KR100333432B1 - 지락전류억제장치및지락전류억제방법 - Google Patents

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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

전력계통의 대지 정전용량 보상용 중성점에 리액터(101∼109)를 직렬로 접속함과 동시에, 각 리액터에 병렬로 고속으로 온 ·오프할 수 있는 스위치(122∼129)를 접속하고, 샘플링시의 영상전류와 영상전압의 위상차로부터 지락사고 발생을 검지하고, 지락사고 발생시의 영상전류와 영상전압에 의거하여 최적의 대지 정전용량의 보상량을 연산함과 동시에, 스위치(122∼129)의 온 ·오프를 제어하여 상기 보상량에 알맞도록 리액터량을 변경하는 지락전류 억제장치.

Description

지락전류 억제장치 및 지락전류 억제방법
본 발명은 발전소로부터 수요가등의 부하에 전력을 공급하는 전력계통의 보호시스템에 관한 것으로, 특히 특별 고전압계 전력선의 지락 고장에 있어서의 중성점 접지장치의 소호 리액터, 배전계의 보상 리액터의 보상에 적합한 지락 전류 억제장치 및 지락 전류 억제방법에 관한 것이다.
전력의 공급에 있어서는 항상 지락 고장의 문제가 존재한다. 특히 현재와 같이 도시부의 배전계통의 지중 케이블화나 배전계통마다의 배전선 총길이의 증대에 따라, 또는 장래적으로는 배전용 변압기의 병렬 운전화에 의한 합계용량의 증가에 의하여 1선 지락 전류가 증가하는 경향에 있어, 이에 대한 대응이 요망되고 있다.
지락 전류의 억제에는, 전력선에 가변 리액터를 설치하는 방식이 잘 알려져 있다. 예를 들면, 22KV∼77KV의 특별 고압계의 소호(消弧) 리액터는 주변압기의 중성점과 대지간에 접속되어 송전선 고장시의 접지전류의 대부분을 차지하는 대지정전 용량분을 리액턴스에 의하여 상쇄하게 되어 있다. 소호 리액터를 사용하는 경우는 계통의 대지정전 용량을 완전 보상하는 것을 목표로 평상시 보상방식으로 하고 있다. 보상값은 송전선의 길이에 맞추어 설정하기 때문에, 계통구성이 변화했을 경우는 리액터를 정지하고, 수동전환을 행하고 있는 것이 현상이다.
그러나, 수동전환으로는 시간이 걸리므로 변화에 즉시 대응할 수 없으므로, 탭 선택을 자동화하는 장치가 제안되고 있다. 예를 들면, 일본국 특개 소57-193936호에는 미리 계통구성에 대응하는 대지정전용량에 맞춘 탭 전환기의 탭 위치를 설정하고, 차단기의 개폐기정보에 의거하여, 최적 탭 위치를 선택하는 방식이 개시되어 있다.
또, 6.6KV계의 배전선에 적용되고 있는 보상 리액터는 부족보상을 전제로 하여 상시보상 방식으로 하고 있다. 현상의 대지충전 전류최대치는 20A정도이고, 이것을 고려하여 일본에 있어서는 전기설비기술 기준에 정해져 있는 제 2종 접지공사를 행하고 있다. 보안의 확보는 지락 보호장치의 설치에 의하여 도모하고 있고, 이때문에 지락시의 영상전압을 확보할 목적으로 한류(限流)저항을 크게하고 있다.
이와 같이 종래의 전력선, 예를 들면 특별고압계의 전력선, 또는 배전계에 적용되고 있는 보상 리액터는 부족보상을 전제로 하여, 상시 보상방식을 취하고 있다. 그러나, 배전계통은 자동화 등에 의하여 항상 계통이 변화하는 데에 대하여 보상치는 이 변화에 따르지 못하며, 배전계통의 정전용량 보상의 최적화는 실질적으로 행해지고 있지 않다. 즉, 리액터의 최적치는 배전선 마다 다르고, 또 하루 하루의 계통운용에 의한 계통구성의 변화에 따라서도 변한다. 따라서, 지락전류 보상의 최적화를 고려했을 경우, 리액터를 적절히 변경할 수 있는 방식이 요망된다.
대지 정전용량의 보상도를 조정하는 방법으로서 보상용 리액터의 탭을 전환하는 방식이 알려져 있다. 그러나, 기계식의 것에서는 응답속도가 분(分) 오더이고, 또 전환빈도도 많게 할 수는 없다. 따라서, 이와 같은 기계식으로 행해지는 보상 리액터의 조정으로는 지락 고장이 발생했을 때에 즉시 대응할 수가 없어, 대응에 시간이 걸리게 된다. 다시 말하면, 지락 고장에 추종하여 조정할 수 없다. 이 때문에, 지락 고장의 대응에 있어서는 실질적으로 보상 리액터를 고정으로 하고 있는 것과 동일하다.
또, 상기한 바와 같이 도시부의 배전계통의 지중 케이블화나 배전계통당의 총길이의 증대 또는 장래적으로는 배전용 변압기의 병렬운전화에 의한 합계용량의 증가에 의하여 1선 지락 전류가 증가하는 경향에 있다. 1선 지락 전류가 증가하면, 제 2종 접지공사를 더욱 저저항화하기 위하여 접지저항을 병렬로 복수 설치해야만 하거나, 지락 보호 릴레이의 검출감도의 유지라고 하는 문제가 생긴다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 실정에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 전력계통의 보호시스템의 신뢰성의 향상을 도모하는데 있다. 또, 다른 목적은 지락 고장 발생 후에 신속하게 지락 전류 억제제어를 행하는 지락 전류 억제장치 및 억제방법을 제공하는데 있다. 또 다른 목적은 지락 보호 릴레이의 검출감도를 유지할 수 있는 지락 전류 억제장치를 제공하는데 있다. 또 다른 목적은 제 2종 접지공사를 다시 저 저항화할 필요가 없는 지락 전류 억제장치 및 억제방법을 제공하는데 있다.
상기 목적은, 전력계통의 대지정전용량 보상용 중성점 접지 리액터의 리액터량을 변경 가능한 지락 전류 제어장치에 있어서, 전력선의 전류를 검출하는 전류검출수단과, 이 전류검출수단에 의하여 검출한 검출치에 의하여 지락 고장 발생의 유무를 검지하는 지락 고장 검지수단과, 이 지락 고장 검지수단에 의하여 지락 고장이 발생한 것을 검지했을 때에 상기 검출치에 의거하여 상기 리액터량을 변경하는 리액터량 변경수단을 구비함으로써 달성된다.
이 경우, 대지정전용량은 변경된 리액터량에 의하여 보상되도록 하면 좋다. 이 보상은 평상시는 완전히 보상하는 값보다 낮은 미리 설정한 값에 리액터량을 정하여 개략적으로 보상되도록 해 두는 것이 바람직하고, 그 수단으로서는 예를 들면 고정 리액터가 사용된다.
또, 리액터량 변경수단은, 지락 고장 검지수단이 지락 고장을 검지했을 때 신속하게 리액터량을 변경 가능한 제어수단을 포함하도록 구성된다. 또한, 제어수단은 리액터량을 변경할 때에는 영상전류와 영상전압으로부터 위상차를 구하고, 이 위상차로부터 보상해야 할 리액터량을 연산하도록 설정된다. 그리고 접지 리액터로서는 복수의 리액터를 직렬로 접속하여 구성하고, 리액터량 변경수단으로서는 각 리액터에 병렬로 설치되고, 각 리액터의 단접(斷接)을 행하는 스위치수단과 이 스위치수단의 단접을 제어하는 제어수단으로 구성하면 좋다. 또한, 스위치수단으로서는 다이리스터, 게이트 턴오프 다이리스터 등의 반도체 스위치를 사용하면 된다.
또, 상기 목적은 전력계통의 대지정전용량 보상용 중성점 접지 리액터에 의하여 대지 정전용량을 보상하여 지락 전류를 억제하는 지락 전류억제방법에 있어서, 통상시는 상기 접지 리액터에 미리 고정한 리액터량을 설정하여 대지 정전용량을 개략 보상해 두고, 지락 고장 발생시에는 개략 보상한 리액터량에 지락 전류에 따라 리액터량을 변경함으로써 대지 정전용량을 보상하여 지락 전류를 억제함으로써도 달성된다.
상기 수단에 의하면 전류 검출수단에 의하여 검출한 전력선을 흐르는 전류로부터 지락 고장 검지수단은 지락 고장의 유무를 검지하고, 이 검지결과에 의하여 리액터량 변경수단은 지락 고장이 발생한 후에, 전류검출수단에 의하여 검출한 검출치에 의거하여 리액터량을 변경한다. 이에 의하여 리액터량 변경수단은 보다 적절한 리액터량으로 설정할 수가 있다. 또, 리액터량을 대지정전용량을 보상하도록 설정함으로써 지락 전류를 억제할 수가 있다.
이 대지 정전용량의 보상에 있어서는 통상은 완전히 보상하는 값보다 낮은 미리 설정한 값에 리액터량을 결정하여 개략적으로 보상할 수 있게 해두면, 최대의 대지 충전전류는 감소한다. 그러므로, 지락 고장이 생겼을 때에는 개략적인 보상으로 보상되지 않은 분을 보상하도록 리액터량 변경수단에 의하여 리액터량을 변경한다. 또한, 접지 리액터로서 복수의 리액터를 직렬로 접속하고, 각 리액터에 대하여 반도체 소자에 의한 스위치수단을 접속하고 있으면, 이 스위치수단의 온 오프(단접)를 제어함으로써 고속으로 리액터량을 변경할 수가 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
제 1도는, 본 발명의 일 실시예에 의한 지락 전류 억제장치를 배전계통에 설치한 상태를 나타낸 개략도이다. 동 도면에 나타낸 계통은 일반적인 배전계통이다. 도면에 있어서, 배전변압기(1)는 차단기(2)를 거쳐, 배전변전소의 모선(3)에 연결되고, 모선(3)에 대하여 배전선용 차단기 (4a, 4b)를 거쳐 배전선(5a, 5b)이 접속되고, 이 배전선(5a, 5b)을 거쳐 도시하지 않은 부하에 전력을 공급하고 있다. 모선(3)에는 다시 접지형 계기용 변압기(6)가 접속되어 있다. 도면 중 7은 지락 고장시의 지락 저항, 8a, 8b는 배전선(5a, 5b)의 대지 정전용량, 9a, 9b는 영상 변류기를 각각 나타낸다. 이와 같이 구성한 배전계통에 배전변압기(1)의 2차측의 스타 결선에 가변 리액터를 가지는 지락 전류 억제장치(이하, 「지락 전류 보상장치」 라 칭한다)(10)가 접속되어 있다.
이와 같은 배전계통에 있어서, 배전선 (5a)에 지락 고장, 즉 1선 지락 고장이 발생한 것으로 한다. 그러면, 고장전류는 지락 전류(11)의 IF의 성분으로서, 지락 고장이 일어나고 있는 회선인 고장회선(5a)의 대지 정전용량(8a)을 통하여 흐르는 전류(IC1), 동일 모선의 건전 회선인 건전회선(5b)의 대지 정전용량(8b)을 통하여 흐르는 전류(IC2), 접지형 계기용 변압기(6)에 흐르는 전류(IRn) 및 지락 전류 보상장치(10)를 흐르는 전류(ILn)를 가진다. 고장회로(5a)의 영상전류(I01)의 성분은 IC2, IRn, ILn이다.
제 2A도, 2B도는 이와 같이 구성된 배전계통에 있어서의 접지형 계기용 변압기(6)에서의 영상전압을 기준으로 하여 지락 전류의 백터관계를 나타낸 것이다. 지락 전류 억제장치(10)가 없는 경우에는 지락 전류(IF)는 고장회선(5a)의 영상전류(I01)의 전류성분(IC1, IC2, IRn)을 합성한 전류가 된다. 이에 대하여, 지락 전류 보상장치 (10)가 있는 경우는 지락 전류 보상장치(10)를 흐르는 전류(ILn)에 의하여 고장회선(5a)의 영상전류(I01)의 전류성분(IC1, IC2)의 성분이 상쇄되기 때문에 지락 전류(IF)가 억제된다.
본 실시 예에 있어서의 지락 전류 억제장치의 동작의 특징은 개략의 정전용량 보상에 상당하는 리액터분을 최초부터 삽입해두어, 고장발생시, 영상전압, 영상전류로부터 리액터 보상량을 제어장치에서 연산하고, 보상량의 조정에 의하여 ILn을 고속으로 가변하는 데 있다.
제 3도는 제 1도에 있어서의 지락 전류 보상장치(10)의 구성을 나타낸 회로도이다. 여기서는 9개의 리액터(101∼ 109)를 직렬로 접속하고, 각 리액터에 병렬로 고속으로 온 오프될 수 있는 반도체 스위치(122∼ 129)를 접속하여 구성한 것으로, 리액터(101)는 고정분으로 하고, 반도체 스위치는 병열로 접속되어 있지 않다. 반도체 스위치로서는 예를 들면 다이리스터 또는 게이트 턴오프 다이리스터를 역병렬 접속하여 구성하고, 도시되어 있지 않으나 각각에 과전압 억제소자, 애노드 리액터, 스너버 회로를 가지고 있다. 또, 반도체 스위치(122∼129)에는 게이트회로(13)가 각각 접속되고, 게이트회로(13)는 각각 제어장치(14)에 접속되어 있다. 또, 상기 리액터(101∼ 109)에 병렬로 비접지계의 고저항 접지용의 저항(15)및 과전압 억제소자(16)가 각각 접속되어 있다. 또, 이 지락전류 보상장치(10)는 개폐기(17)를 거쳐 배전변압기(1)에 접속되고, 지락전류 억제장치 전체를 변압기(1)의 중성점으로부터 분리할 수 있게 되어 있다.
이와 같이 구성하면, 통상시는 지금까지의 실적으로부터 개략의 보상이 되는 리액터, 예를 들면 101∼ 106을 부분적으로 중성점에 넣어 두고, 고장 발생시에는 제어장치(14)의 지령에 따른 게이트 회로(13)로부터의 신호에 의하여 각 반도체 스위치(122∼ 129)를 온오프하여 지락 전류를 고속으로 억제할 수가 있다.
이것을 더욱 구체적으로 설명한다. 예를 들면 계통전압이 6.6KV, 최대 대지 충전전류가 30A인 경우, 3A간격의 보상 리액터로 하면, 리액터(101)의 임피던스는 30A에 상당하는 127Ω, 리액터(102)의 임피던스는 보상량을 27A라 하면, 전체의 임피던스는 141Ω가 되기때문에, 리액터(101)와의 차이분인 14Ω가 된다. 이하 마찬가지로 각 리액터(103∼ 109)의 값이 결정될 수 있다. 이 결정치는 도면에도 나타낸 바와 같이 리액터(103)에서는 18Ω, 리액터(104)에서는 22Ω, 리액터(105)에서는 30Ω, 리액터(106)에서는 43Ω, 리액터(107)에서는 63Ω, 리액터(108)에서는 106Ω, 리액터(109)에서는 212Ω가 된다. 일반적으로 부족 보상이 되는 리액터 설정으로 하므로 최대 대지충전전류 30A에 대하여 보상충전 전류 27A상당의 리액터를 사용하게 된다. 이 때문에 반도체 스위치(122)는 오프되고, 다른 반도체 스위치(123∼129)는 온 상태가 된다.
제 4도는 실시 예에 의한 지락 전류 보상장치(10)를 적용한 경우의 해석예이다. 지락 고장발생시, 실효치로 34A의 전류가 흐르고 있으나, 27A 상당의 리액터를고속 투입함으로써 대폭적으로 지락 전류가 억제되고 있음이 도시되고 있다. 또한, 도면에서는 지락 고장발생 직후에는 250A 정도의 피이크치가 나오고 있으나, 지락 고장발생시로부터 10mS정도의 시간은 과도 상태이다.
제 5도는 실시 예에 의한 지락 전류 억제장치(10)를 시스템에 적용했을 경우의 전체구성을 나타낸 회로도이다. 적용 계통은 배전변압기(1), 모선(3a, 3b), 차단기(4), 복수의 배전선(51∼56)을 거쳐 부하에 전력을 공급하는 계통이다. 기본적으로 지락 전류 억제장치(10) 주기(主機), 그 제어장치(14)로 구성된다. 부호 6, 6a, 6b는 접지형 계기용 변압기, 부호 601은 접지형 계기용 변압기(6)로부터 제어장치(14)에의 전송 선로이다. 또, 영상변류기(91∼96)는 배전선(51∼56)에 도면에 나타낸 바와 같이 접속되고, 전송선로(911, 921, 931, 941, 951, 961)를 거쳐 각각 제어장치(14)에 접속되어 있다. 또, 부호 8은 각 배전선(51∼56)의 대지 정전용량(C1∼C6)이다. 제어장치(14)에는 영상변류기(91∼96) 및 접지형 계기용 변압기(6)에 의하여 검출한 영상전류, 영상전압의 신호가 전송선로(911, 921∼961, 601)를 거쳐 입력되고, 연산후의 출력명령(온 오프신호)을 전송선로(132)를 거쳐, 반도체스위치(122∼129)의 게이트 드라이브회로(13)에 전달된다.
또한, 제 5도의 예에서는, 지락 전류 억제장치(10)를 배전변압기(1)의 2차측 중성점에 접속한 경우를 나타냈으나, 본 발명의 시스템에 있어서는 접지형 계기용 변압기(6)의 1차측 중성점, 또는 3차 권선에 접속하거나, 또는 전용의 접지 변압기를 사용해도, 지락전류 억제에 동일한 효과를 가진다.
제 6도는 제어장치 (14)의 구성을 나타낸 블럭도이다. 제어장치는 제 6도에서 알 수 있는 바와 같이, 전력의 아날로그량을 샘플링하여 디지털 값으로 변환하는 입력부(1010), 입력데이터를 기초로 보호릴레이 연산처리를 실행하는 처리부(1020), 처리결과로부터 지락전류 억제장치(10)에 대하여 제어지령을 전달하는 출력부(1030), 그리고 정정(整定)조작을 실시하기 위한 정정부(1040)등으로 구성된다. 각 입력부(1010), 처리부(1020), 출력부(1030)의 구성 및 기능을 이하에 나타낸다.
입력부(1010)는 전송선로(911∼961 및 601)를 거쳐 각 배전선(51∼56)의 영상전류신호 및 영상전압이 입력되고 입력트랜스 유닛(1011), 필터부(FIL)(1012), 샘플링 홀드부(S/H)(1013), 홀드된 데이터를 순차 전송하는 멀티 플렉서(MPX)(1014), 아날로그/디지털 변환기(A/D)(1015)를 통하여 디지털 신호로 변환되어 처리부(1020)에 입력된다. 처리부(1020)는 중앙연산처리장치(CUP)(1021) 및 릴레이 연산프로그램 연산결과 등을 기억하는 메모리(1022)로 구성되고, CPU(1021)에 의하여 샘플링된 디지털의 입력신호의 영상전류와 영상전압으로부터 위상차를 구하고, 지락 고장이 발생했을 때에 위상차로부터 리액터의 제어량을 계산하여 리액터 탭의 증감을 판정한다. 그리고, 판정한 결과를 온 오프 신호로서 출력부(1030)에 전달한다. 출력부(1030)는 디지털 출력(D/O)(1031), 보조 릴레이 유닛(1032)으로 구성되고, 전송 선로(132)를 거쳐 반도체 스위치(122∼129)를 제어하는 게이트 회로(13)에 판정한 결과의 온 오프 신호를 전달한다. 또, 도면 중 D/I(1050)는 외부신호를 받아 넣는 디지털 입력이다. 이에 의하여 연산형의 제어장치(14)에 의하여 지락전류 억제 장치(10)를 고속으로 제어하는 것이 가능하다. 제6도의 CPU(1021)에서의 처리에 대해서는 후술한다.
제 7도는 제 5도의 배전선(51)에 있어서, 1선 지락 고장이 발생한 경우의 등가회로를 나타낸 회로도이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 지락전류 억제장치(10)의 효과로서, 고저압 혼촉(混觸)시의 저압측 전압상승을 억제할 수가 있다. 즉 제 7도의 등가회로에 있어서, 지락이 발생한 부분(11)의 Rg의 양단 전압인 Vg을 억제하도록 고속으로 보상 리액터를 가변 제어할 수가 있다. 부호 61은 접지형 계기용 변압기(6)의 3차 한류저항기(rn)의 1차 환산저항(Rn)을 나타낸다. 제 7도의 등가회로에서 전원전압(Vs), 영상전압(V0), 지락이 발생한 부분의 양단전압(Vg)을 각각 벡터로 하여 (다음식에서는 벡터를 언더라인(-)으로 나타낸다.
이고, 전원전압(Vs)은 일정하므로, 영상전압 ｜V0｜을 최대가 되도록 제어하면, 지락이 발생한 부분의 양단전압 ｜Vg｜을 최소로 하는 것은 가능하다. 즉,
단, C=C1+ C2+ C3+ C4+ C5+ C6이므로
가 되도록 보상리액터(L)를 제어하면
가 되어, Ig는 V0와 동상이 된다. 단, 영상변류기(91)의 ZCT1을 흐르는 전류(i01)는 Ig로부터 V0에 대하여 진상의 전류(iC1)를 뺀 전류이기 때문에, V0에 대해서는 지연위상이 된다. 이 때문에, 도시하고 있지 않으나, 배전선 지락 보호릴레이(방향지락)는 지연위상범위로 판정하게 된다.
이상으로부터, 지락 보호릴레이(방향지락)와의 관계에서, 이하에 나타낸 영상전압 최대 제어방식 및 영상전압 영상전류 동상제어방식의 두개의 제어방식이 고려된다.
(a) 영상전압(V0) 최대 제어방식
이 방식은 영상전압(V0)에 착목하여 1선 지락고장시, 영상전압(V0)이 최대가 되도록 보상 리액터를 제어하는 방식이다. 즉 저압측 전압상승은 식 (5)에 의하여
3810{Rg/ (Rn+ Rg)}V
가 되므로, Rn에 의해서만 접지 저항이 규정되어 소위 보상 나머지는 없이, 완전히 지락 전류를 억제할 수 있는 효과가 있다.
이 때의 CPU(1021)에 있어서의 제어수순을 나타내는 플로우 챠트를 제8도에 나타낸다.
이 제어에 있어서는, 먼저, 고장전의 리액터 탭의 초기위치를 결정한다(스탭 S1). 예를 들면, 초기위치를 최대 대지 정전용량의 50% 정도로 설정한다. 통상시는 샘플링한 영상전압(V0)으로부터 실효치 연산하고(스탭 S2, S3), 거의 동시각에 영상전압(V0)과 영상전류(i0)로부터 위상차(θ01)를 연산한다(스탭 S4, S5). 그리고, 통상시의 정정치(整定値)와 비교함으로써 지락 고장발생을 판정한다(스탭 S6). 이 판정에서 지락 고장이 발생하고 있지 않으면, 스탭 S1에 되돌아가 연산을 반복한다. 만일, 지락 고장이 발생하고 있으면, 영상전압(V0)의 최대판정을 실시하여, 최대이면 리액터 탭을 변경하는 일없이(스탭 S8), 스탭 S2 및 스탭 S4에 리턴하여 이후의 처리를 실행한다. 만일, 영상전압(V0)이 최대가 아니면, 위상차 판정을 실시하고(스탭 S9), 위상차(θ01)가 부(-)이면 리액터의 탭수를 감소시켜 리액터량을 감소시키고(스탭 S10), 위상차(θ01)가 정(+)이면 리액터의 탭수를 증가시켜 리액터량을 증가시킨다(스탭 S11). 스탭 S2 및 스탭 S4에 리턴하여 이후의 처리를 실행한다.
이 방식에 사용되는 방향 지락 릴레이는, 영상전압에 대하여 영상전류가 지연위상 범위에서 판정하기 때문에, 검출 특성을 영상변류기(ZCT)전류가 접지형 계기용 변압기(GPT)의 3차 전압에 대하여 동상 내지 지상(遲相)을 동작범위로 한다. 영상전압과 각 배전선의 영상변류기(ZCT)의 영상전류로부터 지락 방향을 판별함으로써, 고장회선을 판정한다. 유일하게 방향이 역(逆)인 배전선을 고장회선으로 하여 차단시키면, 고장을 제거할 수 있어 지락 전류 억제장치 시스템으로서 효과가 있다.
(b) 영상전압(V0) 영상전류(ZCT 전류 i0) 동상제어방식
이 방식은 영상전압(V0), 영상전류(ZCT 전류)(i0)의 양쪽에 착목하여 1선 지락 고장시, 영상전압(V0)과 영상전류(i0)가 동상이 되도록 보상 리액터(L)를 제어하는 방식이다. 이 방식에서는 영상전압(V0)과 영상전류(i0)가 동상이 되기 때문에, 지락 방향릴레이는 진상위상판정의 특성으로 좋으나, 소위 보상 나머지가 생긴다. 즉, 영상전압(V0)과 영상전류(i0)가 동상이라는 조건으로부터
이므로 고장점 전류(Ig)는
가 되어, 저압측 전압상승(Vg)은
이 된다.
이 방식에 있어서의 CPU(1021)의 제어수순을 제 9도의 플로우 챠트에 나타낸다. 이 제어에서는 먼저 고장전의 리액터 탭의 초기위치를 결정한다(스탭 S21). 통상시는 샘플링한 영상전압(V0)(스탭 S22)과 영상전류(i0)(스탭 S23)로부터 위상차(θ01)를 연산한다(스탭 S24). 그리고 통상시의 정정치와 비교함으로써 지락 고장발생을 판정한다(스탭 S25). 이 판정에서 지락 고장이 발생하고 있지 않으면, 스탭 S21에 리턴하여 연산을 반복한다. 만일, 지락 고장이 발생하고 있다고 판정되면, 영상전압(V0)과 영상전류(i0)의 위상차(θ01)를 판정하고(스탭 S26), 개략 θ01= 0의 동상이면 리액터 탭을 변경시키지 않고(스탭 S27), 판정에서 위상차가 있어, θ01이 정(+)이면 리액터 탭수를 증가하여 리액터 량을 증가시키고(스텝 S28), θ01이 부이면 리액터 탭수를 감소하여 리액터 량을 감소시켜(스탭 S29), 스탭 S22 및 스텝 S23이후의 처리를 반복한다.
제 10도는 더욱 상세한 영상전압 영상전류의 동상 제어방식을 채용한 지락 전류 제어시스템의 제어장치의 제어 블럭도이다. 입력부에 있어서 위상차 θ의 영상전압(V0)과 영상전류(I0)의 기본파성분(60Hz)을 샘플링하고, 실효치를 디지털 연산한다. 지락 검출방향 판정부에서는 각 전송선(Feeder)별로, 영상전류(I0)의 60° 지연 위상을 중심으로 한 V0와 I0의 내적(內積)의 크기에 의하여 고장검출을, 다시 그 정 부(正負)에 의하여 고장의 내외부 판정을 행함으로써 고장 전송선을 판별한다. 보상량 연산부에서는, 지락전류의 용량성 성분(=대지 충전전류)에 상당하는 영상전류(I0)의 sin 성분을 연산하고 출력한다. 출력부에서는 지락 고장이 발생한 전송선의 보상량 연산 결과만을 선택하여 출력하고, 투입하는 반도체 스위치의 탭을 레벨 판정으로 선택하여, 온 오프 제어한다. 이 제어방법에 의하면 보상 리액터를 투입하면 영상전압(V0)과 영상전류(I0)가 동상이 되도록 제어된다.
이상에 나타낸 실시 예에서는 배전계통을 대상으로 설명했으나, 특별 고압계의 전력선의 소호 리액터로서 주변압기의 중성점과 대지간에 접속하여 송전선 고장시의 접지전류의 대부부을 점유하는 용량분을 리액턴스에 의하여 상쇄하는 방식에 적용해도 지락전류억제의 동일한 효과가 있다. 소호 리액터를 사용하는 경우는 계통의 대지 정전용량을 완전 보상하는 것을 전제로 하기 때문에, 앞에 설명한 영상전압 최대 제어방식을 적용하면 좋다.
지금까지의 설명으로 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면 보상 리액터를 지락 고장 발생시에 배전선에 흐르는 전류에 따라 변경함으로써 더욱 정밀도 좋게 지락 전류를 제어할 수 있어, 이에 의하여 전력 보호 시스템의 신뢰성의 향상을 도모할 수가 있다. 또, 고속으로 보상 리액터를 가변 할 수 있으므로, 지락 고장시의 지락전류를 고속으로 제어할 수 있다. 이에 의하여 지락 보호 릴레이의 검출감도의 저하를 방지할 수 있다. 또, 제 2종 접지공사의 더한층의 저 저항화를 행할 필요도 없어지고, 배전선 총 연장 길이의 증대나 배전용 변압기의 병렬 운전화에도 대응할 수가 있다.
더욱, 구체적으로는, 본 발명에 의하면, 지락 고장 후에 지락 검출 수단에 의하여 검출한 검출치에 의거하여 리액터량을 변경함으로써 지락 고장에 대응한 리액터량의 변경이 가능하게 되어, 전력계통의 보호 시스템의 신뢰성의 향상을 도모할 수가 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 리액터량을 변경함으로써 대지정전용량을 보상하므로 지락 전류의 억제가 가능하게 되어, 제 2종 접지공사의 더 한층의 저 저항화는 불필요하게 된다.
또, 본 발명의 장치에 의하면, 상기 접지 리액터량을 통상시는 대지 정전용량을 완전히 보상하는 값보다 낮은 미리 설정한 값으로 규정하는 수단을 구비하는 것이 가능하게 되므로, 접지 리액터량을 대지 정전용량을 완전히 보상할 수 있는 값보다 낮은 미리 설정한 값으로 하여 개략적으로 보상하여, 최대 대지 충전전류를 낮게 억제하는 것이 가능하게 되어, 지락고장 발생시의 리액터량의 제어량도 작고, 그만큼 대응을 신속하게 행할 수 있다고 하는 효과가 있다.
또, 본 발명에 의하면, 대지 정전용량을 완전히 보상할 수 있는 값보다 낮은, 미리 설정한 값을 가지기 때문에, 고정 리액터를 가짐으로서 저 코스트로 본 발명의 장치를 구성할 수가 있게 된다.
또, 본 발명의 장치는 지락 검지 수단은, 샘플링한 영상전압과 영상전류로부터 지락 사고의 발생을 간단하게 검지할 수가 있게 된다.
또, 본 발명의 장치에 의하면 신속하게 리액터량을 변경 가능한 제어수단을 포함하여 구성되고 있으므로, 신속하게 지락 고장의 발생에 대응하여 지락 전류를 낮게 억제할 수가 있다.
또, 본 발명의 리액터량 제어수단은 영상전압의 최대를 측정하여 최대가 아닌 때는 영상전압과 영상전류의 위상차의 정 부에 의하여 리액터량을 증감하고, 또, 영상전압과 영상전류의 위상차를 비교하여 동상이 아닌 때는 위상차의 정 부에 따라 리액터량을 증감시킴으로써 고속이고 정밀도가 높은 연산이 가능하게 되어, 리액터량의 대지정전용량의 보상정밀도가 향상된다.
본 발명에 의하면 제어수단과 스위치수단을 거쳐 리액터의 단접(斷接)을 개별적으로 행하므로 변경해야 할 리액터량에 따라 신속하게 제어할 수 있어, 신속하게 지락 고장의 발생에 대응하여 지락 전류를 낮게 억제할 수가 있다.
또, 본 발명에 의하면, 스위치수단을 반도체 스위치에 의하여 구성하고 있기 때문에, 전환제어가 고속으로, 또 확실하게 행해진다.
제 1도는 본 발명의 실시예에 의한 지락전류 억제장치의 개략구성을 나타낸 회로도;
제 2A도 및 제 2B도는 지락전류 억제의 원리를 설명하기 위한 설명도;
제 3도는 실시예에 의한 지락전류 억제장치에 있어서의 리액터와 리액터량 변경을 위한 요부를 나타낸 회로도;
제 4도는 실시예에 있어서의 억제효과를 나타낸 해석도;
제 5도는 실시예에 의한 지락전류 억제장치의 시스템 구성도;
제 6도는 제 5도에 있어서의 억제장치의 구성을 나타낸 블럭도;
제 7도는 1선 지락 고장이 발생했을 경우의 제 5도의 등가회로도;
제 8도는 영상전압 최대 제어방식에 있어서의 제어수순을 나타낸 플로우 챠트;
제 9도는 영상전압 영상전류간 동상 제어방식에 있어서의 제어수순을 나타낸 플로우챠트;
제 10도는 영상전압 영상 전류간 동상 제어수단의 상세한 제어처리 수순을 나타낸 도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 배전변압기 2 : 차단기
3: 모선 4a, 4b : 배전선용 차단기
5a, 5b : 배전선 6 : 접지형 계기용 변압기
7 : 지락 저항 8a, 8b : 대지 정전용량
9a, 9b : 영상변류기 10 : 지락 전류 보상장치
11 : 지락 전류 13 : 게이트 회로
101∼109 : 리액터 122∼129 : 반도체스위치

Claims (14)

  1. 전력계통의 대지 정전용량 보상용 중성점 접지 리액터의 리액터량을 변경 가능한 지락전류 억제장치에 있어서,
    전력선을 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단과,
    이 전류 검출수단에 의하여 검출한 검출치에 의하여 지락고장 발생시의 유무를 검지하는 지락 고장 검지수단과,
    이 지락고장 검지수단에 의하여 지락 고장이 발생했음을 검지했을 때에, 상기 검출치에 의거하여 상기 리액터량을 변경하는 리액터량 변경수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 접지 리액터량을 평상시는 대지 정전용량을 완전히 보상하는 값보다 낮은 미리 설정한 값으로 규정하는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 미리 설정한 값으로 규정하는 수단이, 고정 리액터로 이루어진 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지락고장 검지수단은 샘플링한 영상전압과 영상전류와의 사이의 위상차에 의거하여 지락고장 발생의 유무를 검지하는 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지락고장 검지수단은, 상기 영상전압과 영상전류와의 사이의 위상차와, 통상시의 정정치를 비교함으로써 지락고장 발생의 유무를 검지하는 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 리액터량 변경수단은, 지락고장 검지수단이 지락고장을 검지했을 때, 신속하게 리액터량을 변경 가능한 제어수단을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어수단은 영상전압과 영상전류로부터 위상차를 구하고, 이 위상차로부터 보상해야 할 리액터량을 연산하여, 리액터량을 변경하는 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어수단은 영상전압의 전압치를 판정하고, 그 전압이 최대가 되도록 상기 위상차의 정 부 상태에 따라 리액터량을 증감하는 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제어수단은 영상전압과 영상전류와의 위상차를 비교하고, 동상이 아닌 때에 상기 위상차의 정 부상태에 따라 리액터량을 증감하는 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 접지 리액터가 복수의 리액터를 직렬로 접속하여 이루어지고, 리액터량 변경수단이 각 리액터에 병렬로 설치되고, 각 리액터의 단접을 행하는 스위치수단 및 이 스위치수단의 온 오프를 제어하는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 스위치수단이 반도체 스위치로 이루어진 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 전력선이 배전선인 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 전력선이 특별 고압계의 전력선인 것을 특징으로 하는 지락전류 억제장치.
  14. 전력계통의 대지 정전용량 보상용 중성점 접지 리액터에 의하여 대지 정전용량을 보상하여 지락전류를 억제하는 지락전류 억제방법에 있어서,
    평상시는 상기 접지 리액터에 미리 고정하거나 리액터량을 설정하여 대지 정전용량을 개략 보상해두고 지락 고장 발생시에는 개략 보상하거나, 리액터량에 지락전류에 따른 리액터량을 연산하고, 이 연산결과에 의거하여 리액터량을 변경함으로써 대지 정전용량을 보상하여 지락전류를 억제하는 것을 특징으로 하는 지락전류 억제방법.
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