KR20190080376A - 아크사고 차단기능 전력량계 내장형 화재보호용 전류 차단 장치 및 차단 방법 - Google Patents

아크사고 차단기능 전력량계 내장형 화재보호용 전류 차단 장치 및 차단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부하측에서 감지된 전류, 전압 또는 온도에 기초하여 아크 발생여부를 판단하는 아크 판단부; 상기 아크 판단부의 판단 결과에 기초하여 상기 부하측에 흐르는 전류를 차단하는 회로 차단부; 및 상기 아크 판단부와 상기 회로 차단부를 제어하는 제어부를 포함하는 전류 차단 장치에 관한 것이다.

Description

아크사고 차단기능 전력량계 내장형 화재보호용 전류 차단 장치 및 차단 방법{Current breaking device and method built in an electronic-hour meter for fire protection, having arcing faults blocking function}
본 발명은 아크사고 차단기능 전력량계 내장형 화재보호용 전류 차단 장치 및 차단 방법에 관한 것이다.
전기화재의 요인은 일반전기화재(누전/과부하)와 아크성 화재(단락 등)로 구분된다. 이러한 전기 안전사고 요인에 따른 차단기 구분 및 시설이 필요하다. 종래에는, 전력량계, 변압기를 배전기자재의 누전/지락에 대한 대비는 있으나, 사용자측 옥내 부하설비의 아크 사고 발생 시 파급으로 인한 전력 설비의 소손에 대한 예방 및 차단에 대한 대비책이 없었다. 이에 따라, 전기 화재 발생시 인명과 재산 피해가 발생할 우려가 높으나, 인입선로보다는 전력량계 단자부나 내부 회로부에서 발화되는 경우가 많다.
또한, 종래에는 전기화재 특성을 고려하지 않은 누전 차단기의 단일 사용으로 아크 화재 발생 요인이 상존한다. 이에 따라, 차단기를 전기화재 특성에 따라 구분해서 사용할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 부하측에서 아크가 발생할 경우 전류를 차단하는 장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 전류 차단 장치로서, 입력측과 출력측 사이에서 감지된 전류, 전압 또는 온도에 기초하여 아크 발생여부를 판단하는 아크 판단부; 상기 아크 판단부의 판단 결과에 기초하여 상기 입력측으로 흐르는 전류를 차단하는 회로 차단부; 및 상기 아크 판단부와 상기 회로 차단부를 제어하는 제어부를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예로서, 전류 차단 방법으로서, 입력측과 출력측 사이에서 감지된 전류, 전압 또는 온도에 기초하여 아크 발생여부를 판단하는 단계; 및 상기 아크 발생여부의 판단 결과에 기초하여 상기 입력측으로 흐르는 전류를 차단하는 단계를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 순시전력감시를 통하여 아크감지를 하고, 비정상 순시전력 검출시 전력량계 단에서 전력차단을 통한 사고 예방 및 화재 확산을 방지할 수 있다.
도 1에는 본원의 일 실시예에 따른 전류 차단 장치의 구성이 간략하게 도시되어 있다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 전류 차단 방법의 간략한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1에는 본원의 일 실시예에 따른 전류 차단 장치의 구성이 간략하게 도시되어 있다.
전류 차단 장치(100)는 전류 감지부(102), 전압 감지부(104), 온도 감지부(106), 아크 판단부(108), 회로 차단부(110), 사고 데이터 저장부(112), 통신부(114), 테스트 부(116) 및 제어부(118)를 포함한다.
전류 감지부(102)는 부하측의 입력측과 출력측의 전류를 감지한다.
전압 감지부(104)는 부하측의 입력측과 출력측의 전류를 감지한다.
온도 감지부(106)는 부하측 접속부에 대한 온도를 감지한다.
아크 판단부(108)는 부하측에서 감지된 전류, 전압 또는 온도에 기초하여 아크 발생여부를 판단한다.
아크 발생 여부를 판단하는 기술은 두 가지가 있다.
첫 번째로, 직렬, 병렬 아크 검출 기술이다. 구체적으로, 통상 아크 검출의 기본 원리는 단위 시간당 전류의 변화율인 di/dt로 표현한다. 이러한 원리는 전류의 불연속 구간을 검출하는 원리이다. 제안된 시스템에서 아크 검출 원리는 아크 발생시 Zero Crossing 부근의 전류 왜곡현상을 검출함으로서 아크 발생 유무를 판단한다. 제안된 시스템에서는 아크 발생 시 각 주기별 Zero Crossing 부근의 불연속적인 구간에서의 전류 변화를 검출하여 손실된 에너지양의 변화를 검출함으로 아크를 검출하는 방식으로 구현한다. 즉, 전류 검출 특성을 극대화하기 위하여 전류파형을 가공하여 왜국부근을 최대화한 파형에서의 면적 변화에 따른 손실 전력을 검출함으로써 아크를 검출할 수 있다.
두 번째로, 접지 아크 검출 기술이다. 구체적으로, 부하의 특성에서는 입력전류는 출력전류와 같다. 그러나 누설 혹은 접지 전력의 발생 시 입력전류와 출력 전류의 편차가 발생한다. 이러한 원리를 이용하여 누전 차단기에서는 Zero CT를 이용하여 두 개의 전원선을 통과하여 누설 발생에 따른 미세 전류를 검출하여 누전을 측정한다. 제안된 시스템에서는 미세 전류의 측정 보다는 지락과 같은 과누설의 검출을 목적으로 한다. 기존 누전의 검출을 위하여 Zero CT를 사용하기 보다는 입력 전류와 출력 전류의 독립적인 전류 CT를 사용하여 전류를 측정하고 비교함으로서 지락과 같은 과누설 측정을 목적으로 한다. 이러한 특성은 삼성에서도 똑같은 특성을 이용함으로 삼상 시스템에서의 지락 혹은 접지 아크를 검출할 수 있다.
회로 차단부(110)는 상기 아크 판단부(108)에서 아크가 발생되었다고 판단되면 부하측으로 흐르는 전류를 차단한다.
사고 데이터 저장부(112)는 아크 판단부에서 아크가 발생여부를 판단한 후 해당 전류, 전압 및 온도 정보를 포함하는 아크 발생 데이터 저장한다.
아크 사고 차단 기능이 내장된 검출 장치의 차단 동작 시 차단 이전의 일정 시간동안의 순시 전압과 전류, 누설. 아크 발생 유무 및 단자대 온도 모니터링 결과를 저장하여 차단원인에 대한 분석 및 정상 동작 여부를 확인할 수 있도록 한다. 이 기능은 아크 사고 차단 기능이 내장된 검출 장치 의 오동작 특성에 대한 개선 및 빅데이터 분석을 위한 도구로 사용할 수 있다.
통신부(114)는 사고 데이터 저장부(112)에 저장된 데이터를 전송하거나, 전류 차단 장치를 업데이트하기 위한 데이터를 수신한다.
구체적으로, 통신 기능은 현재 시스템의 정상동작 여부 및 차단 동작 시 차단 원인 분석 및 S/W update를 목적으로 한다. 또한, 예를 들어 통신은 RS-485, UART 기능을 내장하며 필요시 IoT 모듈을 탑재할 수 있는 방안으로 진행한다.
테스트부(116)는 전류 차단 장치의 정상 동작 여부를 확인하기 위하여 일정 주기로 자가 테스트를 수행한다.
구체적으로, 아크 사고 차단 기능이 내장된 전류 차단 장치의 정상 동작 여부를 확인하여 위하여 일정 주기별 자가 테스트(self test) 기능을 탑재한다.
자가 테스트(self test)기능은 각 CT의 정상 동작여부 및 MCU의 정상 동작 여부를 주기적으로 확인하여 전류 차단 장치의 정상 동작 여부를 확인할 수 있게 한다.
결과적으로, 본원의 전류 차단 장치는 아크 검출 기능을 가진다. 아크 검출 기능은 직렬/병렬 아크 검출 기능과 접지 아크 검출 기능을 가진다.
또한, 본원의 전류 차단 장치는 모니터링 기능, 예를 들어 전압 및 전류 모니터링, 및 단자대 온도모니터링 기능을 가진다.
구체적으로, 전류 차단 장치에 의하여 순간 전압과 전류를 모니터링 한다. 각주기별 순간 전압과 순간 전류를 측정하여 순시 전력의 변화를 모니터링 하여 이상 현상 발생 시 즉각적인 차단을 목적으로 한다. 전류 차단 장치는 순간 전력량의 변화를 검출하여 아크 발생 유무를 판단하며, 이로 인하여 전력 이상에 따른 기기 손실 및 화재를 예방할 수 있다.
또한, 전류 차단 장치는 각 단자대의 접속부에 대한 온도 모니터링을 진행 한다. 입력부와 출력부 단자대의 결선불량에 따른 온도 상승을 감지하여 전원을 차단할 수 있게 한다.
또한, 본원의 전류 차단 장치는 통신 기능을 가진다. 구체적으로, 통신 기능은 현재 시스템의 정상동작 여부 및 차단 동작 시 차단 원인 분석 및 S/W update를 목적으로 한다. 통신은 RS-485, UART 기능을 내장하며 필요시 IoT 모듈을 탑재할 수 있는 방안으로 진행한다.
또한, 본원의 전류 차단 장치는 사고 데이터 저장 기능을 가진다. 아크 사고 차단 기능이 내장된 검출 장치의 차단 동작 시 차단 이전의 일정 시간동안의 순시 전압과 전류, 누설. 아크 발생 유무 및 단자대 온도 모니터링 결과를 저장하여 차단원인에 대한 분석 및 정상 동작 여부를 확인할 수 있도록 한다. 이 기능은 아크 사고 차단 기능이 내장된 검출 장치 의 오동작 특성에 대한 개선 및 빅데이터 분석을 위한 도구로 사용할 수 있다.
또한, 본원의 전류 차단 장치는 LED 표시부를 가진다. LED 표시부는 아크 사고 차단 기능이 내장된 검출 장치 동작에 대한 상태 표시 및 차단상태에 대한 외부의 표시를 나타낸다. 표시 기능은 정상 동작상태 및 차단 동작 시 차단원인에 대한 표시를 목적으로 하며 표시 내용은 누전, 과부하, 아크, 고전압, 단자부 고온표시, 자가 테스트 실패 등을 나타낸다.
또한, 본원의 전류 차단 장치는 자가 테스트 기능을 가진다. 아크 사고 차단 기능이 내장된 검출 장치의 정상 동작 여부를 확인하여 위하여 일정 주기별 자가 테스트 기능을 탑재한다. 자가 테스트 기능은 각 CT의 정상 동작여부 및 MCU의 정상 동작 여부를 주기적으로 확인하여 시스템의 정상 동작 여부를 확인할 수 있게 한다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 전류 차단 방법의 간략한 순서도이다.
부하측의 전류, 전압을 감지한다. 또한, 부하측의 접속부의 온도를 감지한다(S200).
감지된 전류, 전압 또는 온도를 기초로 부하측의 아크 발생 여부를 판단한다(S202).
아크 발생 여부를 판단하는 기술은 두 가지가 있다.
첫 번째로, 직렬, 병렬 아크 검출 기술이다. 구체적으로, 통상 아크 검출의 기본 원리는 단위 시간당 전류의 변화율인 di/dt로 표현한다. 이러한 원리는 전류의 불연속 구간을 검출하는 원리이다. 제안된 시스템에서 아크 검출 원리는 아크 발생시 Zero Crossing 부근의 전류 왜곡현상을 검출함으로서 아크 발생 유무를 판단한다. 제안된 시스템에서는 아크 발생 시 각 주기별 Zero Crossing 부근의 불연속적인 구간에서의 전류 변화를 검출하여 손실된 에너지양의 변화를 검출함으로 아크를 검출하는 방식으로 구현한다. 즉, 전류 검출 특성을 극대화하기 위하여 전류파형을 가공하여 왜국부근을 최대화한 파형에서의 면적 변화에 따른 손실 전력을 검출함으로써 아크를 검출할 수 있다.
두 번째로, 접지 아크 검출 기술이다. 구체적으로, 부하의 특성에서는 입력전류는 출력전류와 같다. 그러나 누설 혹은 접지 전력의 발생 시 입력전류와 출력 전류의 편차가 발생한다. 이러한 원리를 이용하여 누전 차단기에서는 Zero CT를 이용하여 두 개의 전원선을 통과하여 누설 발생에 따른 미세 전류를 검출하여 누전을 측정한다. 제안된 시스템에서는 미세 전류의 측정 보다는 지락과 같은 과누설의 검출을 목적으로 한다. 기존 누전의 검출을 위하여 Zero CT를 사용하기 보다는 입력 전류와 출력 전류의 독립적인 전류 CT를 사용하여 전류를 측정하고 비교함으로서 지락과 같은 과누설 측정을 목적으로 한다. 이러한 특성은 삼성에서도 똑같은 특성을 이용함으로 삼상 시스템에서의 지락 혹은 접지 아크를 검출할 수 있다.
아크 발생 여부에서 아크가 발생하면(S204, YES) 부하측으로 전류가 더 이상 흐르지 않도록 회로를 차단한다(S206).
아크 발생 여부에서 아크가 발생하지 않으면(S204, NO) 다시 부하측의 전류, 전압을 감지한다. 또한, 부하측의 접속부의 온도를 감지한다(S200).
다만, 아크 발생 여부에서 아크가 발생하지 않을 때에 아크 발생 판단에 대한 데이터를 저장한 후에 다시 부하측의 전류, 전압을 감지한다. 또한, 부하측의 접속부의 온도를 감지할 수 있다.
회로를 차단한 후, 아크가 발생했을 때의 아크 발생 판단에 대한 데이터를 저장한 후(S208), 다시 부하측의 전류, 전압을 감지한다. 또한, 부하측의 접속부의 온도를 감지한다.
또한, 다양한 실시 예들에 따른 장치 또는 시스템은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 그리고 본 문서에 개시된 실시 예는 개시된 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서 본 문서의 범위는 본 발명의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시 예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
102 전류 감지부
104 전압 감지부
106 온도 감지부
108 아크 판단부
110 회로 차단부
112 사고 데이터 저장부
114 통신부

Claims (13)

  1. 부하측에서 감지된 전류, 전압 또는 온도에 기초하여 아크 발생여부를 판단하는 아크 판단부;
    상기 아크 판단부의 판단 결과에 기초하여 상기 부하측에 흐르는 전류를 차단하는 회로 차단부; 및
    상기 아크 판단부와 상기 회로 차단부를 제어하는 제어부를 포함하는 전류 차단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 부하측에서 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지부;
    상기 부하측의 전압을 감지하는 전압 감지부; 및
    상기 부하측 접속부의 온도를 감지하는 온도 감지부를 더 포함하는 전류 차단 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아크 판단부에서 아크가 발생여부를 판단한 후 해당 전류, 전압 및 온도 정보를 포함하는 아크 발생 데이터 저장하는 사고 데이터 저장부를 더 포함하는 전류 차단 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 차단 장치의 업데이트를 위하여 서버와 통신하는 통신부를 더 포함하는 전류 차단 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 차단 장치의 정상 동작 여부를 확인하기 위하여 일정 주기로 자가 테스트를 수행하는 테스트부를 더 포함하는 전류 차단 장치.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 차단 장치는 전력량계 내부에 설치되는 전류 차단 장치.
  7. 부하측에서 감지된 전류, 전압 또는 온도에 기초하여 아크 발생여부를 판단하는 단계; 및
    상기 아크 발생여부의 판단 결과에 기초하여 상기 부하측에 흐르는 전류를 차단하는 단계를 포함하는 전류 차단 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 아크 발생여부를 판단하는 단계 이전에,
    상기 부하측에서 흐르는 전류를 감지하는 단계;
    상기 부하측의 전압을 감지하는 단계; 및
    상기 부하측 접속부의 온도를 감지하는 단계를 포함하는 전류 차단 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 아크 발생여부를 판단하는 단계는,
    감지된 전류 또는 전압을 이용하여 zero crossing 부근의 전류 왜곡현상을 검출함으로써 아크 발생 유무를 판단하는 전류 차단 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 아크 발생여부를 판단하는 단계는,
    입력 전류와 출력 전류의 편차의 발생여부를 검출함으로써 아크 발생 유무를 판단하는 전류 차단 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    발생여부를 판단한 후 해당 전류, 전압 및 온도 정보를 포함하는 아크 발생 데이터 저장하는 단계를 더 포함하는 전류 차단 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 전류 차단 방법이 정상적으로 수행되는지 여부를 확인하기 위하여 일정 주기로 자가 테스트를 수행하는 단계를 더 포함하는 전류 차단 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 아크 발생여부를 판단하는 단계에서 아크가 발생했다고 판단하면, 사용자에게 알람을 전송하는 단계를 더 포함하는 전류 차단 방법.
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