KR100390547B1 - 송전선로용 차단기의 투입 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투입 과도전압의 크기를 완화시켜 송전선로의 설계 절연레벨을 낮출 수 있는 송전선로용 차단기의 투입 제어방법을 제공한다.

본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법은, 차단기의 전원측 및 선로측 전압을 각각 측정하는 단계; 측정된 전원측 및 선로측 전압의 진폭과 주기를 각각 구하는 단계; 구해진 전원측 및 선로측 전압의 진폭으로부터 전원측 및 선로측 전압의 각각의 위상각과, 두 위상각 사이의 사이각을 구하는 단계; 차단기 극간에 인가되는 맥동파의 주기를 구하는 단계; 구해진 사이각과 맥동파의 주기를 바탕으로 현재 진행시점 및 그에 따른 맥동파 주기상의 현재 진행위치를 구하는 단계; 구해진 현재 진행시점과 상기 맥동파 주기를 바탕으로 예측되는 차단기 최적 투입 지점까지의 잔여시간을 구하는 단계; 및 구해진 잔여시간과 차단기의 특성에 따라 주어지는 투입시간이 동일하게 되는 시점에서 차단기에 투입신호를 인가하는 단계를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 투입 과도전압의 크기가 최소가 되는 최적 투입시점의 예측이 가능하고, 이에 의한 송전선로용 차단기의 투입제어가 이루어지므로, 송전선로의 절연 설계 기준을 낮출 수 있다. 따라서, 송전선로의 구성을 축소하여 그에 따른 경비를 절감할 수 있다.

Description

송전선로용 차단기의 투입 제어방법{Method for controlling closing of circuit breaker for transmission lines}

본 발명은 송전선로용 차단기의 투입 제어방법에 관한 것으로서, 특히 송전선로용 차단기의 투입 동작이 차단기 극간에 인가되는 전압의 위상을 기준으로 크기가 최소가 되는 시점에서 실행될 수 있도록 투입 시점을 제어함으로써, 투입 과도전압의 크기를 완화시켜 송전선로의 설계 절연 레벨을 낮출 수 있는 송전선로용 차단기의 투입 제어방법에 관한 것이다.

차단기 동작시점의 위상에 대한 제어요구는 전력계통의 조상설비를 포함한 용량성 또는 유도성 부하의 경우 스위칭 서어지(surge) 감소와 주변기기에 대한 열화(劣化) 영향을 최소화함으로써 경제적이고 신뢰성있는 전기에너지의 공급 시스템을 확보하기 위해 일찍부터 많은 관심의 대상이 되고 있다. 이러한 개폐제어 적용분야 중에서 특히 송전선로의 투입 제어방식은 다른 적용분야의 제어방식과는 구별되는 제어특성이 요구되는데, 이는 전압 혹은 전류의 단일 신호에 대한 처리가 아니라 대상 차단기를 기준으로 한 전원측과 선로측의 두 전압 신호에 대한 상관성으로 주어지는 차단기 극간의 맥동현상을 가지는 전압신호에 대한 처리능력을 가질 것이 요구된다.

한편, 송전선로용 차단기의 투입에 있어서, 스위칭 과도전압을 억제하기 위해 종래에는 투입 저항을 사용했으나, 차단기 내부의 투입 저항 설치로 인한 구조적 복잡성과 유지보수의 어려움 및 과도전압 억제 정도의 제한성 등의 문제점이 있어 최근에는 투입 제어방식의 도입에 많은 관심이 집중되고 있다. 그러나, 투입 제어방식은 이 분야의 첨단 기술로 보편적 방법이 아직 정립되어 있지 않으며, 관련기술에 대한 공개가 아직 이루어지지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 송전선로용 차단기의 투입동작이 차단기 극간에 인가되는 전압의 위상을 기준으로 크기가 최소가 되는 시점에서 실행될 수 있도록 투입시점을 제어함으로써 투입 과도전압의 크기를 완화시켜 송전선로의 설계 절연레벨을 낮출 수 있는 송전선로용 차단기의 투입 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도.

도 2는 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법에 의한 차단기 개폐 제어동작과 관련된 각 신호들의 주기와 파형을 보여주는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법에 있어서의 각 신호들 간의 위상각에 대한 상관 관계를 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

Ts...전원측 전압의 주기 Tl...선로측 전압의 주기

T...맥동파(전압신호)의 주기 tr...잔여 시간

Vs...전원측 전압 Vl...선로측 전압

...전원측 전압 위상...선로측 전압 위상

...전원측과 선로측 전압의 위상 차이

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법은,

(a) 차단기의 전원측 및 선로측 전압을 각각 측정하는 단계;

(b) 상기 측정된 전원측 및 선로측 전압의 진폭과 주기를 각각 구하는 단계;

(c) 상기 구해진 전원측 및 선로측 전압의 진폭으로부터 전원측 및 선로측 전압의 각각의 위상각과, 두 위상각 사이의 사이각을 구하는 단계;

(d) 상기 단계(b)에서 구해진 주기를 바탕으로 차단기 극간에 인가되는 맥동파의 주기를 구하는 단계;

(e) 상기 단계(c) 및 단계(d)에서 구해진 사이각과 맥동파의 주기를 바탕으로 현재 진행시점 및 그에 따른 맥동파 주기상의 현재 진행위치를 구하는 단계;

(f) 상기 구해진 현재 진행시점과 상기 맥동파 주기를 바탕으로 예측되는 차단기 최적 투입 지점까지의 잔여시간을 구하는 단계; 및

(g) 상기 구해진 잔여시간과 차단기의 특성에 따라 주어지는 투입시간이 동일하게 되는 시점에서 차단기에 투입신호를 인가하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 투입 과도전압의 크기가 최소가 되는 최적 투입시점의 예측이 가능하고, 이에 의한 송전선로용 차단기의 투입제어가 이루어지므로, 송전선로의 절연 설계 기준을 낮출 수 있다. 따라서, 송전선로의 구성을 축소하여 그에 따른 경비를 절감할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예를 본격적으로 설명하기에 앞서 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법의 개요를 먼저 설명해 보기로 한다.

송전선로의 투입용 차단기는 투입 시점이 차단기 극간 전압이 0인 시점에서 수행될 때 투입 과도 전압을 최소화할 수 있기 때문에 사용되는 제어방식은 이를 효과적으로 수행할 수 있어야 한다. 송전선로의 회로조건은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 즉, 선로의 충전된 전하를 방전시킬 수 있는 보상회로가 있는 경우와, 충전된 전하가 방전되지 않는 보상회로가 없는 경우로 구분할 수 있다. 보상회로가 없는 경우는 선로측에 직류전압이 인가되어 있는 것과 같아서, 투입 예상 지점이 전원측 전압의 주기와 동일하게 예측이 용이하다. 따라서, 예측방식에 어려움이 없다. 그러나, 보상회로가 있는 경우는 선로측 전압도 보상회로, 즉 리액턴스(L)와 선로의 커패시턴스(C) 값으로 주어지는 주파수의 진동성 전압이 나타나기 때문에,최적 투입 예상지점인 전압 최소영역이 전원측과 선로측 전압의 주파수에 의존하는 맥동파 형태로 주기를 가지게 된다. 따라서, 보상회로가 있는 경우 전원측과 선로측의 전압신호를 측정하여 두 신호의 위상관계로부터 차단기 극간에 나타나는 맥동파 전압의 주기를 연산하고, 진행시점에서 최적 투입시점 간의 시간 차이를 예측하여 차단기에 투입신호를 인가시켜 줌으로써 투입 과도전압을 최소로 제어할 수 있게 된다. 그러면, 이상과 같은 사항을 바탕으로 본 발명의 실시예를 설명해 보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법에 의한 차단기 개폐 제어동작과 관련된 각 신호들의 주기와 파형을 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법에 있어서의 각 신호들 간의 위상각에 대한 상관 관계를 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법에 따라 먼저 송전선로용 차단기의 전원측 전압(Vs)과 선로측 전압(Vl)을 각각 측정하게 된다(단계 101). 즉, 차단기의 전원측 및 선로측에 각각 설치되어 있는 전압 측정용 센서들(미도시)에 의해 전원측 및 선로측의 전압이 각각 검출되고, 이 검출된 전압(아날로그 신호)들은 다시 아날로그/디지털 변환기(미도시)에 의해 디지털 값으로 변환되어 표시창을 통해 표시됨으써 시스템 운전자는 차단기의 전원측 전압 (Vs)과 선로측 전압(Vl)을 각각 측정하게 되는 것이다.

이렇게 하여 차단기의 전원측 전압(Vs)과 선로측 전압(Vl)이 측정되면, 그측정된 전원측 전압(Vs) 및 선로측 전압(Vl)의 진폭(As, Al)과 주기(Ts, Tl)를 각각 구하게 된다(단계 102). 그리고, 그 구해진 전원측 및 선로측 전압의 진폭(As, Al)으로부터 전원측 및 선로측 전압의 각각의 위상각()과, 그 두 위상각 사이의 사이각()을 구한다(단계 103).

또한, 상기 전원측 전압(Vs) 및 선로측 전압(Vl)의 주기(Ts, Tl)를 바탕으로 차단기 극간에 인가되는 맥동파의 주기(T)를 구한다(단계 104). 여기서, 이 맥동파의 주기(T)는 다음의 수식 관계에 의해 구해진다.

여기서, T는 맥동파의 주기, T_s는 전원측 전압의 주기, T_l은 선로측 전압의 주기를 각각 나타낸다.

이렇게 하여 맥동파의 주기 T가 구해지면, 그 주기 T와 상기 전원측 및 선로측 전압의 각 위상각 사이의 사이각()을 바탕으로 현재의 진행시점 및 그에 따른 맥동파 주기상의 현재의 진행위치를 구한다(단계 105). 여기서, 현재 진행시점은 다음과 같은 수식 관계에 의해 구해진다.

또한, 이상에 의해 구해진 현재 진행시점과 상기 맥동파 주기 T를 바탕으로,예측되는 차단기 최적 투입 지점까지의 잔여 시간을 구한다(단계 106). 여기서, 이 잔여 시간은 다음과 같은 수식 관계에 의해 구해진다.

이렇게 하여 잔여 시간이 구해지면, 최종적으로 그 구해진 잔여 시간과 차단기의 특성에 따라 주어지는 투입시간이 동일하게 되는 시점에서 차단기에 투입신호를 인가한다(단계 107). 이로써 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법의 실행 과정이 완료된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 송전선로용 차단기의 투입 제어방법은 투입 과도전압의 크기가 최소가 되는 최적 투입시점의 예측이 가능하고, 이에 의한 송전선로용 차단기의 투입제어가 이루어지므로, 송전선로의 절연 설계 기준을 낮출 수 있다. 따라서, 송전선로의 구성을 축소하여 그에 따른 경비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. (a) 차단기의 전원측 및 선로측 전압을 각각 측정하는 단계;

   (b) 상기 측정된 전원측 및 선로측 전압의 진폭과 주기를 각각 구하는 단계;

   (c) 상기 구해진 전원측 및 선로측 전압의 진폭으로부터 전원측 및 선로측 전압의 각각의 위상각과, 두 위상각 사이의 사이각을 구하는 단계;

   (d) 상기 단계(b)에서 구해진 주기를 바탕으로 차단기 극간에 인가되는 맥동파의 주기를 구하는 단계;

   (e) 상기 단계(c) 및 단계(d)에서 구해진 사이각과 맥동파의 주기를 바탕으로 현재 진행시점 및 그에 따른 맥동파 주기상의 현재 진행위치를 구하는 단계;

   (f) 상기 구해진 현재 진행시점과 상기 맥동파 주기를 바탕으로 예측되는 차단기 최적 투입 지점까지의 잔여시간을 구하는 단계; 및

   (g) 상기 구해진 잔여시간과 차단기의 특성에 따라 주어지는 투입시간이 동일하게 되는 시점에서 차단기에 투입신호를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전선로용 차단기의 투입 제어방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (d)에서의 맥동파의 주기(T)는, 전원측 전압의 주기를 T_s, 선로측 전압의 주기를 T_l이라 할 때,

   의 수식관계에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 송전선로용 차단기의 투입 제어방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (e)에서의 현재 진행시점은, 전원측 전압의 위상각과 선로측 전압의 위상각 사이의 사이각을, 맥동파의 주기를 T라 할 때,

   현재 진행시점 =

   의 수식관계에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 송전선로용 차단기의 투입 제어방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (f)에서의 잔여시간은, 전원측 전압의 위상각과 선로측 전압의 위상각 사이의 사이각을, 맥동파의 주기를 T라 할 때,

   잔여시간 = T - 현재 진행시점 =

   의 수식관계에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 송전선로용 차단기의 투입 제어방법.