포함하여 구성될 수 있다. 절연변압기(240)는, 모든 분기선로에 각각 설치 할 수 있으나, 누설전류에 의한 전기사고 위험성이 큰 분기선로에만 선택적으로 설치하는 것도 가능하다.

도 14에 도시된 바와 같이 분기선로 각각에 절연변압기(240)를 포함 하고 고장검출기(210)를 절연변압기(240)의 2차측에 각각 설치하는 경우에는 누설 전류가 발생한 분기선로에 설치된 고장검출기(210)가 누설전류를 검출하여 검출신 호를 CCMS(220)에 보내주거나 직접 차단기(270) 또는 개폐스위치(211)를 제어하 여 해당 분기선로를 차단할 수 있다. 이때, 검출신호를 수신한 CCMS(220)는 누설 전류가 발생한 분기선로를 식별하여, 해당 분기선로를 선택적으로 차단하는 차단신 호(트립신호)를 출력하거나, 해당 분기선로의 위치를 표시하는 위치신호를 출력할 수 있다. 따라서, 분기선로 각각에 절연변압기(240) 및 고장검출기(210)를 설치하 는 경우에는 누설전류에 의한 전기고장이 발생한 분기선로의 위치를 식별하고 해당 분기선로만 선택적으로 차단할 수 있는 장점이 있다.

이에 반하여, 주선로에 절연변압기(240) 및 고장검출기(210)를 설치 하는 경우에는 분기선로 별로 절연변압기(240) 및 고장검출기(210)를 설치할 필요 가 없어서 결선이 단순해지는 장점이 있으나, 누설전류가 발생한 분기선로를 식별 하여 선택적으로 차단하기 위해서는 추가적인 고려가 필요할 수가 있다. 예를 들어, 주선로에서 분기된 다수의 분기선로 중에 어느 한 선로에서 누설전류가 발생 하였을 때, 고장검출기(210)는 검출신호를 CCMS(220)에 전송하고 CCMS(220)는 분기회로의 차단기(270)를 차례로 개방하도록 차단기(270)의 개폐를 제어하면서 누 설전류가 발생한 분기선로를 식별할 수 있다.

또한 도 14에는 도시되지 않았으나, 각 분기선로 별로 전력선(PL 2)의 부하(290)측에 탐지/복구기(230) 및 개폐스위치(211)를 구비하여 누설전류 또 는 전기고장에 의한 단선 시에 결상된 전압을 복구하여 안정적으로 부하(290)에 전 원을 공급하도록 구성할 수도 있다.

도 15는 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반이 삼상 전원의 분기 선로에 적용된 결선도이다.

도 15에 도시된 삼상 전원의 분기선로에 적용된 본 발명의 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 분기선로 각각에 절연변압기(240)가 구비되는 것이 아니라 주선로에 구비된 메인변압기(300)가 절연변압기(240)인 점을 제외하면, 그 작동 원리와 결선방법이 도 14의 단상 전원과 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도 15에는 분기선로 각각에 고장검출기(210)가 설치되는 것으로 도시 되어 있으나, 주선로에만 고장검출기(210)를 설치하는 구성도 가능하다.

도 16은 탐지/복구기(230)를 구비한 본 발명에 따른 감전 및 화재방 지 배전반이 삼상 전원의 분기선로에 적용된 결선도이다.

도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반은, 접지 된 메인변압기(300)로부터 인출된 주선로로부터 분기된 분기선로 각각에 분기선로를 대지로부터 절연하기 위한 절연변압기(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 절연변압기(240)는 삼상용 변압기이며, Y-Y 결선, 또는 Δ-Y 결선 구조일 수 있다. 또한, 분기선로 중 적어도 하나 이상의 선로의 부하(290) 측에는 도 16의 부하 블록에 도시된 바와 같이, 삼상용 탐지/복구기(230)가 부하(290)와 병렬로 접속될 수 있다.

또한 분기선로의 전력선(PL2), 제1 중성점(N1) 또는 이와 전기적으로 연결되는 탐지/복구기(230)의 제2 중성점(N2) 중 적어도 하나와 대지 사이에는 누설전류를 소정 위험전류 이하로 제한하면서 누설전류를 검출할 수 있는 고장검출기(210)가 설치될 수 있다.

또한 서지전압으로부터 절연변압기(240)의 후단의 전기설비(100)를 보호하기 위하여 서지보호기(280)가 전력선(PL2), 제1 중성점(N1) 및 제2 중성점 (N2) 중 적어도 하나와 대지 사이에 설치될 수 있다.

이상에서는, 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반의 구성과 동작을 설명하였다.

이를 기초로 한 본 발명에 따른, 전기고장에 의한 감전 및 화재방지 방법은, 둘 이상의 전력선(PL2)을 대지로부터 소정의 접지 저항값 이상의 저항값으 로 절연하는 절연단계와, 둘 이상의 전력선(PL2), 및 둘 이상의 전력선(PL2)의 전 압 사이의 전위를 갖는 제1 중성점(N1) 중 적어도 하나와 대지 사이의 누설전류를 검출하는 누설전류 검출단계와, 누설전류 검출단계에 따라 검출신호를 출력하는 검 출신호 출력단계를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 감전 및 화재방지 방법은, 고장검출기(210)의 검출신호에 연동하여 누설전류가 흐르는 전력선(PL2)으로의 전원 공급을 차단하는 전력선 차단단계와, 차단된 전압을 복구하여 부하(290)에 공급하는 전원복구단계를 더 포함할 수 있다.

여기에서, 전원복구단계는, 전력선 차단단계에서 차단된 전력선 (PL2) 이외의 전력선(PL2) 및 제1 중성점(N1)으로부터 전원을 공급받는 전원입력단 계와, 전원입력단계에서 공급받은 전원을 이용하여 차단된 전원을 복구하여 부하 (290)에 공급하는 복구전원 공급단계를 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 구성을 통하여, 전기고장에 의한 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반 및 방법은, 대지와 절연되어 전력을 공급하는 전력선(PL2)과 대지 사이의 누설전류를 검출하여 이를 차단, 경보, 및 복구함으로써, 누설전류로 인한 전기사고(지락, 누 전, 감전, 화재, 정전 등)의 발생을 방지하는 효과가 있다.

도 17은 본 발명에 따른 감전에 대한 기본보호, 고장보호 및/또는 추가 보호장치에서 절연 변압기에 연결된 부하선로(부하)가 침수되었을 때의 도면이다.

도 17에 도시된 단자대(부하선로)가 물속에 침수되면 부하선로인 전력선 R1의 흐르는 전류 경로는 전력선 R1에서 단자대(부하선로)가 침수된 물을 통해 전력선 R2에 연결된 고장검출기(210-2)로 흐르는 전류 경로와 전력선 R1에서 단자대가 침수된 물을 통해 전력선 R2로 흐르는 전류 경로 이 두 가지의 경우가 있으며,

또한, 전력선 R2의 전류 경로는 전력선 R2에서 단자대가 침수된 물을 통해 전력선 R1으로 흐르는 전류 경로와 전력선 R2에서 단자대가 침수된 물을 통해 전력선 R1에 연결된 고장검출기(210-1)로 흐르는 전류 경로 이 두 가지의 경우가 있다. 여기서 단자대 외부의 물(액체)로는 회로가 없어 전류 경로가 형성될 수가 없으므로 단자대 외부의 물에 인체가 닿더라도 인체로 전류는 흐르지 않게 된다.

여기서 전력선 R1에서 물을 통해 전력선 R2로 전류가 흐르는 경우는 물의 저항 값에 따라 전력선 R1에서 물을 통해 전력선 R2로 흐르는 전류량이 달라지며, 물에 저항 값이 존재하는 이상 전력선 R1에서 전력선 R2로 흐르는 전류는 정상적인 부하를 사용하는 경우와 같고 전력선 R1에서 물을 통해 전력선 R2로 흐르는 최적의 전류 경로 이외의 외부의 물에는 전류가 흐를 수가 없어 인축을 통해 대지로 흐르는 전류는 고장검출기의 임피던스에 따라 형성된다. 아울러 전력선 R2의 전류 경로는 전력선 R1의 전류 경로와 유사함으로 자세한 설명은 생략한다.

여기서 상기 고장검출기(210-2)를 기존의 SSR(solid state relay)로 구성하였다고 가정하면 SSR의 전압 입력측 임피던스를 1MΩ의 저항을 연결하여 임의 설정하고, 바닷물의 저항은 약 200KΩ, 물의 저항은 약 10MΩ, 대지저항은 0Ω이라고 할 때, 저항이 가장 적은 전류 경로는 회로가 없는 대지를 제외한 R1 + 물 + R2이므로 전력선 R1의 전류 경로는 R1 + 물 + R2이고, 전력선 R1이 고장검출기(210-2)를 통해서 대지로 흐르는 누설전류는 거의 흐르지 않는 0에 가깝다고 할 수 있다. 아울러 전력선 R2의 전류 경로의 경우 전력선 R1의 전류 경로의 경우와 유사함으로 자세한 설명은 생략한다.

이상에서는, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예를 기초로 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서도 본 발명이 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러 므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아 닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나 타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 전기설비
200: 본 발명에 따른 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반
210, 210-1, 210-2, 210-3, 210-4: 고장검출기
211, 211-1, 211-2: 개폐스위치
212: 전류 검출부 213: 단방향 전류부
220: CCMS(DDC, PLC, PC 등) 230: 탐지/복구기
231~233: 제1 내지 제3 권선 240: 절연변압기
250: 경보발생기 260: 경보해제 입력기
270: 차단기 280: 서지보호기
290: 부하(PC, DDC, PLC, 제어반 등) 300(400): 메인변압기(배전반)
PL1: 수배전 선로 PL2: 전력선
N: 중성선 N1, N2: 제1 및 제2 중성점
R1, R2: 단상 전압 500: 분전반
600: 무정전전원장치 700: 발전기

Claims (17)

1. 낙뢰 및 서지의 유입을 방지하는 1차 코일과 전력선에 연결되는 2차 코일을 구비한 절연변압기와;
   상기 2차 코일에 연결되는 대지로부터 절연된 둘 이상의 상기 전력선과;
   상기 전력선에 연결되는 PC, DDC, PLC, CCMS, 제어반 중에 어느 하나 이상과;
   상기 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 제1 중성점 중 적어도 하나 이상에 전기적으로 연결되는 일단과, 상기 대지에 전기적으로 연결되는 타단을 구비하는 하나 이상의 고장검출기를 포함하고,
   상기 고장 검출기는, 상기 전력선, 상기 제1 중성점, PC, DDC, PLC, CCMS, 제어반, 부하 중에 적어도 어느 하나 이상이 침수되거나, 상기 전력선과 연결된 회로의 어느 하나의 선로가 침수되거나, 직접접촉 또는 간접접촉을 통해 대지로 흐르는 전류 경로가 발생하였을 때, 누설전류를 위험전류 이하로 제한한 전류 경로를 형성하여 상기 누설전류를 검출, 통보하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
2. 제1항에 있어서,
   상기 둘 이상의 전력선의 전압은 직류 또는 교류인 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전력선 또는 상기 제1 중성점을 통해 누전, 지락, 서지전압, 결상, 단선, 접속불량, 저항증가, 불평형으로 전기고장 시 고장검출기로 탐지하여 통보, 감시, 경보, 차단, 복구, 제어 중에 어느 하나 이상을 실시할 수 있도록 상기 PC, DDC, PLC, 제어반 중에 어느 하나 이상에 전달하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
4. 제1항에 있어서,
   상기 고장검출기 각각은,
   상기 고장검출기 각각은, 상기 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하는 전류 검출부 또는 경보기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
5. 제4항에 있어서,
   상기 고장검출기 각각은,
   상기 고장검출기 각각은, 상기 누설전류가 상기 전류 검출부를 단방향으로 흐르도록 누설전류의 경로를 제한하는 단방향 전류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
6. 제5항에 있어서,
   상기 단방향 전류부는, 다이오드 또는 임피던스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
7. 제1항에 있어서,
   상기 고장검출기는 서지보호기, 릴레이, SSR(solid-state relay), 전류검출기, 전압검출기, 경보기, 트립코일, 영상변류기, 홀센서, CT(변류기) 중에 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
8. 제4항에 있어서,
   상기 전력선에 직렬로 설치되고, 상기 전류 검출부의 검출신호에 연동되어 상기 전력선을 개폐하도록 제어되는 개폐스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
9. 제4항에 있어서,
   상기 전류 검출부는 상기 전류 검출부와 절연된 개폐스위치를 일체형으로 구비하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
10. 제3항에 있어서,
    상기 전력선의 부하측에 부하와 병렬로 연결되고, 상기 전력선의 상기 전기고장을 탐지하여 경보 및/또는 차단하거나, 상기 전기고장을 탐지하여 전원을 복구하는 탐지/복구기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 탐지/복구기는,
    상기 제1 중성점에 연결되는 제2 중성점; 및
    상기 둘 이상의 전력선 각각에 일단이 연결되고, 타단이 상기 제2 중성점에 공통연결되는 둘 이상의 권선을 포함하고,
    상기 둘 이상의 권선 각각은, 다른 권선 중 어느 하나와 자기적으로 커플링 되는 커플링 권선부분을 하나 이상 포함하되,
    상기 둘 이상의 권선 중 적어도 하나의 권선은, 상기 제2 중성점을 기준으로 나머지 권선 각각에 인가되는 전압에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 상기 커 플링 권선부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
12. 제11항에 있어서,
    상기 전력선은 단상의 전력을 공급하고,
    상기 탐지/복구기는, 상기 전력선 각각에 일단이 연결되고, 타단이 상기 제2 중성점에 공통연결되는 제1 및 제2 권선을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 권선은, 제2 중성점을 기준으로 서로 역상의 전압이 각각 유기되도록 서로 자기적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
13. 제11항에 있어서,
    상기 전력선은 R, S 및 T상을 갖는 삼상의 전력을 공급하고,
    상기 탐지/복구기는, 상기 R, S 및 T상 각각에 일단이 연결되고, 타단이 상 기 제2 중성점에 공통연결되는 제1 내지 제3 권선을 포함하되,
    상기 제1 내지 제3 권선 각각은, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해 서 상기 제2 중성점을 기준으로 역상의 전압이 각각 유기되는 상기 커플링 권선부 분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
14. 제11항에 있어서,
    상기 전력선은 R, S 및 T상을 갖는 삼상의 전력을 공급하고,
    상기 탐지/복구기는, 상기 R, S 및 T상 각각에 일단이 연결되고, 타단이 상기 제2 중성점에 공통연결되는 제1 내지 제3 권선을 포함하되,
    상기 제1 내지 제3 권선 중 하나의 권선은, 나머지 권선에 인가되는 전압 각 각에 대해서 상기 제2 중성점을 기준으로 역상의 전압이 각각 유기되는 상기 커플 링 권선부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
15. 제3항에 있어서,
    상기 고장검출기로부터 상기 검출신호를 수신하여 고장여부를 판단하고, 고 장으로 판단되면 제어신호를 출력하는 CCMS를 더 포함하고,
    상기 제어신호는 전원을 차단하기 위한 차단신호, 경보발령을 위한 통보 또는 경보신호, 고장구간 또는 위치를 디스플레이하기 위한 위치신호, 및 고장을 복구하 기 위한 복구신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
16. 제15항에 있어서,
    상기 전력선에 직렬로 설치되고, 상기 고장검출기의 검출신호 및 상기 CCMS의 제어신호 중 적어도 하나에 연동되어 상기 전력선을 차단하도록 제어되는 차 단기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.
17. 제1항에 있어서,
    상기 고장검출기는, 상기 둘 이상의 전력선 각각과 상기 대지 사이에 전기적 으로 연결되는 둘 이상의 고장검출기이고,
    상기 둘 이상의 전력선 중 어느 하나의 전력선에 흐르는 누설전류는, 상기 둘 이상의 고장검출기 중 나머지 전력선에 연결된 고장검출기에서 검출되도록 구성 되는 것을 특징으로 하는, 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반.

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