KR20140009747A - 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치와 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 설비의 PT 인출 회로부에 대한 전류를 지속적으로 측정하여 전자식 전력 설비 전원 회로의 임피던스 감소 여부를 감시 및 분석함에 의해 고장 전류의 발생을 적시에 알아내고, 전압 회로부의 안정적인 전압 차단을 통해 전력량계 및 PT의 소손, 파급 고장을 미연에 예방할 수 있도록 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치와 그 제어 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 다상의 전원 전압을 공급하는 단자부의 각 상에서 발생되는 전압회로의 고장전류를 각각 개별적으로 센싱하는 전류 센싱부와, 상기 전류 센싱부로부터의 전류 센싱 결과로 다상 중에 적어도 1상 이상에서 고장 전류가 감지되면, 상기 단자부로부터 공급되는 다상의 전압 공급을 모두 차단하기 위한 제어를 수행하는 고장전류 제어부 및, 상기 고장전류 제어부의 차단 제어에 따라 상기 단자부로부터 공급되는 다상 전압의 공급 및 차단을 단속하는 전압 공급 단속부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치와 그 제어 방법{Apparatus and Method for Controlling Fault Monitoring and Fault Prevention of Power Supply System}

본 발명은 스마트 전력량계 등의 전자식 전력 설비에서 발생되는 소손을 감시하고 고장을 예방하는 제어 장치와 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스마트 전력량계에서 전력량계와 그 부속 설비의 소손 상태를 감시하여, 소손에 의한 전력 손실과 파손, 화재 등을 미연에 예방함으로써, 전력 계통의 고장 전류에 대한 측정, 분석 및 고장 상태의 효율적인 관리를 도모할 수 있도록 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치와 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전력량계 등과 같이 전력 IT 기술을 이용한 전자식 송배전용 전력기기의 부속/연계 설비인 PT(전압변성기)의 경우에는, 전력량계의 부속설비인 MOF가 CT(변류기)와 함께 일체형으로 구성되고, 기타 전력기기에서는 필요로 하는 전압의 검출을 위해 PT가 단독으로 설비되어 있다.

송배전 기기 가운데, PT는 고전압을 적정크기로 변환시켜 전압검출을 하는데 사용되며, PT와 연계하여 주로 활용되는 설비는 전력량계, 배전자동화설비, 디지털변전소의 IED 설비 등의 전력 IT기기 들이며, 최근 스마트 그리드 및 전력설비 자동화 추세와 함께 전력설비의 IT화는 가속화 되고 있다.

한편, PT의 경우에는 운용 중, 소손 및 안전사고 예방을 위해 인출 배선회로가 항상 개방(Open) 상태를 유지해야 한다. 전력량계 등 전력 IT 기기 내부의 전원 회로부에는 서지 등의 과전압 잡음이 유입되는 과도상태에서 기기를 보호하기 위해 MOV(Metal Oxide Varister)(바리스터)를 병렬로 삽입하고 있으나, MOV의 서지내량 부족과 전원입력부의 퓨즈저항 기능 미비로 바리스터가 소손되면, 적정한 시기에 전원차단이 이루어지지 않아 고장전류의 증가와 함께 MOV의 저항이 단락상태에 가까워짐에 따라, 계기 및 PT의 소손, 화재로 유발하여 기타 연계된 계통설비로의 파급 고장 및 파급 정전을 유발하게 된다.

또한, 과도한 고장 전류가 지속될 경우에는 전원 입력부에 위치한 퓨즈 저항에서 전압강하와 함께 전력손실이 발생하여 에너지의 손실을 초래하고, 퓨즈 저항에 의한 전압강하분은 계량값에 포함되지 않기 때문에, 전기요금 수익 손실은 물론, 향후 스마트 미터링 환경에서의 모자(母子) 계량 비교에 의한 소모 전력량의 관리를 위한 시스템의 효과적 운용을 어렵게 하는 요인으로 작용한다.

즉, 정상상태에서 PT 및 전력량계의 전원회로부는 전압회로를 통해 흐르는 전류가 수십 μA 이하이기 때문에 문제가 되지 않으나, 전압 회로에 급격한 임피던스의 저하를 가져오는 과도상태에서는 수백 mA이상의 고장 전류가 발생하게 되어 보호소자가 적절한 작용을 하지 않을 경우에는 시스템의 고장을 유발할 수 있는 심각한 단계로 진행되는 것이다.

전자식 전력량계 내에 구현되는 전원회로부는 전력 계량을 위한 전압의 검출과 전력량계 제어부 및 통신모뎀 등에 구동용 직류전압을 제공하는 기능을 수행하며, 낙뢰 등의 과전압 노이즈로부터 계기 및 내부회로를 보호하기 위한 보호 소자 및 회로를 구성하고 있다.

통상적으로, 부하에서 소모하는 전류는 부하전류로서 직접적으로 공급되거나 또는 CT를 거쳐서 부하에게 공급되며, 풀(Full) 부하에서는 최대정격전류까지 흐르게 된다.

전압회로의 경우는 정상상태에서 각 상과 중성선간 임피던스가 거의 무한대로 작용해야 하고, 전압회로에 흐르는 전류가 매우 적은데, 일반적인 주요 전자기기의 경우 비정상 과도상태에서 설비보호를 위해 과전압 보호회로를 구성하게 되며 이 경우, 보호회로를 구성하는 특정소자의 임피던스가 감소하게 되면 전압회로를 흐르는 전류는 급증하게 되며, 단락 수준으로 가까워지면 부하전류 회로보다 큰 전류가 유입된다.

고장 전류로 인해 MOV의 임피던스 감소(단락방지)를 차단하여 전력량계 소손을 미연에 방지하기 위한 수단으로서, 퓨즈 저항이 병렬 MOV 회로의 전단에 위치하게 되는데, 전력량 계량을 위한 전압의 추출은 대부분 퓨즈저항의 후단(즉, MOV 회로 결선부 위치)에 위치하게 되므로, 퓨즈 저항의 손실은 계량값에 영향을 미치지 않는다. 정상 상태에서는 퓨즈 저항이 설치된 전압회로에 μA 수준의 매우 적은 전류가 흐르기 때문에 전력손실을 고려하지 않아도 되지만, 고장 전류가 발생하는 과도 상태에 이르게 되면 수백 mA 까지 전류가 발생하므로 무시할 수 없는 수준의 전력 손실을 초래할 가능성이 크다.

또한, 전력량계 등의 전원회로부에 퓨즈 저항을 구비한 경우에도 퓨즈저항의 내량 설계가 해당기기에 대해 필요치 이상으로 설계되어 있음은 물론, MOF 등과 같은 연계 배선설비의 정격을 고려하지 않고 설계되어 있어서, 과도상태에서는 MOV 및 PT의 소손과 고장 발생 가능성이 항상 존재한다.

특히, 저압용 전자식 전력량계와 PT를 부설설비로 사용하는 고압용 전력량계 등은 계기의 전원회로부 내 MOV(바리스터)의 소손으로 인해 입력부의 전압회로상에 고장전류가 발생할 수도 있으며, 고압용 전력량계의 경우, 역으로 PT의 층간단락 등 PT의 소손으로 인해 전압회로상에 고장전류를 발생시켜 화재와 소손을 유발할 수 있다.

이 때, 바리스터의 직접적인 소손 원인은 주로 낙뢰서지, 개폐서지 등의 외부유입 고전압 잡음으로 인한 경우가 대부분이며, 이후 어느 정도 소손이 진행된 이후에는 외부 잡음이 없더라도 기존 상용전원(저압 : 380V/선간, 고압 : 190V/선간)에 의해서도 소손을 지속시켜 고장전류의 크기가 증가한다.

한편, 고압 고객의 전력량계 교체시 무정전 작업을 위해 TTB의 배선작업을 시행함에 있어서 작업자의 실수로 PT가 단락상태로 되었을 경우에도 PT의 소손을 유발하게 되며, PT의 일부 소손은 조기탐지가 어려워 궁극적으로는 전력량계의 소손 및 고장으로 확산된다.

즉, 전력량계의 무정전 교체작업시 MOF 출력측에 위치한 TTB(계기용 단자대)에서의 단자 접속/개방 작업, 그리고 자동화설비, IED 설비의 PT로부터 전압신호를 검출하는 단자부 작업 등 PT 인출배선과 관련된 설비의 유지보수 업무수행 시에는, 작업자가 별도의 접속핀 접속/개방 작업을 항상 수동으로 진행해야 한다.

이 경우, 작업자가 실수 또는 기기불량으로 인하여 PT 배선이 개방상태를 유지하지 못하고 단락상태로 오결선 되었을 때는, 출력 배선회로상에 고장전류의 발생과 함께 PT의 정격을 초과하는 고장 전류가 전력량계 전원회로부내의 MOV를 소손시키고, MOF 내의 PT의 열화와 층간단락 등의 소손, 고장상태를 유발할 수 있고, 또한 역으로 PT의 소손으로 인해 계기 내 MOV 소손으로 진행될 수 있으며 이때는 계기 및 PT의 소손과 안전사고가 유발되어 현장에서의 유지보수, 관리 관련비용이 추가적으로 수반될 수 있게 된다.

또한, 고장전류의 발생은 초기 계기 또는 PT의 고장탐지 및 교체 등 초기대응이 이루어지지 않은 경우, 전류량이 급격히 증가하여 전력량계의 소손, 폭발을 유발할 수 있는 요인이 되는 바, 낙뢰 등의 외부 과전압 잡음으로 인해 MOV가 소손되면 고장전류가 발생하게 되는데, 이러한 비정상 과도 상태시의 퓨즈저항은 과도한 고장전류가 흐르지 않도록 적정한 시기에 퓨즈개방이 이루어져야 하지만, 제작 업체마다 동작정격이 다르기 때문에 적정한 시기에 동작하지 않거나 MOV 또는 커패시터 등이 먼저 소손되거나 폭발할 가능성이 많다.

도 1은 일반적인 전력량계의 전원 회로부에 대한 구성을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전력량계의 전원 회로부에는 PT와 정류부의 사이에 퓨즈 저항(FR)과 MOV가 접속되어 있는데, 과전압의 잡음 유입으로 인한 과도상태가 발생되어 MOV가 소손되면, PT의 보호를 위해 퓨즈 저항(FR)이 개방되도록 한다.

관련 기술로는 한국특허공개 제2004-89155호(오결선 검출 및 경보표시 기능을 구비한 전자식 전력량계)(2004.10.21)가 있다.

그러나, 이러한 종래 전력량계의 전원 회로부에는 과전압의 잡음 유입으로 인한 과도상태 발생시 MOV가 소손되면 PT의 보호를 위해 퓨즈 저항이 개방되도록 하고 있으나, 전력량계의 자체적 고장 예방을 목적으로 퓨즈저항 내량을 설계하고 있어서, 연계설비인 MOF 등의 정격부담을 초과하더라도 퓨즈가 개방되지 않는 경우가 많기 때문에, MOF 내의 PT 등 연계설비의 보호가 정상적으로 이루어지지 못한다는 문제점이 있다.

게다가, 정상상태에서는 전력량계 전원 회로부에서 MOV를 통해 과전압 보호 기능을 수행할 수 있도록 하고 있지만, 지속적으로 과전압이 유입되거나 또는 대규모 에너지가 유입되는 과도상태가 되는 경우에는, 연계 설비인 PT가 소손되기 이전에 전력량계에서 고장전력을 차단하는 능력이 없으므로, PT의 소손 및 고장과 함께 여타 관련 설비로까지 파급고장을 유발하게 된다는 문제점이 있다.

이에, 전력 설비의 스마트그리드 사업추진과 함께 전자식화/자동화 설비의 개발과 적용이 확대되고 있는 시점에서, 계통의 운영을 위한 각종 계측, 제어, 관리를 위한 전력 IT 설비의 전압계측을 시행함에 있어서, 전력 IT기기 자체의 정상동작 외에 연계설비인 PT의 보호를 위한 연계 설계가 필요하며, 비 정상 상태 발생시 자동으로 연계설비인 PT를 보호할 수 있는 지능형 자동 기능의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위해 이루어진 것으로서, 전력 설비의 PT 인출 회로부에 대한 전원 전류를 지속적으로 측정하여 임피던스의 감소 여부를 감시 및 분석함에 의해 고장 전류의 발생을 적시에 알아내고, 전압 회로부의 안정적인 전원 차단을 통해 전력량계 및 PT의 소손, 파급 고장을 미연에 예방할 수 있도록 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치와 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 다상의 전원 공급단 중에서 적어도 1상이라도 고장 전류 발생이 감지되면, 전압 회로부 측에 연결된 다상 모두를 차단함으로써, 고장 전류에 의한 전력 설비의 소손 및 파급 고장에 대한 위험성을 온전히 제거할 수 있도록 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치와 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명은 전압 공급 회로의 인입부 측에 접속되어 있던 퓨즈 저항을 제거하여, 고장 전류의 증가로 인한 전력 손실을 최대한 없앨 수 있도록 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치와 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일측면에 따른 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치는, 다상의 전원 전압을 공급하는 단자부의 각 상에서 발생되는 전압회로의 고장전류를 각각 개별적으로 센싱하는 전류 센싱부와, 상기 전류 센싱부로부터의 전류 센싱 결과로 다상 중에 적어도 1상 이상에서 고장 전류가 감지되면, 상기 단자부로부터 공급되는 다상의 전압 공급을 모두 차단하기 위한 제어를 수행하는 고장전류 제어부 및, 상기 고장전류 제어부의 차단 제어에 따라 상기 단자부로부터 공급되는 다상 전압의 공급 및 차단을 단속하는 전압 공급 단속부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 전류 센싱부는 상기 단자부의 다상 전압 인출단에 각각 개별 접속되어 각기 담당하는 각 상의 전류를 센싱하는 다수의 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압 공급 단속부는 상기 단자부의 다상 전압 인출단에 각각 개별 접속되어 각기 담당하는 각 상의 전압 공급을 허용 또는 차단하기 위한 스위칭을 수행하는 다수의 릴레이 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 고장전류 제어부는 상기 전류 센싱부로부터의 전류 센싱 신호를 디지털 변환하는 센서신호 입력부와, 상기 센서신호 입력부를 통한 상기 전류 센싱부로부터의 전류 센싱 신호를 미리 설정된 고장전류 설정치와 비교하여 고장 전류의 발생을 감지하고, 고장전류 발생시 고장전류 발생 정보를 저장하고, 상기 단자부로부터의 다상의 전압 공급을 모두 차단하기 위해 상기 전압 공급 단속부를 제어하는 중앙 처리부 및, 상기 고장전류 발생 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 중앙 처리부에서 미리 설정된 고장전류 설정치는 전원 공급 계통 내의 MOV 내량을 초과하는 과전압 잡음에 의해 유발되는 고장 전류치에 근거하여 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 고장전류 제어부는 전원 공급 계통에서 정류되어 직류 변환된 직류 전원을 공급받아 충전하는 슈퍼 캐패시터(Super Capaciter)를 갖춘 충전부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고장전류 제어부는 고장전류 발생시 원격지로의 통보를 위한 고장전류 발생 정보를 생성하고, 상기 고장전류 제어부에서 생성된 고장전류 발생 정보를 통신망을 통해 원격지에 전송하는 고장정보 전송부를 더 포함하고, 고장 전류의 발생시 상기 고장전류 제어부의 전압 공급 제어에 따라 전원을 공급받아 고장 경보를 발생하는 고장 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 전류 센싱부와, 고장전류 제어부, 전압 공급 단속부를 포함하는 구성은, 전력량계와, MOF, 계기용 단자대(TTB/전자식), 자동화 개폐 장치의 전원 회로부, 단자부, 송배전 계통 전력 설비의 전원 회로부, 디지털 변전소의 IED 기기 중에서 어느 하나에 적용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법은, 전류 센싱부가 다상의 전압을 공급하는 단자부의 각 상에 인가되는 전류를 각각 개별적으로 센싱하는 제1단계와, 고장전류 제어부가 상기 전류 센싱부로부터 다상 중에 적어도 1상 이상에서 고장 전류가 발생되는지를 판정하는 제2단계 및, 상기 고장 전류의 발생을 판정하면, 상기 고장전류 제어부가 전압 공급 단속부를 제어하여 상기 단자부로부터 공급되는 다상의 전압 공급을 모두 차단하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1단계에서, 상기 전류 센싱부는 상기 단자부의 다상 전압 인출단에 각각 개별 접속되어 있는 다수의 전류 센서를 이용하여 각기 담당하는 각 상의 전류를 센싱하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제2단계는, 상기 고장전류 제어부가 상기 전류 센싱부로부터의 전류 센싱 신호를 디지털 변환하는 단계와, 상기 고장전류 제어부가 상기 디지털 변환된 전류 센싱 신호를 미리 설정된 고장전류 설정치와 비교하여 고장 전류의 발생 여부를 감지하는 단계를 포함하고, 상기 제3단계는, 상기 고장전류 제어부가 고장전류 발생시 고장전류 발생 정보를 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2단계에서, 상기 미리 설정된 고장전류 설정치는 전원 공급 계통 내의 MOV 내량을 초과하는 과전압 잡음에 의해 유발되는 고장 전류치에 근거하여 설정하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제3단계는, 고장 전류의 발생시 상기 고장전류 제어부가 원격지로의 통보를 위한 고장전류 발생 정보를 생성하는 단계와, 고장정보 전송부가 상기 고장전류 발생 정보를 통신망을 통해 원격지에 전송하는 단계, 고장 전류의 발생시 상기 고장전류 제어부의 전압 공급 제어에 따라 고장 경보부가 전원을 공급받아 고장 경보를 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 전자식 전력 설비가 사용되는 송배전 전력 계통에서 과도상태 또는 작업자의 실수로 인한 PT 인출회로의 임피던스 감소를 적기에 감시 및 분석하여 전력량계 및 PT의 소손, 화재 및 파급 고장을 미연에 예방하도록 하고, 고장전류 증가로 인한 전력 손실을 없애기 위해 전압 회로부 측의 퓨즈 저항을 제거함으로써, 고장 전류로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 고장 전류의 발생이 감지되면, 그 상태를 청각적, 시각적으로 경보하여 통보할 수 있도록 하고, 통신망을 이용한 원격지 통신을 통해 고장 상태를 원격지의 관리자에게 자동으로 통보할 수 있도록 함에 따라, 고장 전류의 측정, 분석 및 고장 상태의 효율적 관리를 도모할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 전력량계의 전원 회로부에 대한 구성(단상 기준)을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치에 대한 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 본발명의 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치에서 전압 회로부의 상세 구성을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치에서 고장 전류 제어부의 상세 구성을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법에 대한 동작을 설명하는 플로우차트이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치에 대한 전체 구성을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치는, 전력량계 단자부(10)와, 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24), 제1 내지 제4릴레이 스위치(30, 32, 34, 36), 전압 회로부(40), 제어 보드(50), 고장전류 제어부(60), 고장 경보부(70), 고장정보 전송부(80)를 포함한다.

본 발명을 구성하는 상기 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24), 제1 내지 제4릴레이 스위치(30, 32, 34, 36), 전압 회로부(40)는 전력 계기 등과 같은 전력 IT기기와 PT의 능동적 보호를 위한 전압 제어 기능을 수행하는 것으로서, 단일의 전원 보드 상에 구현되어 있다.

상기 전력량계 단자부(10)는 전원 계통의 3상 단자(A, B, C)와 중성 단자(N)와 각각 연결되어, 각 상의 전압을 적정 전압으로 변환하여 제1 내지 제3상 전압 단자(P1, P2, P3)를 통해 3상 전압(V1, V2, V3)을 상기 전압 회로부(40)에 공급하고, 중성 단자(P0)가 상기 전압 회로부(40)와 직접 연결되어 있다.

상기 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24)는 3상 단자의 각 상별로 인가되는 전류를 각각 개별적으로 센싱하는 전류 센싱부로서, 상기 전력량계 단자부(10)의 제1 내지 제3 전압 단자(P1, P2, P3)로부터 상기 전압 회로부(40)의 각 상의 입력단 사이에 각각 대응적으로 접속되어 있고, 각기 담당하는 각 상의 인가 전류를 센싱하여 제1 내지 제3전류 센싱 신호를 발생한다.

상기 제1 내지 제3릴레이 스위치(30, 32, 34)는 상기 전력량계 단자부(10)로부터 공급되는 3상 전압의 공급 또는 차단을 스위칭 기능을 통해 단속하는 전압 공급 단속부로서, 상기 각각의 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24)의 접속단과 상기 전압 회로부(40)의 각 상의 입력단 사이에 각각 대응적으로 접속되어 있고, 상기 고장 전류 제어부(60)로부터의 고장 전류 검출 여부에 따른 스위칭 제어에 의해 스위칭 동작을 진행하여, 각기 담당하는 상의 전원 공급을 허용하거나 차단한다.

상기 제4릴레이 스위치(36)는 상기 전력량계 단자부(10)의 3상의 전압 단자(P1, P2, P3) 중에서 어느 하나의 전압 단자(본 발명에서는 제3 전압 단자(P3))와 상기 고장 경보부(70)의 전압 입력단 사이에 접속되어 있고, 상기 고장 전류 제어부(60)의 고장 전류 검출 여부에 따른 스위칭 제어에 의해 스위칭 동작을 수행하여 전압이 상기 고장 경보부(70)에 공급되도록 한다.

여기서, 상기 제1 내지 제3릴레이 스위치(30, 32, 34)는 정상 전류 발생 상태에서 스위칭 온 상태를 유지하고, 상기 제4릴레이 스위치(36)는 정상 상태에서 스위칭 오프 상태를 유지하도록 한다.

한편, 상기 제1 내지 제4릴레이 스위치(30, 32, 34, 36)는 소비 전력이 거의 없는 래치형 릴레이 또는 무접점 전자 제어 방식을 갖는 SSR5와 같은 스위칭 소자를 적용하는 것이 바람직하다.

상기 전압 회로부(40)는 상기 각 전류 센서(20, 22, 24)와, 상기 각각의 제1 내지 제3릴레이 스위치(30, 32, 34)를 매개로 상기 전력량계 단자부(10)의 제1 내지 제3 전압 단자(P1, P2, P3)와 각각 접속됨과 동시에, 중성 단자(P0)가 직접 연결되어 있고, 상기 전력량계 단자부(10)로부터의 3상 전압(V1, V2, V3)을 공급받아 정류 동작을 수행하여 직류 전압을 생성 및 공급한다.

또한, 상기 전압 회로부(40)는 상기 전력량계 단자부(10)로부터 공급되는 3상의 전압(V1, V2, V3)을 입력받아 전력 계량을 위한 검출 전압을 생성하여 상기 제어 보드(50)에 공급하고, 정류 동작에 의해 변환된 직류 전압을 상기 고장전류 제어부(60) 및 고장 정보 전송부(80) 측으로 제공한다.

상기 제어 보드(50)는 전력 계량을 위한 전력량계에 적용되는 것으로서, 상기 전압 회로부(40)로부터 제공되는 검출 전압을 입력받아 전력 계량을 수행하는 전력 계측부(52)를 포함하고 있다.

상기 고장전류 제어부(60)는 상기 전압 회로부(40)로부터의 직류 전압을 공급받아 동작되는 것으로서, 상기 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24)로부터 각 상에 공급되는 전류를 각각 개별적으로 센싱한 결과에 따른 전류 센싱 신호를 각각 입력받아 각 상별로 고장 전류가 발생하는 지를 감시하고, 3상 중에서 어느 하나의 상이라도 고장 전류 발생기 감지되면 상기 제1 내지 제3릴레이 스위치(30, 32, 34)가 모두 스위칭 오프되어 고장 전류가 상기 전압 회로부(40)에 공급되는 것을 차단하기 위한 제어를 수행한다.

또한, 상기 고장전류 제어부(60)는 상기 상기 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24) 중에서 하나 이상의 전류 센서가 고장 전류를 센싱하게 되면, 고장전류 발생 정보를 생성하여 상기 고장 정보 전송부(80)를 통한 원격지와의 통신에 의해 원격지의 담당자에게 전송하고, 상기 제4릴레이 스위치(36)가 스위칭 온되도록 제어하여 상기 고장 경보부(70)에서 전원을 공급받아 고장 경보를 발생하도록 한다.

상기, 고장 경보부(70)는 고장 전류의 발생시 상기 제4릴레이 스위치(36)의 스위칭 온 조작에 따라 전원을 공급받아 고장 경보를 발생하는 것으로서, 고장 경보를 시각적으로 통보하는 LED(72)와, 고장 경보를 청각적으로 통보하는 부저(74)를 포함한다.

상기 고장 정보 전송부(80)는 유선 통신망 또는 무선 통신망을 통해 원격지의 전력 계통 감시 담당자의 통신 단말 장치와 양방향 통신을 진행하는 모뎀 기능을 갖춘 것으로서, 고장 전류의 발생시에 상기 고장전류 제어부(60)로부터의 고장전류 발생 정보를 원격지의 담당자에게 전송한다.

도 3은 도 2에 도시된 본발명의 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치에서 전압 회로부의 상세 구성을 구체적으로 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전압 회로부(40)는 전압 입력부(42)와, 전압 검출부(44), 정류부(46), 직류 전압 공급부(48)를 포함한다.

상기 전압 입력부(42)는 상기 전력량계 단자부(10)로부터의 각 상의 전압(V1, V2, V3)을 공급받아 상기 정류부(46)에 제공하는 것으로서, 그 내부에는 본 발명에 따른 고장전류 차단 기능에 더하여 해당 전압 회로부(40)를 과전류로부터 보호하기 위한 퓨즈 저항(FR) 및 MOV를 포함하고 있다.

상기 전압 검출부(44)는 상기 전압 입력부(42)에 입력되는 3상의 전압을 각각 검출하여 전력 계량을 위해 사용하기 위한 검출 전압을 생성하여 상기 제어 보드(50)의 전력 계측부(52)에 출력한다.

상기 정류부(46)는 3상의 전압(V1, V2, V3)과 중성단 신호(N)를 공급받아 정류 동작을 수행하여 직류 전압으로 변환하는 것으로서, 제1상 및 제2상의 전압(V1, V2)을 입력받아 전파(全波) 정류하는 제1정류기(46a)와, 제3상 전압(V3) 및 중성단 신호(N)를 입력받아 전파 정류하는 제2정류기(46b), 제1정류기(46a)와 제2정류기(46b)로부터 정류된 직류 전압을 각각 조합하여 출력하는 필터링 회로(46c)를 포함한다.

상기 직류전압 공급부(48)는 상기 정류부(46)를 통해 정류되어 출력되는 직류 전압을 상기 고장전류 제어부(60) 및 고장정보 전송부(80) 등에 공급하는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 기능을 수행하는 것이다.

다음에, 도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치에서 고장 전류 제어부의 상세 구성을 구체적으로 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고장전류 제어부(60)는 센서신호 입력부(62)와, 중앙 처리부(64), 릴레이 제어 출력부(66), 충전부(67), 통신 포트(68), 메모리(69)를 포함한다.

상기 센서신호 입력부(62)는 상기 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24)로부터 제공되는 각 상의 아날로그 전류 센싱 신호를 디지털값으로 변환하여 상기 중앙 처리부(64)에 제공한다.

상기 중앙 처리부(64)는 상기 센서신호 입력부(62)를 통한 상기 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24)로부터의 각 상의 전류 센싱 데이터를 미리 설정된 고장전류 설정치와 각각 비교하여 3상 중에서 적어도 1상 이상에서 고장 전류가 감지되면, 상기 제1 내지 제3릴레이 스위치(30, 32, 34)가 각각 스위칭 온 상태에서 스위칭 오프되도록 함과 더불어 제4릴레이 스위치(36)가 스위칭 오프 상태에서 스위칭 온되도록 제어하는 릴레이 제어 신호를 발생한다.

여기서, 상기 중앙 처리부(64)에 고장전류 설정치는 전력량계의 MOV 내량을 초과하는 과전압 잡음에 의해 유발되는 고장 전류치에 근거하여 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중앙 처리부(64)는 고장 전류의 발생시 고장 전류 발생에 따른 고장전류 발생 정보를 생성하여 상기 통신 포트(68)를 통해 상기 고장정보 전송부(80)로 출력하고, 상기 고장전류 발생 정보를 상기 메모리(69)에 저장한다.

한편, 상기 중앙 처리부(64)는 고장 전류의 발생에 의해 전원공급이 차단된 상태에서 오계량 데이터가 계량 장치 측에 기록되지 않도록 하기위해, 상기 고장 경보부(70)가 동작을 개시하는 시점에서 상기 제어 보드(50)에 전력계량 중단 제어신호를 출력하여 상기 전력 계측부(52)에 의한 계량 기능이 중단되도록 하는 것이 가능하다.

상기 릴레이 제어 출력부(66)는 상기 중앙 처리부(64)로부터의 릴레이 제어 신호에 따라 구동되어 상기 제1 내지 제3릴레이 스위치(30, 32, 34)를 모두 스위칭 오프시키고, 상기 제4릴레이 스위치(36)를 스위칭 온 시키게 된다.

상기 충전부(67)는 상기 전압 회로부(40)로부터 제공되는 직류 전압을 공급받아 충전하는 것으로서, 전원 공급 중단에 대비하여 소정 시간동안 고장전류 제어부(60) 내에 구동 전압을 공급하기 위한 슈퍼 커패시터(Super Capaciter)를 내장하고 있다.

상기 통신 포트(68)는 고장 전류의 발생에 따라 상기 중앙 처리부(64)로부터 출력되는 고장전류 발생 정보를 상기 고장정보 전송부(80)에 전송하는 역할을 수행한다.

상기 메모리(69)는 전원 공급이 차단되어도 저장 데이터가 소거되지 않는 불휘발성 메모리로 이루어져서, 고장 전류의 발생에 따라 상기 중앙 처리부(64)에서 생성되는 고장전류 발생 정보를 저장한다.

이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법에 대한 동작에 대해 도 5의 플로우차트를 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법에 대한 동작을 설명하는 플로우차트이다.

먼저, 정상 상태에서는 전력량계 단자부(10)의 제1 내지 제3상 전압 단자(P1, P2, P3)를 통해 3상 전압(V1, V2, V3)이 각각 스위칭 온되어 있는 상태의 제1 내지 제3릴레이 스위치(30, 32, 34)를 통해 전압 회로부(40)에 공급되어 정류 기능을 통해 직류 전압으로 변환되고, 전압 검출을 통한 상기 전력 계측부(52)의 전력 계량이 정상적으로 이루어지게 된다(S10).

그 상태에서, 상기 제1 내지 제3 전압 단자(P1, P2, P3)로부터의 인출단에 각각 대응적으로 접속되어 있는 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24)에서 각기 담당하는 상의 전류를 센싱하여 전류 센싱 신호를 발생한다(S11).

이에, 고장전류 제어부(60)의 중앙 처리부(64)에서는 센서신호 입력부(62)를 통해 상기 제1 내지 제3전류 센서(20, 22, 24)로부터의 전류 센싱 신호를 입력받아 미리 설정된 고장전류 설정치와 각각 비교하여 3상 중에서 적어도 하나의 상 이상에 고장 전류가 발생하는 지를 판단한다(S12).

상기 판단 결과, 상기 고장전류 제어부(60)의 중앙 처리부(64)는 3상의 전류 중에서 적어도 하나 이상의 상에 고장 전류가 발생하고 있다고 판단되면, 해당 고장전류 발생 상태에 대해 고장전류 발생 정보를 생성하여 메모리(69)에 저장하고(S13), 상기 고장전류 발생 정보를 통신 포트(68)를 통하여 고장정보 전송부(80)에 출력함에 따라, 상기 고장정보 전송부(80)를 통해 원격지에 고장전류 발생 정보를 원격 전송한다(S14).

그에 따라, 상기 고장정보 전송부(80)를 통해 원격 전송된 고장전류 발생 정보는 원격지에 위치한 고장 점검자에게 즉각 통보될 수 있게 되고, 원격지에 위치한 서버의 데이터베이스(DB)에 고장전류 발생 정보가 저장될 수 있다(S15).

그와 동시에, 상기 고장전류 제어부(60)의 중앙 처리부(64)는 스위칭 온상태를 유지하고 있는 상기 제1 내지 제3릴레이 스위치(30, 32, 34)에 대해 스위칭 오프 시키기 위한 플래그 정보를 생성하고(S16), 릴레이 제어 출력부(66)의 구동을 통해 상기 제1 내지 제3릴레이 스위치(30, 32, 34)가 모두 스위칭 오프될 수 있도록 하여 3상의 전압 공급을 중단함에 의해, 고장 전류의 유입이 차단될 수 있도록 한다(S17).

그와 더불어, 상기 고장전류 제어부(60)의 중앙 처리부(64)는 상기 릴레이 제어 출력부(66)의 구동을 통해 제4릴레이 스위치(36)가 스위칭 오프 상태에서 스위칭 온되도록 함에 따라(S18), 상기 전압 회로부(40)에 전압 공급이 차단되어 있는 상태에서, 고장 경보부(70)의 LED(72) 및 부저(74)에 전원이 공급되도록 하여 고장 전류 발생을 시각적으로 알리기 위한 LED 점멸과, 청각적으로 알리기 위한 부저 경보음이 발생되도록 한다(S19).

한편, 상기 고장전류 제어부(60)는 상기 전압 회로부(40)로의 전압 공급 차단에 의해 직류 전압을 공급받지 못하더라도, 충전부(67)의 슈퍼 캐패시터에 의해 충전되어 있는 전압을 이용하여 소정 시간동안 동작이 유효하게 이루어질 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일실시예에서는 고장전류의 감지 및 고장 전류 발생에 따른 전압 차단 기능을 전력량계의 전원 회로부 측에 적용하는 것을 일예로 하여 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것으로서 MOF에 도 동일하게 적용이 가능한 바, MOF의 PT에서 전압 입력 측의 각 상별 접속 배선부에 전류 센서와 릴레이 스위치를 각각 접속하고, 고장전류 제어부(60)에서 전류 센서의 각 상별 전류 센싱치를 감지하여 고장 전류가 발생하게 되면 릴레이 스위치를 스위칭 제어할 수 있도록 하는 것도 얼마든지 가능하다.

또한, 본 발명의 고장전류의 감지 및 고장 전류 발생에 따른 전압 차단 기능은, 전력량계와, MOF 이외에도 계기용 단자대(TTB/전자식)와 같은 보조 단자대, 자동화 개폐 장치의 전원 회로부 또는 단자부, 송배전 계통 전력 설비의 전원 회로부, 디지털 변전소의 IED 기기 등에도 동일하게 적용이 가능함은 물론이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10:전력량계 단자부 20, 22, 24:전류 센서
30, 32, 34, 36:릴레이 스위치 40:전압 회로부
42:전압 입력부 44:전압 검출부
46:정류부 48:직류전압 공급부
50:제어 보드 52:전력 계측부
60:고장전류 제어부 62:센서신호 입력부
64:중앙 처리부 66:릴레이 제어 출력부
67:충전부 68:통신 포트
69:메모리 70:고장 경보부
80:고장정보 전송부

Claims (15)

1. 다상의 전원 전압을 공급하는 단자부의 각 상에서 발생되는 전압회로의 고장전류를 각각 개별적으로 센싱하는 전류 센싱부와;
   상기 전류 센싱부로부터의 전류 센싱 결과로 다상 중에 적어도 1상 이상에서 고장 전류가 감지되면, 상기 단자부로부터 공급되는 다상의 전압 공급을 모두 차단하기 위한 제어를 수행하는 고장전류 제어부; 및
   상기 고장전류 제어부의 차단 제어에 따라 상기 단자부로부터 공급되는 다상 전압의 공급 및 차단을 단속하는 전압 공급 단속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전류 센싱부는 상기 단자부의 다상 전압 인출단에 각각 개별 접속되어 각기 담당하는 각 상의 전류를 센싱하는 다수의 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전압 공급 단속부는 상기 단자부의 다상 전압 인출단에 각각 개별 접속되어 각기 담당하는 각 상의 전압 공급을 허용 또는 차단하기 위한 스위칭을 수행하는 다수의 릴레이 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 고장전류 제어부는 상기 전류 센싱부로부터의 전류 센싱 신호를 디지털 변환하는 센서신호 입력부와,
   상기 센서신호 입력부를 통한 상기 전류 센싱부로부터의 전류 센싱 신호를 미리 설정된 고장전류 설정치와 비교하여 고장 전류의 발생을 감지하고, 고장전류 발생시 고장전류 발생 정보를 저장하고, 상기 단자부로부터의 다상의 전압 공급을 모두 차단하기 위해 상기 전압 공급 단속부를 제어하는 중앙 처리부 및,
   상기 고장전류 발생 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 중앙 처리부에서 미리 설정된 고장전류 설정치는 전압 공급 계통 내의 MOV 내량을 초과하는 과전압 잡음에 의해 유발되는 고장 전류치에 근거하여 설정하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 고장전류 제어부는 전원 공급 계통에서 정류되어 직류 변환된 직류 전원을 공급받아 충전하는 슈퍼 캐패시터(Super Capaciter)를 갖춘 충전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 고장전류 제어부는 고장전류 발생시 원격지로의 통보를 위한 고장전류 발생 정보를 생성하고,
   상기 고장전류 제어부에서 생성된 고장전류 발생 정보를 통신망을 통해 원격지에 전송하는 고장정보 전송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   고장 전류의 발생시 상기 고장전류 제어부의 전원 공급 제어에 따라 전원을 공급받아 고장 경보를 발생하는 고장 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 전류 센싱부와, 고장전류 제어부, 전압 공급 단속부를 포함하는 구성은, 전력량계와, MOF, 계기용 단자대(TTB/전자식), 자동화 개폐 장치의 전원 회로부, 단자부, 송배전 계통 전자식 전력 설비의 전원 회로부, 디지털 변전소의 IED 기기 중에서 어느 하나에 적용하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 장치.
10. 전류 센싱부가 다상의 전압을 공급하는 단자부의 각 상에 인가되는 전류를 각각 개별적으로 센싱하는 제1단계와;
    고장전류 제어부가 상기 전류 센싱부로부터 다상 중에 적어도 1상 이상에서 고장 전류가 발생되는지를 판정하는 제2단계; 및
    상기 고장 전류의 발생을 판정하면, 상기 고장전류 제어부가 전압 공급 단속부를 제어하여 상기 단자부로부터 공급되는 다상의 전압 공급을 모두 차단하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1단계에서, 상기 전류 센싱부는 상기 단자부의 다상 전압 인출단에 각각 개별 접속되어 있는 다수의 전류 센서를 이용하여 각기 담당하는 각 상의 전류를 센싱하도록 하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2단계는, 상기 고장전류 제어부가 상기 전류 센싱부로부터의 전류 센싱 신호를 디지털 변환하는 단계와,
    상기 고장전류 제어부가 상기 디지털 변환된 전류 센싱 신호를 미리 설정된 고장전류 설정치와 비교하여 고장 전류의 발생 여부를 감지하는 단계를 포함하고,
    상기 제3단계는, 상기 고장전류 제어부가 고장전류 발생시 고장전류 발생 정보를 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 상기 미리 설정된 고장전류 설정치는 전원 공급 계통 내의 MOV 내량을 초과하는 과전압 잡음에 의해 유발되는 고장 전류치에 근거하여 설정하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법.
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3단계는, 고장 전류의 발생시 상기 고장전류 제어부가 원격지로의 통보를 위한 고장전류 발생 정보를 생성하는 단계와,
    고장정보 전송부가 상기 고장전류 발생 정보를 통신망을 통해 원격지에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법.
15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3단계는, 고장 전류의 발생시 상기 고장전류 제어부의 전원 공급 제어에 따라 고장 경보부가 전원을 공급받아 고장 경보를 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 계통의 전력 설비 소손 감시 및 고장 예방 제어 방법.
    

Images