KR100334428B1 - 배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치와 선로고장의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 배전자동화 시스템에서 자동화 개폐기기가 선로에 고장이 발생하였을 경우 선로의 고장 상태를 표시함에 있어서, 돌입전류 및 역방향 고장전류에 의한 표시 오동작이 발생하지 않도록 하는 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치와 선로고장의 처리방법에 관한 것으로서, 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치의 일실시예는, 전압/전류를 검출하는 전압/전류 검출기(10n); 검출 전압/전류의 대역을 필터링하는 아날로그 필터(11n); 다수 전압/전류 신호중 하나를 선택하는 아날로그 먹스(Mux)(12); 상기 선택된 신호를 샘플링하여 그 값을 유지하는 샘플/홀더(13); 상실기 유지되는 신호를 디지털로 변환하는 A/D변환기(14); 상기 디지털 신호로부터 기본파를 추출하는 기본파 추출부(21); 상기 기본파 위상의 급변화를 판별하는 위상 비교부(22); 상기 기본파의 지수함수적 감소 형태를 검출하는 변화유형 검출부(23); 상기 디지털 신호로부터 과전류를 판별하는 과전류 판별부(24); 선로를 차단/재폐시키는 개폐기(42)를 동작시키는 릴레이(41); 표시부(50); 중앙으로 데이터를 송신하는 모뎀(60); 및 상기 기본파 위상의 급변화, 지수함수적 감소, 그리고 과전류 검출여부에 따라 선로고장을 판단하여 고장조치를 수행하는 제어부(100)를 포함하여 구성되어, 돌입전류 또는 역방향전류에 의한 고장표시기의 오동작을 방지하여, 배전자동화 시스템의 자동화의 효용성을 더욱 배가시키는 발명인 것이다.

Description

배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치와 선로고장의 처리방법{ A Controller for Fault Indicator of Power Lines }

본 발명은 배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치와 선로고장의 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배전자동화 시스템에 적용되는 자동화 개폐기기의 주요기능의 하나인, 선로에 고장이 발생하였을 경우 각 상별 및 중성선의 고장 상태를 표시하는 데 있어서, 돌입전류 및 역방향 고장전류에 의한 표시 오동작이 발생하지 않도록 하는 배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치와 선로고장의 처리방법에 관한 것이다.

배전자동화용 시스템에서는, 선로에 고장이 발생하였을 경우 각 상별 및 중성선의 고장 상태를 표시함으로써, 선로의 순시 또는 영구 고장이 발생된 선로구간을 중앙시스템에서 쉽게 판별할 수 있도록 하는 데, 이를 위해서 선로 개폐기기의 고장 발생 표시장치인 F/I(Fault Indicator, 이하 '고장 표시기'라 함)는, 고장 표시기가 설치된 개폐기기의 부하측에서 고장이 발생하였을 경우에 고장전류를 검출하여 표시하게 된다. 따라서, 고장표시기가 세트(set)된 개폐기기와 세트되지 않은 개폐기기 사이의 구간에서 선로고장이 발생한 것으로 판정할 수 있으므로 고장구간을 알 수 있다.

그러나, 현재 도입되어 있는 자동화 개폐기기의 고장표시기는 단순히 전류의크기가 설정치보다 큰 경우에 고장으로 인식하기 때문에 여러 가지 오동작을 일으키고 있는 데, 그 중 가장 심각한 것이 개폐기의 전류 투입시의 돌입전류에 의한 오동작과, 고장점 후단 부하측의 전동기 및 지중케이블에 의한 역방향 고장전류에 의한 오동작이다.

첫 번째의 돌입전류에 의한 오동작은, 배전선로가 무전압 상태에서 가압상태로 되거나, 리클로져(recloser)의 재투입 동작에 의하여 무전압 상태에 있던 부하에 전압이 가해지면 순간적으로 정격전류보다 과도한 전류가 흘러 개폐기의 고장표시기가 과전류로 인식하여 고장표시를 하는 오동작을 일으키게 되고, 두 번째의 역방향 고장전류에 의한 오동작은, 모터와 같은 역방향 전력원을 가진 부하가 동작 중, 배전선로에서 차단기 또는 개폐기의 동작에 의해 무전압상태가 되면, 발전기로서 역전류를 흘리게 되어, 고장표시기가 세트되지 않아야 함에도 불구하고 세트되는 오동작을 일으키게 된다.

이러한 오동작은 선로의 고장을 자동으로 검출하여 조치코자하는 배전 자동화 시스템의 도입 의미를 퇴색시키고 있다.

이러한 오동작을 보완하는 방법으로서, 돌입전류 대비를 위한 지연시간을 주거나 리클로져 동작에 의한 무전압 발생에 연계하여 선로 오동작 여부를 판정하는 방법이 사용되고 있는 데, 이 방법은 다음과 같은 과정에 따라 이루어진다.

먼저, 배전선로의 영구고장 구간을 파악하기 위해 이용되는 자동화개폐기의 자동 고장표시기의 고장판정 과정을 도1의 가상 조건하에서 설명하면 다음과 같다.

1). 설정치(Tap)를 초과하는 과전류가 2cycle 이상동안 유지된 후,소정크기( 예, 22.9kV )의 3상전압이 동시에 2초 이내에 무전압(1,000V이하) 상태를 10cycle동안 유지하면 세트(set)된다.

2). 과전류를 경험한 후, 2초 이내에 3상 동시 무전압이 검출되지 않으면, 세트 상태를 원래대로 복귀시킨다.

3). 무전압이 검출된 후, 리클로져의 재폐로 성공으로 소정크기의 전압이 정상으로 환원되고, 정상 환원 후 2초 이상 경과되면 이전 고장을 순간고장으로 판단하여 세트상태를 자동으로 해제한다.

4). 무전압이 검출된 후, 리클로져의 재폐로 실패로 소정크기의 전압이 30초 이내에 2초 이상의 정상전압을 유지하지 못하면, 지금 고장을 영구고장으로 판단하여 세트상태를 계속 유지한다.

5). 자연적인 또는 인위적인 고장제거로 인해 소정 크기의 전압이 정상으로 환원되고, 정상환원된 후 2초 이상 경과되면 세트상태를 자동으로 해제한다.

6). 재폐로 돌입전류에 의한 세트 에러를 방지하기 위해, 고장전류를 경험치 않고 무전압이 된 경우에는, 가압시 돌입을 대비하는 1000ms 의 지연시간을 준다.

다음으로, 배전선로의 순시고장 구간을 파악하기 위해 이용되는 자동화개폐기의 수동 고장표시기의 고장판정 과정을 도2의 가상 조건하에서 설명하면 다음과 같다.

1). 설정치를 초과하는 과전류가 2cycle 이상동안 유지된 후, 소정크기( 예, 22.9kV )의 3상전압이 동시에 2초 이내에 무전압(1,000V이하) 상태를 10cycle동안유지하면 아암(arm)된다.

2). 과전류를 경험한 후, 2초 이내에 3상 동시 무전압이 검출되지 않으면, 아암 상태를 원래대로 복귀시킨다.

3). 무전압이 검출된 후, 리클로져의 재폐로 성공으로 소정크기의 전압이 정상으로 환원되고, 정상 환원 후 2초 이상 경과되면 이전 고장을 순간고장으로 판단하여 세트시킨다.

4). 무전압이 검출된 후, 리클로져의 재폐로 실패로 소정크기의 전압이 30초 이내에 2초 이상의 정상전압을 유지하지 못하면, 지금 고장을 영구고장으로 판단하여 아암을 해제한다.

5). 재폐로 돌입전류에 의한 세트에러를 방지하기 위해, 고장전류를 경험치 않고 무전압이 된 경우에는, 가압시 돌입을 대비하는 1000ms 의 지연시간을 준다.

전술한 방법으로 동작하는 자동 및 수동 고장표시기의 표시된 상태의 조합에 의해, 선로상에 순시고장 또는 영구고장이 발생되었는 지를 용이하게 인식할 수가 있게 되지만, 전술한 선로고장 판단방법이, 선로상에서 발생된 고장시의 전류 또는 전압의 크기에만 근거하여 판단하기 때문에 돌입전류나 역방향 전류에 의한 표시 오동작을 제거하기에는 충분치 못하며, 표시 오동작에 의하여 고장구간을 판단하는 데 많은 문제점이 있었다.

상기한 문제점 중 역방향 전류에 의한 표시 오동작을 해결하는 위해서는, 방향성 계전기를 사용하는 것이 하나의 대안일 수도 있을 것이다.

방향성 계전기는 도3과 같이 루프(loop) 라인인 경우에 X지점에서의 사고에 대하여 D, E에 흐르는 전류의 방향, Y지점에서의 사고에 대해서는 G, H에 흐르는 전류의 방향을 감지하여 D와 G에 있는 릴레이 동작을 저지시켜 건전 선로구간을 보호하는 동작을 할 수가 있는 데, 이는, 루프운전을 하고 있는 경우에 각 검출점에서의 전압이 고장점 전원측 전압과 같이 일정크기를 유지하기 때문에 전압에 대한 전류의 위상 비교를 통하여 선로고장을 판단할 수 있는 데 기인한다.

그러나, 평상시 루프운전을 하고 있지 않는 배전선로에서는, 고장시 부하측 모터 부하의 회생에너지가 크지 않아서, 고장이 유지되는 동안 전류는 크게 증가하나, 선로전압은 매우 낮게 걸리기 때문에, 정밀도가 높지 않은 CPD(Capacitor Potential Divider)를 채용하고 있는 개폐기에서 낮은 전압의 위상을 정확하게 검출할 수가 없고, 이 때문에 방향성 계전기 방식에 의한 방향성 판단은 사실상 불가능하다.

계전기 방식을 사용하는 방안외에, 고장점 전원측과 부하측을 구분하는 요소로서, 즉 고장지점을 검출하기 위한 요소로서 전압크기의 변화를 검출하는 것도 또 다른 하나의 방안일 수도 있으나, 이 방식은, 고장점 임피던스 및 고장점까지의 개폐기 거리 등에 따라 검출 전압특성이 달라지기 때문에 적용하기가 매우 곤란하다.

이는, 본 발명에서 설명될 시뮬레이션(simulation) 조건하에서 얻어진 도4 및 도5의 전압파형을 보면 보다 분명해진다.

도4는 고장 임피던스가 0.1Ω일 때, 계측위치가 고장점으로부터 1km와 5km의 두가지를 비교한 것이고, 도5는 고장 임피던스가 10Ω일 때, 계측위치가 고장점으로부터 1km와 5km의 두가지를 구하여 비교한 전압 파형도인 데, 도4 및 도5를 보면 알 수 있듯이, 고장 임피던스 및 계측위치에 따라 전압의 크기가 상당한 차이를 보이고 있어 전압크기의 변화를 고장 판별기준으로 정할 수가 없으며, 더욱이 고장 임피던스가 높은 경우에는 전압의 크기변화를 거의 분별하기가 어렵다.

따라서, 선로의 고장지점을 검출하기 위한 요소로서 전압크기의 변화를 검출하는 방안을 이용해서는, 정확한 선로고장을 판별할 수가 없게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 돌입전류나 역방향 전류에 의해서 오동작을 일으키지 않고서 선로의 고장을 정확하게 표시하게 하는 배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치와 선로고장의 처리방법을 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.

도1은 종래의 무전압에 의한 순시고장 판단방법을 도식화하여 나타낸 것이고,

도2는 종래의 무전압에 의한 영구고장 판단방법을 도식화하여 나타낸 것이고,

도3은 방향성 계전기를 루프라인에 적용한 예를 도시한 것이고,

도4와 도5는 고장 임피던스가 0.1과 10Ω인 경우에 대해 시뮬레이션을 수행하여 고장점으로부터 5km와 1km의 위치에서 측정한 전압파형을 각각 비교도시한 것이고,

도6은 본 발명의 타당성 검증을 위한 시뮬레이션의 계통 구성도이고,

도7은 본 발명의 타당성 검증을 위한 시뮬레이션의 계통 상세 설계도이고,

도8과 도9는 도7의 시뮬레이션에서 임피던스 부하만 있을 경우의 1상 및 3상 지락시의 전압/전류 파형을 각각 도시한 것이고,

도10과 도11은 도7의 시뮬레이션에서 임피던스 부하에 모터 부하가 부가되었을 경우의 1상 및 3상 지락시의 전압/전류 파형을 각각 도시한 것이고,

도12는 도7의 시뮬레이션에서 고장 임피던스가 10Ω이고 모터 부하가 있는경우의 전류 및 고장시점에서의 확대 파형도이고,

도13은 본 발명에 따른 배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치와 선로고장의 처리방법의 일 실시예가 적용된 개폐장치 제어기의 구성도이고,

도14는 입력전류에서 기본파 성분의 크기와 위상을 검출하는 과정을 도식적으로 나타낸 것이고,

도15와 도16은 도14의 기본파 검출과정에 사용된 저역필터 전달함수의 실수와 허수성분에 대한 주파수 특성을 나타낸 것이다( 기본파의 한 주기당 샘플링 횟수가 16인 경우 ).

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10₁, 10₂,.. : 전압/전류 검출기 11₁, 11₂,.. : 아날로그 필터

12 : 아날로그 먹스13 : 샘플/홀더

14 : A/D 변환기21 : 기본파 추출부

22 : 위상 비교부23 : 변화유형 검출부

24 : 과전류 판별부41 : 릴레이

42 : 개폐기50 : 표시부

60 : 모뎀100 : 제어부

200 : 중앙시스템

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치는, 검출되는 전류의 변화가 지수함수적으로 변할 때에는 과전류가 검출되더라도 선로고장으로 판별하지 않으며, 검출되는 전류의 위상이 내부 기준전류에 대해 급변하는 경우에도 비록 과전류가 검출되더라도 선로고장으로 판별하지 않는 데, 그 특징이 있는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 선로고장시의 처리방법은, 선로고장으로의 판단 후 소정시간내에 선로상에 무전압이 발생하지 않게 되면, 차단기 등의 오동작으로 판단하여 현재의 이상 상태를 외부로 송신하는 데, 다른 특징이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치와 선로고장의 처리방법의 바람직한 실시예의 구성과 동작을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 실시예의 설명에 앞서, 본 발명에 의한 오동작 방지를 위한 방안의 타당성을 확인하기 위해 EMTDC (Electromagnetic Transient DC)를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였는 바, 시뮬레이션에 사용된 기본적인 계통 구성도는 도6과 같고, EMTDC의 설계도는 도7과 같으며, 이하 시뮬레이션의 내용을 상세히 설명한다.

분석을 위해 사용된 시뮬레이션의 조건 데이터는 다음과 같다.

(1) 변압기: 누설임피던스 %Z=3.462 (시험 성적서 기준)

(2) 부하: 배전선 1-Feeder 용량이 10,000kVA 기준이므로

- 첫 번째 임피던스 부하 : 8+j4[MVA]

- 두 번째 임피던스 부하 혹은 모터 부하 : 2+j1[MVA]

(3) 고장 임피던스 : 0.005Ω

(4) 배전선로

- 개별 선로길이 : 50kM, 3개의 배전선로

- 철탑 구성상태 : 배전선 표준철탑

(5) 전원 임피던스

- 정상분 : Z₁= 1.322Ω (I_3F= 10.0kA 기준, X₁= 10 x R₁)

- 영상분 : Z₀= 3 x Z₁

(6) 계측지점 : 고장점으로부터 5km

도6과 도7의 계통도 및 구성도에서, 상기의 조건하에 실행한 해석 시퀀스(sequence)는, 고장인가 → 100ms 경과후 BRK2 개방 → 50ms 경과후 고장제거 → 50ms 경과후 BRK2 단락( 원래상태 복귀 및 투입전류 발생 )의 단계로 진행하였으며, 이 때의 부하조건은 모터 부하가 같이 있는 경우와, 임피던스 부하만 있는 경우로 분리하였고, 고장의 경우는 3상 지락고장과 1상 지락고장 두 경우에 대하여 시뮬레이션 하였으며, 해석결과는 고장위치 양단 차단기 전류와 고장위치 양단 모선전압을 분석하였다.

도8은 임피던스 부하만 있는 경우 1상 지락시의 시뮬레이션 파형인 데, 이를 살펴보면 0.5초와 0.6초사이에 고장을 일으켰을 때, 고장상(A)의 전류 I₂는 고장 임피던스에 반비례하여 증가하고, 해당 상전압 V₂는 감소함을 알 수 있다. 또한 고장점 후단의 고장상 전류 I₃는 거의 영(zero)으로 감소되며 고장상 전압 V₃도 0으로 낮아지지만, 건전상인 B, C상의 경우는 다소 전위가 상승하는 효과가 나타나 건전상 부하전류는 정상부하전류보다 다소 증가함을 알 수 있다.

그리고, 100ms 후 BRK2를 다시 투입시키면 과도전류가 순간 증가한 후, 그 엔벨로프(envelope)가 지수함수적으로 감소하는 과도현상을 거치면서 투입전류가흐르게 되는 것을 알 수 있다( 도8의 ⓐ )

도9는 3상 지락인 경우에 대해 시뮬레이션한 결과 파형인 데, 도9에서도 도8과 같은 동일한 현상이 이루어짐을 알 수 있다. 따라서, 투입전류에 의한 과도전류는, 과도전류 동안의 그 감소특성을 검출하게 되면 고장전류와 구별할 수가 있게 된다.

도10과 도11은 모터 부하가 있는 경우에 고장시점을 전후로 한 파형을 나타낸 것으로서, 고장시점에서 개폐기의 전원측 및 부하측 모두에 과전류가 흐르지만, 전원측 전류 I₂는 부하 임피던스 만큼의 지상전류에서 고장점 임피던스( 시뮬레이션에서는 저항성분만 포함 )에 응동하는 위상으로 전류가 흐르기 때문에, 위상 변화가 크지 않은 반면( 도10과 11의 A1과 A2 표시영역 참조 ), 부하측에 흐르는 전류 I₃는 모터에 의한 발전전류, 즉 역방향 전류에 의해서 최소 90^O이상으로 전류위상이 급격히 반전되는 것을 알 수 있다( 도10과 11의 B1과 B2 표시영역 참조 ).

이와 같이 위상의 변화가 큰 것은, 고장점 임피던스가 10Ω인 고저항 지락사고의 한 경우에 대한 전류파형도인 도12의 C구간을 보면 더욱 더 분명해진다.

따라서, 고장전류 인식시 그 전류위상의 변화가 90^O이상으로 급격히 반전되는 경우에는, 자신이 감시하고 있는 선로구간이 아닌 다른 선로구간( 전원측으로 앞선 선로구간 )에서의 고장으로 인한 과도 역전류가 발생된 것으로 구별해 낼 수가 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은, 고장표시기의 오동작을 방지하기 위한 방식이 적용된 본 발명에 따른 배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치의 바람직한 실시예의 구성은 도13과 같다.

도13은 개폐장치 제어기의 구성으로서 그 구성을 살펴보면, 전압/전류를 검출하는 전압/전류 검출기(10₁,10₂,...); 검출 전압/전류의 대역을 필터링(filtering)하는 아날로그 필터(11₁,11₂,..); 필터링된 다수의 전압/전류신호중 하나를 선택하는 아날로그 먹스(Mux)(12); 상기 선택된 신호를 주기적으로 샘플링(sampling)하여 그 값을 유지하는 샘플/홀더(holder)(13); 상기 유지되는 신호를 디지털로 변환하는 A/D변환기(14); 상기 디지털 변환되는 신호로부터 기본파성분을 추출하는 기본파 추출부(21); 상기 추출되는 기본파성분의 위상을 비교하는 위상 비교부(22); 상기 추출되는 기본파성분의 크기변화의 형태를 검출하는 변화유형 검출부(23); 상기 디지털 변환되는 신호로부터 과전류 여부를 판별하는 과전류 판별부(24); 선로를 차단/재폐시키는 개폐기(42); 상기 개폐기(42)를 동작시키는 릴레이(41); 선로구간의 고장여부를 나타내는 표시부(50); 중앙시스템(200)에 선로구간의 고장여부 등의 데이터를 송신하는 모뎀(60); 및 상기 위상 비교결과, 크기변화의 유형 그리고 과전류 검출여부에 따라 선로고장을 판단하여 이에 따라 조치를 수행하는 제어부(100)를 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 개폐장치 제어기에서는, 상기 전압/전류 검출기(10₁,10₂,...)가 각 선로의 설치지점으로부터 선로의 전압 및 전류를 강압검출하여 그에 상응하는 미소(微小) 신호로서 출력하고, 상기 아날로그 필터(11₁,11₂,..)는 상기 검출된 신호( 선로전류 및 선로전압에 상응하는 2개의 신호 )에서 고역의 고조파 성분을 배제시키기 위해 상기 검출된 각 신호를 저역 필터링하여 출력하게 된다. 상기 아날로그 먹스(12)는 상기 제어부(100)의 제어하에 순차적으로 상기 아날로그 필터(11₁,11₂,..) 중 하나의 출력단을 선택하게 되고, 상기 샘플/홀더(13)는 상기 아날로그 먹스(12)에서 선택출력된 검출신호를 샘플링하여 샘플링된 신호의 크기를 잠시 유지하며, 상기 A/D변환기(14)는 상기 유지되는 검출신호의 크기를 디지털 데이터로 변환하여 선로전압 및 선로전류에 상응하는 디지털 데이터를 출력하게 된다.

이와 같은 과정을 거쳐 디지털 데이터로 변환되는 선로전류와 선로전압에는, 고장시점이나 개폐기의 재투입시 위상에 따라 차이는 있으나, 기준레벨( 0전압 또는 0전류 )의 상하로 비대칭적인 스윙(swing)에 의한 직류 오프셋( DC offset )과, 어느 정도의 고조파성분이 혼합되어 있게 된다. 이러한 성분은 전류의 크기변화와 위상변화를 정확히 검출하는 데 장애가 되므로, 이를 제거하기 위해서 상기 기본파 추출부(21)는 상기 변환되는 디지털 데이터에서 선로전류의 기본파 성분만을 추출하게 된다. 이를 위해서 상기 기본파 추출부(21)는 입력 디지털 데이터를, 뿌리에 트랜스폼(Fourier Transform) 방식의 디지털 필터를 적용하여 기본파성분을 추출하게 되는 데, 도 14는 추출과정을 도식화하여 나타낸 것이며, 그 원리를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

임의의 입력신호를 기본파 주기당 N번 샘플링하고 관측창을 1 주기로 할 때 cosine, sine 기준파형과, 샘플링된 신호 {x(n)}의 상호상관은 다음과 같이 표시된다.

여기에서 cos(k-n)와 sin(k-n)은 (k-n)번째 샘플링 시의 기본파의 cosine과 sine 함수의 디지털 값이다. 그리고 필터 출력y _r1 (k)와y _i1 (k)는k번째 샘플링 순간에서의 기본파의 실수부 성분과 허수부 성분이다.

N=16인 경우 식(1)과 식(2)는 다음과 같이 나타내어진다.

여기에서이다.

식(3)과 식(4)를 Z 변환하여 전달함수를 구하면 다음과 같다.

식(5)와 식(6)에 의해, 실수부 필터 및 허수부 필터의 전달함수의 주파수 특성은 각각 도15 및 도16과 같이 얻어지는 데, 상기 기본파 추출부(21)는 입력 전류성분에 대해 식(5)와 식(6)의 전달함수를 가지므로, 도15 및 16에 나타난 주파수 특성에 의해 입력전류의 직류성분과 기본파의 정수배인 조파성분이 완전히 제거되어 기본파의 60Hz의 성분만을 얻게 된다.

상기 기본파 추출부(21)가 기본파 성분의 진폭(│y₁│)과 위상(Θ₁)을 추출하게 되면, 상기 변화유형 검출부(23)는 상기 추출되는 진폭(│y₁│)의 크기변화를 계속적으로 검출하여 그 감소하는 형태가 지수함수(Ae^-k/T)의 유형에 따르는 지를 판별한다. 이를 위해 상기 변화유형 검출부(23)는 초기 검출되는 몇 개의 진폭값으로부터 지수함수의 비례상수(A)와 시정수(T)를 잠정 결정한 뒤, 이 후의 검출 진폭값이 잠정 결정된 상수값( 비례상수 및 시정수 )에 따르는 지수함수값을 갖는지를 확인하고, 지수함수의 값에 소정에러범위내에서 근접한 값들을 가지면, 현재 기본파 전류의 감소형태가 지수함수적으로 감소하고 있다고 판별하여 그 판별결과를 상기 제어부(100)에 전달한다.

그리고, 상기 위상 비교부(22)는 상기 기본파 추출부(21)에서 추출되는 위상(Θ₁)의 값을 계속적으로 검출하여 그 값의 변화량이 90^O이상이 되는 지를 확인하게 되는 데, 상기 기본파 추출부(21)에서 추출되는 위상은, 도14의, 상기 기본파 추출부(21)내의 기준파형에 대한 상대적인 위상이므로, 소정폭내에서 변화되는 값을 갖게 되며, 이 값은 선로고장시의 역방향 전류에 의해서 크게 변화하기 때문에, 상기 위상 비교부(22)는 상기 위상의 절대값의 크기가 아닌 변화량의 크기를 확인하게 된다.

상기 위상 비교부(22)는 상기 추출되는 위상의 변화가 90^O이상이 되면, 이를 상기 제어부(100)에 전달하여 선로상에 역방향전류가 유입되고 있음을 알리게 된다.

한편, 상기 과전류 판별부(24)는 상기 디지털 변환되는 데이터의 전류값으로부터 일정 레벨이상의 전류값이 검출되는 지를 확인하여, 일정레벨 이상의 값이 검출되면, 선로상에 과전류가 흐르고 있는 것으로 판별하여 과전류 검출사실을 상기 제어부(100)에 전달하게 되고, 이로 인해 상기 제어부(100)는 과전류 검출을 인지하게 된다.

과전류 검출을 인지한 상기 제어부(100)는 검출 후 소정시간 후에 상기 위상 비교부(22) 및 상기 변화유형 검출부(23)로 부터의, 전술한 검출과정에 의한 판별결과를 확인하게 되는 데, 상기 변화유형 검출부(23)로부터 전류의 지수함수적인 감소가 검출되었음을 확인하게 되면, 직전 검출된 과전류는 선로차단 후 재폐에 의한 돌입전류로 판단하여 선로고장으로 인식하지 않게 되고, 또한 상기 위상 비교부(22)로부터 전류의 위상변화가 90^O이상 있었음을 확인하게 되면, 역방향 전류가 유입되고 있는 것으로 판단하여, 선로고장이, 개폐장치 제어기( 도6의 BRK3에 설치된 제어기 )가 감시하는 선로구간이 아닌 타 구간에서 발생한 것으로 인식하여 별도의 고장표시를 하지 않게 된다( 도6의 선로고장의 경우, BRK2는 선로고장을 표시하여야 하지만, BRK3는 선로고장을 표시하지 않아야 선로고장 구간을 알 수 있게된다 ).

만약, 상기 제어부(100)가 과전류 검출을 인지한 후에, 상기 위상 비교부(22)나 상기 변화유형 검출부(23)로부터 지정된 조건(전류의 감소형태, 위상의 급변)의 검출이 없는 경우에는, 상기 제어부(100)는 현재의 과전류는 감시선로에서의 고장으로 인한 것으로 판단하여, 상기 표시부(50)에는 현재 선로의 고장상태를 나타내고 고장표시기(F/I)를 세트시키게 된다.

이와 같은 선로의 고장으로 인한 조치 후 2초 정도가 경과되면, 상기 제어부(100)는 상기 A/D변환기(14)에서 변환되는 전압값을 확인하여 그 값이 무전압에 상응하는 범위의 값( 약 1,000V 이하 )이면 선로차단 동작이 정상적으로 이루어진 것으로 판단하고, 만약 무전압이 검출되지 않으면 리클로져의 고장표시기나차단기의 릴레이가 오동작하였거나, 상기 고장표시기의 세트설정이 정상적으로 이루어지지 않은 것으로 판단하여, 이와 같은 상태를 상기 모뎀(60)을 통해 원격지의 중앙시스템(200)에 전송하게 되고, 이로써 선로의 관리자가 배전자동화 장치를 점검할 수 있도록 한다.

상기와 같이 구성되어 동작하는 본 발명에 따른 배전 자동화용 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치와 선로고장의 처리방법은, 선로상의 고장전후로의 돌입전류 또는 역방향전류에 의한 고장표시기의 오동작을 방지하여, 배전자동화 시스템의 자동화의 효용성을 더욱 배가시키고, 이에 따라 선로관리를 위한 인적자원을 보다 더 축소하여 운용할 수 있도록 함으로써, 배전선로의 유지 보수에 따른 비용절감을 도모할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (10)

1. 배전 자동화용 장치에 있어서,

   배전선로상의 전류를 검출하는 전류 검출수단;

   상기 검출되는 전류의 과전류 여부를 판별하는 비교수단;

   상기 검출되는 전류의 감소형태를 식별하는 식별수단; 및

   상기 비교수단에서 과전류가 판별되는 경우 상기 식별수단에서 상기 전류의 감소형태가 전류의 포락선(envelop)이 지수함수적으로 감소하는 형태가 아닌 것으로 식별되면 상기 선로의 고장으로 판단하고 선로고장의 표시를 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되는 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 식별수단은 상기 검출되는 전류의 기본파 성분을 추출하여 그 감소형태를 식별하는 것을 특징으로 하는 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 기본파 성분의 추출은, 뿌리에(Fourier) 변환방식에 의한 디지털 필터를 적용함에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치.
5. 배전 자동화용 장치에 있어서,

   배전선로상의 전류를 검출하는 전류 검출수단;

   상기 검출되는 전류의 과전류 여부를 판별하는 비교수단;

   기 설정된 기준신호에 대한, 상기 검출되는 전류의 상대적인 위상변화의 크기를 검출하는 위상 검출수단; 및

   상기 비교수단에서 과전류가 판별되는 경우 상기 위상 검출수단에서 검출된 상대적인 위상변화의 크기가 90도 이상이 아니면 상기 선로의 고장으로 판단하고 선로고장의 표시를 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되는 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치.
6. 삭제
7. 제 5항에 있어서,

   상기 위상 검출수단은 상기 검출되는 전류의 기본파 성분을 추출하여 그 위상의 크기를 검출하는 것을 특징으로 하는 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 기본파 성분의 추출은, 뿌리에(Fourier) 변환방식에 의한 디지털 필터를 적용함에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 개폐기기의 선로고장 표시 제어장치.
9. 배전 선로상의 전류의 과전류 여부와 상기 전류의 지수함수적 포락선 감소 여부 및 상기 전류의 위상 급변 여부에 따라서, 상기 선로의 고장 여부를 표시하는 제 1단계와;

   상기 표시 후 소정시간내에, 상기 선로상에 무전압이 발생하는 지를 검출하는 제 2단계; 및

   상기 무전압 발생의 검출여부에 따라 선로 보호장치의 이상상태를 송신하는 제 3단계를 포함하여 구성되는 개폐기기의 선로고장 처리방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 제 1단계에서, 상기 전류가 과전류인 경우, 상기 전류의 포락선이 지수함수적으로 감소하지 않고 상기 전류의 상대적 위상변화의 크기가 90도 이상이 아니면 상기 선로의 고장을 표시하는 것을 특징으로 하는 개폐기기의 선로고장 처리방법.