KR101697632B1 - 자가 진단 기능이 내장된 분전반 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분전반에 관한 것으로 보다 상세하게는, 자가 진단 기능이 내장된 분전반에 관한 것이다. 본 발명은 전력분배장치의 영상고조파필터링 특성 및 영상고조파필터의 수명 등을 주기적으로 진단할 수 있는 전력분배장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 분전반은 영상고조파필터에 설치된 온도센서를 통해 영상고조파필터의 온도를 계측하고, 상기 영상고조파필터의 온도가 기 설정된 상한온도를 초과하면 스위치를 오프시키는 것에 의해 상기 영상고조파필터를 차단하고, 상기 영상고조파필터가 차단된 상태에서 상기 영상고조파필터의 온도가 기 설정된 하한온도 이하가 되면 상기 스위치를 온시키는 것에 의해 상기 영상고조파필터를 재투입하는 과부하보호부; 상기 영상고조파필터가 차단된 시간에 상용전력계통으로 유입되는 영상분을 사용해 상기 영상고조파필터의 성능을 진단하는 성능평가부를 포함한다.

Description

자가 진단 기능이 내장된 분전반{ELECTRIC POWER DISTRIBUTING BOARD EQUIPPED WITH SELF DIAGNOSIS}

본 발명은 분전반에 관한 것으로 보다 상세하게는, 자가 진단 기능이 내장된 분전반에 관한 것이다.

송배전 전력망을 통해 발전소에서 생산된 전력은 수용가 측에 공급된다. 이때, 수배전반, 전동기 제어반, 분전반에서 전력은 분기되어 다수의 수용가 측에 공급된다. 수배전반, 전동기 제어반, 분전반은 배전 계통에서 전력을 분기하여 수용가 측에 공급하는 역할을 한다. 이하, 수배전반, 전동기 제어반, 분전반을 전력 분배 장치로 통칭한다. 전력 분배 장치는 메인 차단기 및 분기 차단기를 포함한다. 메인 차단기를 통해 공급된 전력은 분기 라인을 통해 부하 측으로 분기되며, 분기 차단기는 분기 라인에 설치되어, 부하 측에 공급되는 전력을 단속한다.

주지된 바와 같이, 부하측에서 발생한 영상고조파에 의한 계통 피해를 최소화하기 위해, 전력분배장치는 영상 고조파 필터링 기능을 가진다. 이를 위해, 전력분배장치 내부에 영상고조파필터가 설치된다. 영상고조파필터는 설치 일수가 경과할 수록 열화 및 성능저하가 진행된다. 영상고조파가 계통으로 유입되면, 변압기 송전용량 감소 및 손실증가, 역률저하, 컨덴서 배부름현상 및 소손, 중성선 과전류 과열 및 소손 등과 같은 문제가 발생한다. 따라서, 전력분배장치의 영상고조파필터링 특성 및 영상고조파필터의 수명 등은 주기적으로 진단될 필요가 있다.

다만, 종래의 전력 분배 장치는 영상고조파필터링 특성 및 영상고조파필터의 수명에 대한 진단 기능을 제공하지 못하였다.

한국공개특허 제10-1147004호(공고일: 2012.05.23)

이에 본 발명은 전력분배장치의 영상고조파필터링 특성 및 영상고조파필터의 수명 등을 주기적으로 진단할 수 있는 전력분배장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 분전반은 부하 측에서 발생한 영상고조파를 계측하는 CT(Current Transformer)와; 부하 측에서 발생한 영상고조파가 계통으로 유입되는 것을 차단하는 영상고조파필터;를 포함하며,
특히 영상고조파필터는
영상고조파필터에 설치된 온도센서를 통해 영상고조파필터의 온도를 계측하고 상기 영상고조파필터의 온도가 기 설정된 상한온도를 초과하면 스위치를 오프시키는 것에 의해 상기 영상고조파필터를 차단하고 상기 영상고조파필터가 차단된 상태에서 상기 영상고조파필터의 온도가 기 설정된 하한온도 이하가 되면 상기 스위치를 온시키는 것에 의해 상기 영상고조파필터를 재투입하는 과부하보호부,
상기 CT에서 계측한 영상고조파 계측값 중 상기 과부하보호부의 스위치 오프 시간 동안의 영상고조파 계측값을 사용해, 상기 영상고조파필터가 차단된 시간에 상용전력계통으로 유입되는 영상분을 산출하고 산출된 값을 사용해 상기 영상고조파필터의 성능을 진단하는 성능평가부,
정격용량 초과시간을 산출하고 상기 산출된 정격용량 초과시간이 기 설정된 기준초과시간을 초과한 경우 영상고조파성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과한 이유가 정격용량 초과에 의한 것으로 판단하고 상기 산출된 정격용량 초과시간이 기 설정된 기준초과시간 이하인 경우 영상 고조파 성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과한 이유가 영상고조파필터의 성능저하에 의한 것으로 판단하는 원인분석부를 포함한다.
여기서 상기 원인분석부는 차단 시간 중 기 설정된 단일정격용량 초과시간을 초과하는 시간이 존재하는 경우 용량증설을 알리는 알람을 제공할 수 있다.

그리고 상기 성능평가부는 다음의 수학식,

“영상고조파필터 성능지수=영상고조파필터가 차단된 시간 동안 계통으로 유입되는 영상분/하루 동안의 전체 영상분”

에 따라 영상고조파필터의 성능지수를 산출하고, 상기 산출된 영상고조파필터 성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과하면 알람을 제공할 수 있다.

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본 발명은 전력분배장치의 영상고조파필터링 특성 및 영상고조파필터의 수명 등을 주기적으로 진단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력분배장치의 개략도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 영상고조파필터의 기능 블록도를 나타낸다.
도 3은 영상고조파필터의 진단에 사용되는 정보를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력분배장치에 대하여 설명한다. 이하에서 설명되는 사항은 수배전반, 전동기제어반, 분전반에 공통되게 적용된다. 즉, 이하에서 전력분배장치는 수배전반, 전동기제어반, 분전반 중 어느 하나일 수 있다.

도 1을 참조하면, 영상고조파필터(100)는 전력분배장치(1)의 메인차단기(10)에 접속된 R, S, T, N 상 부스바에 접속된다. 주지된 바와 같이, 영상고조파필터(100)는 N 상 부스바에 흐르는 영상고조파를 흡수해 내부에서 순환시키는 것에 의해 영상고조파를 제거할 수 있다.

영상고조파필터(100)의 출력단에 해당하는 R, S, T 상 측에는 스위치(200)가 설치될 수 있다. 도 1에 도시된 3 개의 스위치를 동시에 온/오프하는 것에 의해, 영상고조파필터를 투입/차단시킬 수 있다.

도 2를 참조하면, 영상고조파필터(100)는 영상분 계측부(110), 과부하 보호부(120), 성능 평가부(130), 원인 분석부(140), 디스플레이부(150), 필터링부(160)를 포함할 수 있다.

영상분 계측부(110)는 N 상 부스바에 설치된 CT(Current Transformer, 미도시)를 통해, 부하 측에서 발생한 영상고조파를 계측할 수 있다. 영상분 계측부(110)는 영상고조파필터의 N 상이 N 상 부스바에 접속하는 지점을 기준으로 상용전력계통 측에 설치될 수 있다.

과부하 보호부(120)는 영상고조파필터(100)에 설치된 온도센서(미도시)를 통해 영상고조파필터(100)의 온도를 계측할 수 있다. 과부하보호부(120)는 영상고조파필터(100)의 온도가 기 설정된 상한온도(예를 들어, 75℃)를 초과하면 스위치(200)를 오프시키는 것에 의해 영상고조파필터(100)를 차단시킬 수 있다. 이에 의해, 영상고조파필터(100)의 과부하에 의한 소손을 방지할 수 있다. 영상고조파필터(100)가 차단된 상태에서 영상고조파필터(100)의 온도가 기 설정된 하한온도(예를 들어, 45℃) 이하가 되면 스위치(200)를 온시키는 것에 의해, 과부하 보호부(120)는 영상고조파필터(100)를 재투입할 수 있다. 이와 같이 과부하 보호부(120)는 영상고조파필터(100)의 온도에 따라 영상고조파필터(100)를 투입 또는 차단하는 것에 의해 영상고조파필터(100)의 과부하에 의한 소손을 방지할 수 있다.

성능 평가부(130)는 영상고조파필터(100)가 차단된 시간에서 상용전력계통으로 유입되는 영상분을 사용해 영상고조파필터(100)의 성능 진단을 수행할 수 있다. 도 3은 하루 중 부하측에서 발생하는 영상분과 하루 중 상용전력계통으로 유입되는 영상분을 나타낸다. 도 3에서 T1 내지 T4는 영상고조파필터(100)가 차단된 시간을 나타낸다. 주지된 바와 같이, 영상고조파필터(100)는 부하측에서 발생한 영상고조파가 상용전력계통으로 유입되는 것을 차단하는 기능이 가장 본질적인 기능이다. 따라서, 영상고조파필터(100)의 성능은 영상고조파필터(100)가 상용전력계통으로 유입되는 영상고조파를 잘 차단하고 있는지의 관점에서 진단되어야 한다. 다만, 앞서 본 바와 같이, 과부하에 의한 영상고조파필터(100)의 보호를 위해 영상고조파필터(100)를 차단하게 되면 부하측에서 발생한 영상고조파가 그대로 전력계통으로 유입하게 된다. 따라서, 영상고조파필터(100)가 차단된 동안 상용전력계통으로 유입된 영상고조파가 기 설정치를 초과하는지의 관점에서 영상고조파필터(100)의 성능 진단이 이루어져야 한다.

이에 성능 평가부(130)는 다음의 수학식에 따라 영상고조파필터(100)의 성능을 진단할 수 있다.

상기 수식에서 "영상고조파필터가 차단된 시간 동안 계통으로 유입되는 영상분"은 과부하 보호부(120)에 의해 하루 중 영상고조파필터(100)가 차단된 총 시간 동안 계통으로 유입된 영상분일 수 있다. 그리고, 하루 동안의 전체 영상분은 하루 중 부하에 의해 발생한 총 영상분일 수 있다.

성능 평가부(130)는 상기 수식에 의해 연산된 영상고조파성능지수를 디스플레이부(150)를 통해 디스플레이할 수 있다. 성능 평가부(130)는 영상고조파필터성능지수가 기 설정된 기준성능지수 예를 들어, 20 %를 초과하면 디스플레이부(150)를 통해 알람을 제공할 수 있다.

원인분석부(140)는 성능 평가부(130)가 영상고조파성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과한 경우, 영상고조파성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과한 이유를 분석할 수 있다. 이때, 원인분석부(140)는 영상고조파필터(100)가 차단되기 전 영상고조파필터의 정격용량을 초과한 총시간(이하, “정격용량 초과시간”이라 칭함)을 산출할 수 있다. 정격용량 초과시간은 각각의 차단시점 전에 정격용량을 초과한 시간의 총합일 수 있다. 도 3의 경우, T1, T2, T3, T4 각각의 직전에 정격용량을 초과한 시간의 총합이 정격용량 초과시간일 수 있다.

원인분석부(140)는 정격용량 초과시간이 기 설정된 기준초과시간(예를 들어, 30분)을 초과한 경우, 영상고조파성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과한 이유가 정격용량 초과에 의한 것으로 판단하고 그 판단 결과를 디스플레이부(150)를 통해 알릴 수 있다. 이와 달리, 정격용량 초과시간이 기 설정된 기준초과시간 이하인 경우, 영상 고조파 성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과한 이유가 영상고조파필터(100)의 성능저하에 의한 것으로 판단하고, 그 판단 결과를 디스플레이부(150)를 통해 알릴 수 있다.

원인분석부(140)는 차단 시간 중 (도 3의 경우, T1 내지 T4 중) 기 설정된 단일정격용량 초과시간(예를 들어, 10분)을 초과하는 차단 시간이 존재하는 경우 용량증설을 알리는 알람을 제공할 수 있다.

디스플레이부(150)는 상기와 같이, 성능평가부(130)에 의한 평가결과 및 원인분석부(140)에 의한 평가결과를 디스플레이할 수 있다. 디스플레이부(150)는 도 3과 같이 하루 중 상용전력계통으로 유입되는 영상분, 하루 중 부하측에서 발생하는 영상분, 정격용량 등을 디스플레이 할 수 있다.

필터링부(160)는 주지된 바와 같이 지그재그결선변압기 형태로 구현될 수 있다. 필터링부(160)는 N 상 측을 통해 유입되는 영상분을 순환시키는 것에 의해 영상고조파를 제거할 수 있다.

100: 영상고조파필터
110: 영상분 계측부
120: 과부하 보호부
130: 성능 평가부
140: 원인 분석부
150: 디스플레이부
160: 필터링부

Claims (4)

1. 부하 측에서 발생한 영상고조파를 계측하는 CT(Current Transformer);
   부하 측에서 발생한 영상고조파가 계통으로 유입되는 것을 차단하는 영상고조파필터;를 포함하며,
   상기 영상고조파필터는
   영상고조파필터에 설치된 온도센서를 통해 영상고조파필터의 온도를 계측하고 상기 영상고조파필터의 온도가 기 설정된 상한온도를 초과하면 스위치를 오프시키는 것에 의해 상기 영상고조파필터를 차단하고 상기 영상고조파필터가 차단된 상태에서 상기 영상고조파필터의 온도가 기 설정된 하한온도 이하가 되면 상기 스위치를 온시키는 것에 의해 상기 영상고조파필터를 재투입하는 과부하보호부,
   상기 CT에서 계측한 영상고조파 계측값 중 상기 과부하보호부의 스위치 오프 시간 동안의 영상고조파 계측값을 사용해, 상기 영상고조파필터가 차단된 시간에 상용전력계통으로 유입되는 영상분을 산출하고 산출된 값을 사용해 상기 영상고조파필터의 성능을 진단하는 성능평가부,
   정격용량 초과시간을 산출하고 상기 산출된 정격용량 초과시간이 기 설정된 기준초과시간을 초과한 경우 영상고조파성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과한 이유가 정격용량 초과에 의한 것으로 판단하고 상기 산출된 정격용량 초과시간이 기 설정된 기준초과시간 이하인 경우 영상 고조파 성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과한 이유가 영상고조파필터의 성능저하에 의한 것으로 판단하는 원인분석부를 포함하며,
   상기 원인분석부는 차단 시간 중 기 설정된 단일정격용량 초과시간을 초과하는 시간이 존재하는 경우 용량증설을 알리는 알람을 제공하는 것을 특징으로 하는 분전반.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 성능평가부는 다음의 수학식,
   영상고조파필터 성능지수=영상고조파필터가 차단된 시간 동안 계통으로 유입되는 영상분/하루 동안의 전체 영상분
   에 따라 영상고조파필터의 성능지수를 산출하고,
   상기 산출된 영상고조파필터 성능지수가 기 설정된 기준성능지수를 초과하면 알람을 제공하는 것을 특징으로 하는 분전반.
   
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