KR101065031B1 - 차단기 실시간 고장진단 장치 및 방법 - Google Patents

차단기 실시간 고장진단 장치 및 방법 Download PDF

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KR101065031B1 KR1020100104572A KR20100104572A KR101065031B1 KR 101065031 B1 KR101065031 B1 KR 101065031B1 KR 1020100104572 A KR1020100104572 A KR 1020100104572A KR 20100104572 A KR20100104572 A KR 20100104572A KR 101065031 B1 KR101065031 B1 KR 101065031B1
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Abstract

본 발명은, 차단기의 투입 및 차단 동작시, 상기 차단기의 클로우즈 코일, 오픈 코일, 모터 코일, 주접점, 보조접점, 그리고 전원회로에서 발생하는 각각의 아날로그 데이터 중에서 적어도 하나를 실시간 입력받는 계측부와, 상기 입력된 계측 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 처리부와, 상기 변환된 계측 데이터와 기 저장된 정격 데이터를 비교 분석하는 비교부와, 상기 변환된 계측 데이터를 저장하는 저장부, 및 상기 비교 분석 결과를 실시간 화면으로 표시하는 표시부를 포함하는 차단기 실시간 고장진단 장치 및 방법을 제공한다.
상기 차단기 실시간 고장진단 장치 및 방법에 따르면, 활선 상태에서 차단기의 투입 및 차단 동작시 발생하는 각 요소들의 측정 데이터를 이용하여 차단기의 실시간 특성 분석과 고장 진단을 효과적으로 수행하고 그에 따른 대형사고를 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

차단기 실시간 고장진단 장치 및 방법{Apparatus for fault diagnosis of circuit breaker and method thereof}
본 발명은 차단기 실시간 고장진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차단기의 투입 및 차단 동작시에 발생하는 각종 측정 데이터를 이용하여 차단기의 고장 진단을 효과적으로 수행할 수 있는 차단기 실시간 고장진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
차단기는 건물, 공장 등의 대전력을 소비하는 전 산업분야에서 사용되어 지는 장치로서, 전력계통 내에서 부하의 이상상황 발생 시 자동적으로 전력을 차단하는 역할을 수행한다. 그런데, 차단기의 오작동에 의한 투입 지연 또는 차단 지연이 발생하면 막대한 재산의 손실과 인명의 피해를 초래할 수 있다. 이러한 중요성에 불구하고 수배전반 내에서 차단기의 고장을 사전에 감지하여 피해를 예방할 수 있는 진단장치가 전무한 상태이다.
일반적으로, 차단기는 국제규격(IEC62271-100)에서 규정하는 규격요건을 만족하여야 판매 및 설치가 가능하다. 이러한 목적으로 휴대용 계측기 형태의 다양한 특성분석장비들이 시중에 유통되고 있다. 그런데, 휴대용 계측기의 경우 활선(전력 통전) 상태에서는 측정이 불가능하여, 생산 및 개발단계나 제품의 분해 점검시에 주로 차단기의 특성분석을 통해 규격요건의 만족여부를 평가한다.
그러나, 실제로 차단기는 오랜 시간 동안 현장에 설치되어 운영됨으로써 자체적인 절연파괴, 동작메커니즘의 파손 등 다양한 원인에 의해 오작동 또는 고장에 노출되어 있다. 따라서 현장에 설치되어 있는 차단기의 활선 상태에서의 고장 진단이 필요한 실정이다.
본 발명은, 활선 상태에서 차단기의 투입 및 차단 동작시 발생하는 각 요소들의 측정 데이터를 이용하여 차단기의 실시간 특성 분석과 고장 진단을 효과적으로 수행하고 그에 따른 대형사고를 방지할 수 있는, 차단기 실시간 고장진단 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 차단기의 투입 및 차단 동작시, 상기 차단기의 클로우즈 코일, 오픈 코일, 모터 코일, 주접점, 보조접점, 그리고 전원회로에서 발생하는 각각의 아날로그 데이터 중에서 적어도 하나를 실시간 입력받는 계측부와, 상기 입력된 계측 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 처리부와, 상기 변환된 계측 데이터와 기 저장된 정격 데이터를 비교 분석하는 비교부와, 상기 변환된 계측 데이터를 저장하는 저장부, 및 상기 비교 분석 결과를 실시간 화면으로 표시하는 표시부를 포함하는 차단기 실시간 고장진단 장치를 제공한다.
여기서, 상기 계측부는, 상기 투입 동작을 위한 클로우즈 코일의 동작전류 및 동작시간을 입력받는 제1계측부와, 상기 트립 동작을 위한 오픈 코일의 동작전류 및 동작시간을 입력받는 제2계측부와, 상기 투입 동작시 구동되는 모터 코일의 동작전류 및 동작시간을 입력받는 제3계측부와, 상기 차단기의 주접점의 동작속도를 입력받는 제4계측부와, 상기 주접점과 연동되어 동작되는 보조접점의 동작시간을 입력받는 제5계측부, 및 상기 차단기의 전원회로의 전압을 입력받는 제6계측부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 차단기 실시간 고장진단 장치는, 상기 변환된 계측 데이터가 정상 범위를 벗어난 경우, 해당 비교 분석 결과를 관리자 측 단말기로 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 비교부는, 상기 차단기의 투입 동작시, 상기 주접점 및 상기 보조접점의 파형이 모두 발생하지 않은 경우, 상기 클로우즈 코일 또는 모터 코일의 단선 여부를 분석하고, 상기 투입 동작시 상기 주접점의 동작속도가 느린 경우, 상기 클로우즈 코일의 저항 증가 여부 또는 상기 전원회로의 전압 감소 여부를 분석하고, 상기 차단기의 트립 동작시, 상기 주접점 및 상기 보조접점의 파형이 모두 발생하지 않은 경우, 상기 오픈 코일의 단선 여부를 분석하고, 상기 트립 동작시 상기 주접점의 동작속도가 느린 경우, 상기 오픈 코일의 저항 증가 여부 또는 상기 전원회로의 전압 감소 여부를 분석할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 차단기의 투입 동작을 위한 투입신호를 입력받는 단계와, 상기 투입신호에 의해 상기 차단기의 클로우즈 코일이 여자되면, 상기 차단기의 전원회로의 전압을 계측하고 상기 클로우즈 코일의 동작전류 및 동작시간을 계측하는 단계와, 상기 차단기의 주접점이 연결되면, 상기 주접점과 연동되어 동작되는 보조접점의 동작시간을 계측하고, 상기 주접점의 동작속도를 계측하는 단계와, 상기 차단기의 모터 코일이 구동되면, 상기 모터 코일의 동작전류 및 동작시간을 계측하는 단계, 및 상기 차단 동작시, 상기 클로우즈 코일, 상기 모터 코일, 상기 주접점, 상기 보조접점, 상기 전원회로에서 계측된 데이터를 이용하여 상기 차단기의 고장을 진단하는 단계를 포함하는 차단기 실시간 고장진단 방법을 제공한다.
여기서, 상기 차단기 실시간 고장진단 방법은, 상기 차단기의 트립 동작을 위한 트립신호를 입력받는 단계와, 상기 트립신호에 의해 상기 차단기의 오픈 코일이 여자되면, 상기 차단기의 전원회로의 전압을 계측하고 상기 오픈 코일의 동작전류 및 동작시간을 계측하는 단계, 및 상기 차단기의 주접점이 분리되면, 상기 보조접점의 동작시간을 계측하고, 상기 주접점의 동작속도를 계측하는 단계를 더 포함하고, 상기 차단기의 고장을 진단하는 단계는, 상기 트립 동작시, 상기 오픈 코일, 상기 주접점, 상기 보조접점, 상기 전원회로에서 계측된 데이터를 이용하여 상기 차단기의 고장을 진단할 수 있다.
본 발명에 따른 차단기 실시간 고장진단 장치 및 방법에 따르면, 활선 상태에서 차단기의 투입 및 차단 동작시 발생하는 각 요소들의 측정 데이터를 이용하여 차단기의 실시간 특성 분석과 고장 진단을 효과적으로 수행하고 그에 따른 대형사고를 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 차단기의 내부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차단기 실시간 고장진단 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 확장 구성도이다.
도 4는 도 2를 이용한 차단기 실시간 고장진단 방법의 흐름도이다.
도 5 내지 도 10은 각각 도 1에 도시된 클로우즈 코일, 오픈 코일, 모터 코일, 주접점, 보조접점, 전원전압의 분석 예를 나타낸다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 차단기 실시간 고장진단 방법에서 투입 및 트립 동작시 상세 흐름도이다.
도 1은 일반적인 차단기의 내부 구성도이다. 이러한 차단기의 각 요소에 관하여 간단히 설명하면 다음과 같다.
상기 차단기는 클로우즈 코일(10), 오픈 코일(20), 모터(30), 모터 코일(31), 주접점(40), 보조접점(50), VI(60), 그리고 이들을 내장하는 차단기 프레임(70)을 포함한다.
상기 클로우즈 코일(10)은 차단기의 투입(close) 동작을 위한 부분으로서 투입 신호를 전송받아 상기 모터(30)에 구동신호를 전달한다. 상기 모터(30)는 상기 구동신호를 통해 상기 모터 코일(31)을 동작시킨다.
상기 모터 코일(31)의 동작에 따라 상기 주접점(40)의 투입 또는 차단 동작이 가능해진다. 즉, 상기 주접점(40)은 전류의 흐름을 기계적으로 투입 또는 차단한다. 상기 보조접점(50)은 상기 주접점(40)과 연동되어 동작하는 부분이다.
상기 오픈 코일(20)은 차단기의 트립(open) 동작을 위한 부분으로서, 트립신호를 전송받아 상기 클로우즈 코일(10)과 반대되는 구동신호를 전달한다. 상기 VI(60)는 진공인터럽터(Vacuum Interrupter)로서 상기 주접점(40) 부근에 설치되며 차단기의 동작시 아크를 소호하는 역할을 한다.
이러한 차단기에는 각 요소에 전원을 공급하는 전원회로(미도시)가 구비됨은 자명하다. 또한 상기 차단기의 구성요소는 공지된 사항으로서 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차단기 실시간 고장진단 장치의 구성도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 차단기 실시간 고장진단 장치(100)는 계측부(110), 처리부(120), 비교부(130), 저장부(140), 표시부(150), 전송부(160)를 포함한다.
상기 계측부(110)는 차단기의 투입 및 차단 동작시, 상기 차단기의 클로우즈 코일(10), 오픈 코일(20), 모터 코일(31), 주접점(40), 보조접점(50), 그리고 전원회로에서 발생하는 각각의 아날로그 데이터 중에서 적어도 하나를 실시간 입력받는다.
이러한 계측부(110)는 제1계측부 내지 제6계측부를 포함한다. 상기 제1계측부는 상기 투입 동작을 위한 클로우즈 코일(10)의 동작전류 및 동작시간을 입력받는다. 제2계측부는 상기 트립 동작을 위한 오픈 코일(20)의 동작전류 및 동작시간을 입력받는다. 제3계측부는 상기 투입 동작시 구동되는 모터 코일(31)의 동작전류 및 동작시간을 입력받는다.
제4계측부는 상기 주접점(40)의 동작속도를 입력받는다. 예를 들어, 주접점(40)의 축에 연결된 스트로크 센서(41)는 주접점(40)과 동일한 속도로 움직이게 되며, 이렇게 측정된 속도를 통해서 주접점(40)의 속도를 판단할 수 있다. 제5계측부는 상기 주접점(40)과 연동되어 동작되는 보조접점(50)의 동작시간을 입력받는다. 제6계측부는 상기 전원회로의 전압을 입력받는다. 각각의 계측부는 전류, 전압 등의 측정이 가능한 공지된 다양한 수단이 사용될 수 있다.
상기 처리부(120)는 상기 입력된 계측 데이터를 처리 및 분석이 용이한 디지털 데이터로 변환한다. 이러한 처리부(120)는 다양한 신호처리 수단에 의해 구현될 수 있다.
상기 비교부(130)는 상기 변환된 계측 데이터와 기 저장된 정격 데이터를 비교 분석한다. 상기 표시부(150)는 상기 비교 분석 결과를 실시간 화면으로 표시한다.
이상과 같은 구성에 따르면, 활선 상태에서 차단기의 투입 및 차단 동작시 발생하는 각 요소들의 측정 데이터를 이용하여 차단기의 실시간 특성 분석과 고장 진단을 효과적으로 수행하고 그에 따른 대형사고를 방지할 수 있게 한다.
상기 저장부(140)는 상기 변환된 계측 데이터와, 상기 비교 분석 결과를 저장하여, 추후의 분석에도 이용할 수 있도록 한다. 상기 전송부(160)는 상기 변환된 계측 데이터가 정상 범위를 벗어난 경우, 해당 비교 분석 결과를 관리자 측 단말기(200)로 전송하여, 신속한 대응이 가능하도록 한다. 상기 관리자 단말기(200)는 PC, 휴대폰, PDA, 노트북 등의 다양한 수단이 해당될 수 있다.
도 3은 도 2의 확장 구성도이다. 이러한 차단기 실시간 고장진단 장치(100)는 각각의 차단기 장치마다 설치된 후, 현장 또는 관리실에 설치된 분석용 서버(300)에 유무선 연결되어 통합 관리될 수 있다. 물론, 분석용 서버(300)에 통합 관리된 내용들은 관리자 단말기(200) 측에 전송되어 실시간 통보될 수 있다.
이상과 같은 차단기 실시간 고장진단 장치(100)의 동작 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다. 도 4는 도 2를 이용한 차단기 실시간 고장진단 방법의 흐름도이다.
먼저, 차단기가 차단 또는 투입 동작된다(S410). 그러면, 상기 계측부(110)를 통해 상술한 각각의 아날로그 데이터 중에서 적어도 하나를 실시간 입력받는다(S420). 그리고, 상기 처리부(120)는 상기 입력된 계측 데이터를 디지털 데이터로 변환한다(S430).
그런 다음, 상기 비교부(130)에서는 상기 변환된 계측 데이터와 기 저장된 정격 데이터를 비교 분석한다(S440). 만약, 상기 변환된 계측 데이터가 정상 범위이면 상기 변환된 계측 데이터를 저장부(140)를 통해 저장한다(S450).
또한, 상기 변환된 계측 데이터가 정상 범위를 이탈한 비정상 상태 즉, 이상 상태이면, 상기 변환된 계측 데이터를 저장부(140)를 통해 저장하고(S460), 상기 비교 분석 결과를 관리자 측에 통보한다(S470). 이러한 통보는 상기 표시부(150)를 통한 정보의 실시간 표시 방법, 혹은 상기 전송부(160)를 통한 정보의 실시간 전송 방법을 통해 구현된다.
이상과 같은 차단기 실시간 고장진단 장치(100)는 전 산업분야에 걸쳐 사용되는 모든 차단기의 고장진단에 적용이 가능하다. 그 예로서, 선박의 VCB(Vacuum Circuit Breaker)를 고장 진단하는 경우를 보면, 간단히 투입과 트립 시의 동작전류 및 동작시간의 분석을 바탕으로 고장 또는 오작동 여부를 유추할 수 있다.
도 5 내지 도 10은 각각 도 1에 도시된 클로우즈 코일, 오픈 코일, 모터 코일, 주접점, 보조접점, 전원전압의 분석 예를 나타낸다. 이하에서는, 상기 비교부(130)의 비교 분석 예를 상세히 설명한다.
도 5는 클로우즈 코일의 전류파형 분석 예를 나타낸다. 이는 정격 동작전류가 0.87A이고 정격 동작시간이 71.43ms인 정상적인 차단기 클로우즈 코일(10)의 경우로서, 차단기의 트립(close) 동작시 측정파형과 정격파형을 비교하였을 때, 동작전류의 편차나 동작시간의 편차를 통해 고장 또는 이상 여부를 유추할 수 있다.
클로우즈 코일(10)의 동작전류가 정격전류(0.87A)보다 낮으면 동작시간 또한 길어지게 되는데, 클로우즈 코일(10)의 노후 또는 전원회로 상의 전원전압 저하가 그 원인이 된다. 이는 곧 차단기 주접점(40)이 정상적인 시간 내에 투입되지 못할 수 있음을 의미하며, 이러한 현상은 차단기에 연결된 2차적인 기기 또는 인명에 치명적인 위해를 끼칠 수 있다.
반대로, 클로우즈 코일(10)의 동작전류가 정격전류보다 높으면, 차단기 주접점(40)의 동작상의 문제는 없으나, 클로우즈 코일(10)에 정격 이상의 전류가 지속적으로 유기되면서 클로우즈 코일(10)의 손상이 우려될 수 있다.
도 6은 오픈 코일의 전류파형 분석 예를 나타낸다. 이는 정격 동작전류가 0.87A이고 정격 동작시간이 55.94ms인 정상적인 차단기 오픈 코일(20)의 경우로서, 차단기의 투입(close) 동작시 측정파형과 정격파형을 비교하였을 때, 동작전류의 편차나 동작시간의 편차를 통해 고장 또는 이상 여부를 유추할 수 있다.
오픈 코일(20)의 동작전류가 정격전류(0.87A)보다도 낮으면 동작시간 또한 길어지게 되는데, 오픈 코일(20)의 노후 또는 전원회로 상의 전원전압의 저하가 그 원인이 된다. 이는 곧 차단기 주접점(40)이 정상적인 시간 내에 분리되지 못할 수 있음을 의미하여, 이러한 현상은 차단기에 연결된 2차적인 기기 또는 인명에 치명적인 위해를 끼칠 수 있다.
반대로, 오픈 코일(20)의 동작전류가 정격전류보다 높으면, 차단기 주접점(40)의 동작상의 문제는 없으나, 오픈 코일(20)에 정격 이상의 전류가 지속적으로 유기되면서 오픈 코일(20)의 손상이 우려될 수 있다.
도 7은 모터 코일의 전류파형 분석 예를 나타낸다. 더 상세하게는 이러한 도 7의 전류파형 분석은 클로우즈 코일(10)의 동작시 함께 동작하는 모터(30)와 관계된 모터코일(31)의 동작전류 아날로그 파형을 입력받아 분석한 것이다. 도 7에서 A는 모터코일(31)의 정격동작시간, B는 정격전류, C는 최대전류를 나타낸다.
상기 모터코일(31)은 상기 정격동작시간(A)과 정격전류(B) 내에서 동작하여야 한다. 만약, 모터코일(31)의 동작시간과 동작전류가 상기 정격동작시간(A)과 정격전류(B)의 범위를 벗어난 경우, 모터코일(31)의 이상발생으로 진단할 수 있다. 즉, 클로우즈 코일 및 오픈 코일의 동작전류의 경우와 마찬가지로, 모터코일(31)의 동작시간이 길어지면 모터코일(31)의 제어전원이 감소했다고 볼 수 있으며, 이는 규정된 시간 내에 클로우즈 동작을 수행할 수 없음을 의미한다.
도 8은 주접점(40)의 동작속도 분석 예를 나타낸다. 앞서 살펴본 바와 같이, 주접점(40)의 동작속도는 주접점(40)에 연결된 스트로크 센서(41)에 의해 측정된다.
즉, 차단기의 동작 시 발생하는 메커니즘의 변화를 스트로크 센서(41)를 통해 전압으로 입력받아 스트로크 동작 곡선(stroke travel curve)으로 변환하고, 이를 이를 속도로 변환하여 메커니즘 즉, 주접점(40)의 동작속도를 분석하는데, 이러한 과정을 통해 차단기 메커니즘(주접점 속도)의 정격 만족 여부 및 이상 진단이 가능하게 된다.
또한, 스트로크 동작 곡선의 구간별 속도(ex, A~B) 및 어느 한 지점(ex, B)에서의 순간 속도 분석을 통해, 차단기 메커니즘의 상태를 정확도 있게 파악할 수 있다. 이외에도, 하위 바운드 시간(Lower bounce time), 상위 바운드 시간(upper bounce time) 분석을 통해 차단기 기계적 메커니즘의 상태를 파악할 수 있다.
도 9는 보조접점(50)의 동작시간 분석 예를 나타낸다. 만약, 클로우즈 동작시 보조접점(50)의 동작시간이 최대허용 동작시간(A+B)을 초과하는 경우, 정상적인 차단기의 역할을 수행할 수 없는 것으로 판단한다. 개별 차단기의 정격은 차단기 종류에 따라 다르며, 이는 정격값과 측정값의 비교를 통해 이루어진다.
도 10은 전원회로의 전원전압 분석 예를 나타낸다. 전원전압은 일반적으로 전기실 내부에 설치된 배터리반에 의해 충전된 전원을 사용한다. 이 경우 클로우즈 코일(10), 오픈 코일(20), 모터 코일(31)의 동작시간과 동작전류, 주접점(40) 메커니즘의 속도는 전원전압의 변동과 밀접한 연관을 가진다.
즉, 오옴의 법칙(V=IR)에 의해 I=V/R이 되며, 저항이 고정되어 있는 경우, 전류는 전원전압의 증가 또는 감소와 함께 변화한다. 따라서, 파형의 계측 또는 분석시 전원회로의 전원전압을 계측하여, 전압변동에 의한 데이터가 정격 데이터에서의 최대 허용범위를 만족하는지를 판단하는 것은 매우 중요하다.
예를 들어, 정격전압이 DC 110V이고 저항이 20옴인 클로우즈 코일(10)의 동작시간 및 동작전류가 각각 50ms, 5.5A라고 가정할 경우, 전원전압의 변동으로 DC 95V가 된다면 동작전류는 4.75A(=95/20)로 감소하게 된다. 도 10에서 수학식(P=IV)에 의해 전체 전력소비는 색칠된 부분만큼의 적분구간 값이며, 클로우즈 코일(10)의 동작전류 감소는 동작시간의 지연을 가져오게 된다.
한편, 상기 비교부(130)는 아래와 같은 분석 과정을 통해 투입 및 차단 동작 시 고장 진단을 수행한다. 먼저, 차단기의 투입 동작의 경우에 관하여 알아본다.
상기 비교부(130)는 상기 차단기의 투입 동작시, 상기 주접점(40) 및 상기 보조접점(50)의 파형이 모두 발생하지 않은 경우, 클로우즈 코일(10) 또는 모터 코일(31)의 단선 여부를 분석한다. 즉, 상기 클로우즈 코일(10)에 단선이 발생할 경우, 모터 코일(31)은 동작하지 않으며, 차단기의 투입 동작이 불가능해진다. 또한, 모터 코일(31)의 이상시에도 정상적인 차단기 투입 동작이 불가능해진다.
물론, 상기 투입 동작이 수행되지 않을 경우, 보조접점(50)의 파형 및 주접점(40)에 따른 스트로크 동작 곡선(stroke travel curve) 파형은 발생하지 않으며, 이는 클로우즈 코일(10), 모터 코일(31)의 단선 또는 심각한 이상이 발생했다고 판단할 수 있다.
또한, 단선은 아니더라도 클로우즈 코일(10)의 저항 감소가 발생할 경우, 즉 클로우즈 코일(10)에 전류가 많이 흐르게 되는 경우, 지속적인 과전류를 통한 클로우즈 코일(10)의 발생할 수 있다. 반대로, 클로우즈 코일(10)의 저항이 증가할 경우, 투입 동작이 느려짐에 따라 정격 투입시간을 만족하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
그리고, 전원회로의 전압 변동은 차단기의 동작시간에 매우 중요한 변수로 작용한다. 이와 관계하여, 상기 비교부(130)는 상기 투입 동작시 상기 주접점(40)의 동작속도가 느린 경우, 상기 클로우즈 코일(10)의 저항 증가 여부 또는 상기 전원회로의 전압 감소 여부를 분석한다.
전원회로의 전압 상승은 과전류가 지속적으로 클로우즈 코일(10) 측에 인가됨을 의미하며 전압 감소는 동작시간의 지연을 가져오기 때문에, 차단기의 정격 투입 시간에 영향을 미친다.
다음, 차단기의 트립 동작의 경우에 관하여 알아본다. 상기 비교부(130)는 상기 차단기의 트립 동작시, 상기 주접점(40) 및 상기 보조접점(50)의 파형이 모두 발생하지 않은 경우, 상기 오픈 코일(20)의 단선 여부를 분석한다.
즉, 오픈 코일(20)에 단선이 발생한 경우, 오픈 코일(20)은 동작하지 않으며, 차단기의 정상적인 트립 동작이 불가하다. 차단 동작이 되지 않을 경우, 보조접점(50)의 파형 및 스트로크 동작 곡선(stroke travel curve) 파형은 발생하지 않으며, 이는 오픈 코일(20)의 단선 또는 심각한 이상이 발생했다고 판단할 수 있다.
또한, 단선이 아니더라도 오픈 코일(20)의 저항 감소가 발생할 경우, 즉 오픈 코일(20)에 전류가 많이 흐르게 되는 경우, 지속적인 과전류를 통한 오픈 코일(20)의 소손이 발생할 수 있다. 반대로, 오픈 코일(20)의 저항이 증가할 경우, 차단 동작이 느려짐에 따라 정격 차단시간을 만족하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
또한, 상기 비교부(130)는 상기 트립 동작시 상기 주접점(40)의 동작속도가 느린 경우, 상기 오픈 코일(20)의 저항 증가 여부 또는 상기 전원회로의 전압 감소 여부를 분석한다. 전원회로의 전압 상승은 과전류가 지속적으로 오픈 코일(20) 측에 인가됨을 의미하며 전압 감소는 동작시간의 지연을 가져오기 때문에, 차단기의 정격 차단 시간에 영향을 미친다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 차단기 실시간 고장진단 방법에서 투입 및 트립 동작시 상세 흐름도이다. 이러한 과정은 상기 차단기 실시간 고장진단 장치(100)에서 수행된다.
먼저, 도 11은 투입 동작에 관한 것이다. 우선, 상기 장치(100)에서는 차단기의 투입 동작을 위한 투입신호를 입력받는다(S1110). 다음, 상기 투입신호에 의해 상기 차단기의 클로우즈 코일(10)이 여자되면(S1120), 상기 계측부(110)에서는 차단기의 전원회로의 전압을 계측하고(S1130), 상기 클로우즈 코일(10)의 동작전류 및 동작시간을 계측한다(S1140).
이후, 상기 차단기의 주접점(40)이 연결되면(S1150), 상기 계측부(110)는 상기 주접점(40)과 연동되어 동작되는 보조접점(50)의 동작시간을 계측하고(S1160), 상기 주접점(40)의 동작속도를 계측한다(S1170).
이후, 상기 차단기의 모터 코일이 구동되면(S1180), 상기 계측부(110)는 상기 모터 코일(31)의 동작전류 및 동작시간을 계측한다(S1190). 이렇게 하여 차단기의 투입 동작이 완료된다(S1195).
이때, 상기 처리부(120)는 상기 계측된 정보를 분석이 용이한 신호로 변환하고, 상기 비교부(130)는 상기 차단 동작시, 상기 클로우즈 코일(10), 상기 모터 코일(31), 상기 주접점, 상기 보조접점(50), 상기 전원회로에서 계측된 데이터를 이용하여 상기 차단기의 고장을 진단한다.
도 12는 트립 동작에 관한 것이다. 우선, 상기 장치(100)에서는 상기 차단기의 트립 동작을 위한 트립신호를 입력받는다(S1210). 다음, 상기 트립신호에 의해 상기 차단기의 오픈 코일(20)이 여자되면(S1220), 상기 계측부(110)에서는 차단기의 전원회로의 전압을 계측하고(S1230), 상기 오픈 코일(20)의 동작전류 및 동작시간을 계측한다(S1240).
이후, 상기 차단기의 주접점이 분리되면(S1250), 상기 계측부(110)는 상기 보조접점(50)의 동작시간을 계측하고(S1260), 상기 주접점(40)의 동작속도를 계측한다(S1270). 이렇게 하여 차단기의 트립 동작이 완료된다(S1280).
이때, 상기 처리부(120)는 상기 계측된 정보를 분석이 용이한 신호로 변환하고, 상기 비교부(130)는 상기 트립 동작시, 상기 오픈 코일(20), 상기 주접점(40), 상기 보조접점(50), 상기 전원회로에서 계측된 데이터를 이용하여 상기 차단기의 고장을 진단한다.
이상과 같은 도 11 및 도 12의 일련의 과정은 상기와 같이 계측부(110), 처리부(120), 비교부(130) 등을 통해 각 역할이 개별적으로 수행될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 모든 과정이 하나의 주체를 통해 통합적으로 수행될 수 있음은 자명하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
410: 클로우즈 코일 20: 오픈 코일
30: 모터 31: 모터 코일
40: 주접점 41: 스트로크 센서
50: 보조접점 60: VI
70: 차단기 프레임 100: 차단기 실시간 고장진단 장치
110: 계측부 120: 처리부
130: 비교부 140: 저장부
150: 표시부 160: 전송부
200: 관리자 단말기 300: 분석용 서버

Claims (6)

  1. 차단기의 투입 및 차단 동작시, 상기 차단기의 클로우즈 코일, 오픈 코일, 모터 코일, 주접점, 보조접점, 그리고 전원회로에서 발생하는 각각의 아날로그 데이터를 실시간 입력받는 계측부;
    상기 입력된 계측 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 처리부;
    상기 변환된 계측 데이터와 기 저장된 정격 데이터를 비교 분석하는 비교부;
    상기 변환된 계측 데이터와 상기 비교 분석 결과를 저장하는 저장부;
    상기 비교 분석 결과를 실시간 화면으로 표시하는 표시부; 및
    상기 변환된 계측 데이터가 정상 범위를 벗어난 경우, 해당 비교 분석 결과를 관리자 측 단말기로 전송하는 전송부를 포함하며,
    상기 비교부는,
    상기 차단기의 투입 동작시, 상기 주접점 및 상기 보조접점의 파형이 모두 발생하지 않은 경우, 상기 클로우즈 코일 또는 모터 코일의 단선 여부를 분석하고,
    상기 투입 동작시 상기 주접점의 동작속도가 느린 경우, 상기 클로우즈 코일의 저항 증가 여부 또는 상기 전원회로의 전압 감소 여부를 분석하고,
    상기 차단기의 차단 동작시, 상기 주접점 및 상기 보조접점의 파형이 모두 발생하지 않은 경우, 상기 오픈 코일의 단선 여부를 분석하고,
    상기 차단 동작시 상기 주접점의 동작속도가 느린 경우, 상기 오픈 코일의 저항 증가 여부 또는 상기 전원회로의 전압 감소 여부를 분석하는 차단기 실시간 고장진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계측부는,
    상기 투입 동작을 위한 클로우즈 코일의 동작전류 및 동작시간을 입력받는 제1계측부;
    상기 차단 동작을 위한 오픈 코일의 동작전류 및 동작시간을 입력받는 제2계측부;
    상기 투입 동작시 구동되는 모터 코일의 동작전류 및 동작시간을 입력받는 제3계측부;
    상기 차단기의 주접점의 동작속도를 입력받는 제4계측부;
    상기 주접점과 연동되어 동작되는 보조접점의 동작시간을 입력받는 제5계측부; 및
    상기 차단기의 전원회로의 전압을 입력받는 제6계측부를 포함하는 차단기 실시간 고장진단 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 차단기의 투입 및 차단 동작시, 상기 차단기의 클로우즈 코일, 오픈 코일, 모터 코일, 주접점, 보조접점, 그리고 전원회로에서 발생하는 각각의 아날로그 데이터를 실시간 입력받는 계측부; 상기 입력된 계측 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 처리부; 상기 변환된 계측 데이터와 기 저장된 정격 데이터를 비교 분석하는 비교부; 상기 변환된 계측 데이터와 상기 비교 분석 결과를 저장하는 저장부; 상기 비교 분석 결과를 실시간 화면으로 표시하는 표시부; 및 상기 변환된 계측 데이터가 정상 범위를 벗어난 경우, 해당 비교 분석 결과를 관리자 측 단말기로 전송하는 전송부를 포함하는 차단기 실시간 고장진단 장치를 이용한 차단기 실시간 고장진단 방법으로서,
    상기 차단기의 투입 동작을 위한 투입신호를 입력받는 단계;
    상기 투입신호에 의해 상기 클로우즈 코일이 여자되면, 상기 계측부를 통해 상기 전원회로의 전압을 계측하고 상기 클로우즈 코일의 동작전류 및 동작시간을 계측하는 단계;
    상기 주접점이 연결되면, 상기 계측부를 통해 상기 주접점과 연동되어 동작되는 상기 보조접점의 동작시간을 계측하고, 상기 주접점의 동작속도를 계측하는 단계;
    상기 차단기의 모터 코일이 구동되면, 상기 계측부를 통해 상기 모터 코일의 동작전류 및 동작시간을 계측하는 단계;
    상기 계측부에서 계측된 정보를 상기 처리부에서 상기 디지털 데이터로 변환하는 단계; 및
    상기 투입 동작시, 상기 클로우즈 코일, 상기 모터 코일, 상기 주접점, 상기 보조접점, 상기 전원회로에서 계측된 데이터를 이용하여 상기 비교부에서 상기 차단기의 고장을 진단하는 단계를 포함하며,
    상기 차단기의 고장을 진단하는 단계에서는,
    상기 차단기의 투입 동작시, 상기 주접점 및 상기 보조접점의 파형이 모두 발생하지 않은 경우, 상기 클로우즈 코일 또는 모터 코일의 단선 여부를 분석하고,
    상기 투입 동작시 상기 주접점의 동작속도가 느린 경우, 상기 클로우즈 코일의 저항 증가 여부 또는 상기 전원회로의 전압 감소 여부를 분석하는 차단기 실시간 고장진단 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 차단기의 차단 동작을 위한 트립신호를 입력받는 단계;
    상기 트립신호에 의해 상기 오픈 코일이 여자되면, 상기 계측부를 통해 상기 전원회로의 전압을 계측하고 상기 오픈 코일의 동작전류 및 동작시간을 계측하는 단계; 및
    상기 주접점이 분리되면, 상기 계측부를 통해 상기 보조접점의 동작시간을 계측하고, 상기 주접점의 동작속도를 계측하는 단계를 더 포함하고,
    상기 차단기의 고장을 진단하는 단계는,
    상기 차단 동작시, 상기 오픈 코일, 상기 주접점, 상기 보조접점, 상기 전원회로에서 계측된 데이터를 이용하여 상기 비교부에서 상기 차단기의 고장을 진단하며,
    상기 차단기의 차단 동작시, 상기 주접점 및 상기 보조접점의 파형이 모두 발생하지 않은 경우, 상기 오픈 코일의 단선 여부를 분석하고,
    상기 차단 동작시 상기 주접점의 동작속도가 느린 경우, 상기 오픈 코일의 저항 증가 여부 또는 상기 전원회로의 전압 감소 여부를 분석하는 차단기 실시간 고장진단 방법.
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