3상 전동기를 이용하는 3상 전력계통에서 1상이 결상되면 계통에는 불평형 전류가 흐르거나 단상전력이 공급되어 전동기 코일의 과전류로 인한 화재발생은 물론 전력계통에 큰 피해를 주게 된다. 최근 3상 전동기 결상검출 방식으로는 열동 과전류계전기와 전자식 모터 보호계전기가 대다수 이용되고 있으며, 이들은 선로의 과열이나 과전류가 발생되면 검출하고 차단기를 동작시키는 방식으로 감지속도가 느리고 오동작과 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다. 이들을 개선하기위하여 본 논문에서는 반도체 소자를 이용한 새로운 결상보호용 제어회로 토폴로지를 설계하여 감지속도와 정밀도를 향상시키고, 소형 경량으로 제작되어 현장의 3상 전동기 제어반에 용이하게 장착시킬 수 있는 장점이 있다. 그 결과 제안한 결상 보호장치는 3상 전동기를 보호하고 결상으로 발생하는 전기화재를 최소화시키고 그리고 전력계통의 안정적인 운전에 기여할 수 있을 것이다. 제안한 결상 보호장치는 다양한 동작특성 실험을 통하여 그 성능과 신뢰성이 입증된다.
3상 전동기를 이용하는 3상 전력계통에서 1상이 결상되면 계통에는 불평형 전류가 흐르거나 단상전력이 공급되어 전동기 코일의 과전류로 인한 화재발생은 물론 전력계통에 큰 피해를 주게 된다. 최근 3상 전동기 결상검출 방식으로는 열동 과전류계전기와 전자식 모터 보호계전기가 대다수 이용되고 있으며, 이들은 선로의 과열이나 과전류가 발생되면 검출하고 차단기를 동작시키는 방식으로 감지속도가 느리고 오동작과 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다. 이들을 개선하기위하여 본 논문에서는 반도체 소자를 이용한 새로운 결상보호용 제어회로 토폴로지를 설계하여 감지속도와 정밀도를 향상시키고, 소형 경량으로 제작되어 현장의 3상 전동기 제어반에 용이하게 장착시킬 수 있는 장점이 있다. 그 결과 제안한 결상 보호장치는 3상 전동기를 보호하고 결상으로 발생하는 전기화재를 최소화시키고 그리고 전력계통의 안정적인 운전에 기여할 수 있을 것이다. 제안한 결상 보호장치는 다양한 동작특성 실험을 통하여 그 성능과 신뢰성이 입증된다.
In the three-phase power system using the three-phase motor, when any one-phase is open-phase, the unbalanced current flows and the single-phase power supplied by power supply produces overcurrent to motor coil. As a result, the enormous damage and electrical fire can be given to the power system. R...
In the three-phase power system using the three-phase motor, when any one-phase is open-phase, the unbalanced current flows and the single-phase power supplied by power supply produces overcurrent to motor coil. As a result, the enormous damage and electrical fire can be given to the power system. Recently, the thermal over-current relay (THR) or electronic motor protection relay (EMPR) is mostly used as the open-phase detection device of the three-phase motor. When the over-current or overheat of electric line is generated, it detects and operates circuit breaker, but there is the defect that the sensing speed is slow, the operation can be sometimes failed, and the precision is decreased. In order to improve these problems, this paper is proposed a new control circuit topology for openphase protection using semiconductor devices. Therefore, the proposed open-phase protection device (OPPD) enhances the sensing speed and precision, and has the advantage of simple fitting in the three-phase motor control panel in the field, as it manufactures into small size and light weight. As a result, the proposed OPPD protects the three-phase motor, minimizes the electrical fire from openphase, and contributes for the stable driving of the power system. The performance and confidence of the proposed OPPD is confirmed by a great variety of the experiments of operation characteristic.
In the three-phase power system using the three-phase motor, when any one-phase is open-phase, the unbalanced current flows and the single-phase power supplied by power supply produces overcurrent to motor coil. As a result, the enormous damage and electrical fire can be given to the power system. Recently, the thermal over-current relay (THR) or electronic motor protection relay (EMPR) is mostly used as the open-phase detection device of the three-phase motor. When the over-current or overheat of electric line is generated, it detects and operates circuit breaker, but there is the defect that the sensing speed is slow, the operation can be sometimes failed, and the precision is decreased. In order to improve these problems, this paper is proposed a new control circuit topology for openphase protection using semiconductor devices. Therefore, the proposed open-phase protection device (OPPD) enhances the sensing speed and precision, and has the advantage of simple fitting in the three-phase motor control panel in the field, as it manufactures into small size and light weight. As a result, the proposed OPPD protects the three-phase motor, minimizes the electrical fire from openphase, and contributes for the stable driving of the power system. The performance and confidence of the proposed OPPD is confirmed by a great variety of the experiments of operation characteristic.
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문제 정의
이들을 개선하기 위하여 본 논문에서는 3상 성형 결선한 커패시터의 합성전위와 중성점의 전위차를 이용한 새로운 결상보호용 제어회로 토폴로지를 설계하여 감지속도와 정밀도를 향상시키고, 또한 반도체 소자를 이용한 제어회로 설계가 참신하고 간단하여 소형, 경량으로 제작되어 현장의 3상 전동기 제어반에 용이하게 장착시킬 수 있는 장점이 주어진다. 그 결과 제안한 결상 보호장치는 3상 전동기를 보호하고 결상으로 발생하는 전기화재를 최소화시키고 그리고 전력계통의 안정적인 운전에 기여하게 된다.
제안 방법
제안한 3상 전동기 결상 보호장치를 Figure 4에 나타낸다. 3상 전원 R, S, T 각 라인에 동일 용량의 커패시터를 성형 결선하여 3상 합성전위와 중성점 또는 접지(G)간의 전위차를 이용하고, 고속의 반도체 소자들을 이용한 새로운 개념의 결상보호용 제어회로 토폴로지를 제안한다.
본 논문에서는 3상 전동기를 이용하는 전력계통에서 결상이나 불평형 전압에 의한 전기화재를 최소화하고 전력계통의 안정적인 운전을 위한 새로운 결상 보호회로를 제안하였다.
대상 데이터
Figure 2는 결상사고에 대한 기존의 열동 과전류계전기의 동작성능을 분석하기 위한 실험장치를 나타내며, Figure 3은 인위적인 1상 결상에 대한 열동 과전류계전기의 동작파형을 나타낸다. 열동 과전류계전기는 계전기 제조 전문기업에서 생산된 두 제품(A사, B사)을 사용하였고, 측정범위는 정격전압 380 V, 1.5 kW(2HP) 급 3상 권선형 유도전동기/발전기(M/G세트)를 사용하였으며 정상적인 운전상태에서 인위적으로 1상 결상을 유도하여 측정하였다.
회로구성은 성형 결선된 커패시터 C1, C2, C3와 전파정류를 위한 다이오드 D1~D4, 전해 커패시터 C4 그리고 방전용 저항 R1을 제어회로 전원단으로 구성되고, 전압 조정용 제너다이오드 Dz와 릴레이 구동을 위한 반도체 스위칭 소자 SCR, 트립회로 동작을 위한 릴레이 RL 그리고 전류제한용 저항 R2와 R3으로 제어회로를 구성하였다. 또한 릴레이 동작의 유무를 표시하기 위하여 LED를 부가하였다.
성능/효과
동일조건에서 측정한 상기 기존의 열동 과전류계전기와 제안한 결상 보호장치의 동작특성을 분석해보면, 기존 열동 과전류계전기의 경우 전기화재의 요인이 되는 결상사고에 대해 지연된 동작 차단시간에 의한 비 신뢰성과 특히 경부하시에는 오동작과 동작불능의 문제점을 보였으나, 제안한 결상 보호장치는 양호한 차단 응답특성과 높은 신뢰성을 보였다.
제안한 결상 보호회로는 3상 성형 결선한 커패시터의 합성전위와 중성점의 전위차를 이용한 제어기법과 고속의 반도체 소자를 이용한 회로 토폴로지로 설계하여 감지속도와 정밀도를 향상시켰다. 또한 기존의 결상보호용으로 사용되는 열동 과전류계전기나 전자식 모터 보호계전기의 저속 응답특성과 비신뢰성의 문제점을 해결하였다.
제안한 결상 보호장치는 여러 차례의 사고발생 시뮬레이터에 의한 실측분석을 통해 그 성능과 실용성이 입증되었으며, 제어장치의 구조와 제어방식이 간단하여 소형·경량으로 설계제작이 가능하였고 이에 따른 제작비용의 감소와 현장의 3상 전동기 제어반에 용이하게 설치할 수 있는 장점이 부여되었다.
제안한 결상 보호회로는 3상 성형 결선한 커패시터의 합성전위와 중성점의 전위차를 이용한 제어기법과 고속의 반도체 소자를 이용한 회로 토폴로지로 설계하여 감지속도와 정밀도를 향상시켰다. 또한 기존의 결상보호용으로 사용되는 열동 과전류계전기나 전자식 모터 보호계전기의 저속 응답특성과 비신뢰성의 문제점을 해결하였다.
후속연구
그 결과 제안한 결상 보호장치는 3상 전동기를 보호하고 결상으로 발생하는 전기화재를 최소화시키고, 이상전압 발생에 의한 전력계통의 불안정한 운전을 해소시켜 각종 전기사고를 예방할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
3상 전동기를 이용하는 3상 전력계통에서 1상이 결상되는 경우 어떻게 되는가?
3상 전동기를 이용하는 3상 전력계통에서 1상이 결상되면 계통에는 불평형 전류가 흐르거나 단상전력이 공급되어 전동기 코일의 과전류로 인한 화재발생은 물론 전력계통에 큰 피해를 주게 된다. 최근 3상 전동기 결상검출 방식으로는 열동 과전류계전기와 전자식 모터 보호계전기가 대다수 이용되고 있으며, 이들은 선로의 과열이나 과전류가 발생되면 검출하고 차단기를 동작시키는 방식으로 감지속도가 느리고 오동작과 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
참고문헌 (9)
행정안전부, "2010년도 화재통계연보"(2010).
한국전기안전공사, "전기재해 통계분석"(2010).
동양기술단, "전압위상감지방식 결상보호기술", 전기의 세계, Vol.55, No.4, p.16(2006).
김성호, "저압모터는 왜 결상보호를 해야만 되는가", 계장기술, No.11, pp.1-4(2002).
Y. Yamagata, S. Nishiwaki, T. Koshizuka, N. Takahashi, and M. Kosakada, "Ferro resonance by Open-Phase on Transformer with Delta Winding and Grounded Neutral", Transmission and Distribution Conference IEEE/PES, Vol.1, No.1, pp.292-296(2002).
(주)LS산전, "배선용차단기와 누전차단기 및 열동형 과부하계전기 기술자료"(2007).
최규하 외, "차단기류 오동작 분석을 위한 전원왜형장치 설계 및 개발", 전력전자학회 논문지, Vol.11, No.5, pp.480-488(2006).
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