KR100664897B1 - 디지털 보호 계전기 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 보호 계전기에 관한 것으로서, 특히 수·배전반에 설치되는 디지털 보호 계전기가 전류 변성기와 전압 변성기의 이상 유무를 판단할 수 있도록 함으로써 전류 변성기와 전압 변성기의 오결선 및 파손을 사전에 검출하여 이를 경보할 수 있는 디지털 보호 계전기 및 그 제어방법을 제공한다.
디지털 보호 계전기, 전류 변성기, 전압 변성기
Description
도 1은 전류 변성기의 이상유무 파악을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 보호 계전기의 전류 변성기와의 결선도,
도 2는 전류 변성기의 이상유무 파악을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 보호 계전기의 제어 흐름도,
도 3은 전압 변성기의 이상유무 파악을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 보호 계전기의 전압 변성기와의 결선도,
도 4는 전압 변성기의 이상유무 파악을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 보호 계전기의 제어 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 디지털 보호 계전기 110: 제어부
120: 전원부 130: 전류 변성기
140: 전압 변성기 150: 접지 전압 변성기
본 발명은 디지털 보호 계전기에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 수·배전반에 설치되는 디지털 보호 계전기가 전류 변성기와 전압 변성기의 이상 유무를 판단할 수 있도록 함으로써 전류 변성기와 전압 변성기의 오결선 및 파손을 사전에 검출하여 이를 경보할 수 있는 디지털 보호 계전기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력계통은 발전기에서 생성된 전력을 수용가에 공급하기 위하여 여러 가지 전송설비를 갖추고 있는데, 발전기에서 생성된 전력을 중간에 여러 가지 송수전 설비를 거쳐 수용가 측에 공급한다.
따라서, 전력설비는 정상적인 전력의 흐름을 기준으로 설계되어 있으나, 고장이 발생하면 과전압, 부족전압, 과전류, 주파수변동 등 수용가 측에 공급지장을 초래하고 설비에도 악영향을 미치는 여러 가지 현상이 발생하므로 고장 초기에 신속히 고장구간을 분리하여 고장을 제거해야 한다.
이러한 전력설비의 고장을 감지하고 차단기에 차단신호를 보내는 장치를 보호계전기라고 하는데, 디지털 보호 계전기는 송배전 선로 및 기타 전력 계통의 구성요소를 항상 감시하여 고장 발생시나 계통 운전에 이상이 있을 때, 즉시 이를 검출하고 동작하여 고장부분을 분리시킴으로써 전력 공급이 원활히 이루어지도록 하거나 시설의 손상을 최소한 억제시키는 전기 기기로서, 전력 계통의 사고 검출 및 차단을 위해 전류 변성기(CT : Current Transformer) 및 전압 변성기(PT : Potential Transformer) 등의 변성기와 조합을 이루어 사용된다.
그런데, 기존의 디지털 보호 계전기에는 전류 변성기와 전압 변성기의 이상 유무를 파악하기 위한 기능이 없으므로, 계전기의 오동작, 부동작 등의 문제가 발생하면 이를 즉시 해결할 수 없으며, 문제가 발생한 후에 원인분석을 통하여 전류 변성기와 전압 변성기의 오결선이나 파손을 파악해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수·배전반에 설치되는 디지털 보호 계전기에 전류 변성기와 전압 변성기의 이상 유무를 판별하는 기능을 내장함으로써, 이상 발생 시 이를 즉시 파악할 수 있는 디지털 보호 계전기를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 전류 변성기와 전압 변성기의 이상 유무를 판별하는 기능을 내장한 디지털 보호 계전기의 제어방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 디지털 보호 계전기에 있어서, 전력계통의 3상 전원선로 및 N상 전원선로 상에 각각 설치되며, 일단이 상기 디지털 보호 계전기의 접지포트에 모두 연결되고, 타단이 상기 디지털 보호 계전기의 소정 포트에 각각 연결되어, 상기 3상 전원선로 및 N상 전원선로의 전류를 각각 유도하여 상기 디지털 보호 계전기에 인가하는 전류 변성기와; 상기 전류 변성기로 부터 인가된 3상 전류 및 N상 전류를 각각 페이저 연산하여 3상 전류 페이저 및 N상 전류 페이저를 구하고, 상기 3상 전류 페이저를 합하여 영(0)상 전류 페이저를 구하며, 상기 N상 전류 페이저와 상기 영상 전류 페이저를 비교하여, 비교 값이 일정값 이상이면 이상발생을 판단하는 제어부; 및 상기 제어부의 이상발생 판단에 따라 경보를 발생하는 알람부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기를 제공한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 디지털 보호 계전기에 있어서, 전력계통의 3상 전원선로에 1차측 코일의 일단이 각각 연결되고 타단이 모두 접지되며, 상기 1차측 코일과 각각 대응하여 2차측 코일의 일단이 상기 디지털 보호 계전기의 소정 포트에 각각 연결되고 타단이 상기 디지털 보호 계전기의 접지포트에 연결되어, 상기 3상 전원선로의 전압을 각각 유도하여 상기 디지털 보호 계전기에 인가하는 전압 변성기와; 상기 3상 전원선로에 1차측 코일의 일단이 각각 연결되고 타단이 모두 접지되며, 상기 1차측 코일과 각각 대응하며 하나로 연결된 2차측 코일의 양 끝단이 각각 상기 디지털 보호 계전기의 소정 포트와 접지포트에 연결되어, 상기 3상 전압의 합을 유도하여 상기 디지털 보호 계전기에 인가하는 접지 전압 변성기와; 상기 전압 변성기로부터 인가된 3상 전압을 각각 페이저 연산하여 3상 전압 페이저를 구하고, 상기 3상 전압 페이저의 합으로부터 영(0)상 전압 페이저를 구하며, 상기 접지 전압 변성기로부터 인가된 접지 전압과 상기 영상 전압 페이저를 비교하여, 비교 값이 일정값 이상이면 이상발생을 판단하는 제어부; 및 상기 제어부의 이상발생 판단에 따라 경보를 발생하는 알람부;를 포함하여 구성 됨을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기를 제공한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전류 변성기를 포함하는 디지털 보호 계전기의 제어방법에 있어서, 상기 디지털 보호 계전기에서 상기 전류 변성기로부터 인가되는 3상 전류 및 N상 전류를 계측하는 과정과; 페이저 연산을 통하여 상기 3상 전류의 각 전류 페이저 및 N상 전류 페이저를 계산하는 과정과; 상기 3상 전류 페이저를 합하여 영(0)상 전류 페이저를 계산하는 과정과; 상기 N상 전류 페이저와 상기 영상 전류 페이저의 값을 비교하여 그 값이 일정값 이상인지 판단하는 과정; 및 상기 N상 전류 페이저와 상기 영상 전류 페이저의 값을 비교한 값이 일정값 이상이면 상기 전류 변성기에 이상이 발생한 것으로 판단하고 경보를 발생시키는 과정;으로 이루어짐을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기의 제어방법을 제공한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전압 변성기와 접지 전압 변성기를 포함하는 디지털 보호 계전기의 제어방법에 있어서, 상기 디지털 보호 계전기는 상기 전압 변성기로부터 인가되는 3상 전압과 상기 접지 전압 변성기로부터 인가되는 접지 전압을 계측하는 과정과; 페이저 연산을 통하여 상기 3상 전압의 각 전압 페이저와 상기 접지 전압의 접지 전압 페이저를 계산하는 과정과; 상기 3상 전압 페이저를 합하여 영(0)상 전압 페이저를 계산하는 과정과; 상기 접지 전압 페이저와 상기 영상 전압 페이저의 값을 비교하여 그 값이 일정값 이상인지 판단하는 과정; 및 상기 접지 전압 페이저와 상기 영상 전압 페이저의 값을 비교한 값이 일정값 이상이면 상기 전압 변성기에 이상이 발생한 것으로 판단하고 경보를 발생 시키는 과정;으로 이루어짐을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기의 제어방법을 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 전류 변성기의 이상유무 파악을 위한 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기의 전류 변성기와의 결선도이고, 도 2는 전류 변성기의 이상유무 파악을 위한 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기의 제어 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기(100)는 전류 변성기(130)의 이상유무 파악을 위해서는 전력계통의 A, B, C, N 상(120)에 각각 전류 변성기(130)를 설치한 후, 제어부(110)에 결선되며, 도 2의 제어흐름도에 따라 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기(100)의 제어부(110)가 동작한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기(100)에서는 201단계에서 A상 전류 ia, B상 전류 ib, C상 전류 ic, N상 전류 in을 계측한 후, 203단계에서 페이저 연산을 통하여 A상 전류 페이저 Ia, B상 전류 페이저 Ib, C상 전류 페이저 Ic 및 N상 전류 페이저 In을 구한다.
다음으로 205단계에서 영상 전류 페이저 Io를 구하게 되는데, 이는 A, B, C상 전류 페이저의 합으로 표현되며 하기의 수학식 1과 같다.
전력계통에서의 N상 전류 in은 A, B, C 상 전류의 합이 되므로 A, B, C, N 상의 전류 변성기(110)가 정상 동작하고 결선이 정상적으로 이루어져 있을 경우에는 N상 전류 페이저 In과 수학식 1을 이용하여 구한 영상 전류 페이저 Io가 일치하지만, 전류 변성기(130)에 오결선이나 파손이 발생할 경우에는 두 값에 차이가 발생하게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기(100)는 209단계에서 계측오차를 고려하여 Io와 In의 차이가 일정값 Ith 이상이 되면 전류 변성기에 오결선이나 파손이 발생한 것으로 판단하고 경보를 발생시킨다.
도 3은 전압 변성기의 이상유무 파악을 위한 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기의 전압 변성기와의 결선도이고, 도 4는 전압 변성기의 이상유무 파악을 위한 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기의 제어 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기(100)는 전압 변성기(140)의 이상유무 판단을 위하여 A, B, C 상 전압 변성기(140)와 접지 전압 변성기(GPT : Ground Potential Transformer, 150)를 결선하며, 도 4에 도시된 바와 같은 제어흐름도에 따라 동작한다.
본 발명에 따른 디지털 보호 계전기(100)는 401단계에서 A상 전압 va, B상 전압 vb, C상 전압 vc 및 접지 전압 vn을 계측한 후, 403단계에서 페이저 연산을 통해 A상 전압 페이저 Va, B상 전압 페이저 Vb, C상 전압 페이저 Vc 및 접지 전압 페이저 Vn을 구한다.
다음으로, 405단계에서 영상 전압 페이저 Vo를 구하게 되는데, 이는 A, B, C 상 전압 페이저의 합으로 표현되며, 하기의 수학식 2와 같다.
전력계통에서의 접지 전압 vn은 A, B, C 상 전압의 합이 되므로, A, B, C 상의 전압 변성기와 접지 전압 변성기가 정상 동작하고, 그 결선이 정상적인 경우에는 상기 접지 전압 페이저 Vn과 수학식 2를 이용하여 산출된 영상 전압 페이저 Vo는 일치하지만, 상기 전압 변성기(140)에 오결선이나 파손이 발생한 경우에는 두 값에 차이가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기(100)는 407단계에서 계측오차를 고려하여 상기 접지 전압 페이저 Vn과 상기 영상 전압 페이저 Vo의 값을 비교하고, Vo와 Vn의 차이가 일정값 Vth 이상이 되면 상기 전압 변성기(140)에 오결선이나 파손이 발생한 것으로 판단하며, 이에 따라 경보를 발생시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 보호 계전기는 전류 변성기 및 전압 변성기와 결선을 통하여 그 이상유무 판단을 수행하고, 이를 사전에 검출하여 경보함으로써 디지털 보호 계전기의 오동작이나 부동작을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 수·배전반에 설치되는 디지털 보호 계전기에 전류 변성기와 전압 변성기의 이상 유무를 판별하는 기능을 내장함으로써, 이상 발생 시 이를 즉시 파악할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 전류 변성기와 전압 변성기의 이상 유무를 사전에 검출하여 경보함으로써 즉각적인 장애처리가 이루어지도록 하는 효과가 있다.
Claims (6)
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- 디지털 보호 계전기에 있어서,전력계통의 3상 전원선로 및 N상 전원선로 상에 각각 설치되며, 일단이 상기 디지털 보호 계전기의 접지포트에 모두 연결되고, 타단이 상기 디지털 보호 계전기의 입력 포트에 각각 연결되어, 상기 3상 전원선로 및 N상 전원선로의 전류를 각각 유도하여 상기 디지털 보호 계전기에 인가하는 전류 변성기와;전력계통의 3상 전원선로에 1차측 코일의 일단이 각각 연결되고 타단이 모두 접지되며, 상기 1차측 코일과 각각 대응하여 2차측 코일의 일단이 상기 디지털 보호 계전기의 입력 포트에 각각 연결되고 타단이 상기 디지털 보호 계전기의 접지포트에 연결되어, 상기 3상 전원선로의 전압을 각각 유도하여 상기 디지털 보호 계전기에 인가하는 전압 변성기와;상기 3상 전원선로에 1차측 코일의 일단이 각각 연결되고 타단이 모두 접지되며, 상기 1차측 코일과 각각 대응하며 하나로 연결된 2차측 코일의 양 끝단이 각각 상기 디지털 보호 계전기의 입력 포트와 접지포트에 연결되어, 상기 3상 전압의 합을 유도하여 상기 디지털 보호 계전기에 인가하는 접지 전압 변성기와;상기 전류 변성기로부터 인가된 3상 전류 및 N상 전류를 각각 페이저 연산하여 3상 전류 페이저 및 N상 전류 페이저를 구하고, 상기 3상 전류 페이저를 합하여 영(0)상 전류 페이저를 구하며, 상기 N상 전류 페이저와 상기 영상 전류 페이저를 비교하여, 비교 값이 일정값 이상이면 이상발생을 판단하며, 상기 전압 변성기로부터 인가된 3상 전압을 각각 페이저 연산하여 3상 전압 페이저를 구하고, 상기 3상 전압 페이저의 합으로부터 영(0)상 전압 페이저를 구하며, 상기 접지 전압 변성기로부터 인가된 접지 전압과 상기 영상 전압 페이저를 비교하여, 비교 값이 일정값 이상이면 이상발생을 판단하는 제어부; 및상기 제어부의 이상발생 판단에 따라 경보를 발생하는 알람부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기.
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- 전류 변성기, 전압 변성기, 접지 전압 변성기를 포함하는 디지털 보호 계전기의 제어방법에 있어서,상기 디지털 보호 계전기에서 상기 전류 변성기로부터 인가되는 3상 전류 및 N상 전류를 계측하는 과정과;페이저 연산을 통하여 상기 3상 전류의 각 전류 페이저 및 N상 전류 페이저를 계산하는 과정과;상기 3상 전류 페이저를 합하여 영상 전류 페이저를 계산하는 과정과;상기 N상 전류 페이저와 상기 영상 전류 페이저의 값을 비교하여 그 값이 일정값 이상인지 판단하는 과정과;상기 N상 전류 페이저와 상기 영상 전류 페이저의 값을 비교한 값이 일정값 이상이면 상기 전류 변성기에 이상이 발생한 것으로 판단하고 경보를 발생시키는 과정과;상기 디지털 보호 계전기는 상기 전압 변성기로부터 인가되는 3상 전압과 상기 접지 전압 변성기로부터 인가되는 접지 전압을 계측하는 과정과;페이저 연산을 통하여 상기 3상 전압의 각 전압 페이저와 상기 접지 전압의 접지 전압 페이저를 계산하는 과정과;상기 3상 전압 페이저를 합하여 영상 전압 페이저를 계산하는 과정과;상기 접지 전압 페이저와 상기 영상 전압 페이저의 값을 비교하여 그 값이 일정값 이상인지 판단하는 과정; 및상기 접지 전압 페이저와 상기 영상 전압 페이저의 값을 비교한 값이 일정값 이상이면 상기 전압 변성기에 이상이 발생한 것으로 판단하고 경보를 발생시키는 과정;으로 이루어짐을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기의 제어방법.
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