KR100920946B1

KR100920946B1 - 부하 기기의 영향을 고려한 배전 선로의 고장 검출 및위치를 판단하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100920946B1
Application number: KR1020070088313A
Authority: KR
Inventors: 박종진
Original assignee: 주식회사 세니온
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-10-09
Also published as: KR20090022716A

Abstract

본 발명은 배전 선로 상에서 발생한 고장 검출 및 위치를 판단하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배전 선로 상에 설치된 자동화용 개폐기에 흐르는 전류 방향, 전류 세기 및 전압 형태에 의하여 정확한 고장 검출 및 위치를 판단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기 배전 선로의 소정 위치에 흐르는 전류 또는 전압 중 적어도 어느 하나를 계측하기 위한 계측부; 및 상기 계측된 전류량 및 전류 방향에 따라서 상기 배전 선로의 고장 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 검출 및 위치를 판단하기 위한 장치를 제공한다.

배전 계통, 부하 전류, 리클로저, FRTU

Description

부하 기기의 영향을 고려한 배전 선로의 고장 검출 및 위치를 판단하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FAULT DETECTION AND FAULT LOCATION DECISION ON A DISTRIBUTION LINE USING LOAD CURRENT}

본 발명은 배전 선로 상에서 발생한 고장 검출 및 고장 위치를 판단하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배전 선로 상에 설치된 자동화용 개폐기 흐르는 전류 방향, 전류 세기 또는 전압의 형태에 의하여 정확한 고장 검출 및 고장 위치를 판단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전력을 생산하는 발전소는 발전과정에서의 공해와 오염으로 인하여 전력의 주된 수요처인 가정, 공장, 사무실 등과는 공간적으로 멀리 떨어져 있게 된다. 따라서, 발전소 또는 변전소로부터 가정, 공장, 사무실 등으로 전력을 공급하는 배전 선로가 필요하다.

최근에는 전력을 사용하는 부하의 용량이 점차 증가하고 있으며, 고품질 및 고신뢰도의 전력 공급에 대한 요구가 커지고 있는 실정이다. 이러한 요구에 부응하고자, 국내에도 배전자동화 시스템이 도입되어 전력 공급의 신뢰도 및 정전 시간의 단축에 많은 발전이 이루어졌다.

배전 자동화 시스템은 배전 선로 상에 설치된 개폐기 및 리클로저와 연결되어 있는 단말 장치로부터 데이터를 수집하고, 선로에 이상이 감지되면 각 계측점에서 고장 발생 유무를 판단하는 고장 검출 기능을 수행한다. 또한, 배전 자동화 시스템은 고장 검출 정보를 기반으로 해당 배전 선로의 배전 선로용 단말장치들의 고장 정보를 취합 분석하여 고장 구간을 확인한 후, 고장 구간을 분리하고, 고장 구간이 아닌 정전 구간에 대해서 인근 배전 선로를 통한 부하 융통을 시도함으로써, 신뢰성 있는 양질의 전력 공급을 수행한다.

배전 자동화 시스템은 변전소의 전력을 배전 선로를 통하여 수용가의 부하로 공급하며, 배전 선로에 설치되는 리클로저(Recloser)와 자동화용 개폐기 등에 연계되어 있는 배전 선로용 단말장치(예를 들어, 리크로저 제어부) 및 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)를 통하여 배전 선로 상의 계측 데이터 수집, 고장 검출, 원격 제어 등을 수행하도록 구성된다. 이와 같이, 전력 계통의 배전 자동화 시스템은 컴퓨터나 통신 기술을 활용하여 현장에 직접 가지 않고도 원거리에 산재되어 있는 배전선로용 단말장치를 통하여 개폐기 또는 리클로저 등의 배전선로용 기기를 조작하거나, 배전 선로의 고장 구간을 자동으로 검출하는 등 전력 계통에서 핵심적인 기능들을 수행한다.

한편, 변전소 및 배전 선로에 설치되는 기기는 보호기기와 개폐기로 구분할 수 있다. 보호기기로는 변전소 측에 설치되는 차단기(Circuit Breaker, C/B) 및 배전선로 측에 설치되는 리클로저가 있다.

차단기는 배전 선로로부터 매우 큰 크기의 고장 전류가 감지될 때 설정된 정보에 의하여 스스로 선로를 개방(Open) 또는 폐로(Close)할 수 있다. 또한, 필요에 따라 정상 전류가 흐르는 평소에도 선로를 개폐할 수도 있다.

리클로저는 설정된 정보에 의하여 스스로 재폐로를 수행하는 특수한 형태의 차단기이다. 배전 선로로부터 고장 전류가 감지되고 일정 범위 이상 지속되면 리클로저는 선로를 개방하고, 미리 설정된 일정 시간이 지난 후에 선로를 다시 폐로한다. 선로 폐로 후에도 고장 전류가 계속 감지되면, 리클로저는 상기와 같은 선로의 재폐로 과정을 미리 설정된 회수만큼 반복하고, 그 후에도 고장 전류가 지속되면 선로를 완전히 개방시키고 더 이상 재폐로 동작을 수행하지 않는다.

개폐기는 설치 위치 및 장치의 구성에 따라서, 지중선로에 설치되는 지중용과 가공 선로에 설치되는 가공용으로 구분된다. 상기 개폐기는 배전선로와 연결되는 본체부, 상기 본체부와 배전선로용 단말장치와 연계를 위한 제어부, 원격지와의 통신 및 계측, 감시, 제어를 위한 배전선로용 단말장치를 포함하여 구성된다. 배전선로용 단말장치는 일반적으로 고장 발생시 배전 선로 상의 전류 변화 및 전압 변화를 이용하여 고장의 발생 여부를 감지하고, 배전 선로용 단말 장치는 원격지의 제어 명령에 따라서 제어 신호를 개폐기 제어부로 전송하여 최종적으로 개폐기 본체를 통하여 배전 선로의 개방(Open), 폐로(Close) 조작을 수행한다.

배전 선로상의 고장은 수목 접촉, 조류 접촉, 부하 기기 등에 의한 순간 고장이 있으며, 이러한 순간 고장은 상기 차단기(C/B) 또는 리클로저의 재폐로 동작 수행시, 스스로 해소되어 복구되는 경우를 의미한다.

그리고, 설비 또는 배전선로의 이상으로 인하여 자체적으로 고장이 해소되지 않는 일시 고장(상기 순간 고장과 구분하기 위하여 이하 '영구 고장'이라 칭함)이 있다.

배전 선로 상의 고장은 배전 선로 상에 설치된 수많은 부하에 대한 정전 발생으로 인하여, 많은 불편이 초래되며, 경제적, 인적 피해를 발생시킨다. 따라서 선로 고장이 발생하게 되면, 신속하고 정확한 고장 구간 확인을 통하여 정전 시간을 최소화할 필요성이 있다.

도 1은 배전 선로에 설치되어 설정치 이상의 전류가 흐르면 전력 공급을 차단하는 리클로저와 부하측 전압변화를 나타내는 시퀀스도이다.

먼저, 리클로저에 흐르는 전류의 변화를 도시한 도면(110)과 리클로저의 상태를 도시한 도면(120)을 살펴본다.

정상적인 전류가 흐르고 있는 구간(111)에서는 리클로저는 별다른 동작을 취하지 않으나, 배전 선로에 고장이 발생함에 따라 비정상적인 양의 전류가 흐르는 구간(112)이 일정 시간 이상 계속되면 리클로저는 설정된 커브(Curve)에 의하여 회로를 개방(122)하여 배전 선로에 전류가 흐르지 않게 된다(113). 다시 소정의 시간 이후에 리클로저는 다시 회로를 폐로(123) 조작하고, 이에 따라 회복되지 않는 배전 선로에는 과도한 전류가 흐르게 된다(114). 리클로저는 이러한 과정을 소정의 횟수만큼 반복하게 된다(124,125,126,127)(115,116,117,118). 소정의 횟수 이후에도 배전 선로가 고장에서 회복되지 않으면, 리클로저는 최종적으로 회로를 개방(128)하여 배전 선로에 전류가 흐르지 않게 한다(119). 리클로저는 일반적으로 초기의 2번의 비정상적인 전류(112,114)에 대한 개방(122) 및 폐로(123)는 고장 전류 통전시간이 짧은 주기(Time Current Curve)로 수행하고(패스트 트립), 이후의 2번의 비정상적인 전류(116,118)에 대한 개방(126) 및 폐로(127)는 고장 전류 통전 시간이 긴 주기로 수행(딜레이드 트립)하여 구분한다.

그리고, 부하측 전압변화를 도시한 도면(130)에서, 사선은 3상 전압이 소정 규정치 이하인 상태를 의미하고, 활선은 1상 이상이 소정 규정치 이상의 상태를 의미한다.

이상 설명한 바와 같이, 리클로저는 스스로 소정 횟수 개방 동작을 수행하게 되어 재폐로가 가능하다. 리클로저가 고장을 감지하여 회로의 개방 및 폐로 동작을 반복하는 과정에서 스스로 고장이 해소되어 리클로저에 흐르는 전류의 양이 최소 동작 전류 이하의 상태로 유지되면 상기 순간 고장에 해당하고, 회로의 개방 및 폐로 동작의 반복에도 불구하고 고장이 해소되지 않는 경우(119)가 상기 영구 고장에 해당한다.

도 2는 배전 선로의 고장을 검출하는 FRTU의 고장 검출 시퀀스도이다.

상기 FRTU에서 감지되는 전류변화를 도시한 도면(210) 및 전압 변화를 도시한 도면(220)을 살펴본다.

도 2를 참조하면, FRTU에 흐르는 전류는 리클로저에 흐르는 전류를 도시한 도면(110)과 유사한 모습을 보인다. 그러나, FRTU는 스스로 고장을 검출하여 더 이상 고장 전류가 흐르지 않도록 전원 공급을 차단하는 것이 아니라, 전원측의 리클로저 또는 차단기의 동작에 따라서 고장을 검출한다. FRTU는 고장 전류를 감지하 면(211), 리클로저의 개방 및 폐로 조작에 따라서 전류가 흐르지 않게 되는 시점(212, 214, 216, 218)에서 소정의 시간(일시 FI Setting time)이 흐른뒤에 배선 선로 영구 고장이 발생하였다고 판단하게 된다. 도 2의 경우에는 리클로저의 재폐로 동작이 완료되는(218) 구간에서 영구 고장이 감지된다.

만일, 리클로저의 재폐로 동작이 반복되는 구간에서 고장이 해소되어 정상 상태가 되는 경우에는 순간 고장으로 판단한다. 상기 순간 고장은 소정 시간구간(순간 FI Setting time)동안 배전 선로가 정상 상태인 경우에 순간 고장으로 검출한다.

또한, 최초 고장 전류 검출구간(211) 이후에 무전압/무전류의 상태 없이 정상 상태로 복구되는 경우에는 배선 선로상에 일시적인 돌입전류가 발생했던 것으로 간주하여 고장으로 판단하지 않는다. 일반적으로, FRTU는 고장이 발생되지 않는 경우의 무전류/무전압 상태에서는 돌입전류에 대비하여 소정 시간동안 고장을 검출하지 않는 돌입 억제 기능을 갖고 있다.

상기한 리클로저와 FRTU의 고장 검출 과정에서 살펴본 바와 같이, 종래 기술에 따른 배선 선로의 고장 위치 검출 방법은 고장 전류의 방향에 무관하게 고장 전류의 발생, 무전압, 무전류의 상태만으로 고장을 검출하기 때문에 부하 기기로 인한 고장전류에는 정확한 고장 검출 기능을 수행할 수 없는 문제가 있다.

상기한 바와 같이, 배전 선로상의 고장을 검출하는데 있어서, 기본적인 전제 조건은 고장 전류를 공급하는 측이 전력 계통에만 존재한다는 것과 선로를 차단하는 경우에 부하의 상태가 무전압, 무전류가 된다는 것이다.

그러나, 이러한 전제조건으로 배전 선로상의 고장 검출을 수행하는 경우에는 배전 선로상에 고장이 발생하면, 배전 선로를 구성하는 다양한 설비와 부하측에서 고장점으로 고장 전류를 공급하기 때문에, 고장검출의 신뢰도가 저하되며, 이로 인하여 고장 구간의 확인에 많은 시간이 소요되고, 전력 공급의 신뢰도가 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 배전 선로 상에 설치된 자동화용 개폐기에 흐르는 전류 방향, 전류 세기 또는 전압의 형태를 고려하여 고장 검출을 수행함으로써, 신뢰성 있는 고장 검출 및 위치를 판단하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본원 발명은 선로에 전원공급이 차단된 상태에서 부하에 의해 낮은 전류가 지속적으로 고장점으로 흐르는 경우에도 무전류/무전압으로 판단할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 배전 선로용 기기에 대한 반개방 상태 및 반투입 상태를 정확히 판단하여 배전 선로를 운용함에 있어서 신뢰도를 더욱 높일 수 있는장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 배전 선로의 소정 위치에 흐르는 전류 또는 전압 중 적어도 어느 하나를 계측하기 위한 계측부; 및 상기 계측된 전류량 및 전류 방향에 따라서 상기 배전 선로의 고장 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 발생 위치를 판단하기 위한 장치를 제공한다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 제어부는, 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지된 이후에, 상기 소정 위치에서 계측된 전류의 전류 방향이 고장 전류가 감지되기 이전의 전류방향으로부터 변경된 경우에는 부하기기의 영향에 의하여 공급되는 고장전류로 판단한다.

본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 상기 제어부는 배전 선로용 기기의 개방 동작 수행 후, 상기 계측부에 의하여 계측되는 전원측 전압과 부하측 전압 차에 따라서 반개방 상태를 판단하고, 배전 선로의 폐로 동작 수행 후, 상기 계측부에 의하여 계측되는 전력 공급측 전압과 부하측 전압 차에 따라서 반투입 상태로 판단한다.

본 발명의 또 다른 일측은, 배전 선로상에 흐르는 전류량이 소정 설정값 이상인지 판단하는 단계; 및 상기 배전 선로상에 소정 설정값 이상의 전류 흐름이 감지되면, 상기 계측되는 전류의 방향에 따라서 상기 배전 선로상의 고장 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 배전 선로상의 고장 검출 및 위치를 판단하는 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일측은, 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지되어 전력 공급을 차단하는 단계; 상기 배전 선로의 소정 위치에서 배전 선로에 공급되는 전류 및 전압을 계측하는 단계; 및 상기 배전 선로의 소정 위치에서 상기 계측되는 3상 전압의 세기가 소정 시간 동안 지속적으로 감소되어 소정 전압 이하인 경우에는 배전 선로를 무전류/무전압 상태로 판단하고, 상기 배전 선로의 소정 위치에서 배전 선로에 공급되는 한 상 이상의 전압의 주파수가 소정 시간 동안 지속적으로 느려져 일정 주파수 이하가 되는 경우에는 배전 선로를 무전류/무전압 상태로 판단하는 단계를 포함하는 배전 선로상의 고장 검출 및 위치를 판단하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 배전 선로 상에 설치된 자동화용 개폐기 흐르는 전류 방향, 전류 세기 또는 전압의 형태를 고려하여 고장 검출을 수행함으로써, 신뢰성 있는 고장 발생 위치의 판단이 가능하다.

또한, 본 발명은 배전 선로의 반개방 상태 및 반투입 상태를 정확히 판단하여 기기 이상으로 발생되는 전력 공급 품질의 저하를 방지하고, 배전선로 운용의 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

상기한 바와 같이, 배전 선로 상에 고장이 발생되면 배전 선로를 구성하는 다양한 설비와 다양한 부하 설비들이 고장점으로 고장전류를 공급하게 되며, 이로 인하여 정확한 고장 검출 기능이 어려운 문제가 있다.

배전 선로 상에서 고장 발생시에 고장점으로 고장전류를 공급할 수 있는 부하기로는 발전기, 동기 전동기, 유도 전동기, 콘덴서, 각종 분산전원 등이 있다. 상기한 부하기기로부터 공급되는 고장 전류의 크기는 각 기기가 갖는 임피던스 및 고장점까지의 선로 임피던스에 의하여 결정되며, 그 지속시간도 각 기기들의 특성에 따라 다양한 형태를 갖게 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따라서, 부하기기에 의하여 발생되는 고장 전류 의 영향을 고려한 배전 선로의 고장 검출 및 발생 위치의 판단 장치 및 방법을 상세히 설명한다.

도 3은 배전 선로에 고장이 발생한 경우에, 배전 계통뿐만 아니라 부하 기기에 의하여 고장점으로 고장 전류를 공급하는 예를 도시한 도면이다.

고장이 발생하지 않은 평상시의 부하 전류의 방향은 변전소 측에서 부하측으로 흐르게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 고장점(303)에 고장이 발생되면, 계통에서 공급되는 계통 고장 전류(301)는 평상시의 부하 전류의 방향과 동일 방향이 되고, 부하 기기(330)에 의하여 고장점(301)으로 공급되는 고장 전류(302)는 평상시의 부하 전류와 반대 방향이 된다.

종래 기술에 따른 고장 검출은 고장 전류의 방향에 대하여 고려하지 않기 때문에 FRTU(320)는 고장을 감지하게 되고, 배전자동화 시스템 및 운영자는 상기 FRTU(320) 이후의 구간에서 고장이 발생한 것으로 판단하게 된다.

종래기술에 따르면 고장이 발생되어 리클로저(310)가 동작완료(Lock Out)되어 개방상태에서 FRTU(320)를 개방(Open)하고, 다시 리클로저(310)를 폐로(Close)하면 다시 고장이 발생된다.

상기와 바와 같이, 부하 기기(330)에 의하여 고장점(303)으로 공급되는 고장 전류(302)(이하, '부하 고장 전류'라 칭함)가 발생하면, 고장점을 찾는데 있어서 혼란이 발생하고, 고장 해소 및 복구에 많은 시간적, 인적 소요가 발생하고, 배전 선로를 통하여 전력을 공급받는 가정, 공장, 사무실 등의 수용가에서는 많은 피해가 발생하게 된다.

도 4는 배전 선로에 고장이 발생한 경우에, 배전 계통 및 부하 기기에 의한 고장 전류가 일부 중첩되어 고장점으로 전류를 공급하는 예를 도시한 도면이다.

고장점(403)에서 고장이 발생되기 이전의 부하전류 방향은 모든 위치에서 변전소측에서 부하측으로 흐르게 되며, 고장점(403)에서 고장이 발생시 제 2 FRTU(430) 계통 고장 전류(401)와 부하 기기에 의하여 발생되는 부하 고장 전류(402)가 중첩되어 흐르게 된다.

만일, 도 4와 같은 경우에, 부하 기기에 의한 고장 전류와 배전 선로에 흐르는 잔류전압이 소정 시간구간(순간 FI Setting Time)이 경과된 후에도 지속되는 경우에는, 제 1 FRTU(420)와 제 2 FRTU(430)는 고장 검출을 위한 동작 전류 이상의 전류가 흘러도 고장을 검출하지 못하게 된다.

배전자동화 시스템 및 운영자는 상기 도 4에서 고장 구간을 제 1 FRTU(420)와 제 2 FRTU(430)사이로 판단하게 된다.

이 경우, 고장점(403)으로 다른 배전 선로가 연계되고 있다면, 고장 구간을 분리하고 계통을 연계하고자 시도하게 되고, 잘못된 고장점 검출로 인하여 추가적인 고장이 발생하게 된다.

본 발명은 배전 선로에 흐르는 전류의 방향, 전류의 세기 또는 전압의 형태를 고려하여 고장점을 검출함으로써, 도 3 및 도 4와 같은 경우에도 정확한 고장점 을 검출하기 위한 장치 및 방법을 제안한다.

도 5는 본 발명에 따른 부하 전류를 고려한 배전 선로의 고장 발생 위치의 판단 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 5를 참조하면, 배전 선로의 고장 발생 위치 판단 장치(500)는, 배전 선로의 소정 위치에 흐르는 전류 또는 전압 중 적어도 어느 하나를 계측하기 위한 계측부(530) 및 상기 계측된 전류량 및 전류 방향에 따라서 상기 배전 선로의 고장 여부를 판단하는 제어부(520)를 포함하여 구성된다.

바람직하게는 전류 및 전압 신호는 배전 선로에 설치되어 있는 개폐기 본체에 설치되어 있는 CT 및 PT에 의하여 획득되며, 상기 획득된 전류 및 전압 신호는 개폐기 제어부의 신호 인터페이스를 통하여 FRTU로 제공될 수 있다.

상기 고장 발생 위치 판단 장치(500)는 개폐기 또는 배전설비에서 공급되는 전압 및 전류 신호를 기반으로 배전 선로의 고장 정보를 검출하고 선로 개폐를 제어하는 FRTU일 수 있으며, 경우에 따라서는 별도로 설치되는 장치일 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르는 상기 고장 발생 위치 판단 장치(500)는 상기 제어부(520)의 판단에 따라서 상기 배전 선로의 소정 위치에 흐르는 전류의 방향 정보, 배전 선로의 무전류/무전압 정보, 선로 고장 정보, 반개방 상태 정보 및 반투입 상태 정보 중 적어도 어느 하나를 상기 배전 선로상의 배전자동화 시스템의 상위장치(주장치 또는 서버)로 송신하는 통신부(510)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르는 상기 고장 발생 위치 판단 장치(500)는 상기 제어부(520)의 판단에 따라서 상기 배전 선로의 소정 위치에 흐르는 전류의 방향 정보, 배전 선로의 무전류/무전압 정보, 선로 고장 정보, 반개방 상태 정보 및 반투입 상태 정보 중 적어도 어느 하나를 표시하기 위한 표시부(540)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제어부(520)는 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지된 이후에, 상기 소정 위치에서 계측된 전류의 방향이 고장 전류가 감지되기 이전의 전류방향으로부터 변경된 경우에는 부하에 의한 고장전류로 판단한다.

전류의 방향은 위상 정보에 의하여 판단할 수 있으며, 상기 제어부(520)는 설정에 따라서 부하에 의한 고장 전류가 발생되면, 고장 검출을 억제하거나 역방향 고장이 발생하였음을 상기 통신부(510)에 의하여 배전자동화 시스템의 상위장치로 알릴 수 있다.

이러한 동작에 의하여 상기 도 3과 같은 고장이 발생한 경우에, 배전자동화 시스템 및 운영자는 FRTU(320)에 흐르는 전류가 부하 기기에 의한 고장 전류임을 알 수 있게 되고, 상기 FRTU(320) 이전 구간에 고장점(303)이 위치하는 것으로 판단할 수 있게 된다.

상기 제어부(520)는 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지되어 전력 공급이 차단된 이후에, 상기 소정 위치에서 측정된 3상의 전압 크기가 소정 시간 동안 지속적으로 감소 되어 일정 전압 이하가 되는 경우에 일정분의 전류가 존재하더라도 배전선로를 무전류/무전압 상태로 판단하거나, 상기 소정 위치에서 배전 선로에 공급되는 한 상 이상의 전압의 주파수가 소정 시간 동안 지속적으로 느려지는 경우에는 전류의 세기에 관계없이 배전선로를 무전류/무전압 상태로 판단한다.

도 4와 같은 경우에, 배전 선로상에 전력 공급이 차단되면 부하 기기(440)에 의하여 공급되는 부하 고장 전류(402)와 잔류 전압은 시간의 경과에 따라서 감소되는 특성을 갖는다. 또한, 부하의 종류에 따라서 상기 제 2 FRTU(430)에 걸리는 전압은 기본파(60Hz)에 비하여 주파수가 지속적으로 느려지는 특성을 갖게 된다.

따라서, 배전 선로 상에서 계측되는 설정치 이상의 고장 전류가 감지되고, 전원측의 보호기기에 의하여 전력 공급이 차단된 후, 전류가 최소 동작 전류 이하로 된 이후에, 상기 제어부(520)는 일정 시간 동안 전압과 전류의 변화 형태를 분석하여 3상 전압의 세기가 소정 시간 동안(순간 FI Setting Time 이내) 지속적으로 감소 되어 일정 전압 이하가 되는 경우 일정분의 전류가 존재하거나, 또는 한 상 이상의 전압의 주파수가 소정 시간 동안 지속적으로 느려져 일정 주파수 이하가 되는 경우에는 전류의 크기에 관계없이 배전 선로에 공급되는 전력을 부하 기기의 영향에 의한 것으로 판단한다.

이러한 동작에 의하여 상기 도 4와 같은 고장이 발생한 경우에, 배전자동화 시스템 및 운영자는 제 2 FRTU(430)에 흐르는 고장 전류가 계통에서 공급되는 고장 전류와 부하기기의 영향에 의한 고장 전류가 중첩되어 있음을 알 수 있기 때문에 제 2 FRTU(430) 이후의 구간에 고장점(403)이 위치하는 것으로 판단할 수 있게 된다.

또한, 상기 도 4와 같은 고장이 발생한 경우에, 제 1 FRTU(420)에 흐르는 전류가 부하 기기의 영향에 의한 고장 전류임을 알 수 있기 때문에 제 2 FRTU(430) 이전의 구간에 고장점이 위치하는 것으로 판단할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 상기 도 4와 같은 고장이 발생한 경우에 고장 구간을 고장점(403)으로 확인할 수 있는 방법을 제공하게 된다.

배전 선로 상에 설치되는 FRTU 및 리클로저는 오랜 기간 동안 설치되어 운용되고 있기 때문에, 기계적 구조 장치가 동작 환경, 운용 년수에 따라서 그 특성이 변화되어 정상상태로 운용되지 않는 경우가 발생할 수 있다.

리클로저 또는 FRTU는 3상이 일괄적으로 개방/폐로되는 구조이며, 일부 기기들의 경우에 이상동작을 하는 경우가 있다.

이러한, 이상동작은 배전 선로에 설치되는 기기들이 완전한 개방 또는 폐로가 아닌 반개방 상태 또는 반투입 상태인 경우에 해당하며, 이러한 이상동작이 발생하면 인명 사고 및 부하기기의 손상을 초래할 뿐만 아니라 해당 기기 역시 파손될 가능성이 크다.

상기 반개방 상태란, 기기의 개방 동작 이후에 기기 이상으로 인하여 전원의 일부가 부하측으로 원치 않게 공급되는 경우이다.

상기 반투입 상태란, 기기의 폐로 동작 이후에 기기 이상으로 인하여 전력이 완전하게 부하측으로 공급되지 못하는 경우를 의미한다.

본 발명에 따른 고장 발생 위치 판단 장치(500)의 제어부(520)는 상기한 반 개방 상태 및 반투입 상태를 감지함으로써 상기한 이상동작을 검출할 수 있다.

즉, 상기 제어부(520)는 배전 선로의 개방 동작 수행 후, 상기 계측부에 의하여 계측되는 전원측과 부하측의 전압 차와 전류의 존재 유무에 따라서 반개방 상태를 판단하거나, 배전 선로의 폐로 동작 수행 후, 상기 계측부에 의하여 계측되는 전원측 전압과 부하측 전압 차에 따라서 반투입 상태로 판단한다.

상기 제어부(520)는 개방 동작 수행 후, 전원측과 부하측에서 계측되는 전압이 동일 위상이고, 전원측과 부하측 중 어느 일측의 전압이 정상 범위이고, 다른 일측에서 전압 및 전류가 일부 계측되는 경우를 반개방 상태로 판단한다.

또한, 상기 제어부(520)는 폐로 동작 수행 후, 전원측과 부하측에서 계측되는 전압이 동일 위상이고, 전원측과 부하측 중 양측 사이의 전압차가 소정 설정치 이상이면 반투입 상태로 판단한다.

상기한 바와 같이, 상기 제어부(520)는 반개방 또는 반투입 상태를 감지하면 이를 표시부(540)에 나타내고, 통신부(510)를 통하여 배전자동화 시스템의 상위장치로 전송하게 된다.

한편, 상기 고장 발생 위치 판단 장치(500)는 표시부 및 키패드(미도시)와 같은 사용자 인터페이스를 더 구비할 수 있으며, 배전 선로 관리자는 상기 키패드를 통하여 배전 선로의 상(Phase) 정보를 변경하여 운용할 수 있다.

배전 자동화 시스템은 변전소의 인출단부터 부하의 말단까지 일관된 상 정보의 관리를 수행하게 된다. 배전 선로의 상 검출은 2006년 10월 18일 출원된 "배전 선로의 상을 자동으로 검출하는 자동화 시스템 및 방법"(출원번호 : 10-2006-0101345)에 의하여 가능하다.

고정적으로 사용되는 배전 선로의 상 정보를 검출되는 상 정보에 따라서 변경하면, 전압(전원측, 부하측) 및 전류가 설정된 상에 맞추어 논리적으로 변경되어 운용될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따르는 배전 선로의 고장 발생 위치의 판단 방법을 나타내는 순서도이다.

도 6을 참조하면, 고장 발생 위치의 판단 방법은 배전 선로상에 흐르는 전류량이 소정 설정값 이상인지 판단하는 단계 및 상기 배전 선로상에 소정 설정값 이상의 전류 흐름이 감지되면, 상기 계측되는 전류의 방향에 따라서 상기 배전 선로상의 고장 발생 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

더욱 구체적으로, 상기 계측부(530)는 선로상의 전원측과 부하측 사이의 전류량을 측정한다(S610).

상기 제어부(520)는 상기 계측부(530)에서 계측되는 전류량이 고장 감지를 위한 소정 설정값 이상인지를 판단한다(S620).

만일, 상기 소정 설정값 이상의 전류 흐름이 감지되면, 상기 소정 설정값 이상의 전류 흐름이 감지되기 이전의(고장이 없는 정상상태의) 전류의 방향과 현재 배전 선로상에 흐르는 전류의 방향을 비교하고(S640) 상기 비교결과, 전류의 방향이 변경된 경우에는 현재 배전 선로 상에 흐르는 전류를 부하에 의한 고장 전류로 판단한다(S640, S650).

배전자동화 시스템 및 운영자는, 현재 배전 선로상에 흐르는 전류가 부하에 의한 고장 전류로 판단되는 경우에는, 상기 부하에 의한 고장 전류를 감지한 위치 이전구간(즉, 전원측)에 고장점이 위치하는 것으로 판단하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 다른 일측면에 따르는 배전 선로상의 고장 발생 위치를 판단하는 방법은, 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지되어 전력 공급을 차단하는 단계와, 상기 배전 선로의 소정 위치에서 배전 선로에 공급되는 전류 및 전압을 계측하는 단계 및 상기 배전 선로의 소정 위치에서 상기 계측되는 3상의 전압 세기가 소정 시간 동안 지속적으로 감소되어 전압이 일정값 이하일 경우 일정분의 전류가 존재하더라도 배전 선로를 무전류/무전압 상태로 판단하고, 상기 배전 선로의 소정 위치에서 배전 선로에 공급되는 한 상 이상의 전압의 주파수가 소정 시간 동안 지속적으로 느려져 일정 주파수 이하가 되는 경우에는 전류의 세기에 관계없이 배전 선로를 무전류/무전압 상태로 판단하는 단계를 포함한다.

배전자동화 시스템 및 운영자는, 상기 배전 선로의 소정 위치에서 고장 전류(전류의 방향이 바뀌지 않은 순방향 고장 전류)가 계측되고 무전류/무전압 상태가 감지되면, 상기 소정 위치의 이후 구간(즉 부하측)에 고장점이 위치하는 것으로 판단하게 된다.

따라서, 배전 자동화 시스템 및 운영자는, 한 상(Phase) 이상의 순방향 고장 정보를 갖고 있는 개소와 고장 정보가 없는 개소 또는 역방향 고장정보가 있는 개소 사이, 또는 한 상 이상의 순방향 고장 정보를 갖고 잇는 개소와 불평형(Ground) 고장 정보만을 갖고 있는 개소 사이, 한 상 이상의 순방향 고장 정보를 갖고 있는 개소와 고장 정보를 갖고 있지 못하는 개소 사이를 고장 위치로 판단하게 된다.

여기서, 상기 순방향 고장 정보는 고장 전류와 고장 발생 이전의 전류의 위상이 변경되지 않은 경우이고, 역방향 고장 정보는 전류 방향이 변경되는 경우를 의미한다.

상기 도 3 및 도4에 도시된 고장 이외에, 배전 선로 상에서 발생할 수 있는 고장 상황은 상시 개방점에서 폐로 동작시 발생할 수 있는 고장, 고장 경험이 없고 무전원 선로에 전원이 공급되면서 발생되는 고장, 부하전류가 작은 개소에서의 고장 등이 있다. 본 발명에 따르는 배전 선로 상에서 전류 방향을 고려한 고장 검출 방법은 이러한 경우에 오동작이 발생되지 않도록 설정되는 것이 바람직하다.

상기 상시 개방점은, 상기 개방되어 있는 개폐기를 의미하며, 본 발명에서는 자동화 개폐기 즉 FRTU가 설치된 개폐기로 가정한다.

상시 개방점은 평상시에 개방 상태로 유지되며, 특정 목적에 따라서 다른 D/L의 전력을 배전선로에 공급하게 된다.

즉, 상시 개방점은 선로에 고장이 발생하거나, 계획적인 정전 공사시에 일부 선로에 전원을 공급할 수 없는 경우에 다른 D/L과 연계하여 전력을 공급함으로써, 정전 구간을 최소화할 목적으로 사용된다.

도 7은 두 개의 배전 선로가 상시 개방점(Tie 점)을 통해 연계되는 예를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 제 1 D/L 에 고장점(703)에서 선로 고장이 발생되면, 먼저 리클로저(720)는 상기한 바와 같이 개방/폐로 동작을 반복하고, 이 후 배전 선로의 모든 구간에 전력이 공급되지 않는 무전력 상태가 된다.

다음에, 배전 선로 상에서 고장이 아닌 건전 구간에 대한 전력 공급을 위하여 제 2 개폐기(730), 제 3 개폐기(750) 및 제 4 개폐기(740)는 개방된다.

리클로저(720)는 다시 폐로동작을 수행하여 배전 선로에 전력을 공급하게 된다.

그리고, 상시 개방점에 위치한 제 5 개폐기(760)을 폐로하여 배전 선로 제 2 D/L을 통하여 제 3 개폐기(750)까지 전력을 공급하게 된다.

또한, 상기 제 4 개폐기(740) 이후의 구간에 대하여도 동일한 동작을 수행하여 다른 연계 가능한 배전 선로를 통하여 전력을 공급함으로써, 고장구간(701)을 제외하고 모두 정상적으로 전력의 공급이 가능하게 된다.

상기 제 5 개폐기(760)에서의 고장 검출 방법은 상기한 고장 검출 장치(500)의 동작과 동일하지만, 부하에 의한 부하 고장 전류가 없는 무전원 상태이기 때문에, 제 2 D/L을 통하여 전력을 재폐로 하면서 발생되는 고장에 대한 전류 방향은 이를 고려하여야 한다. 즉 고장 방향은 순방향(개폐기 이후구간)으로 판단할 수 있다.

한편, 고장 경험이 없고 무전원 선로에 전원이 공급되면서 발생되는 고장에 경우에는 부하에 전력이 공급되지 않는 상황에서 선로에 고장이 있는 경우에도 부하에 의한 영향은 거의 발생하지 않기 때문에 고장 방향은 순방향(개폐기 이후 구 간)으로 결정할 수 있다.

여기서, 개폐기 이전 구간이라 함은 현재의 개폐기 설치점을 기준으로 변전소 측을 의미하며, 개페기 이후 구간이라 함은 현재의 개폐기 설치점에서 부하측을 의미한다.

또한, 전류에 대한 위상검출이 가능하지 않을 정도로 부하의 영향이 아주 작은 위치에 설치된 개폐기의 경우에는, 부하의 영향을 무시하고 고장 방향을 순방향(개폐기 이후단)으로 판단할 수 있다. 즉, 고장이 발생되는 순간에 고장점으로 흐르는 부하에 의한 부하 고장 전류(전압)의 크기 및 지속시간은 부하용량에 비례하기 때문에, 일정 부하전류 이하에서는 부하의 영향을 무시할 수 있다. 상기 일정 부하 전류의 설정은 고장을 감지하기 위한 최소 동작 전류와의 비율(%) 또는 전류 크기로 설정할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 6은 본 발명에 따르는 배전 선로의 고장 발생 위치의 판단 방법을 나타내는 순선도이다.

Claims

배전 선로 상의 소정 위치에 구비되어 고장 발생을 검출하기 위한 장치에 있어서,

상기 배전 선로의 소정 위치에 흐르는 전류 및 전압을 계측하기 위한 계측부; 및

상기 계측된 전류 및 전압과, 전류량의 변화, 고장 전류가 감지되기 이전의 전류 방향과 고장 전류가 감지된 이후의 전류 방향을 비교하여 상기 배전 선로의 고장 여부를 판단하는 제어부; 및

상기 제어부의 판단에 따라서 상기 배전 선로의 소정 위치에 흐르는 전류의 방향 정보, 배전 선로의 무전류/무전압 정보, 선로의 고장 정보, 반개방 상태 정보 및 반투입 상태 정보를 배전자동화 시스템의 상위 장치로 송신하는 통신부를 포함하되,

상기 제어부는, 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지되어 전력 공급이 차단된 이후에, 상기 소정 위치에서 측정된 3상 전압의 세기가 소정 시간 동안 지속적으로 감소 되어 일정값 이하가 되는 경우에는 배전선로를 무전류/무전압 상태로 판단하고,

또한, 상기 제어부는, 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지되어 전력 공급이 차단된 이후에, 상기 소정 위치에서 배전 선로에 공급되는 한 상 이상의 전압의 주파수가 소정 시간 동안 지속적으로 느려져 일정 주파수 이하가 되는 경우에는 배전선로를 무전류/무전압 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 발생을 검출하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지된 이후에, 상기 소정 위치에서 계측된 전류의 방향이 고장 전류가 감지되기 이전의 전류방향으로부터 변경된 경우에는 부하에 의한 역방향 고장 발생으로 판단하고,

또한, 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지된 이후에, 상기 소정 위치에서 계측된 전류의 방향이 고장 전류가 감지되기 이전의 전류방향으로부터 변경되지 않은 경우에는 전력 계통에 의한 순방향 고장 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 발생을 검출하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 배전자동화 시스템의 상위 장치는,

한 상 이상의 순방향 고장 정보를 갖는 개소와 고장 정보가 없는 개소 또는 역방향 고장 정보를 갖는 개소의 사이를 고장 위치로 판단하거나, 한 상 이상의 순방향 고장 정보를 갖는 개소와 불평형 고장 정보만을 갖는 개소 사이를 고장 위치로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 발생을 검출하기 위한 장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,

배전 선로의 개방 동작 수행 후, 상기 계측부에 의하여 계측되는 전원측 전압과 부하측 전압 차에 따라서 반개방 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 발생을 검출하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,

배전 선로의 폐로 동작 수행 후, 상기 계측부에 의하여 계측되는 전원측 전압과 부하측 전압 차에 따라서 반투입 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 발생을 검출하기 위한 장치.
삭제
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제 1 항에 있어서,

상기 제어부의 판단에 따라서 상기 배전 선로의 소정 위치에 흐르는 전류의 방향 정보, 배전 선로의 무전류/무전압 정보, 선로의 고장 정보, 반개방 상태 정보 및 반투입 상태 정보 중 적어도 어느 하나를 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 발생을 검출하기 위한 장치.
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배전 선로상의 고장 발생을 검출하는 방법에 있어서,

배전 선로용 단말장치가 상기 배전 선로의 소정 위치에서 배전 선로에 공급되는 전류 및 전압을 계측하는 단계;

상기 배전 선로용 단말장치가 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지하고, 보호기기에 의하여 전력 공급이 차단되는 단계;

상기 배전 선로용 단말장치가 계측된 전류 및 전압과, 전류량의 변화, 고장 전류가 감지되기 이전의 전류 방향과 고장 전류가 감지된 이후의 전류 방향을 비교하여 상기 배전 선로의 고장 여부를 판단하는 단계; 및

상기 배전 선로용 단말장치가 상기 배전 선로의 소정 위치에 흐르는 전류의 방향 정보, 배전 선로의 무전류/무전압 정보, 선로의 고장 정보, 반개방 상태 정보 및 반투입 상태 정보를 배전자동화 시스템의 상위 장치로 송신하는 단계를 포함하되,

상기 배전 선로용 단말 장치는 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지되어 전력 공급이 차단된 이후에, 상기 소정 위치에서 측정된 3상 전압의 세기가 소정 시간 동안 지속적으로 감소 되어 일정값 이하가 되는 경우에는 배전선로를 무전류/무전압 상태로 판단하고,

또한, 상기 배전 선로용 단말 장치는 상기 배전 선로 상에서 고장 전류가 감지되어 전력 공급이 차단된 이후에, 상기 소정 위치에서 배전 선로에 공급되는 한 상 이상의 전압의 주파수가 소정 시간 동안 지속적으로 느려져 일정 주파수 이하가 되는 경우에는 배전선로를 무전류/무전압 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 발생을 검출하는 방법.
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제13항에 있어서, 상기 배전자동화 시스템의 상위 장치는,

배전 선로상의 각각의 개소로부터 고장 감지 여부, 계측된 전류 및 전압, 전류량의 변화 및 전류 방향에 대한 정보를 수신하고, 상기 계측된 전류 및 전압과, 전류량의 변화 및 전류 방향에 따라서 상기 배전 선로상의 고장 위치를 판단하되,

상기 고장 감지 여부 및 전류 방향 정보를 기반으로, 한 상 이상의 순방향 고장 정보를 갖는 개소와 고장 정보가 없는 개소 또는 역방향 고장 정보를 갖는 개소의 사이를 고장 위치로 판단하거나, 한 상 이상의 순방향 고장 정보를 갖는 개소와 불평형 고장 정보만을 갖는 개소 사이를 고장 위치로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전 선로상의 고장 발생을 검출하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 배전자동화 시스템의 상위 장치는,

개방점에 해당하는 개소의 개폐기를 투입하여 전력을 공급하는 경우에는 상기 개방점에 해당하는 개소에서의 고장 방향은 순방향으로 결정하는 것을 특징으로 하는 배전자동화 시스템에서 배전 선로상의 고장 발생을 검출하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 배전자동화 시스템의 상위 장치는,

고장 경험이 없는 무전원 선로에 전원이 공급되는 개소에서의 고장 방향을 순방향으로 결정하는 것을 특징으로 하는 배전자동화 시스템에서 배전 선로상의 고장 발생을 검출하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 배전자동화 시스템의 상위 장치는,

부하의 영향이 일정 수준 이하인 개소에서의 고장 방향을 순방향으로 결정하는 것을 특징으로 하는 배전자동화 시스템에서 배전 선로상의 고장 발생을 검출하는 방법.