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KR20160121637A - 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치 - Google Patents

전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치 Download PDF

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KR20160121637A
KR20160121637A KR1020150050137A KR20150050137A KR20160121637A KR 20160121637 A KR20160121637 A KR 20160121637A KR 1020150050137 A KR1020150050137 A KR 1020150050137A KR 20150050137 A KR20150050137 A KR 20150050137A KR 20160121637 A KR20160121637 A KR 20160121637A
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instantaneous current
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문경주
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

본 발명은 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치에 관한 것으로, 전력계통의 각 선로에서 순시전류를 검출하여 전압을 유도하는 전압 유도부와, 상기 전압 유도부로부터 유도된 전압을 복수의 전압들로 분압하는 전압 분압부와, 상기 전압 분압부로부터 분압된 전압들 중 일부의 전압을 검출하는 전압 검출부와, 규정된 조건에 의해 저전력으로 운영되는 수면모드(Sleep mode) 상태에서 각 선로의 순시전류를 이용하여 생성된 활성화 전원을 제공받아 활성화모드(Wake-up mode)로 전환됨과 동시에 상기 전압 검출부로부터 검출된 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하여 원래의 순시 전류값으로 복원하고, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 그 결과에 따라 선로의 차단여부를 결정하는 제어부를 포함함으로써, 고속으로 순시 전류를 판단하여 순시 사고에 대해 빠르게 대처할 수 있으며, 사고 전류에 대한 각종 정보를 저장할 수 있는 효과가 있다.

Description

전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치{APPARATUS FOR DISCRIMINATING INSTANTANEOUS CURRENT IN POWER GRID LINE}
본 발명은 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속으로 순시 전류를 판단하여 순시 사고에 대해 빠르게 대처할 수 있으며, 사고 전류에 대한 각종 정보를 저장할 수 있도록 한 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치에 관한 것이다.
일반적으로, 산업현장이나 아파트, 물류창고, 공장, 학교, 숙박시설 등 모든 건축물에는 전기 분전반(Distribution Board)이 설치되어 있으며, 이러한 분전반에는 통상 배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker, MCCB)가 설치되어 있다.
상기 배선용 차단기(MCCB)는 상시 상태의 전로를 수동 또는 전기조작에 의해 개폐할 수 있고, 과부하 및 단락 등의 사고 발생 시에는 자동으로 전로를 차단하는 것으로서, 최근에는 누전과 과부하 겸용으로 제작되고 있다.
그리고, 이러한 배선용 차단기는 결상 사고에 대한 검출 기능이 없으며, 따라서 3상 부하 특히 3상 전동기를 사용하는 곳에는 필히 열동식 과전류 계전기(THR) 또는 전자식 모터 보호계전기(EMPR)를 사용하도록 규정하고 있다.
즉, 3상 전동기 부하 등 3상 전력기기를 사용하는 전력계통에서 1상 또는 2상이 단선되어 전력이 공급되는 상태를 1상 결상 또는 2상 결상이라 말하며, 산업현장에서 3상 부하로 주로 사용되는 3상 전동기는 1상 결상 사고가 대다수이다.
이러한 3상 전동기의 1상 결상은 3상 전동기의 기동과 정지를 담당하는 전자접촉기(Electromagnetic Contactor)의 노후와 잦은 사용으로 인한 접점의 접촉 불량에서 주로 발생하는 것으로 보고된다. 3상 전동기의 1상이 결상될 경우 3상 전동기에는 정격전류의 약 1.5배의 전류가 흐르게 되고 이에 따른 3상 전동기 내부 권선의 열화가 화재의 원인으로 주목되고 있다.
그리고, 결상된 상태에서 3상 전동기의 기동 투입 시에는 정격전류의 약 6∼8배의 기동전류가 흐르게 되어 모터의 소손은 물론 심각한 재해를 유발하는 것이지만, 이러한 3상 전동기의 결상 사고에 대한 예방은 의무 사항이 아니어서 실제 현장에서는 그 방지 및 예방을 위한 노력이 잘 이루어지지 않는 상태이다.
다시 말해, 3상 전력기기를 사용하는 전력계통의 현장 관리자가 필요에 따라 부가적으로 설치하는 상황이므로, 해당 현장 관리자의 인식과 필요에 전적으로 의존되고 있다.
또한, 상술한 바와 같이 3상 전동기를 결상 사고로부터 보호하기 위해 열동식 과전류 계전기(THR) 또는 전자식 모터 보호계전기(EMPR)를 사용하고 있으나, 이러한 보호장치들은 과전류나 과열이 발생되어야지만 해당 문제의 검출이 가능하고 또한 전압 불평형률이 약 70％ 이상에서 3초 이내에 트립(Trip)하도록 설계되어 그 응답속도가 느리고 현장에서의 잦은 오동작과 정밀도가 저하되는 문제가 있다.
한편, 저압 배전계통에 사용되는 차단기의 전기적 제어방식은 열동식, 열동전자식 또는 전자식 구조로 설계된다. 먼저, 상기 열동식의 경우는 사고발생에 대한 고장 전류의 실효치가 적으면 발열량(H=0.24I2Rt)이 적어 차단동작이 실패되고, 상기 전자식의 경우는 이상전류의 주기가 짧으면 트립 코일의 여자가 불가능하여 차단기능이 상실되는 것으로, 이로 인해 전기화재 등 전기재해의 위험성이 항시 내재됨을 알 수 있다.
도 1은 종래의 열동식이나 전자식 저압 차단기의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 아날로그 회로부(10)에서는 전력계통의 각 상(R, S, T, N)에서 입력되어진 순시 전류값과 기존에 미리 정해놓은 기준 전류값을 비교하여, 입력된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 순시 고장 전류가 입력되어졌다고 판단한다. 만약, 아날로그 회로부(10)에서 순시 고장 전류가 입력되어졌다고 판단하면, 차단 신호를 출력(Override 출력)(20)하여 계전기가 차단(30)된다.
그러나, 종래 기술은 아날로그 회로부(10)에서 순시전류를 판단하여 차단 신호를 출력(20)하기 때문에, 사고 전류에 대한 정보가 저장되지 않으며, 아날로그 회로에 의해 전자파 간섭(Electro Magnetic Compatibility, EMC)에 취약한 문제점을 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고속으로 순시 전류를 판단하여 순시 사고에 대해 빠르게 대처할 수 있으며, 사고 전류에 대한 각종 정보를 저장할 수 있도록 한 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 전력계통의 각 선로에서 순시전류를 검출하여 전압을 유도하는 전압 유도부; 상기 전압 유도부로부터 유도된 전압을 복수의 전압들로 분압하는 전압 분압부; 상기 전압 분압부로부터 분압된 전압들 중 일부의 전압을 검출하는 전압 검출부; 및 규정된 조건에 의해 저전력으로 운영되는 수면모드(Sleep mode) 상태에서 각 선로의 순시전류를 이용하여 생성된 활성화 전원을 제공받아 활성화모드(Wake-up mode)로 전환됨과 동시에 상기 전압 검출부로부터 검출된 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하여 원래의 순시 전류값으로 복원하고, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 그 결과에 따라 선로의 차단여부를 결정하는 제어부를 포함하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 전압 유도부와 부하 사이의 각 선로에 연결되어, 각 선로에서 발생되는 순시전류를 이용하여 활성화 전원을 생성하는 전압 생성부가 더 포함되되, 상기 제어부는 상기 전원 생성부로부터 생성된 활성화전원을 제공받아 활성화모드로 전환시킴이 바람직하다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 전압 분압부로부터 분압된 일부의 전원을 제공받아 활성화모드로 전환시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 전압 유도부는, 각 선로에 흐르는 정격전류에 관계없이 동일한 코일 권선수로 이루어지며, 각 선로에서 검출한 순시전류를 미분하여 전압을 유도하는 복수의 로고스키 코일(Rogowski Coil)로 이루어짐이 바람직하다.
바람직하게, 상기 전압 분압부는, 복수의 분압 저항을 통해 출력 전압을 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 각 선로를 통해 부하로 공급되는 전력이 차단되도록 각 선로에 구비된 차단기에 선로개방 제어신호를 출력할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 해당 사고 전류와 관련된 정보를 별도의 메모리에 저장되도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 사고 전류와 관련된 정보는, 해당 전류의 크기, 시간 및 파형 정보들 중 적어도 하나의 정보로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 해당 사고 전류의 발생에 대해 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경고해주도록 특정 경고신호를 출력할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 해당 사고 전류에 대한 특정 경고 메시지를 생성하고 이를 기설정된 사용자 단말로 전송할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 동작 전원을 공급받아 기설정된 프로그램에 따라 각종 부품을 제어하는 마이크로프로세스 제어 유닛(Microprocessor Control Unit, MCU)으로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치에 따르면, 신호 포화가 없는 로고스키 코일(Rogowski Coil) 및 마이크로프로세스 제어 유닛(Microprocessor Control Unit, MCU) 등을 통해 고속으로 순시 전류를 판단하여 순시 사고에 대해 빠르게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 계전기의 오동작을 효과적으로 방지할 수 있으며, 사고 전류에 대한 각종 정보를 저장할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 열동식이나 전자식 저압 차단기의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 산업현장에서 주로 사용되는 열동식 과전류 계전기를 이용한 3상 유도 전동기의 기동 및 정지 회로의 일 예를 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
일반적으로 열동식 과전류 계전기는 전자 접촉기(Magnet Contact, MC)와 함께 전자 개폐기(Magnet Switch, MS)를 구성하여 모터에 통전되는 전류가 미리 설정한 전류값 이상이 되면 회로를 트립(Trip)하여 모터가 소손되는 것을 방지하는 역할을 한다.
즉, 교류 전동기의 경우 그 내부에는 통상 3상(R, S, T)의 교류 전류가 흐르는데, 이 때 상기 3상(R, S, T) 중에서 어느 하나의 상이라도 끊어져 전류가 흐르지 않게 된 때에는 나머지 상으로 전류가 집중되거나 과부하나 과전류시 온도가 상승하여 권선이 소손되는 등의 사고가 발생하게 되는데, 이를 방지하기 위하여 통상적으로 전동기에는 과부하 또는 결상시 소손을 방지하기 위하여 과전류 계전기를 사용한다.
도 2는 산업현장에서 주로 사용되는 열동식 과전류 계전기를 이용한 3상 유도 전동기의 기동 및 정지 회로의 일 예를 보인 도면이다.
도 2를 참조하면, 3상 유도 전동기(IM)의 보호장치로 통상 사용되는 열동식 과전류 계전기(THR)를 살펴보면, 3상 유도 전동기(IM)의 과부하로 인한 과전류가 발생하였을 경우, 내부 릴레이의 열선 가열로 인한 바이메탈(bimetal)의 만곡 작용을 이용하여 접점을 개폐하는 원리로 동작된다.
한편, 미설명 부호 MCB는 배선용 차단기이고, MC는 전자 접촉기이고, THR은 열동식 과전류 계전기이고, T는 한시 계전기이고, PB1은 기동용 푸시버튼이고, PB2는 정지용 푸시버튼이고, GL은 운전 표시등이고, IM은 3상 유도 전동기이다.
이러한 종래 기술의 열동식 과전류 계전기는 차단기의 차단용량 이상의 전류가 유입되어 차단기 자체 손상이 발생할 정도의 사고에서 최대한 빨리 차단 동작을 수행하여 차단기 스스로와 선로를 보호하기 위해 순시 오버라이드(Override) 동작 기능을 가지고 있다.
그러나, 종래의 열동식이나 전자식 저압 차단기는 마그네틱 트립으로 수행하거나 별도의 아날로그 회로를 구비하여 기존 마이크로프로세스 제어 유닛(MCU)과 무관하게 동작하고, 마이크로프로세스 제어 유닛(MCU)에는 사고 전류에 대한 순시 동작 정보가 입력되지 않는다. 또한, 아날로그 회로를 사용하여 판단하는 계전기는 전자파 간섭(EMC)에 취약하다는 단점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 신호 포화가 없는 로고스키 코일(Rogowski Coil)을 이용하여 전류의 미분 신호를 통해 마이크로프로세스 제어 유닛(MCU)에서 수 usec(Microsecond, 10-6)안에 고속으로 순시 전류를 판단하여 순시 사고에 대해 빠르게 대처할 수 있으며, 사고 전류에 대한 각종 정보를 저장할 수 있는 특징적인 기술이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치는, 크게 전압 유도부(100), 전압 분압부(200), 전압 검출부(300), 전원 생성부(400) 및 제어부(500) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 전압 유도부(100)는 전력계통(Power Grid)의 각 선로(R, S, T, N)에서 순시전류를 검출하여 전압을 유도하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 전력계통은 일반적으로 전기를 생산 및 공급하는 전력공사 또는 상기 전력공사 이외에 전기를 생산 및/또는 공급할 수 있는 수단을 포함하여 부하(600)로 전기를 공급할 수 있는 모든 전력 공급원을 포함하는 의미로 사용된다.
예를 들어, 부하(600)는 전력계통, 상기 전력계통으로부터 생산된 전기를 공급받아 철도 또는 도시철도에 전기를 공급하는 사업자들 및 소수력(Small Hydropower), 태양광(Photo Voltaic), 태양열(Solar Thermal), 풍열(Wind Power), 폐기물 에너지(Waste Energy), 바이오 에너지(Bio Energy), 지열(Geo Thermal), 해양 에너지(Ocean Energy) 등과 같은 신재생 에너지로부터 발생되는 전기를 공급하는 신재생 에너지 처리시스템 중 적어도 하나 이상이 포함된 전력 공급원으로부터 전기를 공급받을 수 있다.
또한, 상기 전력 공급원과 부하(600)는 최근 대두되는 현대화된 전력기술과 정보통신기술의 융합과 복합을 통하여 구현된 차세대 전력시스템 및 이의 관리체제를 의미하는 스마트-그리드(Smart-Grid, 지능형 전력망)와 연계도 가능하다.
한편, 부하(600)는 전력을 소비하는 공장, 상가, 가정 등의 최종 수용수단으로서 지역 배전용 전력케이블을 이용하여 다수의 변압기(Transformer)와 연결되어 전력을 공급받게 된다.
이러한 전압 유도부(100)는 각 선로(R, S, T, N)에 흐르는 정격전류에 관계없이 동일한 코일 권선수로 이루어지며, 각 선로(R, S, T, N)에서 검출한 순시 전류를 미분하여 전압을 유도하는 복수의 로고스키 코일(Rogowski Coil)로 이루어짐이 바람직하다.
상기 로고스키 코일은 일반 전류 변환기(Current Transformer, CT)와 달리 마그네틱 코어(Magnetic Core)를 사용하지 않고 공심 코어(Air Core)를 형성하는 특수 재질의 플라스틱 보빈(bobbin)을 사용하여 여자시키는 것으로, 상기 공심 코어 내를 관통하는 도체에 전류가 흐를 경우 이 전류에 의해 상기 공심 코어에 권취된 코일에 도체의 전류에 비례하는 전압이 유도됨에 따라 이를 토대로 도체에 흐르는 전류의 크기를 검출해 내는 구조를 가진다.
즉, 상기 로고스키 코일은 반도체의 개폐 과도현상 측정 등 광범위한 영역에서 사용이 가능하고, 동일한 크기로 100A 내지 100KA의 대전류의 측정이 가능하며, 1차 측과 분리되어 있어 절연성이 우수하고, 자성물질을 포함하고 있지 않아 선형성이 우수하며, 관통형 변류기와 달리 내부 철심이 없는 공심 코어를 형성하여 철심포화에 따른 과전류 손상을 입지 않는 장점이 있다.
또한, 상기 로고스키 코일 내부에 위치한 도체에 전류가 흐르는 경우 전류에 의하여 로고스키 코일에 유기되는 유도 전압(Vout)은 아래 식 1과 같다.
(식 1)
Figure pat00001
여기서, I는 도체에 흐르는 전류로 측정 대상 전류이고, μ0는 진공의 투자율이고, N은 코일의 권선 밀도이고, A는 로고스키 코일의 단면적이다.
상기 식 1에서 나타낸 바와 같이, 도체에 정현파 전류가 흐르는 경우 로고스키 코일에서 출력으로 검출되는 전압의 파형은 정현파의 미분값이 되어 직접 전류값으로 표현할 수 없다.
따라서, 측정 전류값을 얻기 위해서 로고스키 코일에서 출력되는 유도 전압(Vout)은 신호 처리부를 통하여 적분되어야 한다. 이러한 신호 처리부는 후술하는 제어부(500)를 통해 수행됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 별도의 신호 증폭 회로, 저항 및 커패시티 등으로 구성된 수동형(Passive) 적분회로부 또는 연산 증폭기(Operational Amplifier)를 사용한 능동형(active) 적분회로부 등을 통해 구현될 수도 있다.
전압 분압부(200)는 전압 유도부(100)와 전기적으로 연결되어 있으며, 전압 유도부(100)로부터 유도된 전압을 복수의 전압들로 분압하는 기능을 수행한다. 이러한 전압 분압부(200)는 복수의 분압 저항(Resistance)을 통해 출력 전압을 조절함이 바람직하다.
한편, 전압 유도부(100)로부터 유도된 전압은 큰 순시전류 값으로 인해 제어부(500)가 이를 바로 인식할 수 없기 때문에, 제어부(500)가 인식할 수 있도록 적정 전압으로 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 전압 분압부(200)을 통해 전압 유도부(100)로부터 유도된 전압을 제어부(500)가 인식할 수 있는 복수의 전압들로 분압하는 것이다.
전압 검출부(300)는 전압 분압부(200)와 전기적으로 연결되어 있으며, 전압 분압부(200)로부터 분압된 전압들 중 일부의 전압을 검출하는 기능을 수행한다.
전원 생성부(400)는 부하(600)측 선로에 연결되어 있으며, 각 선로(R, S, T, N)의 순시전류를 이용하여 활성화 전원을 생성하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 활성화 전원이라 함은, 제어부(500)가 수면모드(Sleep mode) 상태에서 활성화모드(Wake-up mode)로 전환하기 위한 최소한의 전원(예컨대, 전류 또는 전압 신호)을 의미한다.
이러한 전원 생성부(400)는 각 선로(R, S, T, N)에서 발생되는 큰 순시 전류 즉, 순시 고장 전류에 의해 소정의 활성화 전원을 생성할 수 있도록 구성된 것으로서, 예컨대, 전류 변환기(Current Transformer, CT), 분류기(Shunt), 홀 센서(Hall Sensor), 로고스키 센서(Rogowski Sensor) 등을 이용할 수 있다.
그리고, 제어부(500)는 규정된 조건에 의해 저전력으로 운영되는 수면모드(Sleep mode) 상태에서 전원 생성부(400)로부터 생성된 활성화 전원을 제공받아 활성화모드(Wake-up mode)로 전환됨과 동시에, 전압 검출부(300)로부터 검출된 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하여 원래의 순시 전류값으로 복원하고, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 그 결과에 따라 선로의 차단여부를 결정하는 기능을 수행한다.
즉, 제어부(500)는 전압 유도부(100)로부터 유도된 전압을 원래의 순시전류로 복원하기 위하여 신호 처리를 수행하는 바, 전압 검출부(300)로부터 검출된 유도 전압의 신호를 증폭하는 증폭수단과, 상기 증폭수단으로부터 증폭된 신호를 적분하는 적분수단과, 상기 적분수단으로부터 적분된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D(Analog/Digital) 변환수단과, 상기 A/D 변환수단으로부터 변환된 디지털 신호를 연산 처리하는 연산 제어수단 등을 포함할 수 있다.
또한, 제어부(500)는 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 각 선로(R, S, T, N)를 통해 부하(600)로 공급되는 전력이 차단되도록 각 선로(R, S, T, N)에 구비된 차단기(700)에 선로개방 제어신호를 출력할 수 있다.
이때, 차단기(700)는 전기를 공급하는 입력측과 전기를 사용하는 수용가의 부하(600)측 사이에 도선으로 연결되도록 설치되며, 트립 코일의 여자동작으로 입력 전원이 부하(600)로 공급되는 것을 차단하는 기능을 수행한다.
또한, 제어부(500)는 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 해당 사고 전류와 관련된 정보를 자체 또는 별도의 메모리(550)에 저장되도록 제어할 수 있다.
이때, 상기 사고 전류와 관련된 정보는 예컨대, 해당 전류의 크기, 시간 및 파형 정보들 중 적어도 하나의 정보로 이루어짐이 바람직하다.
또한, 제어부(500)는 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 해당 사고 전류의 발생에 대해 외부의 사용자에게 시각적(예컨대, 램프 또는 LED 등) 또는 청각적(예컨대, 스피커 등)으로 경고해주도록 특정 경고신호를 출력할 수 있다.
또한, 제어부(500)는 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 해당 사고 전류에 대한 특정 경고 메시지를 생성하고 이를 기설정된 사용자 단말(미도시)로 전송할 수 있다.
이때, 상기 사용자 단말은 예컨대, 데스크탑 PC(Personal Computer, PC), 노트북 PC 등 컴퓨터인 것이 일반적이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 유/무선 통신망을 통하여 제어부(500)에 접속되어 데이터 송수신할 수 있는 모든 종류의 유무선 통신 장치일 수 있다.
예를 들어, 상기 사용자 단말은 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 다양한 이동 단말을 포함하고, 이외에도 팜 PC(Palm Personal Computer), 스마트폰(Smart phone), 통신기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC 등 메시지 송수신이 가능한 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.
이와 같이 구성된 제어부(500)는 동작 전원을 공급받아 기설정된 프로그램에 따라 각종 부품을 제어하는 마이크로프로세스 제어 유닛(Microprocessor Control Unit, MCU)으로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 규정된 조건에 의해 저전력(바람직하게, 약 1 내지 10mA 범위)으로 운영되는 수면모드(Sleep mode) 기능을 갖는 모든 제어 프로세서로 구현 가능하다.
한편, 상기 수면모드(Sleep mode)는 제어부(500)에 최소한의 전원만 인가시켜 대기모드에서의 전력 손실을 경감시키는 상태를 말한다. 물론, 상기 수면모드는 제어부(500)가 완전히 꺼진 것이 아니기 때문에, 제어부(500)를 활성화시키는 신호가 입력되면 바로 활성화모드(Wake-up mode)로 전환된다. 이를 위해 상기 수면모드에서는 제어부(500)의 동작에 필요한 정보를 메모리(550)에 기록해 놓고 상황에 맞게 최적의 값을 불러오도록 하는 것이 가능하다.
즉, 셀프 파워(Self Power)로 정상적인 전원이 제어부(500)에 공급될 경우에는 정상 동작을 수행하며, 무부하로 전류가 작아 전원이 생성되지 않을 경우 제어부(500)는 수면모드로 진입하여 대기 상태로 동작한다.
이때, 전원은 내장된 배터리(Battery)를 사용하며, 수면모드 시 3V 전원인 경우 약 1.3uA를 사용하기 때문에, 사용된 내장 배터리의 용량은 1200mh로 계산상 80년 사용 가능하다. 제어부(500)에서는 현재 전원 상태가 셀프 파워 동작인지 배터리 동작인지 인지하기 때문에 전원 상태에 따라 정상 동작 및 수면모드 동작을 판단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도로서, 전술한 본 발명의 일 실시예와 비교하여 전원 생성부(400)가 생략되어 구성된 경우를 나타낸 것이며, 전술한 본 발명의 일 실시예와 동일한 구성요소들은 동일한 부호 및 명칭을 사용하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치는, 크게 전압 유도부(100), 전압 분압부(200), 전압 검출부(300) 및 제어부(500) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 전압 유도부(100)는 전술한 본 발명의 일 실시예와 마찬가지로 전력계통(Power Grid)의 각 선로(R, S, T, N)에서 순시전류를 검출하여 전압을 유도하는 기능을 수행하는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 전술한 본 발명의 일 실시예를 참조하기로 한다.
전압 분압부(200)는 전압 유도부(100)와 전기적으로 연결되어 있으며, 전압 유도부(100)로부터 유도된 전압을 복수의 전압들로 분압하는 기능을 수행하는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 전술한 본 발명의 일 실시예를 참조하기로 한다.
전압 검출부(300)는 전압 분압부(200)와 전기적으로 연결되어 있으며, 전압 분압부(200)로부터 분압된 전압들 중 일부의 전압을 검출하는 기능을 수행하는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 전술한 본 발명의 일 실시예를 참조하기로 한다.
특히, 본 발명의 다른 실시예에서는 전술한 본 발명의 일 실시예에 적용된 전원 생성부(400)를 통해 생성된 활성화 전원을 사용하는 것이 아니라, 전압 분압부(200)에서 분압된 전압들 중 일부의 전압을 이용하여 활성화 전원으로 사용하게 된다.
즉, 제어부(500)는 규정된 조건에 의해 저전력으로 운영되는 수면모드(Sleep mode) 상태에서 전압 분압부(200)로부터 분압된 일부의 전원을 제공받아 활성화모드(Wake-up mode)로 전환됨과 동시에, 전압 검출부(300)로부터 검출된 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하여 원래의 순시 전류값으로 복원하고, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 그 결과에 따라 선로의 차단여부를 결정하는 기능을 수행한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 적용된 제어부(500)의 다른 기능들은 전술한 본 발명의 일 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 전술한 본 발명의 일 실시예를 참조하기로 한다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에서는 신호 포화가 없는 로고스키 코일의 미분 신호를 사용하여 고속 차단을 실현할 수 있으며, 이러한 미분 신호의 사용으로 단락사고가 발생하는 시점의 사고 전류의 빠른 판단이 가능하다.
이에 따라, 제어부(500) 즉, 마이크로프로세스 제어 유닛(MCU)의 빠른 부팅이 필요한 데, 일반적인 부팅으로는 수 msec가 소요되지만, 마이크로프로세스 제어 유닛(MCU)의 활성화(Wake-up) 기능을 사용하여 수면모드(Sleep mode)에서 활성화모드(Wake-up mode)로 변환하는데 단지 약 8usec의 시간만 소요되므로 고속신호 처리가 가능하다.
한편, 약 400A 기준 로고스키 코일의 출력은 약 7.76mV이다. 순시 오버리드(Override) 동작 기준인 약 55KA 전류 기준에서 로고스키 코일의 출력은 약 9.3V가 출력되어진다. 이 전압을 분압하여 제어부(500)의 A/D 변환수단으로 입력되어지는 전압을 판단하여 순시 동작을 수행한다. 이때, 동작 가능한 시작점은 약 2.2msec 소요된다.
전술한 본 발명에 따른 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100 : 전압유도부, 200 : 전압분압부,
300 : 전압검출부, 400 : 전원생성부,
500 : 제어부, 550 : 메모리,
600 : 부하, 700 : 차단기

Claims (11)

  1. 전력계통의 각 선로에서 순시전류를 검출하여 전압을 유도하는 전압 유도부;
    상기 전압 유도부로부터 유도된 전압을 복수의 전압들로 분압하는 전압 분압부;
    상기 전압 분압부로부터 분압된 전압들 중 일부의 전압을 검출하는 전압 검출부; 및
    규정된 조건에 의해 저전력으로 운영되는 수면모드(Sleep mode) 상태에서 각 선로의 순시전류를 이용하여 생성된 활성화 전원을 제공받아 활성화모드(Wake-up mode)로 전환됨과 동시에 상기 전압 검출부로부터 검출된 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하여 원래의 순시 전류값으로 복원하고, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 그 결과에 따라 선로의 차단여부를 결정하는 제어부를 포함하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전압 유도부와 부하 사이의 각 선로에 연결되어, 각 선로에서 발생되는 순시전류를 이용하여 활성화 전원을 생성하는 전압 생성부가 더 포함되되,
    상기 제어부는 상기 전원 생성부로부터 생성된 활성화전원을 제공받아 활성화모드로 전환시키는 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전압 분압부로부터 분압된 일부의 전원을 제공받아 활성화모드로 전환시키는 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전압 유도부는, 각 선로에 흐르는 정격전류에 관계없이 동일한 코일 권선수로 이루어지며, 각 선로에서 검출한 순시전류를 미분하여 전압을 유도하는 복수의 로고스키 코일(Rogowski Coil)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전압 분압부는, 복수의 분압 저항을 통해 출력 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 각 선로를 통해 부하로 공급되는 전력이 차단되도록 각 선로에 구비된 차단기에 선로개방 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 해당 사고 전류와 관련된 정보를 별도의 메모리에 저장되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 사고 전류와 관련된 정보는, 해당 전류의 크기, 시간 및 파형 정보들 중 적어도 하나의 정보로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 해당 사고 전류의 발생에 대해 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경고해주도록 특정 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복원된 순시 전류값과 기설정된 기준 전류값을 비교하여 상기 복원된 순시 전류값이 기설정된 기준 전류값보다 클 경우, 사고 전류 발생으로 판단하여 해당 사고 전류에 대한 특정 경고 메시지를 생성하고 이를 기설정된 사용자 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 동작 전원을 공급받아 기설정된 프로그램에 따라 각종 부품을 제어하는 마이크로프로세스 제어 유닛(Microprocessor Control Unit, MCU)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력계통의 선로에서 순시전류 판별장치.
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