KR20230134760A - 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기 - Google Patents

축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터의 기동 직후 소정 시간이 경과된 정상 동작 상태에서 모터 케이스의 진동 주파수, 모터 케이스의 온도, 부하 전류의 변화율을 감시함으로써, 운전시간이 경과함에 따라 모터의 축 베어링이 마모되거나 윤활유가 부족한 경우 등과 같은 모터 축 계열 고장의 사전 징후를 정확하게 검출하여 진단하고, 고장 징후에 따라 단계적으로 경보하거나 트립 신호를 출력하여 회복 불능의 고장 전에 모터를 보호할 수 있도록 한 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기에 관한 것으로서, 모터에 공급되는 전기적 신호를 검출하여 이상 발생 시에 모터 보호를 위한 트립 신호를 출력하는 모터 보호계전기에 있어서, 상기 모터의 부하 전류를 검출하는 부하 전류 검출부와, 상기 모터의 케이스에 장착된 온도 센서의 출력 신호를 입력받아 모터 케이스의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 모터 케이스에 장착된 진동 센서의 출력 신호를 입력받아 상기 모터 케이스의 진동 주파수를 검출하는 진동 주파수 검출부를 포함하는 축 계열 고장 감시부; 상기 모터의 동작 개시 이후 소정 시간 경과 후에 검출된 상기 부하 전류, 상기 온도, 상기 진동 주파수를 각각 기준값으로 설정하고, 기준값 설정 이후 측정 주기가 도래할 때 상기 기준값과 대비하여 부하전류 변화율, 온도 변화율, 진동 주파수 변화율을 각각 연산하며, 상기 부하전류 변화율, 상기 온도 변화율, 상기 진동 주파수 변화율 중 적어도 둘 이상의 값이 각각 미리 정해진 부하전류 변화율 문턱값, 온도 변화율 문턱값, 진동 주파수 변화율 문턱값을 초과할 때 트립신호 또는 경고신호를 출력하는 마이크로 컨트롤러; 상기 트립신호를 외부 기기로 출력하는 트립신호 출력부; 및 상기 경고신호에 대응하여 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고신호 출력부를 포함한다.

Description

축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기{MOTOR PROTECTION RELAY WITH AXIS-BASED FAULT MONITORING FUNCTION}
본 발명은 모터 보호계전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디지털 방식의 모터 보호계전기에서 다양한 감시 파라미터를 이용하여 모터 축 계열의 고장을 단계적으로 진단하고 회복 불능의 고장 전에 단계적으로 경보할 수 있도록 한 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기에 관한 것이다.
일반적으로, 공장 등의 산업 현장에서는 고압용 대형 모터에서 저압용 소형 모터에 이르기까지 다양한 모터들이 이용되고 있다. 대규모 공장에서 운영되는 고압용 모터의 경우, 대부분 분산제어시스템(DCS: Distributed Control System)을 활용하여 모터를 보호하거나 고장 예방을 관리하고 있다. 하지만, 소규모 공장에서 주로 운영되고 있는 저압용 소형 모터의 경우에는 보호계전기를 이용하여 모터의 보호를 실시하고 있다.
모터 보호계전기는 모터에 입력되는 전압, 전류, 지락 전류를 검출하여 과전류, 부족 전류, 과전압, 부족 전압, 지락 사고 전류 등과 함께 단락 전류, 역상, 결상, 전류 불평형 등과 같은 상태를 판단하여 트립 신호를 출력하는 전력 감시형 보호계전기가 일반적이다. 이와 같은 전력 감시형 보호계전기는 통상 모터의 동작 중에 전력 감시를 수행하여 보호 동작을 수행한다.
전력 감시형 보호계전기는 점차 발전하여 최근에는 디지털 방식의 보호계전기가 사용되고 있다. 디지털 방식의 보호계전기는 전압, 전류, 지락 전류 등의 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하고, 변환된 디지털 데이터를 판별하여 트립 신호를 출력한다. 예를 들어, 대한민국 특허공개 제10-2005-0047327호의 디지털 계전기는 다양한 전력 감시 파라미터를 이용하여 이상 발생을 판별하며, 디지털 방식을 이용하여 경보 발생 수단에 이르는 배선을 줄이고 있다.
다른 예로 대한민국 특허등록 제10-0637806호의 디지털 복합계전기가 개시되어 있다. 동 선행문헌은 단일 칩으로 구성된 DSP(Digital Signal Processor) 칩이 샘플링하여 얻은 디지털 데이터를 전용 알고리즘에 따라 필요한 연산을 하고, 지정된 설정값과 비교하여 판단하고, 판단 결과에 따라 트립 신호를 출력하는 복합적인 기능을 모두 수행한다.
한편, 디지털 방식의 모터 보호 계전기에서는 모터의 고장 원인이 기계적인 구속(Locked Rotor)인 경우, 부하 전류를 검출하는 것으로서 구속 여부를 판단할 수 있다. 그리고 모터의 축이 휨으로 인해 전동기 회전자가 회전 시에 고정자에 접촉되는 경우, 모터 케이스의 온도가 급격하게 상승하는 것으로서 그 고장을 검출할 수 있다. 하지만, 모터의 축 베어링이 마모되거나 윤활유가 부족한 경우 이를 검출하는 것이 곤란한 것이 현실이다. 이와 같은 모터 축 계열에서 고장이 발생될 경우, 모터에 치명적인 손상이 야기되므로 고장 전에 사전 진단하는 기능이 절실히 요구되고 있다.
대한민국 특허공개 제10-2005-0047327호 대한민국 특허등록 제10-0637806호
본 발명은 모터의 기동 직후 소정 시간이 경과된 정상 동작 상태에서 모터 케이스의 진동 주파수, 모터 케이스의 온도, 부하 전류의 변화율을 감시함으로써, 모터의 축 베어링이 마모되거나 윤활유가 부족한 경우 등과 같은 모터 축 계열 고장의 사전 징후를 정확하게 검출하여 진단하고, 고장 징후에 따라 단계적으로 경보하거나 트립 신호를 출력하여 회복 불능의 고장 전에 모터를 보호할 수 있도록 한 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는, 모터에 공급되는 전기적 신호를 검출하여 이상 발생 시에 모터 보호를 위한 트립 신호를 출력하는 모터 보호계전기에 있어서, 상기 모터의 부하 전류를 검출하는 부하 전류 검출부와, 상기 모터의 케이스에 장착된 온도 센서의 출력 신호를 입력받아 모터 케이스의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 모터 케이스에 장착된 진동 센서의 출력 신호를 입력받아 상기 모터 케이스의 진동 주파수를 검출하는 진동 주파수 검출부를 포함하는 축 계열 고장 감시부; 상기 모터의 동작 개시 이후 소정 시간 경과 후에 검출된 상기 부하 전류, 상기 온도, 상기 진동 주파수를 각각 기준값으로 설정하고, 기준값 설정 이후 측정 주기가 도래할 때 상기 기준값과 대비하여 부하전류 변화율, 온도 변화율, 진동 주파수 변화율을 각각 연산하며, 상기 부하전류 변화율, 상기 온도 변화율, 상기 진동 주파수 변화율 중 적어도 둘 이상의 값이 각각 미리 정해진 부하전류 변화율 문턱값, 온도 변화율 문턱값, 진동 주파수 변화율 문턱값을 초과할 때 트립신호 또는 경고신호를 출력하는 마이크로 컨트롤러; 상기 트립신호를 외부 기기로 출력하는 트립신호 출력부; 및 상기 경고신호에 대응하여 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고신호 출력부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는, 상기 모터의 트립 조건에 해당되는 트립 설정값, 상기 부하전류 변화율 문턱값, 상기 온도 변화율 문턱값, 상기 진동 주파수 변화율 문턱값을 입력하고, 상기 경고신호를 축 계열 고장 감시 패널을 통해 출력하는 유저 인터페이스부를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는, 상기 부하전류 변화율 문턱값, 상기 온도 변화율 문턱값, 상기 진동 주파수 변화율 문턱값은 2% 내지 15%의 값에서 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는, 상기 마이크로 컨트롤러는 상기 측정 주기마다 측정된 상기 부하 전류, 상기 온도, 상기 진동 주파수를 새로운 기준값으로 재설정한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는, 상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 변화율이 제1 진동 주파수 변화율 문턱값을 초과할 때, 상기 트립신호와 가장 높은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제1 클래스 경고신호를 출력한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는, 상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 변화율이 상기 제1 진동 주파수 변화율 문턱값보다 작은 제2 진동 주파수 변화율 문턱값을 초과하면서 상기 제1 진동 주파수 변화율 문턱값 이하의 값을 가지는 동시에, 상기 전류 변화율이 상기 전류 변화율 문턱값을 초과하고 상기 온도 변화율이 상기 온도 변화율 문턱값을 초과하는 것으로 판단될 때, 상기 제1 클래스 경고신호에 비해 낮은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제2 클래스 경고신호를 출력하며, 동일한 감시 결과가 제1 감시시간동안 지속되면 상기 트립신호를 출력한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는, 상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 변화율이 상기 제2 진동 주파수 변화율 문턱값을 초과하면서 상기 제1 진동 주파수 변화율 문턱값 이하의 값을 가지는 동시에, 상기 전류 변화율이 상기 전류 변화율 문턱값을 초과하거나 상기 온도 변화율이 상기 온도 변화율 문턱값을 초과하는 것으로 판단될 때, 상기 제2 클래스 경고신호에 비해 낮은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제3 클래스 경고신호를 출력하며, 동일한 감시 결과가 상기 제1 감시시간에 비해 긴 제2 감시시간동안 지속되면 상기 트립신호를 출력한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는, 상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 변화율이 상기 제2 진동 주파수 변화율 문턱값 이하이면서 상기 전류 변화율이 상기 전류 변화율 문턱값을 초과하고 상기 온도 변화율이 상기 온도 변화율 문턱값을 초과하는 것으로 판단될 때, 상기 제3 클래스 경고신호에 비해 낮은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제4 클래스 경고신호를 출력하며, 동일한 감시 결과가 상기 제2 감시시간에 비해 긴 제3 감시시간동안 지속되면 상기 트립신호를 출력한다.
본 발명의 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기에 따르면, 모터의 기동 직후 소정 시간이 경과된 정상 동작 상태에서 모터 케이스의 진동 주파수, 모터 케이스의 온도, 부하 전류의 변화율을 감시함으로써, 운전시간이 경과함에 따라 모터의 축 베어링이 마모되거나 윤활유가 부족한 경우 등과 같은 모터 축 계열 고장의 사전 징후를 정확하게 검출하여 진단하고, 고장 징후에 따라 단계적으로 경보하거나 트립 신호를 출력하여 회복 불능의 고장 전에 모터를 보호할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기의 구성을 예시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 모터 축 계열 고장 감시 방법을 예시한 흐름도, 및
도 3은 본 발명에서 모터 축 계열 고장 감시 결과를 표출하는 예를 보인 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기의 구성을 예시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 통상의 모터 구동 시스템에서와 같이, 3상 전원 입력단에 차단기(110)가 설치되고, 차단기(110) 후단에 영상 변류기(120) 및 계기용 변성기(130)가 설치되며, 개폐기(140)를 거쳐 3상 전원이 모터(150)에 공급된다.
차단기(110)는 모터(150)에 인가되는 공급전원을 선택적으로 차단한다. 영상 변류기(120)는 지락 전류 발생 시에 이를 계기용 전류로 변성하여 지락 전류 계측수단으로 전달한다. 계기용 변성기(130)는 모터(150)에 입력되는 전원의 전압 및 전류를 계기용 전압 및 전류로 변성하여 전압 및 전류 계측수단으로 전달한다. 개폐기(140)는 모터(150)의 전단에서 모터(150)에 공급되는 전원을 개폐한다.
이러한 모터 구동 시스템은 통상의 모터 구동 시스템과 동일하다. 본 발명의 모터 보호계전기는 디지털 방식의 보호계전기(200)로서, 위와 같은 모터 구동 시스템에 연결되어 모터를 보호하는 동작을 수행한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 보호계전기(200)는 마이크로 컨트롤러(210)와, 전력 감시부(220)와, 스위칭부(230)와, 축 계열 고장 감시부(240)와, 유저 인터페이스부(250)와, 통신부(260)와, 트립신호 출력부(270)와, 경고신호 출력부(280)로 구성된다.
전력 감시부(220)는 영상 변류기(120)의 출력으로부터 지락 전류를 검출하고, 검출된 신호를 샘플링하여 지락 전류 실효치를 연산한다. 또한, 전력 감시부(220)는 계기용 변성기(130)로부터 계기용 전압 및 전류 신호를 추출하고, 추출된 신호를 샘플링하여 전력 감시 파라미터들 중 전압 실효치 및 전류 실효치를 연산한다. 연산된 지락 전류, 전압, 및 전류 실효치는 마이크로 컨트롤러(210)로 전달된다.
스위칭부(230)는 모터(150)의 코일에 측정용 전원을 스위칭하여 공급한다. 그리고 스위칭부(230)가 모터(150)에 측정용 전원을 공급할 때 모터(150) 측으로부터의 누설 전류를 측정한다. 누설 전류 측정치는 마이크로 컨트롤러(210)로 전달된다.
여기서, 본 발명의 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는 도 1에서와 같이 축 계열 고장 감시부(240)를 포함한다. 축 계열 고장 감시부(240)는 모터의 축 베어링이 마모되거나 윤활유가 부족한 경우 등과 같은 모터 축 계열 고장의 사전 징후를 검출하기 위한 수단이다. 축 계열 고장 감시부(240)는 부하 전류 검출부(242)와, 온도 검출부(244)와, 진동 주파수 검출부(246)를 포함한다.
부하 전류 검출부(242)는 모터(150)의 부하 전류를 검출한다. 온도 검출부(244)는 모터(150)의 케이스에 장착된 온도 센서(152)의 출력 신호를 입력받아 모터 케이스의 온도를 검출한다. 진동 주파수 검출부(246)는 모터(150)의 케이스에 장착된 진동 센서(154)의 출력 신호를 입력받아 모터 케이스의 진동 주파수를 검출한다. 검출된 부하 전류, 온도, 진동 주파수는 모두 마이크로 컨트롤러(210)로 전달된다.
유저 인터페이스부(250)는 키 입력수단과 경고신호 출력수단을 포함할 수 있다.
통상적인 모터 보호계전기와 마찬가지로 유저 인터페이스부(250)를 통해 입력되는 트립 설정값은 기준 과전압, 기준 부족전압, 과전압 및 부족전압의 보호 동작시간, 기준 지락전류, 지락전류 보호 동작 지연시간, 기준 과전류, 기준 부족전류, 과전류 및 부족전류의 보호 동작시간, 전류불평형 보호비율, 쇼크 보호 범위, 쇼크 보호 동작시간, 및 자동 리셋 시간 등을 포함한다. 이와 같은 트립 설정값은 전력 감시부(220)에서 출력되는 전력 감시 파라미터와 대비 판단을 위한 기준 설정값이다.
또한, 본 발명에서는 유저 인터페이스부(250)를 통해 부하전류 변화율 문턱값, 온도 변화율 문턱값, 진동 주파수 변화율 문턱값을 입력할 수 있다. 예컨대, 키 입력수단은 키보드 또는 복수의 입력 버튼이 구비된 조작 패널로 구성될 수 있다. 부하전류 변화율 문턱값, 온도 변화율 문턱값, 진동 주파수 변화율 문턱값은 2% 내지 15%의 값에서 선택되는 값으로서, 슬라이드 이동 버튼으로 구성된 조작 패널에 의해 입력되는 값이다.
경고신호 출력수단은 보호계전기(200)의 트립 상태, 각종 경고신호 등을 출력하는 수단으로서, LCD, PDP, 또는 CRT 모니터 등과 각종 경고 표시기(예컨대, LED 등과 같은)를 포함한다. 여기서, 본 발명의 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기는 도 3에 도시된 바와 같은 축 계열 고장 감시 패널(300)을 더 포함한다. 축 계열 고장 감시 과정 및 출력상태 등은 도 3을 참조하여 후술한다.
통신부(260)는 보호계전기(200)의 동작 상태를 외부로 전송하는 수단이다. 통신부(260)는 트립신호를 차단기(150)로 전송하여 차단기(150)가 트립신호에 대응하여 차단 동작을 수행하도록 한다. 또한, 통신부(260)는 마이크로 컨트롤러(210)에서 판단한 축 계열 고장 진단 결과(예를 들어, 후술하는 바와 같은 제1 내지 제4 클래스 경고신호 등의)를 중앙 감시 운영 시스템으로 전송할 수 있다.
트립신호 출력부(270)는 마이크로 컨트롤러(210)에서 출력되는 트립신호에 따라 차단기(150)에 트립 지령을 전달하는 신호 출력부이다. 경고신호 출력부(280)는 마이크로 컨트롤러(210)에서 출력되는 경고신호에 따라 축 계열 고장 감시 패널(300)에 설치된 경고수단들(예를 들어, 경고표시등, 부저, 경광등 등과 같은)을 동작시키는 구동 신호를 출력하는 신호 출력부이다.
도 2는 본 발명에 따른 모터 축 계열 고장 감시 방법을 예시한 흐름도이고, 도 3은 본 발명에서 모터 축 계열 고장 감시 결과를 표출하는 예를 보인 도면이다. 도 2 및 3을 참조하여 본 발명에서 축 계열 고장 감시 기능이 진행되는 예에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
모터(150)가 동작을 개시한 이후, 마이크로 컨트롤러(210)는 기준값 설정 시간이 도래했는지를 판단한다(ST110). 예를 들어, 기준값 설정 시간은 1시간으로서, 모터(150)가 정상적인 동작 궤도에 진입하는 시간이다.
기준값 설정 시간이 도래하면, 마이크로 컨트롤러(210)는 축 계열 고장 감시부(240)로부터 수신한 검출값들로부터 부하 전류 기준값(If), 온도 기준값(Tf), 진동 주파수 기준값(Ff)을 설정한다(ST120).
기준값 설정 이후에 측정 주기가 도래했는지를 판단한다(ST130). 측정 주기가 도래하면 축 계열 고장 감시부(240)로부터 부하 전류(I), 온도(T), 진동 주파수(F)를 수신하고, 이들 검출값들을 각각의 기준값과 비교하여 부하전류 변화율(ΔI), 온도 변화율(ΔT), 진동 주파수 변화율(ΔF)을 각각 연산한다(ST140).
한편, 마이크로 컨트롤러(210)는 매 측정주기마다 단계 ST120에서 설정된 기준값을 기초로 하여 각 파라미터의 변화율을 측정할 수 있겠으나, 측정 주기마다 측정된 부하 전류, 온도, 진동 주파수를 새로운 기준값으로 재설정할 수도 있다. 재설정된 기준값은 다음번의 측정 주기에서 각 파라미터의 변화율을 연산하는 기준값으로 이용될 수 있다.
마이크로 컨트롤러(210)는 부하전류 변화율(ΔI), 온도 변화율(ΔT), 진동 주파수 변화율(ΔF) 중 적어도 둘 이상의 값이 각각 미리 정해진 부하전류 변화율 문턱값(Irct), 온도 변화율 문턱값(Trct), 진동 주파수 변화율 문턱값(Frct)을 초과할 때 트립신호 또는 경고신호를 출력한다. 이때, 경고신호는 4단계의 클래스로 고장 징후를 구분하여 출력되며, 각각의 단계에 따른 트립조건도 상이하게 설정할 수 있다.
먼저, 마이크로 컨트롤러(210)는 진동 주파수 변화율(ΔF)이 제1 진동 주파수 변화율 문턱값(Frct1)을 초과하는지 여부를 판단한다(ST150). 단계 ST150이 만족되면, 마이크로 컨트롤러(210)는 트립신호와 함께 가장 높은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제1 클래스 경고신호를 출력한다(ST160). 이때, 마이크로 컨트롤러(210)는 단계 ST150의 조건이 만족되는 경우, 즉, 모터 케이스의 진동이 심하게 관측되는 경우 즉시 트립신호를 출력할 수 있다. 또는 단계 ST150의 조건이 1초 정도 지속되는 경우 트립신호를 출력할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 축 계열 고장 감시 패널(300) 상에는 부하전류 표시창(310)과, 케이스 온도 표시창(320)과, 케이스 진동 표시창(330)과, 제1 클래스 경고수단(340)과, 제2 클래스 경고수단(350)과, 제3 클래스 경고수단(360)과, 제4 클래스 경고수단(370)이 설치된다. 부하전류 표시창(310)은 현재 시점의 부하 전류(I)와 부하전류 변화율(ΔI)을 표시한다. 케이스 온도 표시창(320)은 현재 시점의 온도(T)와 온도 변화율(ΔT)을 표시한다. 케이스 진동 표시창(330)은 현재 시점의 진동 주파수(F)와 진동 주파수 변화율(ΔF)을 표시한다. 제1 내지 4 클래스 경고수단(340~370)은 모두 경고표시등으로 구성될 수 있다.
단계 ST160에서 제1 클래스 경고수단(340)이 점등되고, 케이스 진동 표시창(330)에서 진동 주파수 변화율(ΔF)을 표시하는 영역이 빠르게 점멸될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 단계 ST150에서 '아니오'로 판단된 경우, 다음 단계에서 진동 주파수 변화율(ΔF)이 제1 진동 주파수 변화율(Frct1)보다 작은 제2 진동 주파수 변화율(Frct2)을 초과하는 동시에, 전류 변화율(ΔI)이 전류 변화율 문턱값(Irct)을 초과하고 온도 변화율(ΔT)이 온도 변화율 문턱값(Trct)을 초과하는지 여부를 판단한다(ST170). 단계 ST170이 만족되면, 마이크로 컨트롤러(210)는 제1 클래스 경고신호에 비해 낮은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제2 클래스 경고신호를 출력한다(ST180). 그리고 동일한 감시 결과가 제1 감시시간동안 지속되면 트립신호를 출력한다. 만약, 제1 클래스 경고신호 발생 시에 1초의 트립 판단 시간을 부여한 경우라면, 제1 감시시간은 1초보다 긴 2초로 설정된다.
단계 ST180에서 제2 클래스 경고수단(350)이 점등되고, 각각의 표시창(310, 320, 330)에서 부하전류 변화율(ΔI), 온도 변화율(ΔT), 진동 주파수 변화율(ΔF)이 점멸 표시될 수 있다.
단계 ST170에서 '아니오'로 판단된 경우, 다음 단계에서 진동 주파수 변화율(ΔF)이 제2 진동 주파수 변화율(Frct2)을 초과하는 동시에, 전류 변화율(ΔI)이 전류 변화율 문턱값(Irct)을 초과하거나 온도 변화율(ΔT)이 온도 변화율 문턱값(Trct)을 초과하는지 여부를 판단한다(ST190). 단계 ST190이 만족되면, 마이크로 컨트롤러(210)는 제2 클래스 경고신호에 비해 낮은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제3 클래스 경고신호를 출력한다(ST200). 그리고 동일한 감시 결과가 제2 감시시간동안 지속되면 트립신호를 출력한다. 제2 감시시간은 제1 감시시간보다 길며, 제1 감시시간이 2초로 설정된 경우라면 제2 감시시간은 3초로 설정될 수 있다.
단계 ST200에서 제3 클래스 경고수단(360)이 점등되고, 각각의 표시창(310, 320, 330)에서 진동 주파수 변화율(ΔF)과, 부하전류 변화율(ΔI) 또는 온도 변화율(ΔT)이 점멸 표시되어 관리자가 즉각적으로 경보 상황을 파악할 수 있도록 한다.
단계 ST190에서 '아니오'로 판단된 경우, 진동 주파수는 정상 범위에 있다는 것을 뜻한다. 이때에는 전류 변화율(ΔI)이 전류 변화율 문턱값(Irct)을 초과하는 동시에 온도 변화율(ΔT)이 온도 변화율 문턱값(Trct)을 초과하는지 여부를 판단한다(ST210). 단계 ST210이 만족되면, 마이크로 컨트롤러(210)는 제3 클래스 경고신호에 비해 낮은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제4 클래스 경고신호를 출력한다(ST220). 그리고 동일한 감시 결과가 제3 감시시간동안 지속되면 트립신호를 출력한다. 제3 감시시간은 제2 감시시간보다 길며, 제2 감시시간이 3초로 설정된 경우라면 제3 감시시간은 4초 내지 5초로 설정될 수 있다.
단계 ST220에서 제4 클래스 경고수단(370)이 점등되고, 부하전류 표시창(310)과 케이스 온도 표시창(320)에서 부하전류 변화율(ΔI) 및 온도 변화율(ΔT)이 점멸 표시될 수 있다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
110 : 차단기 120 : 영상 변류기
130 : 계기용 변성기 140 : 개폐기
150 : 모터 152 : 온도 센서
154 : 진동 센서 200 : 보호계전기
210 : 마이크로 컨트롤러 220 : 전력 감시부
230 : 스위칭부 240 : 축 계열 고장 감시부
242 : 전류 검출부 244 : 온도 검출부
246 : 진동 주파수 검출부 250 : 유저 인터페이스부
260 : 통신부 270 : 트립신호 출력부
280 : 경고신호 출력부 300 : 축 계열 고장 감시 패널
310 : 부하전류 표시창 320 : 케이스 온도 표시창
330 : 케이스 진동 표시창 340 : 제1 클래스 경고수단
350 : 제2 클래스 경고수단 360 : 제3 클래스 경고수단
370 : 제4 클래스 경고수단

Claims (8)

  1. 모터에 공급되는 전기적 신호를 검출하여 이상 발생 시에 모터 보호를 위한 트립 신호를 출력하는 모터 보호계전기에 있어서,
    상기 모터의 부하 전류를 검출하는 부하 전류 검출부와, 상기 모터의 케이스에 장착된 온도 센서의 출력 신호를 입력받아 모터 케이스의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 모터 케이스에 장착된 진동 센서의 출력 신호를 입력받아 상기 모터 케이스의 진동 주파수를 검출하는 진동 주파수 검출부를 포함하는 축 계열 고장 감시부;
    상기 모터의 동작 개시 이후 소정 시간 경과 후에 검출된 상기 부하 전류, 상기 온도, 상기 진동 주파수를 각각 기준값으로 설정하고, 기준값 설정 이후 측정 주기가 도래할 때 상기 기준값과 대비하여 부하전류 변화율, 온도 변화율, 진동 주파수 변화율을 각각 연산하며, 상기 부하전류 변화율, 상기 온도 변화율, 상기 진동 주파수 변화율 중 적어도 둘 이상의 값이 각각 미리 정해진 부하전류 변화율 문턱값, 온도 변화율 문턱값, 진동 주파수 변화율 문턱값을 초과할 때 트립신호 또는 경고신호를 출력하는 마이크로 컨트롤러;
    상기 트립신호를 외부 기기로 출력하는 트립신호 출력부; 및
    상기 경고신호에 대응하여 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고신호 출력부
    를 포함하는 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 트립 조건에 해당되는 트립 설정값, 상기 부하전류 변화율 문턱값, 상기 온도 변화율 문턱값, 상기 진동 주파수 변화율 문턱값을 입력하고, 상기 경고신호를 축 계열 고장 감시 패널을 통해 출력하는 유저 인터페이스부를 더 포함하는 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부하전류 변화율 문턱값, 상기 온도 변화율 문턱값, 상기 진동 주파수 변화율 문턱값은 2% 내지 15%의 값에서 선택되는 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 상기 측정 주기마다 측정된 상기 부하 전류, 상기 온도, 상기 진동 주파수를 새로운 기준값으로 재설정하는 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 변화율이 제1 진동 주파수 변화율 문턱값을 초과할 때, 상기 트립신호와 가장 높은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제1 클래스 경고신호를 출력하는 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 변화율이 상기 제1 진동 주파수 변화율 문턱값보다 작은 제2 진동 주파수 변화율 문턱값을 초과하면서 상기 제1 진동 주파수 변화율 문턱값 이하의 값을 가지는 동시에, 상기 전류 변화율이 상기 전류 변화율 문턱값을 초과하고 상기 온도 변화율이 상기 온도 변화율 문턱값을 초과하는 것으로 판단될 때, 상기 제1 클래스 경고신호에 비해 낮은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제2 클래스 경고신호를 출력하며, 동일한 감시 결과가 제1 감시시간동안 지속되면 상기 트립신호를 출력하는 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기.
  7. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 변화율이 상기 제2 진동 주파수 변화율 문턱값을 초과하면서 상기 제1 진동 주파수 변화율 문턱값 이하의 값을 가지는 동시에, 상기 전류 변화율이 상기 전류 변화율 문턱값을 초과하거나 상기 온도 변화율이 상기 온도 변화율 문턱값을 초과하는 것으로 판단될 때, 상기 제2 클래스 경고신호에 비해 낮은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제3 클래스 경고신호를 출력하며, 동일한 감시 결과가 상기 제1 감시시간에 비해 긴 제2 감시시간동안 지속되면 상기 트립신호를 출력하는 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 상기 진동 주파수 변화율이 상기 제2 진동 주파수 변화율 문턱값 이하이면서 상기 전류 변화율이 상기 전류 변화율 문턱값을 초과하고 상기 온도 변화율이 상기 온도 변화율 문턱값을 초과하는 것으로 판단될 때, 상기 제3 클래스 경고신호에 비해 낮은 축 계열 고장 징후를 나타내는 제4 클래스 경고신호를 출력하며, 동일한 감시 결과가 상기 제2 감시시간에 비해 긴 제3 감시시간동안 지속되면 상기 트립신호를 출력하는 축 계열 고장 감시 기능을 구비한 모터 보호계전기.
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