KR100506009B1 - 배전 자동화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배전선로의 고장구간 파악, 선로개폐기 등의 전기적 연결을 갖는 장치의 원격감시 원격제어, 수용가에 설치된 계량기의 원격검침을 구현하기 위한 배전 자동화 시스템에 관한 것이다.
본 발명에서는 변전소로부터 전력이 공급되는 현재 시스템을 감안하여 현재 시스템에 간단히 적용할 수 있는 배전 자동화 시스템을 제안하고자 하는 것으로, 각 변대주(변압기가 설치된 전주)단위로 변압기 2차 전압, 전류 데이터를 수집하고, 또한 각 수용가로 부터의 검침데이터를 수집하여 인접된 변대주간의 무선 통신 중계방식을 적용하여 원격지의 배전관리시스템에서 그 데이터를 수집처리할 수 있도록 하므로써, 저렴한 구축비용 및 운용 비용으로 그 범위가 확대되는 배전 자동화 시스템을 제공하고자 한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 시스템을 적용함에 따라, 중성선에 흐르는 전류의 방향을 검출하여 정확한 선로의 사고 위치를 검출 할 수 있도록 한 것이다.

Description

배전 자동화 시스템{Electric supply automation system}
본 발명은 배전선로의 고장구간 파악, 선로개폐기 등의 원격감시 원격제어, 변압기 관리, 수용가에 설치된 계량기의 원격검침 등 독립적 시스템을 종합적으로 구현하여 배전자동화 범위를 확대하는 다기능 배전 자동화 시스템에 관한 것이다.
(1). 배전선로 운영
현재 배전선로 운영에 있어 선로사고가 발생 시는 큰 고장전류가 흐르며 이때, 선로개폐기(리크로자) 또는 변전소의 감시릴레이에 의하여 사고 발생을 인지하게 된다.
사고처리 방법으로 고장전류의 크기를 감안하던지 리크로자별로 동작상태를 감지하여 사고발생 구간을 예상하며, 구간별로 선로개폐기를 순차적으로 투입하여 이상유무에 의하여 사고발생구간을 확인하여 고장구간을 분리한다.
또한 고장 구간이 확인되면 사고발생 원인규명과 고장복구를 위하여 사고발생 장소를 찾아야만 한다.
그러나, 목격자 신고가 없으면 넓은 지역을 순회하여야 하는 수고와 고장복구순시사고의 경우 원인규명 조차하지 못하는 경우가 많다.
(2). 배전자동화
현재의 배전 자동화 범위라고 하는 것은 배전계통 원격 감시제어로서 주로 선로개폐기의 트립(TRIP)을 감시, 사고지점을 추정하여 원격으로 선로개폐기를 절체 조작하여, 정전범위(사고지점 색출을 위한 순시범위)를 축소하는 정도이다.
(3). 변압기의 원격관리
변압기의 관리대상 중요항목은 부하관리, 온도관리, 전압관리, 부하 불평형 관리 등이라 할 수 있는데, 정기적으로 현장 실측에 의해 이루어져 왔으며, 최근에 와서야 경보기 내지는 적외선 온도 체커 등이 병행 사용되고 있다.
(2). 원격 검침
전기, 수도, 중수, 온수, 가스, 오폐수 등에 검침이 이루어지고 있는 바, 이중 전기의 경우 CDMA, PCS 등의 무선 이동통신망을 이용한 원격검침 시스템이 개발되어 고압수용에 대한 원격검침이 일부 시행되고 있다.
또한 저압수용의 경우 RF 통신, 전화전용선, 유무선 인터넷 등을 이용한 다양한 방법의 원격검침 시스템이 개발되어 제시되고 있으나, 이 또한 통신 인프라의 구축 및 통신료 등의 비용발생으로 인하여 확대 시행되지 않고 있는 실정이다.
전기분야를 비롯하여 기타 원격검침 또한 경제성 및 시공상의 문제점이 우선적으로 해결되어야만 시행이 가능하다고 볼 수 있다.
이와 같이 종래에서는 배전부하의 감시 데이터 및 각 수용가의 검침 데이터를 취득하고, 수집된 데이터를 소정의 무선 이동통신망 및 유무선 인터넷 등을 통해 원격지에서 수집할 수 있도록 하는 데, 이는 통신료의 발생 및 원격지까지의 통신선로 구축에 필요한 비용발생 등 실제 적용에 있어서는 어려움이 많다.
본 발명에서는 변전소로부터 전력이 공급되는 현재 시스템을 감안하여 현재 시스템에 간단히 적용할 수 있는 배전 자동화 시스템을 제안하고자 하는 것으로, 각 변대주(변압기가 설치된 전주)단위로 변압기 2차 전압, 전류 데이터를 수집하고, 또한 각 수용가로 부터의 검침데이터를 수집하여 인접된 변대주간의 무선 통신 중계방식을 적용하여 원격지의 배전관리시스템에서 그 데이터를 수집처리할 수 있도록 하므로써, 저렴한 구축비용 및 운용 비용으로 그 범위가 확대되는 배전 자동화 시스템을 제공하고자 한 것이다.
또한, 본 발명은 이와 같은 시스템을 적용함에 따라, 중성선에 흐르는 전류의 방향을 검출하여 정확한 선로의 사고 위치를 검출 할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은, 각 변대주에 설치되며, 변압기 2차측 부하의 감시 및 변압기 2차측에 전기적으로 연결된 전력량계, 제어장치, 부하스위치 등과의 전력라인통신(PLC; Power Line Communication)을 통해 해당 장치의 제어 및 전력량계 검침데이터 또는 해당 장치의 감시 데이터를 취득하며, 근거리 무선 데이터 통신을 통해 배전관리시스템의 제어신호 처리 및 중계 그리고 취득된 데이터의 전송 및 전송받은 타 배전자동화용 단말기의 취득 데이터를 중계 전송하는 배전자동화용 단말기와, 변압기의 2차측 배전자동화용 단말기와 전기적 연결을 갖는 장치들에 대한 제어 및 각 변대주에 설치된 배전자동화용 단말기로부터 제공받은 배전 부하의 감시데이터 또는 전력라인통신을 통해 얻은 해당장치의 감시데이터 및 전력량계 검침데이터를 저장, 분석, 처리하는 배전관리시스템을 포함하여 구성되며,
각 변대주에 설치된 배전자동화용 단말기에 대해 식별정보를 부여하고, 각 배전자동화용 단말기에 대하여 인접된 배전자동화용 단말기를 근거리 무선 데이터 통신대상으로 하는 통신대상정보를 설정하여, 배전관리시스템의 요구 또는 감시결과에 따른 이벤트 발생시 설정된 통신대상 배전자동화용 단말기에 따라 순차적으로 데이터를 중계 전송하여 최종의 배전관리시스템에 각 배전자동화용 단말기의 데이터가 수집 또는 배전관리시스템의 제어신호가 중계전송 될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 배전자동화용 단말기는 단말기를 식별하기 위한 자신의 고유식별정보 및 통신해야할 상위 및 하위의 단말기식별정보가 설정되는 식별정보설정부와, 전력라인과 연결된 장치와의 전력라인통신을 수행하는 PLC 모뎀부와, 변압기의 2차측 각 상전압을 검출하기 위한 전압검출수단과, 변압기의 2차측 각 상 전류를 검출하기 위한 전류검출수단과, 근거리 무선통신을 수행하기 위한 근거리 무선 데이터통신수단과, 취득된 데이터의 저장, 처리 및 식별정보설정부에 설정된 식별정보에 따라서 근거리 무선데이터통신수단을 통해 해당하는 배전자동화용 단말기 또는 배전관리시스템과 근거리 무선 데이터 통신을 수행하여 해당 데이터를 전송 제어하는 제어부와, 배터리와, 변압기의 2차측 전압을 공급받아 배터리를 충전하고, 비상시배터리의 전원으로 절환하여 단말기의 동작이 가능하도록 하는 전원스위칭 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명 배전 자동화 시스템을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
변압기(100)의 2차측 부하감시수단과, 전기적 연결을 갖는 해당 장치와의 데이터 통신수단과, 인접된 단말기와의 근거리 무선 데이터 통신수단을 포함하여 구성되며 각 변대주(200)에 설치되는 다수의 배전 자동화용 단말기(300)와, 배전 자동화용 단말기(300)로부터 전송되는 데이터를 저장, 연산,처리하며 배전 자동화용 단말기(300)에 연결되는 장치들에 대한 제어를 수행하는 배전관리시스템(400)으로 이루어지며,
이벤트 발생 또는 배전관리시스템(400)의 요구에 의해 각 변대주(200)에 설치된 배전 자동화용 단말기(300)가 순차적으로 인접된 배전 자동화용 단말기(300)와 근거리 무선 데이터 통신하여, 각 배전 자동화용 단말기(300)를 거치면서 배전관리시스템(400)의 제어신호 및 배전 자동화용 단말기(300)에서 취득된 감시데이터가 중계 전송되도록 한다.
상기 2차측 부하감시수단으로 변압기(100)의 2차측 각 상(A,B,C)전압은 배전 자동화용 단말기(300)에 공급되고, 변압기(100)의 각 상(A,B,C) 전류를 검출하는 변류기(CT)와, 선로고장구간의 위치를 검출하기 위해 공통 중성선(neutral)상에 설치되는 영상변류기(Z-CT)와, 변압기(100)의 온도를 감지하기 위한 온도센서(700)를 포함하여 구성된다.
상기 배전 자동화용 단말기(300)는 단말기를 식별하기 위한 자신의 고유식별정보(ID) 및 통신해야할 상위 및 하위의 단말기식별정보(ID)가 설정되는 식별정보설정부(301)와, 전력라인과 연결된 장치와의 전력라인통신을 수행하는 PLC 모뎀부(302)와, 검출된 변압기(100)의 2차측 각 상(A,B,C)전압 및 상기 변류기(CT), 영상변류기(Z-CT)로부터 검출된 전류값 및 변압기(100)내의 온도센서(700)에서 검출된 온도값을 입력받아 제어부(305)로 공급하며 제어부(305)의 제어신호를 출력하는 입출력 인터페이스부(303)와, 인접한 통신대상 단말기 또는 배전관리시스템(400)과의 근거리 무선통신을 수행하기 위한 RF 통신모듈(304)과, 취득된 데이터의 저장, 처리 및 식별정보설정부(301)에 설정된 식별정보에 따라서 RF통신을 통해 해당하는 배전 자동화용 단말기(300) 또는 배전관리시스템(400)과 근거리 무선 데이터 통신을 수행하여 해당 데이터를 전송 제어하는 제어부(305)와, 배터리(306)와, 변압기(100)의 2차측 전압을 공급받아 배터리(306)를 충전하고, 비상시 배터리(306)의 전원으로 절환하여 단말기의 동작이 가능하도록 하는 전원스위칭 제어부(307)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 RF 통신모듈(304)은 상위의 배전 자동화용 단말기(300) 또는 배전관리시스템(400)과의 통신을 위한 제 1RF통신부(304A)와, 하위의 배전자동화용 단말기(300)와의 통신을 위한 제 2RF통신부(304B)와, 제 1RF통신부(304A)의 통신채널을 설정하는 제 1통신 채널부(304C)와, 제 2RF통신부(304B)의 통신채널을 설정하는 제 2통신 채널부(304D)를 포함하여 구성된다.
그리고 상기 배전관리시스템(400)은,
배전 자동화용 단말기(300)와 RF 무선 데이터 통신을 수행하기 위한 RF 모듈(411)과, RF모듈(411)을 통해 무선 데이터 통신을 제어하여 제어PC(420)로부터 전달되는 제어신호의 출력 및 배전 자동화용 단말기(300)로부터 전송받은 데이터를 제어PC(420)로 출력 제어하는 제어부(412)와, 제어PC(420)와의 시리얼(serial) 데이터 통신을 위한 입출력 인터페이스(RS232C)(413)와, 전원부(414)를 포함하는 PC 인터페이스(410)와,
PC인터페이스(410)와 시리얼 접속 연결되어 배전 자동화용 단말기(300)로부터 전송된 데이터를 저장, 연산 처리하며, 배전 자동화용 단말기(300) 및, 배전 자동화용 단말기와 전기적 연결을 갖는 장치들에 대한 제어신호를 생성하기 위한 제어 프로그램이 탑재된 제어PC(420)를 포함하여 구성된다.
미 설명된 부호 500은 선로개폐기, 501은 선로개폐기를 제어하는 제어반, 600은 변압기 개폐스위치(COS; Cut Out Switch), EHV(Extra High Voltage)는 고전압선이다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명은 각 변대주마다 설치된 배전 자동화용 단말기간의 근거리 무선 RF 데이터 통신을 통해 데이터를 전달하도록 하고, 이들 배전 자동화용 단말기가 순차적으로 상위 배전관리시스템측으로 또는 하위 배전 자동화용 단말기 측으로 데이터를 중계 전달할 수 있도록 하는 것으로,
배전 자동화용 단말기는 변압기의 온도, 각 상별 부하전류, 전압 그리고 선로의 고장 지락전류들을 부분적 또는 전체적으로 감지할 수 있도록 하는 기능을 가지며, 변압기 2차에 설치되는 각종 콘트롤러(제어기) 또는 부하 스위치, 전력량계 등의 장치와 전력라인통신(PLC)을 수행하여, 원하는 데이터를 취득 또는 원격에서의 해당 장치의 제어가 가능하도록 한다.
이와 같은 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 그 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 변압기(100)가 설치된 각 변대주(200)마다 배전 자동화용 단말기(300)를 설치한다.
상기 배전 자동화용 단말기(300)는 변대주(200)의 저압선 가까운 곳에 설치하는 것이 적정하고, 그 통신 신뢰도를 위해 가급적 상위 또는 하위 배전 자동화용 단말기(300)와 가시(可視) 방향으로 설치하여 RF 데이터 무선 통신환경을 개선할 수 있으며, 변대주(200)의 상측부에 안테나를 설치하여 RF 데이터 통신 환경을 개선할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배전 자동화용 단말기(300)는 RF 통신모듈(304)이 구성되며, RF 통신모듈(304)은 상위 또는 하위 배전 자동화용 단말기(300)와의 RF 통신을 위하여 제 1RF 통신부(304A)와 제 2RF 통신부(304B)가 구성되어 있다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이, 'd'의 위치에 있는 배전 자동화용 단말기(300)는 상위 'c' 배전 자동화용 단말기(300) 또는 'e'의 위치 배전 자동화용 단말기(300)와 RF 무선 데이터 통신을 수행하게 된다.
따라서, 'd'의 위치 배전 자동화용 단말기(300)의 데이터는 d→c→b→a→배전관리시스템(400)으로 중계 전송되는 것이다.
여기서, 배전 자동화용 단말기(300)는 자신의 고유 ID 하나와 상위,하위 배전 자동화용 단말기(300)의 ID를 하나씩 갖고 있으며, 필요에 의해서는 하나이상의 복수개를 갖을 수도 있다.
이와 같은 ID는 식별정보설정부(301)에 설정되어 있으며, 고유ID와 통신대상 식별정보 ID는 현장에서 설정(setting) 또는 배전관리시스템(400)에서 원격 설정 또는 변경이 가능하다.
또한 배전 자동화용 단말기(300)에는 PLC 모뎀부(302)을 구성하고 있어, 변압기(100)의 2차측에 전기적으로 연결되고 PLC 모뎀을 포함하는 각종 제어기, 부하 스위치, 전력량계 등과 전력라인 통신을 통해 제어 및 현재 상태 데이터를 전달받을 수 있다.
즉, 전력량계와 PLC 통신을 수행하는 경우에는 원격검침이 가능해진다.
또한, 배전 자동화용 단말기(300)는 규정 전압을 기본적으로 저장하고 있으며, 자신이 관리하는 변압기(100)의 용량(정격전류), 허용 온도치와 같은 변압기정보가 제어부(305)내에 설정되어 있다.
이와 같이 제어부(305)에 설정된 규정전압 및 변압기정보는 설치시 현장에서 입력하여 설정하거나 또는 배전관리시스템(400)에서 원격으로 설정한다.
이러한 변압기정보로부터 변압기(100)의 2차측 각 상 전압, 전류값 등에 대하여 문제가 발생되어 알려야 하는 조건(event)을 판단하게 된다.
여기서 이벤트 발생을 위한 데이터의 내용은 규정전압 이탈 또는 무압(0V), 지정 정격부하전류초과, 온도초과, 고장 지락전류 감지 등의 단말기 자체 감시항목 또는 PLC를 통하여 선로개폐기(500)의 동작 등 의 제어동작으로 나타낼 수 있다.
그러면, 본 발명에서의 배전 자동화용 단말기(300)에서의 데이터 전송과정을 설명하면 다음과 같다.
(a). 이벤트가 발생할 경우
제 1RF 통신부(304A)를 송신모드로 전환하여 상위 배전 자동화용 단말기(300)의 제 2RF 통신부(304B)에 상위 단말기의 ID 및 자신의 ID를 포함시켜 저장된 데이터를 전송한다.
이때 RF 통신모듈(304)는 통신이 종료되면 즉시 수신 대기상태로 전환된다.
(b). 상위 단말기로부터 제어신호가 수신될 경우
수신된 신호에 포함된 상위 단말기의 ID와 제어대상 ID가 자신의 상위 단말기 ID와 자신의 ID가 맞는지를 판단하게 되고, 일치할 경우 제어신호에 해당하는 동작을 수행하도록 한다.
예를 들어 선로개폐기(500)의 개폐 제어신호 일 경우 PLC 모뎀부(302)를 통해 선로개폐기제어반(501)과 PLC 통신하여 해당 제어신호를 전달하고, 변압기정보 정정(resetting)신호일 경우에는 제어부(305)의 변압기정보를 정정한다.
상위 단말기의 ID는 맞지만 제어대상 ID가 자신의 ID와 일치하지 않는 경우에는 제 2RF 통신부(304B)를 통해 하위의 단말기로 자신의 ID와 제어대상 ID를 포함시켜 전송한다.(중계)
즉, 배전관리시스템(400)에서는 제어신호를 송출함에 있어, 제어대상 ID를 설정하여 전송하게 되고, 중계과정에서 송출하는 자신의 ID를 전송하게 되므로, 신호를 수신받는 단말기는 자신이 통신대상임을 판단하기 위하여 상위 단말기의 ID를 식별정보설정부(301)에 설정된 상위 단말기 ID와 비교하게 되고, 자신에게 송출한 신호라고 판단되는 경우 제어대상ID와 자신의 ID를 비교하여 제어대상인지를 판단하여 제어대상이 아닌 경우에는 하위 단말기로 제어신호를 중계하게 되는 것으로 이때에는 제어신호를 중계하는 자신의 ID와 상기의 제어대상 ID를 제어신호에 포함시켜 전송하는 것이다.
(c). 하위 단말기로 부터의 신호가 수신될 경우
하위 단말기의 ID와 자신의 ID를 식별번호설정부(301)에 설정된 자신의 하위 단말기의 ID와 자신의 ID를 비교하여 일치할 경우 상위 단말기로 중계전송하고, 일치하지 않을 경우에는 무시한다.
이때에도 상기에서와 마찬가지로 상위 단말기로 전송함에 있어 자신의 ID와 상위 단말기의 ID를 포함시켜 중계전송하여 상위 단말기에서도 동일한 과정을 거쳐 데이터 전송과정이 이루어지도록 한다.
(d). 통신중인 경우 자체 이벤트가 발생하는 경우
여기서, 통신중에 자체 이벤트가 발생하게 되면, 우선적으로 자체 이벤트 사항을 제 1RF통신부(304A)를 통해 먼저 송출하고 제 2RF통신부(304B)를 통해 수신중인 데이터는 일시 저장하였다가, 제 1RF통신부(304A)의 전송이 완료된 후, 저장된 데이터를 제 1RF통신부(304A)를 통해 전송한다.
이후 최종 'a'의 위치 배전 자동화용 단말기(300)에서는 상위 단말기 식별정보가 배전관리시스템(400)의 PC 인터페이스로 설정되어 있어, 이와 같은 과정을 거쳐 배전관리시스템(400)으로 데이터가 전송된다.
PC 인터페이스(410)는 RF 모듈(411)로부터 데이터를 수신하여 제어 PC와 시리얼 통신접속하여 해당 데이터를 전달하며, 제어PC(420)에서는 이들 데이터를 처리하여 저장하고 탑재된 프로그램에 따라 해당하는 작업을 수행한다.
여기서, RF 통신대신 상황(여건)에 따라 블루투스 등의 기타 무선 통신을 적용할 수 있다.
* 선로 사고 위치 검출방법
제어PC(420)에서는 각 배전 자동화용 단말기(300)로부터 수집된 데이터를 이용하여 선로사고 발생위치를 검출할 수 있다.
지락, 낙뢰, 선간 혼촉, 단선사고 또는 선로부하불평형이 일어나면 공통 중성선(N)에 전류가 흐르게 된다.
본 발명에서는 사고가 일어난 위치에서 볼 때 중성선(N)에 흐르는 전류의 방향, 즉 전원측으로 흐르는 전류 방향과 부하측으로의 전류 흐름 방향이 틀리게 나타나는 점을 이용한다.
도 5에 도시된 등가회로를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
중성선(N)에 설치된 변류기(Z-CT)의 2차 전압을 측정하면 선로사고의 발생지점으로부터 전원 측의 변류기(Z-CT)의 출력전압이 +V 라면 부하측의 변류기(Z-CT)출력 전압은 -V가 되는 것이다.
따라서 배전관리시스템(400)에서 변류기(Z-CT)의 2차 전압의 극성을 판단하여, 극성이 바뀌어 나타나는 점을 찾아내면 이 부분이 선로사고의 발생위치라고 할 수 있다.
실제 적용예로 배전관리시스템(400)의 제어PC(420) 모니터상에 각 배전자동화용 단말기(300)로부터 수집된 변류기(Z-CT)의 2차전압 극성을 모두 표현하게 되면, 쉽게 선로사고지점을 찾아낼 수 있으며, (+) 전압 데이터와 (-) 전압 데이터를 서로 다른 색깔로 표현할 경우 더더욱 쉽게 찾아낼 수 있다.
상기 변류기(Z-CT)의 2차 출력에 다이오드를 이용하게 되면, (+)전압의 표시는 +V 으로, (-) 전압의 표시는 0으로 표시되므로, 이와 같은 결과를 이용하는 방법도 일예가 될 수 있다.
또한 고장전류가 발생하기 시작한 반주기(1/2HZ)의 출력을 이용하는 것도 효과적이다.
공통 접지이므로 타 선로에서도 중성선(N)의 전류가 검출되나 미약전류이고 부분적으로 극성(+/-)이 바뀌는 경우는 있어도 사고지점에서와 같이 전원측과 부하측을 뚜렷이 구분하여 선로 전반에서 극성이 바뀌거나 하는 일은 나타나지 않는다.
본 발명에서 선로사고의 위치를 찾아내기 위해서는 (+/-) 전압극성만이 중요하므로, 영상변류기(Z-CT)는 철심코아의 포화가 되도록 설계하여 2차 전압이 무리하게 출력되지 않는 것이 유리하다.
도 6은 중성선(N)에 설치된 영상변류기(Z-CT)의 전압 극성의 일예를 나타낸 도표이다.
앞서도 설명한 바와 같이, 지락 또는 선간혼촉 사고는 변전소에 설치된 OCR(Over Current Relay)이 동작한 선로의 중성선 전류의 유입방향을 추적하면 사고지점을 검출할 수 있는 바,
가공 N에 낙뢰사고의 경우 인근 변전소(S/S; Sub Station)의 OCGR(Over Current Ground Relay)이 1~ 수대 동작하므로 그 선로마다 중성선 전류의 유입방향을 추적하면 낙뢰지점을 검출할 수 있다.
여기서, (+)극성의 표시는 OCGR까지의 고장전류가 유입된 순방향을 표시하는 것이고, (-) 극성의표시는 공통 접지선(N)을 따라 고장전류가 분산되는 방향인 것이다. 즉, '1' 번 위치의 영상변류기(Z-CT)(변전소로부터 가장 가까운 영상변류기)의 극성이 (+)로 시작된 경우 선로를 따라 (+) 극성을 추적하며 분기점에서 다음의 영상변류기(Z-CT)극성이 (+)와 (-) 2개가 있으면 (+)쪽으로 계속 추적하여 (+)쪽으로 계속 추적하여 (+)극의 끝지점이 사고지점이 사고지점이 것이다.
도 6의 도표는 고장전류 파형이 (+) 1/2 주기의 경우이며, 반대로 고장지점이 (-) 1/2 주기의 경우는 1번 영상변류기(Z-CT)의 극성이 (-)로 시작된다.
도 7 내지 도 11은 각 케이스별로 사고지점을 나타낸 도면이다.
또한, 선로고장 발생지점 부근은 선로전압의 강하와 대지 전위의 상승 등으로 배전 자동화용 단말기(300)의 측정전압은 규정전압(220V±13V)에서 이탈을 할 수가 있다. 그러므로, 선로고장 발생지점 부근의 배전 자동화용 단말기(300) 들은 규정전압 이탈 경고 이벤트를 보내게 된다.
따라서, 선로고장지점이 더욱 명확해 지는 것이다.
또는 현재 배전 자동화를 운영중인 선로인 경우 선로개폐기(500), 또는 변전소의 릴레이가 동작하였다면 선로개폐기(500), 또는 변전소와 가장 가까운 변대주(200)에 설치된 배전 자동화용 단말기(300)의 이벤트 내용을 분석하여 영상전류의 극성이 (-)일 경우 그 해당 선로의 모든 배전 자동화용 단말기(300)에 극성이(-)로 동작한 단말기만을 제어PC(420)의 모니터 화면에 출력하면 부하측 최종말단이 고장지점인 것이다.
* 고저압 혼촉사고 검출방법
배전 자동화용 단말기의 소손으로 통신불능, 이벤트가 발생하므로서, 원격감지 가능한다.
또한 변압기(100) 단위의 부점사고는 배전 자동화용 단말기(300)의 규정전압 체크시 규정전압 이탈(OV)의 이벤트 사항 발생으로 인지가능하다.
기타 PLC 통신에 의한 저압 원격검침까지 확대할 경우, 저압선(인입선 포함), 부점사고, 계량기 소손 등에 까지 원격 감지 가능하다.
이와 같은 본 발명을 적용하면, 배전선로 운영(운전)에 관한 데이터 수집창구의 일원화, 온라인화가 가능하며, 변압기별 부하전류, 전압, 온도 등 변압기 관리를 실시간 원격 감시할 수 있다.
고장지점 색출을 위한 선로순시가 필요없으므로 선로고장으로 인한 정전시간을 대폭 감소시킬 수 있다.
고압원격검침 시스템에 연계하여 사용하면 부하(수요)관리를 실시간 효율적으로 할 수 있다.
PLC 모뎀을 이용하는 전력량계와 연계 사용할 경우 원격검침이 가능해지며, 변압기 2차 이후의 부점 사고까지 실시간 감지할 수 있으며, 무단 증설, 천용(전력회사와의 별도 계약없이 무단으로 전기설비를 증설사용하거나 도전을 하는 행위)을 실시간 검출 할 수 있어 변압기 소손사고 및 천용으로 인한 배전 손실을 원천적으로 막을 수 있다.
변대주간의 거리는 통상 가시거리안에 존재하므로, 근거리 RF 통신의 적용이 용이하며, 통신인프라가 구축되지 않은 곳에서도 쉽게 적용할 수 있으며, 저 소비전력으로 장거리 통신이 가능하며, 배전선로 운영측에서는 선로사고 발생의 인지, 발생장소, 개폐기의 동작상태, 개폐기의 조작응답 등을 거의 실시간(최대 2초이내) 수신 및 조작과 조작 확인이 가능하다.
따라서, 선로사고 발생장소를 실시간 파악이 가능하다.
본 발명 시스템을 통합 검침 및 기상자료 수집 또는 보안 방재 서비스까지 확대 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명 배전 자동화 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명 배전 자동화 시스템에 있어서, 전주(변대주)에 배전 자동화용 단말기가 설치된 상태 구성을 보인 도면.
도 3은 본 발명에 적용된 배전 자동화용 단말기의 상세 구성을 보인 블록도.
도 4는 본 발명에 있어서, PC 인터페이스의 상세 구성을 보인 도면.
도 5는 본 발명에 있어서, 선로 사고 지점을 검출 과정을 설명하기 위한 등가회로도.
도 6은 본 발명에 있어서, 중성선(N)에 설치된 영상변류기(Z-CT)의 전압 극성의 일예를 나타낸 도표이다.
도 7 내지 도 11은 도 6에 나타낸 각 케이스별 사고지점을 나타낸 도면이다.

Claims (14)

  1. 변압기의 2차측 부하감시수단과, 변압기의 2차측과 전기적 연결을 갖는 해당 장치와의 전력선통신(PLC) 통신수단과, 인접된 단말기와의 근거리 무선 데이터 통신수단을 포함하여 구성되며 각 변대주에 설치되는 다수의 배전 자동화용 단말기와, 배전 자동화용 단말기로부터 전송되는 데이터를 저장, 연산,처리하며 배전 자동화용 단말기에 연결되는 장치들에 대한 제어를 수행하는 배전관리시스템으로 이루어지며,
    이벤트 발생 또는 배전관리시스템의 요구에 의해 각 변대주에 설치된 배전 자동화용 단말기가 순차적으로 인접된 배전 자동화용 단말기와 근거리 데이터 통신하여, 각 배전 자동화용 단말기를 거치면서 데이터가 중계 전송되도록 하는 배전 자동화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 2차측 부하감시수단은 변압기의 2차측 각 상전압은 배전 자동화용 단말기에 공급되고, 변압기의 각 상 전류를 검출하는 변류기와, 선로고장구간의 위치를 검출하기 위해 공통 중성선(neutral)상에 설치되는 영상변류기와, 변압기의 온도를 감지하기 위한 온도센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 배전 자동화용 단말기는 단말기를 식별하기 위한 자신의 고유식별정보(ID) 및 통신해야할 상위 및 하위의 단말기식별정보(ID)가 설정되는 식별정보설정부와, 전력라인과 연결된 장치와의 전력라인통신을 수행하는 PLC 모뎀과, 검출된 변압기의 2차측 각 감시수단으로부터 검출된 데이터를 제어부로 공급하며 제어부의 제어신호를 출력하는 입출력 인터페이스부와, 인접한 통신대상 단말기 또는 배전관리시스템과의 근거리 무선통신을 수행하기 위한 RF 통신모듈과, 취득된 데이터의 저장, 처리 및 식별정보설정부에 설정된 식별정보에 따라서 RF통신을 통해 해당하는 배전 자동화용 단말기 또는 배전관리시스템과 근거리 무선 데이터 통신을 수행하여 해당 데이터를 전송 제어하는 제어부와, 배터리와, 변압기의 2차측 전압을 공급받아 배터리를 충전하고, 비상시 배터리의 전원으로 절환하여 단말기의 동작이 가능하도록 하는 전원스위칭 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 근거리 무선통신수단은 통신 대상별로 각각 근거리 무선통신수단을 구성하고, 각각의 근거리 무선통신수단을 통해 해당 통신대상과 통신이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 근거리 무선통신수단은 RF 무선통신수단인 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 근거리 무선통신수단은 블루투스 무선통신수단인 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 RF 통신모듈은 상위 단말기와의 통신을 위한 제 1RF통신부와, 하위의 배전자동화용 단말기와의 통신을 위한 제 2RF통신부와, 제 1RF통신부의 통신채널을 설정하는 제 1통신 채널부와, 제 2RF통신부의 통신채널을 설정하는 제 2통신 채널부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배전 자동화용 단말기는 감시데이터에서 이벤트가 발생할 경우 설정된 통신대상인 상위 단말기의 ID와 자신의 ID(이벤트 발생 단말기ID)를 포함시켜 데이터를 상위 단말기로 전송하는 과정과,
    상위 단말기로부터 데이터가 수신되는 경우 데이터에 포함된 데이터를 전송한 단말기 ID와 제어대상 ID를 설정된 통신대상 단말기 ID와 자신의 ID를 비교하여, 통신대상 상위단말기로부터 정상적인 경로에 따라 수신되고, 제어대상 단말기에 해당하는 지를 판단하고 그 판단결과에 따라 제어신호에 해당 동작 수행 또는 중계전송여부를 판단하는 과정과, 정상적인 경로에 따라 수신된 신호이고 제어대상 단말기가 아닌 경우 하위 단말기로 자신의 ID와 제어대상 ID를 제어신호 데이터에 포함시켜 출력하는 데이터 중계전송과정과,
    하위 단말기로부터 데이터가 수신되는 경우, 데이터에 포함된 데이터를 전송받을 단말기 ID와 자신의 ID를 비교하여 정상적인 경로로 중계전송되어 수신된 신호인가를 판별하는 과정과, 정상적인 경로를 통해 수신된 신호인 경우 정상적인 경로를 판단하기 위한 식별정보로서 상기 데이터를 전송받을 상위 단말기 ID를 데이터에 포함시켜 상위 단말기로 중계 전송하는 과정의 제어수순을 갖는 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 상위 단말기 또는 하위 단말기와의 데이터 통신중, 이벤트가 발생될 경우 수신되는 데이터는 대기모드로 전환하고, 이벤트에 관련된 데이터를 우선적으로 상위 단말기로 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 배전 관리 시스템에서는 각 배전 자동화용 단말기의 공통 중성선(N)에 설치된 영상변류기로부터 수집된 전류의 흐름 방향으로부터 선로고장사고 위치를 판단하도록 한 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 배전 관리 시스템은 공통 중성선(N)에 흐르는 전류의 방향이 변경되는 지점이 선로고장사고 위치로 판정하는 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
  12. 단말기를 식별하기 위한 자신의 고유식별정보(ID) 및 통신대상 단말기식별정보(ID)가 설정되는 식별정보설정부와, 전력라인과 연결된 장치와의 전력라인통신을 수행하는 PLC 모뎀과, 변압기의 감시수단과, 감시수단으로부터 취득된 데이터를 제어부로 공급하며 제어부의 제어신호를 출력하는 입출력 인터페이스부와, 무선 데이터 통신을 수행하기 위한 통신수단과, 취득된 데이터의 저장, 처리 및 식별정보설정부에 설정된 식별정보에 따라서 통신을 통해 해당하는 배전 자동화용 단말기 또는 배전관리시스템과 무선 데이터 통신을 수행하여 해당 데이터를 전송 제어하는 제어부와, 배터리와, 변압기의 2차측 전압을 공급받아 배터리를 충전하고, 비상시 배터리의 전원으로 절환하여 단말기의 동작이 가능하도록 하는 전원스위칭 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 배전 자동화용 단말기.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 감시수단은 변압기의 2차측 각 상 전압 검출수단과, 변압기의 각 상 전류를 검출하는 변류기와, 선로고장구간의 위치를 검출하기 위해 공통 중성선(neutral)상에 설치되는 영상변류기와, 변압기의 온도를 감지하기 위한 온도센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배전 자동화용 단말기.
  14. 공통 중성선(N)의 전류흐름을 검출하기 위한 영상변류기와 영상변류기로부터 검출된 데이터를 취득하여 원격지의 배전관리시스템으로 전송하는 송신수단을 포함하는 단말기를 소정의 구간별로 설치하고, 각 단말기로부터 수집된 데이터로부터 공통 중성선(N)에 흐르는 전류의 흐름 방향과 단말기의 위치정보로부터 선로의 고장사고위치를 판단하도록 하는 배전관리시스템을 구성한 것을 특징으로 하는 배전 자동화 시스템.
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