KR100882786B1 - 전력설비용 열화보호 계전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력용 개폐장치, 수배전반, 차단기, 개폐기, 변압기 등 주요 전력 전송 및 변환 설비의 열적 상태가 비정상적으로 변화 시 차단부와 연계하여 자동적으로 선로를 차단하여 회로 및 설비를 보호하는 전력설비 보호용 계전 시스템에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 주요 전력 설비의 열적 상태를 상시적으로 감시하여 규정된 범위 밖으로 이상 급등 시, 즉시(순시) 또는 일정시간의 온도 변화 비율(한시)로 장치의 열화 사고를 판단하여, 장치의 사고 확대 방지를 위해 트립 등 적절한 조치를 수행하여 사고의 파급을 미리 방지하여 설비 및 전력 계통을 안전하고 신뢰성 있게 운용하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 본 발명의 계전 시스템은 지능형 열화 보호시스템으로서, 전력 설비의 주요 지점에 설치된 다수의 유선 또는 무선의 온도 감지 센서(sensor)로부터 검출된 온도 신호를 상시적으로 제공받아 일차적으로는 장치의 온도표시부에 디스플레이하고, 이차적으로는 시스템 내에 내장된 중앙처리장치에 의해 설정 값들과 비교, 판단하여 온도 변화가 정격 범위를 벗어나 급등 시, 순시적으로 동작 접점을 출력하거나, 사전에 입력된 특성 곡선에 따라 정격 범위 내에서 상승 시에는 주어진 시간 대비 변화 비율 특성 그래프에 따라 일정한 시간 후에 한시적으로 동작 접점을 출력하는 방식으로 구성된다.

이 출력 접점은 설비의 제어반 내의 경보 등이나 경보부저와 연계하여 시각 적 또는 청각적으로 설비의 열적 이상을 알리는 데 사용될 수 있으며, 궁극적으로는 설비의 차단부의 트립(trip) 회로에 사용되어 설비의 열화 사고 시, 사고 구간을 고속도로 개방, 분리함으로서 사고 파급을 최소화시킬 수 있다.

또한 본 시스템은 디지털 연산의 온도 측정 방식을 채택하여 정밀도가 높으며, 전력 설비의 각 부위별 온도의 변화 상태를 시간, 일, 월, 년 별로 수집하여 저장함으로, 설비의 구성 부분별로 열적 이상 여부 상태를 주기적으로 모니터링(monitering) 함으로써 열화 진행에 대한 트랜드(trend) 분석이 가능하며, 전력설비의 보수 및 교체시기를 예측하여 열적 변화에 의한 피해를 사전에 방지할 수 있는 예방보전을 수행할 수 있다.

전력, 회로차단. 설비보호, 절연

Description

전력설비용 열화보호 계전시스템{protection system with thermal detection sensor for a electric power equipment}

본 발명은 전력 설비의 열적 상태가 비정상적으로 변화 시 차단부와 연계하여 자동적으로 선로를 차단하여 회로 및 설비를 보호하는 전력설비 열화보호용 계전 시스템에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은 전기 설비 중에서 정상 상태 시 전력을 개폐하고 전력 고장 상태 시 보호, 차단하는 개폐장치, 수배전반, 차단기, 개폐기 등 전력 전송장치류, 전력을 수송하는 상분리모선 및 수송된 전력을 변성하는 변압기류에 적용을 대상으로 한다.

위와 같은 전기 설비는 기본적으로 전류의 수송을 목적으로 하므로 전류 통전 시 주울 효과에 의한 도체의 온도 상승이 항상 수반되며 전류의 크기가 커질수록 온도 상승은 더욱 커지게 된다.

*이와 같은 전류에 의한 온도 상승은 특히 도체 간의 볼트 접속부 및 정상 및 이상 전류를 개폐 또는 차단하기 위해 접촉 방식으로 되어 있는 개폐기류, 차단기류의 접점부에서 극심하게 발생 되어 주변 절연물의 절연 성능 저하를 야기한다.

따라서 모든 전기 설비는 납품 전에 정격전류 통전 시, 온도 상승 시험을 실시하여 온도 상승 값이 규정된 온도 범위에 들어가는지 여부를 확인하고 있다.

그러나 일단 전기 설비가 납품, 설치 운전되면 온도 상승에 대한 상시적인 감시 및 보호는 불가능하다.

특히 여름철과 같이 과부하 상태가 지속 되는 경우와 설비의 지속적인 사용, 개폐기 및 차단기류의 동작에 의한 기계적인 충격 등으로 인해 볼트 조임이 느슨해지고 접점 부위의 접촉 저항이 점차 증대되어 온도 상승이 규정 범위 이상으로 발생하게 되면 도체의 기계적인 강도, 도체류를 지지하는 고체절연물의 물성 변화 등으로 설비의 전기적 절연 성능의 저하를 야기할 수 있으며 과열 상태가 급변 혹은 과도할 경우 열화에 의한 설비의 전기적 성능이 급격히 저하되면서 폭발하거나, 화재가 발생할 수 있다.

종래의 기술에서는 운영자 등이 정기 점검 시에 설비를 정전시킨 상태에서 수동으로 계측기에 의해 측정하는 방법이 주로 쓰이고 있으며, 일부 변압기류에서 바이메탈과 같은 단순한 장치를 이용하여 온도가 어느 일정치 이상이 되면 접점을 출력하여 경보를 발생하는 저급한 보호 기술을 사용하기도 한다. 따라서 현재의 기술로서는 정상 운전 시 설비의 상시적인 온도의 감시 및 변화하는 열화 상태를 정확하게 검출 및 보호할 수 있는 시스템은 존재하지 않는 실정이다.

본 발명은 개폐장치, 수배전반, 차단기, 개폐기, 변압기 등 주요 전력 전송 및 변환 설비의 열적 상태를 상시적으로 감시하여 규정된 범위 밖으로 이상 급등 시, 즉시(순시) 또는 일정시간의 온도 변화 비율(한시)로 장치의 열화 사고를 판단하여, 장치의 사고 확대 방지를 위해 트립 등 적절한 조치를 수행하여 사고의 파급을 미리 방지하여 설비 및 전력 계통을 안전하고 신뢰성 있게 운용하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전력설비용 열화보호 계전 시스템은 설비의 주요 지점에 설치된 다 수의 유선 또는 무선의 고전압 절연된 온도 센서로부터 검출된 온도 신호를 상시적으로 제공받아 일차적으로는 장치의 온도표시부에 디스플레이 하고, 이차적으로는 시스템 내에 내장된 중앙처리장치에 의해 설정된 순시 및 한시 설정 값들과 비교, 판단하여 온도 변화가 정격 범위를 벗어나 급등 시, 순시적으로 동작 접점을 출력하거나, 사전에 입력된 특성 곡선에 의거 정격 범위 내에서 상승 시에는 주어진 시간 대비 변화 비율 특성 그래프에 따라 일정한 시간 후에 한시적으로 동작 접점을 출력하는 방식으로 구성된다.

이 출력 접점은 설비의 제어반 내의 경보 등이나 경보부저와 연계하여 시각적 또는 청각적으로 설비의 열적 이상을 알리는 데 사용될 수 있으며, 궁극적으로는 설비의 차단부의 트립 회로에 사용되어 설비의 열화 사고시 사고 구간을 고속으로 개방, 분리함으로서 사고 파급을 최소화시킬 수 있도록 하였다.

한편, 본 발명 전력설비용 열화보호 계전 시스템은 보호하고자 하는 설비에 설치된 최대 8개의 고전압 절연의 온도 센서로부터 검출된 온도를 입력으로 받아 온도가 정격 범위를 벗어나 급등시에는 순시적으로 동작 접점을 출력하거나, 사전에 입력된 특성 곡선에 따라 일정한 시간 후에 한시적으로 동작 접점을 출력하는 방식으로 구성된다.

또한 본 시스템은 디지털 연산의 온도 측정 방식을 채택하여 정밀도가 높으며, 전력 설비의 각 부위별 온도의 변화 상태를 시간, 일, 월, 년별로 수집하여 저장함으로, 설비의 구성 부분별로 열적 이상 여부 상태를 주기적으로 모니터링함으로써 열화 진행에 대한 트렌드 분석이 가능하며, 전력설비의 보수 및 교체시기를 예측하여 열적 변화에 의한 피해를 사전에 방지할 수 있는 예방보전을 수행할 수 있다.

본 발명으로 개폐장치, 수배전반, 차단기, 개폐기, 변압기 등 주요 전력 전송 및 변환 설비에 대해 상시적으로 온도를 측정하여 열화 상태를 감시 및 제어가 가능하여지므로, 안정적이고 신뢰성 있는 전력 설비를 운용할 수 있다. 그리고 주요 모선 부위에서 온도 급변시 시간에 따른 온도 변화율로 중대 열화 고장 유무를 판단하여 신속하게 장치를 분리하므로서, 수용가의 전기 공급을 신속하게 재개할 수 있게 하며, 특히 설비의 폭발 및 화재를 미연에 방지할 수 있게 하여 고가의 주변기기를 안전하게 보호할 수 있으며 전기 작업자의 인명 손실방지 및 폭발로 인한 건물 화재 예방의 효과도 있다.

또한 본 장치 하나로 최대 8개소의 온도를 동시에 검출 감시가 가능하므로 부품의 절감의 효과가 있으며, 온도 센서를 통하여 검출된 신호를 디지털 신호로 변환하여 연산하므로 종래의 바이메탈을 이용한 단순 보호 기술보다 정밀도가 향상된다.

본 발명은 전력용 개폐장치, 수배전반, 차단기, 개폐기, 변압기 등 주요 전력 전송 및 변환 설비의 열적 상태가 비정상적으로 변화 시 차단부와 연계하여 자동적으로 선로를 차단하여 회로 및 설비를 보호하는 전력설비용 열화보호 계전 시스템으로서, 전력설비의 주요 지점에 설치된 다수의 온도 감지 센서(sensor)로부터 검출된 온도 신호를 상시적으로 제공받고, 이를 시스템 내에 내장된 중앙처리장치에 의해 설정된 동작특성 곡선의 테이블값에 따라 순시동작 또는 한시동작한다. 즉, 설정값들과 비교, 판단하여, 온도 변화가 정격 범위 내에서 상승 시에는 주어진 시간 대비 변화 비율 특성 그래프에 따라 한시적으로 동작 접점을 출력하여 해당 설비의 열적 이상 여부를 확인하며, 온도 변화가 정격 범위를 벗어나 급등 시에는, 순시적으로 동작 접점을 출력하여 설비의 열화 사고 시, 사고 구간을 초고속으로 개방, 분리하여 회로 및 설비를 보호하는 것을 특징으로 하는 전력설비용 열화보호 계전 시스템이다.

또한, 본 발명 시스템은 내장된 중앙처리장치에서 측정한 온도 파라미터를 정해진 통신 포맷에 따라 원격지의 컴퓨터에 전송할 수 있도록 통신 모듈을 갖고 있다. 통신 모듈은 일대 다중의 통신 방식으로 원격지의 컴퓨터 1대가 최대 32개의 계전시스템을 감시 및 통신 가능하다.

이와 같은 시스템으로 이루어진 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명 시스템 장치의 구성도(도2 참조)를 통하여 각 부품의 특성을 설명하면,

* 입력변환부 : 온도 센서로부터 해당 특정 부위의 현재 값이 검출되면 전류로 변환하여 송부하고, 입력변환부는 수신한 전류값을 전압으로 변환한다.

* LPF(Low Pass Filter) : 수만 볼트 이상의 전압이 인가된 설비에서 센서로 온도를 검출하여 전송하면 자계와 개폐 써지에 의해 이상 전압이 함유될 수 있으므로 이를 효과적으로 제거하기 위해 Low Pass Filter를 사용한다.

* S/H(Sample & Hold) : 디지털 연산 장치가 아나로그 값을 읽기 위해서 센서로부터 입력받는 선형적인 값 중에서 표본 검출한다.

* A/D Con(Analogue to Digital Conversion) : 디지털 연산 장치가 아나로그 값을 읽기 위해서는 아나로그를 디지털로 양자화 한다.

* 연산 CPU : 본 장치의 중앙처리장치로서, 센서로부터 입력된 온도를 연산하여 열화 상태를 감시 및 표시하며, 사전에 프로그램된 값들을 루틴에 따라 반복적으로 수행한다.

본 발명의 적용 대상에 부합하는 적용 기기별 열화 특성이 상이하므로 기기별 열화 특성 곡선을 메모리에 테이블로 내장하여 측정된 값과 사전에 선택된 테이블에 따라 비교 연산하여 순시 또는 한시동작을 수행한다.

* 키(Key) 입력부 : 운영자가 본 장치를 어떻게 동작하고 표시할지를 스위치를 통하여 조작한다.

* 표시창(DISPLAY) : 장치의 현재 동작 상태와, 온도, 열화 상태 등의 중요 정보를 운영자에 알려주기 위해 표시하는 것이다.

* 통신모듈 : 본 장치와 원격지에서의 컴퓨터와 통신하기 위해 모듈을 통하여 상호 교신한다. 본 모듈은 컴퓨터 일대와 다수의 계전시스템이 통신 가능한 방식으로 측정 온도, 입력 채널, 시간 등의 정보를 통신 포맷에 포함하여 컴퓨터로 전송한다.

* 순시 트립(Trip) : 중앙처리장치는 순시적으로 온도 급변시 접점을 통하여 출력하여, 경보 및 쇄정으로 사용한다.

* 한시 트립(Trip) : 중앙처리장치는 측정 온도 변화시 입력되고 선택된 동작 특성 곡선에 따라 일정 시간 경과하여 한시적으로 접점을 통하여 출력하여, 경보 및 쇄정으로 사용한다.

* 제어전원부 : 본 장치의 안정적인 연산과 동작을 위해 외부로부터 직류전압을 받아 해당 전자 부품에 전원을 공급한다.

따라서, 이와 같은 특성을 가진 부품들에 의하여 이루어진 본 발명 시스템을 순차적으로 설명하면

먼저, 온도센서는 주요 모선의 표면 온도를 검출하는 센서로서 탱크 내에 적절히 취부하고 고압에 절연 성능이 우수한 센서를 사용한다.

상기 온도 센서로부터 해당 특정 부위의 현재 값이 검출되면 전류로 변환하 여 송부하고, 입력변환부는 수신한 전류값을 전압으로 변환한다.

한편, 수만 볼트 이상의 전압이 인가된 설비에서 센서로 압력과 온도를 검출하여 신호로 전송하면 개폐장치의 자계와 개폐 써지에 의해 이상전압이 함유될 수 있으므로 이를 효과적으로 제거하기 위해 Low Pass Filter를 거쳐 신호를 보낸다.

상기 LPF를 거친 신호 값은 아나로그 디지털로 변환 하기 전에 표본 검출하며, 양자화 부품이 해당 값을 안정적으로 읽기 위해 견본 신호를 일정시간 유지한다.

디지털 연산 장치가 아나로그 값을 읽기 위해서는 아나로그를 디지털로 양자화하여 선형적인 신호 값을 디지털 정보로 변환한다.

센서로부터 입력된 온도값을 CPU에서는 프로그램된 내용에 따라 연산하여 열화상태를 감시 및 표시하며, 운영자의 조작에 따라 메뉴 입력을 받아 명령받은 내용을 처리한다.

또한 원격지의 컴퓨터와 통신하기 위해 모듈을 통하여 정해진 통신 포맷에 따라 파라미터의 정보를 송부한다. 1대의 컴퓨터와 다수의 계전시스템이 통신이 가능한 방식으로 측정 온도, 입력 채널, 시간 등의 정보를 통신 포맷에 포함하여 컴퓨터로 전송한다.

중앙처리장치(CPU)의 연산한 내용에 따라 장치의 현재 동작 상태와, 주요 지점의 온도, 열화 상태 등의 중요 정보를 운영자에 알려주기 위해 표시창(DISPLAY)을 통하여 표시한다.

중앙처리장치는 온도 급변시 순시적으로 접점을 통하여 출력하여, 경보 및 쇄정으로 사용하며, 온도 변화시 입력되고 선택된 동작 특성 곡선에 따라 일정 시간 경과하여 한시적으로 접점을 통하여 출력하여, 경보 및 쇄정으로 사용한다.

본 장치의 안정적인 연산과 동작을 위해 외부로부터 직류전압을 받아 해당 전자 부품에 낮은 직류 전압을 공급하여, 해당 부품들이 동작하도록 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 시스템은 전력설비의 열화를 보호할 수 있는 보호계전시스템이므로, 산업상 이용가능성은 충분하다 할 것이다.

도1은 본 발명 시스템의 동작 흐름도.

도2는 본 발명 시스템의 구성도.

도3은 본 발명 시스템의 대표적인 순시 및 한시 동작 특성을 설명한 그래프.

도4는 본 발명 시스템의 전면 표시창 및 조작부.

Claims (2)

1. 전력 설비의 다수 지점에 설치된 온도 감지 센서(sensor)로부터 출력된 온도 정보와, 중앙처리장치의 메인 컴퓨터에 미리 설정된 온도 정보를 비교 판단하여, 온도의 이상 변화시 차단부와 연계하여 자동적으로 선로를 차단하여 회로 및 설비를 보호하는 전력설비용 열화보호 계전 시스템에 있어서,

   전력 전송 및 변환 설비의 주요 열화 예측 지점에 설치된 다수의 고전압 절연 온도센서(sensor)로부터 검출된 온도 신호를 상시적으로 검출하여, 이를 계전시스템 내에 내장된 중앙처리장치(Micro-Processor)에 의해 적용 기기별 열화 특성이 상이한 기기별 열화 특성 곡선을 메모리에 테이블로 내장하여 측정된 값과 사전에 선택된 테이블에 따라 비교 연산하여 순시 또는 한시동작을 수행하며, 온도 변화가 설정 범위 내에서 상승 시에는 주어진 시간 대비 변화 비율 특성 그래프에 따라 한시적으로 동작 접점을 출력하여 해당 설비의 열화 이상 여부를 확인하며, 온도 변화가 정격 범위를 벗어나 급등 시에는, 순시적으로 동작 접점을 출력하여 설비의 열화 사고 시, 사고 구간을 고속으로 개방, 분리하여 회로 및 설비를 보호하되, 개폐서지및 노이즈로부터 계전시스템의 신뢰성 있는 동작을 위하여 고전압 절연회로와 검출 온도의 필터링회로(Low pass filter)를 통하여 정확한 데이터를 추출하여 연산하며, 상기 계전시스템의 중앙처리장치(Micro-Processor)에서 연산한 온도 파라미터를 정해진 외부 1대의 컴퓨터와 다수 계전시스템간 통신이 가능한 방식으로 측정 온도, 입력 채널, 시간 등의 정보를 통신 포맷에 따라 원격지의 컴퓨터에 전송할 수 있도록 통신 모듈을 가지되, 원격감시 컴퓨터가 열적 이상 여부 상태를 주기적으로 모니터링하도록 데이터를 제공하므로써 원격 감시 컴퓨터의 장기간의 열화 진행에 대한 트렌드 분석이 가능하여 설비 예방 보전을 할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전력설비용 열화보호 계전 시스템.
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