KR950004805B1 - 전자식 배전반의 전동기 보호를 위한 디지탈 계전방법 - Google Patents

전자식 배전반의 전동기 보호를 위한 디지탈 계전방법 Download PDF

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Abstract

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Description

전자식 배전반의 전동기 보호를 위한 디지탈 계전방법
제1도는 본 발명의 디지탈 계전방법이 적용되는 전자식 배전반의 구성을 보인 회로도.
제2도의 (a)(b)는 본 발명의 디지탈 계전방법을 보인 도면으로서, (a)는 메인루틴을 보인 신호흐름도, (b)는 인터럽트 루틴을 보인 신호흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 중앙처리장치 2 : 센서신호 출력부
3 : 멀티플렉서 4 : 아날로그 필터
5 : 아날로그/디지탈 변환기 6 : 키보드부
7 : 표시부 8 : 롬
9 : 램 10 : 부하구동부
CB : 차단기 CT1-CT3 : 전류트랜스
본 발명은 전동기로 전원을 공급하여 구동시키는 전자식 배전반에 있어서, 전동기의 시동시 전동기로 과전류가 흐르거나 또는 과부하 및 과도하게 시동과 정지를 반복하는 등의 이상상태가 발생할 경우에 그 이상상태에 의해 전동기가 손상되지 않도록 보호하여 전동기를 안전하고, 장기간 사용할 수 있도록 하는 전자식 배전반의 전동기 보호를 위한 디지탈 계전방법에 관한 것이다.
종래에는 전원의 공급을 제어할 전동기의 종류, 용량 및 특성 등에 따라 적정한 계전기를 선택사용하여 과전류, 과부하 또는 과도한 시동/정지를 반복하는 이상상태의 발생시 전동기가 손상되지 않도록 보호하였다.
그러므로 전동기에 따라 적정한 계전기를 선택 사용하는데 많은 어려움이 있었음은 물론 계전기를 잘못 선택하였을 경우에 이상상태의 발생시 전동기를 보호하지 못하였고, 계전기의 오동작율이 높아 계전기의 오동작을 보상하기 위한 별도의 보호회로를 구비해야 될 뿐만 아니라 이로 인하여 회로의 구성이 복잡하고, 제품의 생산성이 저하되며, 생산원가가 상승하게 되는 등의 문제점이 있었다.
그러므로 본 발명의 목적은 이상상태의 발생시 전동기가 손상되지 않도록 효과적으로 보호하여 전동기를 안전하고 장기간 동안 사용할 수 있도록 하는 디지탈 계전방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전동기의 종류, 용량 및 특성 등에 따라서 간단히 전동기의 동작변수를 설정하여 어떠한 전동기에도 간단히 적용 사용할 수 있도록 하는 디지탈 계전방법을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 가지는 본 발명의 디지탈 계전방법은 전동기로 흐르는 전류를 이용하여 시동시의 과전류 및 정상운전시의 과부하로부터 전동기가 손상되지 않도록 보호하는 것으로 전동기의 시동을 시작하여 설정된 시동완료시간이 경과될 경우에 전동기로 과전류가 흐르는지를 판별하고 과전류가 흐르 경우에 전원을 차단하여 전동기에 공급되지 않도록 한다.
그리고 부하의 정상운전중에는 전동기로 흐르는 전류가 설정된 드레시홀드 레벨 이상인지를 판별하고, 드레시홀드 레벨이상일 경우에는 현재 전동기의 상태 및 과전류 레벨에 따라 차단시간을 설정한 후 설정한 차단시간 이상으로 계속 전류가 흐를 경우에 전원을 차단하여 전동기에 공급되지 않도록 한다.
또한 본 발명은 설정된 과도 시동/정지시간동안 전동기의 시동 및 정지를 반복하는 회수를 카운트하고, 설정회수 이상으로 전동기의 시동 및 정지를 반복할 경우에 전원을 차단한다.
그러므로 본 발명의 디지탈 계전방법에 의하면, 전동기의 시동초기에 과전류가 흐르거나 또는 과부하 및 과도한 시동/정지를 반복하는 이상상태가 발생할 경우에 전동기가 손상되지 않도록 보호할 수 있음은 물론 과부하가 걸려도 차단시간내에서는 계속 전원을 공급하여 순간적인 과부하에 의해서는 전동기가 정지됨이 없이 계속 구동된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 디지탈 계전방법을 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 디지탈 계전방법이 적용되는 전자식 배전반의 구성을 보인 회로도로서 이에 도시된 바와같이, 전자식 배전반의 전체동작을 제어하는 중앙처리장치(1)와, 부하로 R,S 및 T상의 3상전원을 공급 및 차단하는 차단기(CB)와, 전동기로 공급되는 각 상의 전류를 검출하는 전류트랜스(CT1-CT3)와, 상기 전류트랜스(CT1-CT3)의 검출전류를 출력하는 센서신호 출력부(2)와, 상기 센서신호 출력부(2)의 출력신호를 하나씩 순차적으로 선택출력하는 멀티플렉서(3)와, 상기 멀티플렉서(3)의 출력신호에서 잡음신호를 제거하는 아날로그 필터(4)와, 상기 아날로그 필터(4)의 출력신호를 디지탈 신호로 변환하여 상기 중앙처리 장치(1)로 입력시키는 아날로그/디지탈 변환기(5)와, 상기 중앙처리장치(1)에 동작명령 및 각종 설정값을 입력시키는 키보드부(6)와, 상기 중앙처리장치(1)의 제어에 따라 전자식 배전반의 동작상태 및 이상상태를 표시하는 표시부(7)와, 상기 중앙처리장치(1)의 동작프로그램 및 전원이상에 대한 차단 지연시간의 룩업 테이블 등을 저장하고 출력하는 롬(8)과, 전동기의 제어에 필요한 데이타들을 저장 및 출력하는 램(9)과, 상기 중앙처리장치(1)의 제어에 따라 상기 차단기(CB)를 제어하여 전동기의 전원공급을 제어하는 부하구동부(10)로 구성하였다.
이와같이 구성된 전자식 배전반에 적용되는 본 발명의 디지탈 계전방법은 제2도의 (a)에 도시된 바와같이, 먼저 초기화 동작을 수행하고, 전동기의 전원공급에 따른 각종 파라메타 및 동작변수를 설정한 후 일정 주기로 각 상의 전류의 최대값을 샘플링 예를들면 1.38msec의 주기로 각 상의 최대 전류값을 샘플링한다.
즉, 전동기로 공급되는 R,S 및 T상의 전류가 전류트랜스(CT1-CT3)에서 검출된 후 센서신호 출력부(2)에 입력되어 센서신호 출력부(2)는 R,S 및 T상의 전류를 처리 및 출력하고, 출력한 전류를 멀티플렉서(3)가 순차적으로 하나씩 선택출력하여 아날로그 필터(4)에서 필터링 및 잡음이 제거되고, 아날로그/디지탈 변환기(5)에서 디지탈 신호로 변환되어 출력되며, 아날로그/디지탈 변환기(5)가 출력하는 R,S 및 T상의 전류데이타를 중앙처리장치(1)가 일정주기로 샘플링한다.
이와같이 샘플링한 R,S 및 T상의 전류데이타를 중앙처리장치(1)는 디지탈 필터링하고, 직류성분과 고조파 성분을 제거한 후 최대전류값을 산출하여 저장하며, 키보드부(6)의 키신호가 입력되는지를 판별하여 입력될 경우에는 입력된 키신호에 해당되는 동작값을 표시부(7)에 표시 및 그에 대한 기능을 수행하고, 키신호가 입력되지 않을 경우에는 바로전에 입력된 키신호에 해당되는 동작값을 표시부(3)에 표시 및 그에 대한 기능을 수행한다.
이와같이 하여 전동기에 공급되는 R,S 및 T상의 전원에서 최대전류값이 산출 및 저장되면, 제2도의 (b)에 도시된 바와같이 일정주기의 인터럽트 예를들면, 50msec의 인터럽트시마다 저장된 최대전류값을 리드하고, 전동기의 시동이 완료되었는지를 판단하여 시동이 완료되지 않았을 경우에 현재 전동기의 상태를 판단한다.
이때 전동기가 핫(hot) 상태 즉, 바로전에 전동기를 운전하였을 경우에 과전류 등으로 인하여 전동기가 일정온도 이상으로 발열될 상태일 경우에는 전동기의 정지시간을 카운트하고, 설정된 전동기의 시간상수(CT) 즉, 전동기가 초기온도에서 정상온도의 63%에 도달하는데 소요되는 시간상수(CT)에 3을 곱한 시간 이상으로 정지시간이 경과되는지를 판단하여 경과될 경우에 전동기가 콜드(cold) 상태인 것으로 판단 및 설정하고, 경과되지 않을 경우에 핫상태로 계속 판단 및 설정한 후 현재 전동기가 정지상태인지를 판단 즉, 전동기의 시동초기에 전동기로 흐르는 전류는 빠른 속도로 증가하게 되는 것으로 시동불량으로 인하여 전동기로 흐르는 전류가 일정레벨 이하로 되어 전동기가 정지된 상태를 유지하는지 판단하여 전동기가 정지상태이면 시동시간을 0으로 클리어시키고, 정지상태가 아니면 과도 시동시간을 카운트한다.
이와같은 상태에서 카운트한 과도 시동시간이 미리설정된 시동완료시간 이상으로 되면, 중앙처리장치(1)는 전동기의 시동이 완료된 것으로 판단하고, 전동기가 현재 콜드상태인지를 판단하여 콜드상태일 경우에 시동시간을 카운트하며, 전동기가 정상운전 즉, 전동기로 정격전류가 흐르는지를 판단하여 정격전류가 흐를 경우에 전동기가 정상 운전중임을 판단하고, 정격전류가 흐르지 않을 경우에 과전류로 전동기가 과도 시동상태 판단하여 과도 시동이 아닐 경우에 전동기가 운전장치된 상태로 과도 시동시간을 0으로 클리어하고, 과도 시동일 경우에는 차단기(CB)를 트립시켜 전원을 차단 및 시동초기에 과전류로 인하여 전동기가 손상되지 않도록 한다.
이와같이 하여 전동기가 정상운전 또는 정지된 상태에서 중앙처리장치(1)는 과도 시동/정지시간을 카운트하면서 전동기의 현재상태와 바로전의 상태가 동일한지를 판단하여 동일하지 않을 경우에 전동기의 시동/정지회수를 증가하고, 현재상태를 전상태로 치환한 후 시동/정지회수가 미리설정된 회수 이상인지를 판별한다.
이때 전동기의 시동/정지회수가 설정회수 이상일 경우에는 과도하게 시동 및 정지를 반복한 것으로 차단기(CB)를 트립시켜 과도한 시동 및 정지로부터 전동기가 손상되지 않도록 보호하고, 이를 표시부(7)에 표시한 후 과도 시동/정지회수 및 과도 시동/정지시간을 0으로 클리어하며, 시동/정지회수가 설정회수 이상이 아닐 경우에는 카운트한 과도 시동/정지시간 이상인지를 판별하여 이상이면 과도 시동/정지회수 및 과도 시동/정지시간을 0으로 클리어시킨다.
그리고 전동기의 시동/정지회수가 설정회수 이상이 아니고, 설정시간이 경과되지 않았을 경우에는 과부하로 전동기로 흐르는 전류가 미리설정된 드레시홀드 레벨이상의 과전류가 흐르는지를 판별하고, 드레시홀드 레벨이상일 경우에는 시간상수(CT)에 3을 곱한 시간 이상으로 시동시간이 경과되는지를 판단하여 경과되었으면 현재 전동기가 핫상태인 것으로 판단 및 다음의 식(Ⅰ)과 같이 차단시간(T)을 계산하고, 경과되지 않았으면 현재 전동기가 콜드상태인 것으로 판단 및 다음의 식(Ⅱ)와 같이 차단시간(T)을 계산한다.
[수학식 1]
T=CT·Ln{Is2/(Is2-1.14)}……………………………………………(Ⅰ)
[수학식 2]
T=CT·Ln{(Is2-1)/(Is2-1.14)}……………………………………………(Ⅱ)
여기서, CT는 전동기가 초기온도에서 정상온도의 63%에 도달하는데 소요되는 시간상수이고 Ln은 자연로그이며, Is는 과전류비이다.
이와같이 하여 차단시간(T)이 설정되면, 드레시홀드 시간을 카운트하고, 카운트한 드레시홀드 시간이 차단시간(T) 이상 경과되는지를 판단하여 경과될 경우에 차단기(CB)를 트립 및 과부하로부터 전동기가 손상되지 않게 보호하고, 이를 표시부(7)에 표시한다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 전동기의 시동 및 운전시 이상상태가 발생할 경우에 전원을 차단하여 전동기가 손상되지 않도록 보호함은 물론 과부하시 차단시간을 설정하여 차단시간 이상으로 계속 과부하가 걸릴 경우에 전원을 차단하므로 순간적인 과부하에 대해서는 전원을 차단하지 않고 전동기를 계속 구동시킬 수 있으며, 전동기의 종류, 용량 및 특성에 따라 간단히 과전류의 드레시홀드 레벨 및 정상전류 등의 파라메타 및 동작변수를 설정함에 따라 어떠한 전동기에도 간단히 적용 제어할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 전동기의 운전시 흐르는 R,S 및 T상의 최대전류값을 산출하여 저장하는 제1과정과, 전동기의 시동시 과전류가 흐르는지를 판단하고 과전류가 흐르 경우에 전원을 차단하는 제2과정과, 미리설정된 시간간격으로 전동기의 시동 및 정지 반복회수를 카운트하여 미리설정된 회수이상일 경우에 전원을 차단하는 제3과정과, 전동기의 정상운전시 미리설정된 드레시홀드 레벨이상의 과전류가 흐를 경우에 전원을 차단하는 제4과정으로 됨을 특징으로 하는 전자식 배전반의 전동기 보호를 위한 디지탈 계전방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2과정은 전동기의 시동시 흐르는 전류로 시동시작을 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 시동시작일 경우에 과도 시동시간을 카운트하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 과도 시동시간이 설정된 시동완료시간 이상일 경우에 시동완료를 판단하고 흐르는 전류레벨을 판별하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 과전류가 흐를 경우에 전원을 차단하는 제4단계와, 상기 제3단계에서 정상전류 이하가 흐를 경우에 과도 시동시간을 클리어하는 제5단계로 됨을 특징으로 하는 전자식 배전반의 전동기 보호를 위한 디지탈 계전방법.
  3. 제1항에 있어서, 제4과정은 설정된 드레시홀드 레벨이상의 과전류가 흐를 경우에 경과된 시동시간으로 전동기의 핫상태 또는 콜드상태를 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 판단한 전동기의 상태에 따라 차단시간(T)을 설정하고 드레시홀드 시간을 카운트하는 제2단계와 상기 제2단계에서 카운트한 드레시 홀드 시간이 설정된 차단시간(T) 이상일 경우에 전원을 차단하는 제3단계로 됨을 특징으로 하는 전자식 배전반의 전동기 보호를 위한 디지탈 계전방법.
  4. 제3항에 있어서, 핫상태일 경우에 차단시간(T)은 다음의 식(I)로 설정하는 것을 특징으로 하는 전자식 배전반의 전동기 보호를 위한 디지탈 계전방법.
    T=CT·Ln{Is2/(Is2-1.14)}……………………………………………(Ⅰ)
    여기서, CT는 전동기가 초기온도에서 정상온도의 63%에 도달하는데 소요되는 시간상수이고 Ln은 자연로그이며, Is는 과전류비이다.
  5. 제3항에 있어서, 콜드상태일 경우에 차단시간(T)은 다음의 식(Ⅱ)로 설정하는 것을 특징으로 하는 전자식 배전반의 전동기 보호를 위한 디지탈 계전방법.
    T=CT·Ln{(Is2-1)/(Is2-1.14)}……………………………………………(Ⅱ)
    여기서, CT는 전동기가 초기온도에서 정상온도의 63%에 도달하는데 소요되는 시간상수이고 Ln은 자연로그이며, Is는 과전류비이다.
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