KR0133658B1 - 고장형태를 탐지할 수 있는 3상 주 시스템의 보호 회로 차단기를 위한 고체트립장치 - Google Patents

고장형태를 탐지할 수 있는 3상 주 시스템의 보호 회로 차단기를 위한 고체트립장치

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KR0133658B1
KR0133658B1 KR1019900005990A KR900005990A KR0133658B1 KR 0133658 B1 KR0133658 B1 KR 0133658B1 KR 1019900005990 A KR1019900005990 A KR 1019900005990A KR 900005990 A KR900005990 A KR 900005990A KR 0133658 B1 KR0133658 B1 KR 0133658B1
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Abstract

본 발명의 3상 메인 시스템 보호회로 브레이커(breaker)의 고상트립장치는 메인 시스템 컨덕터에 흐르는 전류(I1,I2,I3,IN)를 제1한계(S1)와 비교하고 또 상기 제1한계(S1) 보다 더 높은 제2한계(S2)와 비교하는 폴트(fault) 형태 검출회로를 포함한다. 상기 트립장치는, 전류의 제1수가 상기 제1한계(S1)보다 작은 경우와 잔류의 제2수가 상기 제2한계보다 더 큰 경우에, 소정 형태의 폴트, 즉 단상 또는 2개의 직렬극을 나타내는 신호를 인가한다.

Description

고장형태를 탐지할 수 있는 3상 주 시스템의 보호 회로 차단기를 위한 고체트립장치
제1도는 본 발명이 시행될 수 있는 트립장치의 개략 블록도.
제2도는 본 발명에 따른 고장형태 탐지수단의 바람직한 실시예를 나타낸 도.
제3도는 시스템의 도체내의 최대전류에 의하여 나타낸 저감도(desensitized) 접지 고장 트리핑 한계를 나타낸 도.
본 발명은 3상 주 시스템(three-phase mains system)을 보호하기 위해 설계된 전기회로 차단기의 고체트립 장치에 관한 것으로, 전류 탐지수단과, 주 시스템 도전체내에 흐르는 전류에 비례하는 송출 아날로그 신호와, 상기 신호가 전치한계(preset thre-sholds)를 초과할 경우에 상기 신호가 가해지고 회로차단기 트리핑 명령(tripping order)을 송출하는 전자 처리 장치를 포함한다.
종래의 트립장치는 시스템의 한개 이상의 위상에 영향을 끼치는 고장들 간의 구분없이, 종래의 보호기능, 뚜렷한 긴 시간지연, 짧은 시간 지연, 그리고 순간적 트리핑, 혹은 접지 고장보호를 실행한다. 몇가지 경우에 종래의 트립장치는 3상에 영향을 끼치는 고장과 동일한 방식으로 불평형 고장을 처리할때 적절한 보호를 하지 못한다.
본 발명에 따라서, 이와같은 결점은 고장형태 탐지 수단을 포함한 전자 처리 장치에 의해 극복되는데, 상기 탐지 수단은 상기 신호를 제1한계와 비교하는 비교수단과, 상기 신호를 제1한계보다 더 높은 제2한계와 비교하는 비교수단과, 최소한 신호의 제1예정수가 제1한계보다 더 낮은지와 최소한 신호의 제2예정수가 제2한계보다 더 높은지를 결정하는 수단을 포함한다.
제1실시예에 따라서, 단상 고장은 시스템의 2개 도전체, 중성을 가진 3상 시스템인 경우에는 3개 도전체 내에 제1한계(예를 들어 1.5In정도) 보다 낮은 전류가 흐르고, 그리고 시스템의 나머지 다른하나의 도체내에 제2한계(예를 들어 5In) 보다 큰 전류가 흐르는 것을 확인하므로써 탐지된다.
단상 고장이 탐지될때 고장 형태 탐지 수단에 의해 송출된 신호는 전자 처리 장치에 의해 사용된다.
긴 그리고 짧은 시간 지연 보호가 3상 고장의 경우에는 잘맞지만 단상 고장의 경우에는 주 시스템이 불평형을 이루면서 매우 느리다. 이러한 고장 형태의 탐지는 전자처리장치가 길거나 짧은 시간 지연 기능을 분류(Shunt) 하거나 회로 차단기를 더 빨리 개방할 수 있게 한다.
본 발명의 제2실시예에 따라서, 중성을 가진 3상 시스템에서의 2개의 직렬극(two series pole) 형태 고장은 시스템의 2개 도체내에 제1한계(예를 들어 In 정도) 보다 낮은 전류가 흐르고, 그리고 제2한계(예를 들어 2 또는 2In 정도)보다 큰 전류가 흐르는 것을 확인하므로써 탐지된다.
특정한 실시예에 따라서, 측정신호가 전치한계를 초과할때 전자 처리 장치는 접지 고장 보호기능 및 접지 고장 보호 감각(desensitization) 수단을 포함하므로 고장형태 탐지 수단으로부터의 출력신호는 2개의 직렬극 형태고장이 나타날 때 상기 감각수단을 억제한다.
다른 이점 및 특징은 첨부된 도면 및 실시예에 대한 설명으로부터 분명하게 된다.
제1도에서, 3개의 위상 1,2,3의 도체 3개와 한개의 중성 도체 N을 포함하는 3상 전기분배 시스템은 개방위치에서 회로를 단속할 수 있는 회로 차단기(10)를 포함한다. 회로 차단기(10)의 기구(10)는 과부하 또는 단락회로에서 회로차단기의 트리핑을 제어하는 유극 계전기(14)에 의해 제어된다. 이들 각각의 도체(1,2,3,N)는 관련 도체내에서 흐르는 전류를 나타내는 아날로그 신호를 송출하는 전류 변압기(16)와 관련되어 있다. 이들 신호는 정류회로(18)에 가해지는데, 이 정류회로의 출력(I1,I2,I3 및 IN)은 전자처리장치(20)에 가해진다. 전자처리장치의 출력은 유극 계전기(14)를 제어한다.
트립장치는 시스템내에 고장이 발생할때 표준 보호기능, 뚜렷히 긴 시간 지연 및/또는 짧은 시간 지연 트립을 수행한다. 본 발명의 기술분야의 전문가에게 잘 알려진 이들 보호기능에 대해 상세한 설명을 가하는 것은 불필요하다.
본 발명에 따라서, 장치 20는 제2도의 고장 형태 탐지 수단을 포함한다.
시스템의 도체내에서 흐르는 전류를 나타내는 신호 I1,I2,I3 및 IN은 고장형태 탐지 수단의 입력에 가해진다.
제2도에서, 이들 신호는 제1열의 연산 증폭기(22~28)의 비변환 입력상에 있다. 제1열의 모든 증폭의 변환 입력들은 하나의 한계 전압 S1에 연결되어 있다. 이런식으로 제1열의 증폭기로부터 나온 출력 신호 A1,A2,A3,A4는 대응 입력전류 I1,I2,I3,IN이 한계 S1 보다 클때 각각 논리레벨 1로 변환된다.
비슷하게, 제2열의 연산증폭기(30~36)는 비변환 입력상에 각각의 전류 I1,I2,I3,IN를 받고, 변환 입력에는 하나의 한계전압 S2가 접속되어 있다. 그러므로 제2열의 증폭기로부터의 출력 신호 A5,A6,A7,A8은 대응 입력 신호 전류가 한계 S2보다 클때 각각 논리 레벨 1로 변환한다.
제1열의 증폭기(22~28) 출력(A1~A4)은 저항(R1~R4)에 의해서 연산증폭기(38)의 변환 입력에 접속되어 있는데, 이 변환 입력은 또한 저항 R10에 의하여 공급 전압 Vcc에 연결되어 있다. 그리고 이 공급전압은 또한 모든 연산 증폭기에 공급된다. 증폭기 38의 비변환 입력은 기준 전압 S4에 연결되어 있다.
제2열의 증폭기(30~36) 출력(A5~A8)은 저항(R5~R8)에 의하여 연산증폭기 40의 비변환 입력에 각각 접속되어 있고, 이 비변환입력은 또한 저항 R10에 의하여 공급전압 Vcc에 연결되어 있다. 그리고 증폭기 40의 변환 입력은 기준 전압 S4에 연결되어 있다.
증폭기 38,40의 출력 A9와 A10은 각각 제1 및 제2다이오우드 D1,D2의 음극에 접속되어 있고, 상기 다이오우드의 양극에는 고장형태 탐지 회로의 출력 A와, 그리고 저항 R11에 의하여 공급 전압이 접속되어 있다.
제2도에 따른 고장형태 탐지 회로의 동작이 이하에 기술된다.
증폭기 38의 변환 입력에 접속된 모든 저항(R1~R4 및 R9)은 동일하며, 이 입력에 가해진 신호 B1은 다음의 값을 취한다.
모든 측정 전류가 한계 S1보다 낮을때 즉 A1=A2=A3=A4=0일때; B1=Vcc/5
전류중 하나가 S1보다 클때 ; B1=2Vcc/5
전류중 두개가 S1보다 클때 ; B1=3Vcc/5
전류중 세개가 S1보다 클때 ; B1=4Vcc/5
전류 모두가 S1보다 클때, 즉 A1=A2=A3=A4=1일때; B1=Vcc 비슷하게 증폭기 40의 비 변환 입력에 접속된 모든 저항(R5,R8 및 R10)은 동일하며, 이 입력에 가해진 신호 B2는 다음의 값을 취한다. 모든 측정 전류가 한계 S2보다 낮을때, 즉 A5=A6=A7=A8=0일때 ; B2=Vcc/5 전류 중 하나가 S2보다 클때 ; B2=2Vcc/5
전류중 두개가 S2보다 클때 ; B2=3Vcc/5
전류중 세개가 S2보다 클때 ; B2=4Vcc/5
모든 전류가 S2보다 클때, 즉 A5=A6=A7=A8=일때 ; B2=Vcc
증폭기 38로부터의 출력신호 A9는 B1이 기준전압 S3보다 낮은한 논리 레벨 1에 있고, B1이 S3보다 크게되면 논리 레벨 0으로 변환된다. 기준전압 S3의 선택은 논리레벨 0에서 신호 A1,A2,A3,A4의 수, 그러므로 한계 S1보다 낮은 전류의 수를 나타내는 A9상에서 신호가 얻어질 수 있게 한다. 비슷하게, 증폭기 40으로부터의 출력신호 A10은 B2가 기준전압 S4보다 낮은한 논리 레벨 0에 있고, B2가 S4보다 크게되면 논리 레벨 1로 변환한다. 기준전압 S4의 선택은 논리 레벨 1에서 신호 A5,A6,A7,A8의 수, 그러므로 한계 S2보다 큰 전류의 수를 나타내는 A10상에서 신호가 얻어질 수 있게 한다.
다이오우드 D1과 D2는 출력 A9과 A10 사이에서 논리 AND 기능을 수행한다. 고장 형태 탐지회로의 출력 A는 두개의 출력 A9과 A10 모두가 논리 레벨 1에 있을때에만 실제로 논리 레벨 1에 있다. 신호 A는 그러므로 전류의 한 예정수가 최소한 한계 S1(A9=1)보다 낮고 전류의 다른 한 예정수가 최소한 한계 S2(A10=1)보다 더 크다는 사실을 나타낸다.
한계 전압 S1,S2 및 기준 전압 S3 및 S4를 적당히 선택하므로써, 다른 형태의 고장이 탐지될 수 있다.
제1실시예에 따라서, 기준 전압 S3과 S4는 각각 다음과 같이 선택된다.
2Vcc/5S33Vcc/5
Vcc/5S42Vcc/5
이러한 조건하에서, 신호 A9는 최소한 3개의 전류가 S1보다 낮을때 논리 레벨 1에 있고, 신호 A10은 최소한 하나의 전류가 S2보다 클때 논리 레벨 1에 있다. 한계 전압 S2가 한계 전압 S1보다 더 크게되면, 고장형태 탐지 회로의 출력 신호 A는 3개의 전류가 S1보다 낮고 한 개의 전류가 S2보다 클때에만 논리 레벨 1로 변환한다. 이와같은 신호는 단상 고장을 나타낸다. 비한정적예로서, 한계전압 S1과 S2는 각각 1.5In 및 5In 정도 될수 있다.
비슷하게, 단상고장이 중성도체 N을 포함하지 않는 3상 시스템에서 탐지될 수 있다. 이 경우에 회로는 단지 3개의 입력(I1,I2,I3)을 포함하기 때문에 신호 A는 2개의 전류가 S1보다 낮고 한개의 전류가 S2보다 크다는 사실을 나타내어야 한다. 이것을 달성하기 위해서는 기준전압 S3과 S4는 다음과 같아야 한다.
Vcc/2S33Vcc/4
Vcc/4S42Vcc/2
다른 실시에에 따라서, 중성을 가진 3상 시스템에 있어서, 기준 전압 S3과 S4는 다음과 같아야 한다.
3Vcc/5S34Vcc/5
2Vcc/5S43Vcc/5
이러한 조건하에서, 신호 A9는 최소한 2개의 전류가 S1보다 낮을때 논리 레벨 1에 있고, 신호 A10은 최소한 2개의 전류가 S2보다 클때 논리 레벨 1에 있다. 한계전압 S2가 한계전압 S1보다 더 크게되면 고장형태 탐지회로의 출력신호 A는 2개의 전류가 S1보다 낮고 2개의 전류가 S2보다 클때에만 논리레벨 1로 변환한다. 이와같은 신호는 2개의 직렬극 고장, 시스템의 2개 도체내에 흐르는 S2보다 더 큰 동일한 고장전류를 나타낸다. 반면에 S1보다 낮은 비교적 약한 전류는 시스템의 다른 2개의 도체내에 흐른다. 비한정적 예로서, 전압 S1과 S2는 각각 In 및 2 또는 3In정도 될 수 있다.
특히 상기에서 기술된 실시예에서, 고장형태 탐지회로는 아날로그회로이다. 본 발명은 이와같은 형태의 실시예에 한정되어 있지 않다. 도리어 본 발명은 신호의 제1예정수가 제1한계 S1보다 낮고 신호의 제2예정수가 제2한계 S2보다 높다는 것을 동시에 결정할 수 있는 어떠한 수단에 의해서도 달성될 수 있다. 마이크로프로세서가 내장된 트립장치에서, 본 발명은 시스템의 도체를 통해 흐르는 전류로 나타낸 신호들(I1~IN)이 가해지는 마이크로프로세서에 의해 직접 달성될 수 있다.
단상 고장이 탐지될 경우에, 트립장치의 전자 처리 장치(20)는 긴 또는 짧은 시간 지연을 분류하고 회로 차단기를 고속 개방한다.
2개의 직렬극 형태 고장의 탐지는, 이것만으로서는, 접지보호기능을 수행하고 접지 보호 감각 수단을 포함하는 트립장치내에서 측정 신호가 전치한계를 초과할 때, 2개의 직렬극 형태 고장이 탐지될때 이들 감각 수단들을 억제하기 위하여 사용된다. 사실 다상 시스템에서, 시스템의 도체내의 전류가 특정한 한계, 예를들어 2In보다 높을때, 이들의 벡터합은 접지 고장이 없을때 조차도 0이 아니다. 이렇게 얻어진 신호는 의사접지 고장전류(false earth fault current)라고 부른다. 접지고장이 아닌 이 의사접지 고장전류에 기인한 회로차단기의 의사 트리핑을 피하기 위해서, 일반적으로 접지 보호 기능을 갖춘 종래의 회로차단기는 접지 보호 감각 시스템을 포함하고 있다. 이들 시스템은 위상중 하나에 흐르는 전류가 특정한 한계, 예를 들어 2In을 초과했을때 제3도에 나타난 것과 같이 접지 고장 트리핑 한계 Sh를 증가시키거나, 접지고장 신호를 감소시킬 수 있다. 만일 고장이 3상이라면 능률적인 이 보호는 경량 부하 위상 도체상에서 발생하는 접지고장을 차폐할 수 있는데, 만일 다른 2개의 위상 도체의 부하가 매우 크다면, 예를들어 도체내에 3In의 전류가 흐른다면, 이 도체상의 전류(예를들어, 제3도에서 0.6In)는 정규접지 고장 트리핑 한계(0.2In)보다 단지 약간 높다. 사실 이 경우에, 종래의 트립장치는, 예를들어 이 트리핑 한계 Sh를 탐지될 접지 고장(0.6In)보다 더 높은 값(제3도에서 0.8In)으로 증가시키므로써 접지 보호의 감도를 줄인다.
2개의 직렬극 형태고장이 시스템에 영향을 줄때 2개의 도체에는 위상과 진폭이 동일한 상대적으로 높은 전류 예를들어 3In가 흐르고, 의사접지 고장전류는 실질적으로 0이 된다. 그러면 접지 고장보호(I=3In에 대해 Sh=0,8In)의 감각은 경량 부하도체에 영향을 미치는 접지 고장(0.2In과 0.8In사이에 포함)이 탐지되지 못하게 한다. 하지만 회로 차단기는 2개의 직렬극에 영향을 미치면서, 짧은 시간 지연형태의 고장보다도 접지 고장에 더 빨리 반응해야만 한다. 2개의 직렬극 형태고장을 나타내는 신호 A를 받는 전자 처리 장치(20)는 접지 고장 보호의 감각을 억제하고, 그러므로 트립장치가 시스템의 다른 도체내의 접지고장을 탐지할 수 있게 한다. 이러한 억제에 필요한 수단에 대해 더 이상의 상세한 설명을 가하는 것은 불 필요하다. 이 억제는 종래의 방식, 즉 아날로그 수단이나, 마이크로프로세서 내장 트립장치의 경우에는 프로그래밍에 의해 달성될 수 있다.

Claims (9)

  1. 전류 탐지 수단(16)과, 주 시스템 도체내에 흐르는 전류에 비례하는 송출 아날로그 신호와, 상기 신호(I1,I2,I3,IN)를 받아서 상기 신호가 전치한계를 초과할 경우에 회로 차단기 트리핑 명령을 송출하는 전자 처리 장치(20)를 포함하는 3상 주 시스템을 보호하기 위해 설계된 전기회로 차단기의 고체트립장치에 있어서, 상기 전자 처리 장치는 고장형태 탐지 수단을 포함하고, 상기 고장 형태 탐지 수단은 상기 신호를 제1한계(S1)와 비교하는 수단(22,24,26,28)과, 상기 신호를 상기 제1한계보다 높은 제2한계(S2)와 비교하는 비교수단(30,32,34,36)과 최소한 신호의 제1예정수가 상기 제1한계보다 더 낮은지와 최소한 신호의 상기 제2예정수가 상기 제2한계보다 더 높은 지를 결정하는 수단(38,40,D1,D2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 트립장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고장 형태 탐지수단이 상기 제1예정수가 2이고 상기 제2예정수가 1일 때 단상 고장을 나타내는 신호(A)를 송출하는 것을 특징으로 하는 트립장치.
  3. 제1항에 있어서, 주 시스템이 중성을 가진 주 시스템이고, 상기 제1예정수가 3이고 상기 제2예정수가 1일때 상기 고장 형태 탐지수단이 단상고장을 나타내는 신호(A)를 송출하는 것을 특징으로 하는 트립장치.
  4. 제1항에 있어서, In은 정격회로 차단기 전류이고, 제1한계(S1)가 1.5In정도이고, 제2한계(S2)가 5In 정도인 것을 특징으로 하는 트립장치.
  5. 제1항에 있어서, 주 시스템이 중성을 가진 3상 시스템이고, 상기 제1예정수 및 제2예정수가 모두 2일때 상기 고장 형태 탐지수단이 2개의 직렬극 형태고장을 나타내는 신호(A)를 송출하는 것을 특징으로 하는 트립장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전자 처리 장치가 측정신호가 전치한계를 초과했을 때 접지 고장 보호 기능을 수행하는 수단과 접지 고장 보호의 감도를 줄이는 수단을 포함하고, 고장 형태 탐지 수단으로부터의 출력신호(A)가 2개의 직렬극 형태고장을 나타낼 때 상기 감도를 줄이는 수단을 억제하는 것을 특징으로 하는 트립장치.
  7. 제5항에 있어서, In이 정격회로 차단기 전류이고, 제1한계(S1)가 In정도이고, 제2한계(S2)가 2In 또는 3In 정도인 것을 특징으로 하는 트립장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전자 처리 장치(20)가 마이크로프로세서 내장 장치에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 트립장치.
  9. 제1항에 있어서, 제1한계(S1)에 대한 신호 비교수단이 연산증폭기(22,24,26,28)의 제1열에 의해 구성되고, 각 연산 증폭기가 이들의 비반전 입력상에 주 시스템 도체중의 하나에 흐르는 전류를 나타내는 신호(I1,I2,I3,IN)를 받고 이들의 반전입력상에는 상기 제1한계(S1)를 나타내는 신호를 받고, 상기 연산 증폭기의 출력(A1~S4)이 각각 저항(R1~R4)에 의해서 제1연산 증폭시(38)의 반전입력(B1)에 접속되고 저항(R9)에 의해서 공급전압(Vcc)에 접속되고, 상기 제1연산증폭기(38)는 비반전 입력상에서 상기 제1열의 연산 증폭기 출력(A1~A4)의 최소한 상기 제1예정수가 논리레벨 0에 있을 때는 상기 제1연산 증폭기의 출력(A9)이 논리레벨 1이 되도록 결정된 제1기준전압(S3)을 공급받고, 상기 제2한계(S2)에 대한 비교수단은 연산 증폭기의 제2열(30,32,34,46)에 의해 구성되고, 연산 증폭기의 제2열이 각각이 비반전 입력상에서, 주 시스템 도체중의 하나에 흐르는 전류는 나타내는 신호(I1,I2,I3,IN)를 받고 반전입력상에는 상기 제2한계(S2)를 나타내는 신호를 받고, 제2열 증폭기의 출력(A5~A8)이 각각 저항(R5~R8)에 의해서 제2연산증폭기(40)의 비반전 입력(B2)에 접속되며 저항(R10)에 의해서 공급전압(Vcc)에 접속되고, 상기 제2연산증폭기(40)가 반전입력상에서 제2열의 증폭기 출력(A5~A8)의 최소한 상기 제2예정수가 논리레벨 1에 있을 때 상기 제2연산증폭기(40)의 출력(A10)이 논리레벨 1이 되도록 결정된 제2기준전압(S4)을 공급받고, 제1 및 제2연산 증폭기(38,40) 출력(A9,A10)이 각각 제1 및 제2다이오드(D1,D2)의 음극에 접속되며 상기 다이오드들의 양극이 고장 형태 탐지 수단의 출력(A)에 접속되고 저항(R11)에 의해서 공급전압(Vcc)에 접속되는 것을 특징으로 하는 트립장치.
KR1019900005990A 1989-05-03 1990-04-27 고장형태를 탐지할 수 있는 3상 주 시스템의 보호 회로 차단기를 위한 고체트립장치 KR0133658B1 (ko)

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