KR100218381B1

KR100218381B1 - 복합계전장치 및 그의 제어방법

Info

Publication number: KR100218381B1
Application number: KR1019960020805A
Authority: KR
Inventors: 김영돈
Original assignee: 이종수; 엘지산전주식회사
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 1999-09-01
Also published as: KR980006695A

Abstract

본 발명의 복합계전장치는, 입력측에는 전류변환기(CT_R, CT_S, CT_T)의 2차측과, 전압변환기(PT_RS, PT_ST)의 2차측과 개방삼각 결선된 전압변환기(PT1,PT2,PT3)의 2차측 및 영상변류기(ZCT)의 2차측과 연결되며, 출력측에는 트립/알람 접점이 접점출력을 출력하기 위해 교류 차단/접촉기의 여자코일과 연결되어 구성되며, 기존 배전반에 적용되는 주요 보호계전기의 보호기능을 디지털 방식으로 구현함과 동시에 일체화하여 하나의 장치 내에 탑재함으로써 상호독립적으로 신호를 센싱하여 교류를 차단 및 접촉제어하는데 사용되었던 배선들과 변성기 회로를 크게 감소시켜 배전반의 설비를 간략화하고 이에따라 제작비용을 절감할수 있으며, 복합계전기능이 한 장치내에서 동일한 전기량 연산 알고리즘과 정정방식으로 수행되므로 각 계전요소에 대해 해당 보호점별로 최적의 보호협조가 가능하며, 각 계전기들을 하나의 장치내에 구축하고 통신모듈을 탑재함으로써 복합계전기능을 수행하다가 어느 한 계전요소라도 고장이 검출되면 고장발생 순으로 고장종류 및 고장데이타를 저장하였다가 중앙감시반에 전송함으로써 별도의 부가장치 없이 종합적인 감시반을 구성할 수 있는 효과가 있다.

Description

복합계전장치 및 그의 제어방법

제1도는 종래의 기술에 의한 디지털 배전반의 구성을 도시한 것.

제2도는 종래의 기술에 의한 계전장치의 구성을 도시한 것.

제3도는 본 발명에 의한 복합계전장치와 디지털 배전반의 구성을 도시한 것.

제4도는 본 발명에 의한 복합계전장치의 상세한 구성을 도시한 것.

제5도는 본 발명에 의한 복합계전장치의 제어방법을 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 복합계전장치 101: 계기용 변성기부

102 : 입력변환부 103 : 저역통과필터

104 : 멀티플렉서 105 : 이득증폭부

106 : 역가산부 107 : 중앙처리장치

108 : 아날로그/디지털 변환기 109 : 제1메모리

110 : 딥 스위치 설정부 111 : 버튼 스위치 입력부

112 : 표시부 113 : 접점신호 출력부

114 : 통신모듈 115 : 제2 메모리

본 발명은 계전장치에 관한 것으로, 특히 상호 독립적으로 분리되어 있는 여러 계전기들을 하나의 장치로 통합하여 배전반 전력에 대한 복합적인 감시 및 보호기능을 수행하기 위한 복합계전장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전력 수용가에서 운용되는 여러 전기기기를 보호하고 차단기와 개폐기 등과 같은 제어기기를 제어하기 위해서는 배전반에서 일어나는 각종 고장을 감지하여 보호기능을 수행하는 계전장치가 필요하다.

계전장치는 상기와 같이 배전반의 각종 전기량(전압, 전류, 영(Ø)상전류, 영(Ø)상전압, 주파수등)을 감지하고 정상운전시의 값과 비교하여 양적으로나 전기량 상호간의 위상관계에 대해 미리 정해 놓은 기준치를 벗어난 경우에 해당 보호대상을 전력원으로부터 분리시키기 위해 각종 차단기나 개폐기를 동작시키기 위한 제어기능을 수행하는 장치로, 안정된 전력공급을 위해 대규모 전력을 사용하는 대부분의 공장, 빌딩, 공공건물 등에는 계전장치가 탑재된 배전반이 설치되어 있다.

제1도는 종래의 기술에 의한 디지털 배전반을 도시한 것으로, 각각의 전류변환기(Current Transformer : CT_R,CT_S,CT_T)를 이용하여 배전선 R상, S상, T상으로부터 전류를 감지 및 보호하는 과전류 계전기(Over Current Relay : OCR_R, OCR_S,OCR_T)(5,5',5)와, 지락영(Ø)상전류를 입력전기량으로 하여 지락고장을 검출하고 접지배전계통에 대한 지락보호기능을 수행하기 위한 지락과전류계전기(Over Current Ground Relay : OCGR)(6)와 상기 배전선에 나타나는 선간 전압을 감지하여 보호기능을 수행하기 위한 과전압계전기(Over Voltage R_ELAY: OVR)(1) 및 부족전압계전기(Under Voltage Relay : UVR)(2)와, 영상변류기(Zero Current Transformer : ZCT)(8)를 이용하여 상기 3상이 배전선에서 지락사고시 발생되는 영상전류를 감지하고 지락영상전압을 감지하여 영상전류크기, 영상전압크기 및 이들간의 위상차로 동작하는 방향성 선택지락계전기(Selective Ground Relay : SGR)(3)와, 지락영(Ø)상전압을 입력으로 하여 지락고장을 검출하고 비접지배전계통에 대한 지락보호기능을 수행하기 위한 지락과전압계전기(Over Voltage Ground Relay : OVGR)(4)등이 독립적으로 연결되어 교류 차단/접촉기(7)를 제어한다.

상기 각 계전기들의 동작을 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 과전류 계전기(OCR_R, OCR_S, OCR_T)(5,5',5)는 각각 상기 배전선을 흐르는 전류를 감지하여 정상치 이상이면 상기 교류 차단/접촉기(7)에 동작지령을 내리고, 지락과전류 계전기(OCGR)(6)는 접지배전계통 보호용 지락과전류 계전기로서 3상전류의 백터합으로 나나타는 접지배전계통의 영상전류를 감지하여 정상치 이상이면 상기 교류 차단/접촉기(7)에 동작신호를 내리며, 상기 과전압계전기(OVR)(1)와 부족전압계전기(UVR)(2)는 각각 상기 배전선의 전압을 감지하여 정상치보다 크거나 작으면 상기 교류 차단/접촉기(7)에 동작지령을 내리며, 상기 지락과전압계전기(OVGR)(4)는 상기 비접지 배전계통의 경우에 3상의 전압의 백터합으로부터 얻어지는 영상전압을 감지하여 미리 지정한 기준치 이상이면 고장으로 판별하여 상기 교류 차단/접촉기(7)에 동작신호를 내리며, 상기 방향성 선택지락 계전기(SGR)(3)는 비접지 배전계통에서 지락고장 발생시 자회선 고장시에만 선택적으로 고장을 판별하기 위한 계전요소로 상기 영상변류기(ZCT)(8) 2차측을 통해 비접지 배전 계통의 지락고장시 발생되는 미세한 영상전류를 센싱하며, 상기 지락과전압계전기(OVGR)(4)와 동일하게 영상전압을 센싱, 영상전류 및 영사전압의 크기가 기준치 이상이고, 이들간의 위상차가 정정범위 이내이면 자회선 고장이라 판별하여 상기 교류 차단/접촉기(7)에 동작지령을 내린다.

그리고 상기와 같은 종래의 디지털 배전반 구성에서는, 제각기 단품형의 계전기가 독립적으로 보호기능을 수행해야 하므로 제2도에 도시한 바와 같이 계전기 각각이 고유의 신호검출부(20)와, 아날로그/디지탈 변환하기전에 적당한 신호레벨로 입력 아날로그 신호를 변환하는 입력신호 변환부(30)와, 아날로그/디지탈 변환기를 통해 디지탈 신호로 변환된 값을 이용하여 보호알고리즘을 수행하는 중앙처리장치부(40)와, 정정치와 계측치를 표시하기 위한 표시부(50)와, 고장검출시 외부 차단기 회로로 접점신호를 출력하기 위한 접점출력부(60)등을 가지고 있으며, 이러한 내부구성을 가진 독립적인 계전기들은 보호필요성에 따라 요구되는 계전요소별로 배전반에 설치한다.

즉, 종래의 계전장치는, 각각의 계전기가 상기와 같이 계전요소별로 배전반에 설치되어 서로 독립적으로 동작하므로 설치비용이 증가하고 배전반의 한 보호점에 설치된 각각의 계전기가 동일 제작회사의 제품이아닌 경우 보호방식이 다르거나 접점방식이 달라 보호협조가 어려우므로 최적의 보호기능을 수행하는 것이 매우 힘들며, 또한 상기 계전기들을 중앙감시반과 연계동작시키려면 통신방법이 다르기 때문에 각각의 제작사에서 제공하는 별도의 통신 옵션(option)을 추가해야 하는등 많은 문제점들이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 기존배전반에 적용되는 주요 보호 계전기의 보호기능을 일체화시키고 디지털 방식으로 구현함으로써 배전반 전력에 대한 복합적인 감시 및 보호기능을 수행하며, 보호기능의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 복합계전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 복합계전장치를 효율적으로 제어할 수 있는 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합계전장치는, 입력측에는 전류변환기(CT_R, CT_S, CT_T)의 2차측과, 전압변환기(PT_RS, PT_ST)의 2차측과 개방삼각 결선된 전압변환기(PT1, PT2, PT3)의2차측 및 영상변류기(ZCT)의 2차측과 연결되며, 출력측에는 트립/알람 접점이 접점출력을 출력하기 위해 교류 차단/접촉기의 여자코일과 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합계전장치의 제어방법은, 각 계전요소로부터 입력되는 신호를 채널별로 디지털 값으로 변환시키고 차단지령의 출력 유,무를 판단하는 제1과정과, 상기 제1과정에서 이미 차단지령이 출력되어 있다면 채널별 디지털 값을 데이터 블럭과 고장 데이터블럭에 이동저장시키고 중앙감시반에 전송할 고장정보를 구성하는 제2과정과, 상기 제1과정에서 아직 차단지령이 출력되어 있지 않다면 순차적으로 각 계전요소별 고장검출루틴을 수행하고 고장시 해당 고장정보를 셋팅하는 제3과정과, 상기 해당고장정보에 따라 고장발생시 교류를 차단 또는 고장 해제시 교류를 차단해제하는 제4과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하고자한다.

본 발명의 복합계전장치는, 제3도에 도시한 바와 같이 전류변환기(CT_R,CT_S,CT_T)의 2차측과 연결되어 3상 전류(IR,IS,IT)를 입력받고, 영상변류기(8)의 2차측과 연결되어 영상전류(IØ)를 입력받으며, 전압변환기(PT_RS, PT_ST)의 2차측과 연결되어 전압(V,RS,VST)을 입력받으며 개방결선되어 있는 전압변환기(PT1,PT2,PT3)를 통해 합해진 영상전압(VØ) 또한 내부에서 보호알고리즘을 수행한 결과 고장유무에 따라 교류를 차단 또는 접촉하도록 트립/알람 접점이 교류 차단/접촉기의 여자코일과 연결되도록 구성된다.

그리고 상기 복합계전장치(100)는, 내부가 제4도에 도시한 바와 같이 상기 3상전류(IR,IS,IT)와 영상전류(IØ), 영상전압(VØ) 및 전압(VRS, VST)을 입력으로 하여 후술하는 중앙처리장치(107) 내부의 아날로그/디지탈 변환기(108)에서 처리할 수 있도록 신호범위를 변환하기 위한 계기용 변성기부(101) 및 입력변환부(102)와, 신호 샘플링(sampling)시 엘리아싱(alasing)을 방지하기 위해 상기 입력변환부(102)의 출력(VRS', VST', VØ', IR', IS', IT', IØ')으로부터 고주파 영역의 신호를 제거하기 위한 저역통과필터(103)와, 체널제어신호에 따라 상기 저역통과필터(103)의 출력을 중앙처리장치(107) 내의 아날로그/디지탈 변환기(108)에 한 채널씩 공급하기 위한 아날로그형 멀티플렉서(104)와, 이득제어신호에 따라 상기 멀티플렉서(104)의 출력신호를 프로그램 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier)를 이용하여 소신호영역을 증폭하기 위한 이득증폭부(105)와, 상기 이득증폭부(105)의 출력을 역(inverting)가산하기 위한 역가산부(106)와, 상기 역가산부(106)의 출력을 상기 아날로그/디지탈 변환기에서 디지털 값으로 변환시키면 상기 디지털 값으로부터 고장을 검출하여 보호알고리즘을 수행하기 위한 중앙처리장치(107)와, 상기 중앙처리장치(107)와 데이터버스(116)를 통해 연결되어 사용자가 계전요소별 각종 정정치를 정정할 수 있도록 하기 위한 버튼스위치 입력부(111)와, 상기 데이터 버스(116)를 통해 상기 중앙처리장치(107)와 연결되어 상기 각종 정정치 및 현배전반에 입력되는 각종 전기량을 표시하기 위한 표시부(112)와, 상기 중앙처리장치(107)의 고장판별결과에 따라 상기 트립/알람 접점을 스위칭하기 위한 접점신호 출력부(113)로 구성되며, 상기 중앙처리장치(107)와 연결되어 고장판별시 고장정보를 중앙감시반에 전송하기 위한 통신모듈(114)이 상기 데이터 버스를 통해 연결된다.

또한 상기 복합계전장치는, 보호대상에 따라 모든 계전요소를 다 사용하지 않고 일부만으로 최적의 보호협조가 가능할수도 있으므로 상기 데이터 버스를 통해 딥 스위치 설엉부(110)를 연결하여 일부 계전요소기능만을 선택할 수 있도록 하며, 상기 중앙처리장치(107)에 제1메모리(109)로서 이이피롬(EEPROM)을 연결하여 각종 계전요소의 정정치를 백업하며, 상기 통신모듈(114)에는 제2메모리(115)로서 비휘발성 램(RAM)을 연결하여 고장발생시 고장정보를 백업한다.

즉, 상기 통신모듈(114)에서는 상기 처리부에서 고장판별시에 고장발생 시간 순으로 고장 상(phase), 고장 종류, 고장 데이터를 저장하였다가 중앙감시반에 정보를 전송함으로써 원방제어를 용이하게 하며, 최대 255대까지 네트웍(network) 구성이 가능하도록 한다.

한편 제5도를 참조하여 상기 중앙처리장치(107)에서 수행되는 보호알고리즘을 살펴보면, 제1과정(S1)은 상기 아날로그/디지탈 변환기로 입력되는 선간전압(VRS', VST'), 영상전압(VØ'), 3상전류(IR', IS', IT'), 영상전류(IØ') 각각의 신호를 디지털 값으로 변환하는 과정으로서, 총 7채널의 신호에 대한 변환이 모두 끝날때까지 디지털 변환을 수행하며, 이후에는 현재 이미 고장이라고 판단하여 차단지령이 출력되어있는 상태인지를 판단하고 차단지령이 이미 출력되어 있는 상태라면 제2과정(S2)을 아직 차단지령이 출력되지 않은 상태라면 제3과정을(S3)을 수행한다.

상기 제2과정(S2)에서는 디지털 값으로 변환된 각 체널의 신호값을 제2 메모리의 데이터 블록(DATA-BLOCK)과 고장 데이터 블록(FAULT_DATA_BLOCK)에 이동저장한다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 데이터 블록(DATA_BLOCK)은 이후의 고장검출 알고리즘을 수행하는데 이용되는 입력신호의 디지털 값이 저장되며, 상기 고장 데이터 블록(FAULT_DATA_BLOCK)은 중앙감시반에 전송할 고장정보의 데이터 프레임을 구성하는데 쓰인다.

한편 상기 제2과정(S2)에서는, 이미 고장이 검출되어 차단지령이 출력되어 있는 상태이므로, 상기 제1과정(S1)을 통해 디지털 값으로 변환된 각 채널의 신호값을 상기 데이터 블록과 고장 데이터 블록으로 이동저장하며, 이때 상기 고장 데이터 블록이 채워지지않고 남아 있으면 다시 제3과정으로 가서 제4과정(S4)까지 수행한 후 제1과정으로 리턴함으로 고장 데이터 블록이 고장데이타로 모두 채워질때까지 기다린다.

그리고 상기 데이터 블록과 고장 데이터 블록이 다 채워지면 고장 데이터 블록의 데이터를 이용하여 중앙감시반에 전송할 고장정보 데이터프레임을 구성하는 고장 데이터 기록 서비스 루틴을 활성화시킨다.

이어서 상기와 같이 각 채널의 디지털 값이 이동 저장되면 OCR 고장검출루틴, OCGR 고장검출루틴, OVR 고장검출루틴, UVR 고장검출루틴, OVGR 고장검출루틴, SGR 고장검출루틴이 순차적으로 수행되며, 각각의 고장검출 루틴을 수행한 결과 고장이라고 판단되면 해당 고장에 대한 정보를 셋팅하여 두었다가 다음의 제4과정(S4)에서 차단지령발생을 판단하도록 제공한다.

그리고 제4과정(S4)에서는 상기 제2과정(S2)의 수행결과 고장이 발생되었다면 해당 고장에 대한 정보가 셋팅되어 있으므로 어느 하나의 계전요소라도 고장을 검출하는 경우 상기 디지털 접점 출력 처리부에 차단지령을 내리고, 고장이 검출되지 않은 경우 차단지령을 내리지 않거나 이미 기존에 내려진 차단지령을 해제하며, 이 과정이 같나면 한 샘플점에 대한 모든 채널의 보호기능이 수행된 것이므로 다시 제1과정으로 리턴(return)한다.

이상에서와 같이 본명에 의하면, 기존 배전반에 적용되는 주요 보호계전기의 보호기능을 디지털 방식으로 구현함과 동시에 일체화하여 하나의 장치 내에 탑재함으로써 상호독립적으로 신호를 센싱하여 교류를 차단 및 접촉제어하는데 사용되었던 배선들과 변성기 회로를 크게 감소시켜 배전반의 설비를 간략화하고 이에따라 제작비용을 절감할 수 있으며, 복합계전기능이 한 장치내에서 동일한 전기량 연산 알고리즘과 정정 방식으로 수행되므로 각 계전요소에 대해 해당 보호점별로 최적의 보호협조가 가능하며, 각 계전기들을 하나의 장치내에 구축하고 통신모듈을 탑재함으로써 복합계전기능을 수행하다가 어느 한 계전요소라도 고장이 검출되면 고장발생 순으로 고장종류 및 고장데이타를 저장하였다가 중앙감시반에 전송함으로써 별도의 부가장치 없이 종합적인 감시반을 구성할수 있는 효과가 있다.

Claims

전류변환기(CT_R, CT_S, CT_T)의 2차측과, 전압변환기(PT_RS, PT_ST)의 2차측과 개방삼각 결선된 전압변환기(PT1,PT2,PT3)의 2차측 및 영상변류기(ZCT)의 2차측과 연결되어 있는 입력측과 트립/알람 접점이 접점출력을 위해 교류 차단/접촉기의 여자코일과 연결되어 있는 출력측과, 상기 전류변환기와 전압변환기 및 영상변류기의 출력을 입력으로하는 계기용 변성기부와, 상기 계기용 변성기부와 함께 상기 전류변환기와 전압변환기 및 영상변류기의 출력을 내부처리가능한 범위로 변환시키기 위한 입력변환부와, 상기 입력변환부의 출력으로부터 고주파 영역의 신호를 제거하기 위한 저역통과필터와, 상기 저역통과필터의 출력을 중앙처리장치에 한 채널씩 공급하기 위한 멀티플렉서와, 상기 멀티플렉서의 출력 중 소신호영역을 증폭하기 위한 이득증폭부와, 상기 이득증폭부의 출력을 역가산하기 위한 역가산부와, 상기 역가산부의 출력으로부터 그출력을 디지털 하기 위한 아날로그/디지탈 변환기 및 그로부터 고장을 검출하여 보호알고리즘을 수행하기 위한 중앙처리장치와, 상기 중앙처리장치와 연결되어 각 계전요소의 정정치를 백업하기 위한 제1메모리부와, 상기 중앙처리장치와 연결되어 고장발생시 고장정보를 저장하기 위한 제2메모리부와, 상기 중앙처리장치와 연결되어 고장판별시 고장정보를 중앙 감시반에 전송하기 위한 통신모듈과, 보호대상에 따라 일부 계전요소기능만을 수행하도록 선택하기 위한 딥스위치 설정부와, 사용자가 계전요소별 각종 정정치를 정정할 수 있도록 하기 위한 버튼스위치 입력부와, 상기 각종 정정치 및 현 배전반에 입력되는 각종 전기량을 표시하기 위한 표시부와, 상기 중앙처리장치의 고장판별결과에 따라 상기 트립/알람 접점을 스위칭 하기 위한 데이터 출별부로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 복합계전장치.
복합계전장치의 각 계전요소로부터 입력되는 신호를 채널별로 디지털 값으로 변환시키고 차단지령의 출력 유,무를 판단하는 제1과정과 상기 제1과정에서 이미 차단지령이 출력되어 있다면 채널별 디지털 값을 데이터 블록과 고장 데이터블럭에 이동저장시키고 중앙감시반에 전송할 고장정보를 구성하는 제2과정과, 상기 제1과정에서 아직 차단지령이 출력되어 있지 않다면 각 계전요소를 하나씩 순차적으로 각 계전요소별 고장검출루틴을 수행하고 고장시 해당 고장정보를 셋팅하는 제3과정과, 상기 해당고장정보에 따라 고장발생시 교류를 차단 또는 고장 해제시 교류를 차단해제하는 제4과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합계전 장치의 제어방법.