KR101003814B1 - 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 및 그 제어방법 - Google Patents

전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 계기용 변압기와 계기용 변류기를 통해 입력되는 3상 전압, 전류데이터를 이용하여 각 상의 전압, 전류의 크기와 위상을 측정하고, 디지털 접점입력정보를 이용하여 차단기의 상태정보를 생성하는 측정모듈; 상회전 방향이 같은 정상분, 상회전 방향이 반대인 역상분, 상회전이 없는 영상분으로 구분되어 상기 3상의 전압 및 전류에 대한 대칭성분을 대칭좌표법에 따라 분석하여 전력계통의 지락고장정보, 단락고장정보, 3상고장정보를 생성하는 대칭성분 분석모듈; 3상의 전압 및 전류정보와 차단기 상태접점정보를 인가받아 계기용 변류기회로 이상감지정보를 생성하는 계기용 변류기회로 이상감지모듈; 3상의 전압 및 전류정보와 차단기 상태접점정보를 인가받아 계기용 변압기회로 이상감지정보를 생성하는 계기용 변압기회로 이상감지모듈; 및 차단기 상태접점정보와 보호계전기 차단기 제어신호, 그리고 관리자의 차단기 수동조작을 위한 수동제어신호를 인가받아 차단기회로 이상감지정보를 생성하는 차단기회로 이상감지모듈;을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 수배전반을 구성하는 전기적회로인 계기용 변류기회로, 계기용 변압기회로, 차단기회로의 이상여부를 실시간으로 감지하여 관리자에게 사전에 통지함으로써, 수배전반 자체의 고장 예방과 전력계통 고장시 고장의 파급을 방지함은 물론 유지보수의 경제적 손실을 줄임과 동시에 수배전반의 동작 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 및 그 제어방법{SWITCHGEAR FOR DIAGNOSING ELECTRICAL NETWORK DISORDER AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 전력수용가가 전력에너지를 공급받기 위해 필요한 수배전반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수배전반을 구성하는 전기적회로인 계기용 변류기회로(CT: Current Transformer), 계기용 변압기회로(VT or PT: Voltage Transformer or Potential Transformer), 차단기회로(CB: Circuit Breaker)의 이상여부를 상시 자동감지하여 관리자에게 사전에 알려줌으로써, 수배전반 자체의 고장 예방과 전력계통 고장시 고장의 파급을 방지함은 물론 유지보수의 경제적 손실을 줄임과 동시에 수배전반의 동작 신뢰성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
최근 산업의 발전과 함께 전력수요는 매우 급속히 증가해 왔으며 현재 우리생활은 물론 산업현장 전반에 걸쳐 사용되는 에너지의 대부분이 전력에너지에 의존하고 있다. 특히 우리나라의 경우 자동차분야, IT분야, 제철분야를 비롯한 제조분야의 산업이 주를 이루고 있는 점을 감안할 때 전력공급은 생산성에 직접적인 영향을 미치고 있으며 또한 최근 정전사고로 인해 막대한 경제적 손실이 발생하는 사고가 증가하고 있음을 고려할 때 양질의 전력공급의 중요성이 대두된다.
수배전반은 전력수용가에서 전력에너지를 수전 받아 안전하게 사용하기 위한 장치로 전력에너지의 수전기능, 변압기능, 조작 및 제어, 감시 및 보호기능을 수행하여 신뢰성 있는 전력공급을 위한 유지보수가 중요한 설비이다.
그러나, 대부분의 수배전반은 무인상태에서 운전되며 고압 및 특고압의 활선상태에서 운전되므로 고장 및 노후시 정전은 물론 화재사고를 유발할 수 있는 위험을 갖는다. 따라서 이러한 사고를 예방하기 위해 정기적인 안전점검을 수행하여야 하나 고압의 활선상태에서 상시 운전되므로 인적 감전사고, 조작 오류로 인한 설비 고장, 수용가의 휴전상태 동반과 같은 현실적 제약으로 인해 대부분 철저한 안전점검의 수행이 이루어지지 않는 실정이다.
수배전반 내부의 전기적회로 중에 특히 계기용 변압기와 계기용 변류기는 수배전반의 주요기능인 보호기능과 계측기능에 있어서 가장 기본이 되는 전압과 전류를 측정하기 위한 기본 설비로 보호기능을 담당하는 보호계전기와 전력감시를 위한 메타들의 기능에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 이러한, 계기용 변압기 및 계기용 변류기 회로의 이상상태는 보호계전기의 오동작 및 오부동작을 초래하고 또한 메타기기의 측정오차를 유발시키므로 수배전반 전체의 신뢰성을 저하시킨다.
수배전반의 또 다른 구성품의 하나인 차단기 또한 수배전반의 전력공급 기능에 있어서 스위칭 역할을 하는 매우 중요한 기기이다. 이러한 차단기의 개폐동작에 이상이 발생하였을 경우 상시 운전상태에서 고장발생시 보호계전기에 의해 고장감지 후 차단명령이 발생하더라도 차단기의 이상으로 인해 동작하지 않을 경우 고장의 파급으로 인해 수용가의 막대한 손실을 가져올 위험이 발생한다.
또한, 계기용 변류기는 전력계통에 흐르는 큰 전류를 보호계전기, 전류메타와 같은 전류입력을 필요로 하는 장치의 정격전류로 변환하여 입력하기 위한 장치로 1차코일의 역할을 하는 전력선에 흐르는 전류에 의해 그 크기에 비례하여 2차코일에 전류가 유기되며 계기용 변류기의 변류비에 의해 계기용 변류기 2차측 전류의 크기가 결정되는 장치이다(예를 들어 2000:5[A]의 계기용 변류기의 경우 전력선에 2000[A]의 전류가 흐를 때 계기용 변류기 2차측에 5[A]의 전류가 흐르게 된다.)
이러한 계기용 변류기회로는 다양한 형태의 고장이 발생할 수 있는데 그 예를 살펴보면 2차측 회로의 개방시 개방단자에 유기되는 과전압에 의한 소손, 전력계통으로부터 발생한 이상전압에 의해 소손, 전력계통의 단락고장과 같은 큰 고장전류에 의한 소손, 설비노후 및 인적실수로 인한 2차측 회로의 단락과 같은 고장이 발생한다.
따라서, 계기용 변류기의 고장은 계기용 변류기 고장으로만 끝나는 것이 아니라 전류입력을 필요로 하는 기타 보호계전기와 전류메타를 포함한 수배전반 전체에 영향을 미쳐 기기의 오동작 및 오부동작으로 이어져 고장의 파급을 초래하게 되므로 이에 대한 대책이 필요하다.
또한, 계기용 변압기는 전력계통에서 전력에너지 수송을 위한 높은 전압을 보호계전기, 전압메타와 같은 전압입력을 필요로 하는 장치의 정격전압으로 변환하여 입력하기 위한 장치로 변압기와 같은 원리로 동작한다. 즉, 1차코일에 걸리는 높은 전압에 의해 그 크기에 비례하여 2차코일에 전압이 유기되며 계기용 변압기의 변압비에 의해 계기용 변압기 2차측 전압의 크기가 결정되는 장치이다(예를 들어 22900:110[V]의 계기용 변압기의 경우 전력선에 22900[V]의 전압이 걸릴 때 계기용 변압기 2차측에 110[V]의 전압이 걸리게 된다.)
이러한, 계기용 변압기회로 또한 다양한 형태의 고장이 발생할 수 있는데 그 예를 살펴보면 1, 2차측 회로의 과부하 보호를 위한 퓨즈단선, 전력계통으로부터 발생한 이상전압에 의해 소손, 설비노후 및 인적실수로 인한 2차측 회로의 단락과 같은 고장이 발생한다.
따라서, 계기용 변압기의 고장은 계기용 변압기 고장으로만 끝나는 것이 아니라 전압입력을 필요로 하는 기타 보호계전기와 전압메타를 포함한 수배전반 전체에 영향을 미쳐 기기의 오동작 및 오부동작으로 이어져 고장의 파급을 초래하게 되므로 이에 대한 대책이 필요하다.
그리고, 차단기는 전력수용가가 전력에너지를 수전받기 위해 필요한 개폐장치로 그 동작에 따라 급전상태와 정전상태가 결정된다. 차단기의 주요기능으로는 먼저 앞에서 언급한 바와 같이 개폐동작을 통해 전력에너지 공급 여부를 결정하는 기능이 있으며, 또 다른 주요기능으로는 전력계통 고장발생시 보호계전기의 고장감지에 따른 제어명령(Trip)에 의해 고장의 파급 방지를 위해 차단기가 열림상태로 전환하는, 즉 부하전류 및 고장전류를 차단할 수 있는 기능을 제공한다.
이러한, 차단기의 고장은 수용가의 전력에너지 공급을 위한 제어동작의 불능, 전력수용가의 정전사고는 물론 외부고장에 의한 고장파급과 같은 상황으로 전력수용가의 막대한 피해를 초래할 수 있다. 따라서 상시 차단기의 상태를 감지하고 이상감지시 관리자가 즉시 유지보수를 수행할 수 있도록 하기 위한 대책이 필요하다.
본 발명의 목적은, 수배전반을 구성하는 전기적회로인 계기용 변류기회로, 계기용 변압기회로, 차단기회로의 이상여부를 실시간으로 감지하여 관리자에게 사전에 통지함으로써, 수배전반 자체의 고장예방과 전력계통 고장시 고장의 파급을 방지함은 물론 유지보수의 경제적 손실을 줄임과 동시에 수배전반의 동작 신뢰성을 향상시킴에 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반은, 수배전반을 통해 전력을 공급받음으로써 발생하는 3상의 전압 및 전류의 크기와 위상, 외부 접점입력 등을 측정하기 위한 측정모듈(410); 상회전 방향이 같은 정상분, 상회전 방향이 반대인 역상분, 상회전이 없는 영상분으로 구분되어 3상의 전압 및 전류에 대한 대칭성분을 대칭좌표법에 따라 분석하여 대칭성분 정보를 생성하는 대칭성분 분석모듈(420); 3상의 전압 및 전류의 정보와 대칭좌표법에 의한 대칭성분 그리고 차단기상태 정보를 통해 전력계통 고장과 계기용 변류기회로 이상감지정보를 구분하여 생성하는 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430); 3상의 전압 및 전류의 정보와 대칭좌표법에 의한 대칭성분 그리고 차단기상태 정보를 통해 전력계통 고장과 계기용 변압기회로 이상감지정보를 구분하여 생성하는 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440); 차단기의 상시개로접점(CB_NO)과 상시폐로접점(CB_NC), 보호계전기의 차단기 제어신호(Trip), 그리고 차단기 수동제어신호(Open, Close)를 인가받아 차단기회로 이상감지정보를 생성하는 차단기회로 이상감지모듈(450); 및 측정모듈(410)과 대칭성분 분석모듈(420)로부터 생성된 전압, 전류정보와 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430), 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440), 차단기회로 이상감지모듈(450)로부터 생성된 이상감지결과를 관리자가 확인할 수 있도록 출력하는 모니터링/제어모듈(460)을 포함한다.
또한, 상술한 시스템을 기반으로 하는 본 발명의 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반(100) 제어방법은, 측정모듈(410)이 계기용 변압기(190)와 계기용 변류기(220)를 통해 입력되는 3상의 전압 및 전류의 크기와 위상을 측정하고, 디지털 접점신호 입력모듈(320)을 통해 입력되는 정보를 이용하여 진공 차단기(210)와 기중 차단기(260)의 상태를 측정하여 연산하는 (a) 단계; 대칭성분 분석모듈(420)이 3상의 전압 및 전류를 인가받아 상회전 방향이 같은 정상분, 상회전 방향이 반대인 역상분, 상회전이 없는 영상분으로 구분되어 3상의 전압 및 전류에 대한 대칭성분을 대칭좌표법에 따라 분석하여 대칭성분정보를 생성하고 이를 토대로 전력계통 고장발생여부 및 고장정보를 생성하는 (b) 단계; 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430)이 계기용 변류기회로 이상감지에 있어서, 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전압(V0)과 역상전압(V2)이 발생하지 않은 상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 역상전류(I2)가 발생하거나 영상전류(I0)가 발생하는 상태, 또는 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 전력수용가의 최소 부하전류를 고려한 설정치(OCRA, OCRB, OCRC)에 대해 설정된 일정시간 이상 3상전류가 모두 설정된 전류치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변류기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변류기회로 이상감지정보를 생성하는 (c) 단계; 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440)이 계기용 변압기회로 이상감지에 있어서, 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전류(I0)와 역상전류(I2)가 발생하지 않은 상태에서 역상전압(V2)이 발생하거나 영상전압(V0)이 발생하는 경우, 또는 3상 단락고장시 발생할 수 있는 최소고장전류를 고려한 3상 과전류검출요소(OCRA, OCRB, OCRC)가 발생하지 않은 상태에서 3상 전압이 모두 설정치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변압기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변압기회로 이상감지정보를 생성하는 (d) 단계; 차단기회로 이상감지모듈(450)이 차단기회로 이상감지에 있어서, 차단기의 닫힘 혹은 열림상태에 따라 차단기 상태감시 접점인 상시개로접점과 상시폐로접점의 상태가 모두 개방(0)상태이거나 모두 닫힘(1)상태일 경우, 보호계전기가 전력계통고장을 감지하여 차단기를 개방하기 위한 제어명령(Trip)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 닫힘(1)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 열림(0)상태일 경우, 운전자의 수동조작에 의해 차단기를 열림상태로 전환하기 위한 제어명령(Open)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 닫힘(1)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 열림(0)상태일 경우, 또는 운전자의 수동조작에 의해 차단기를 닫힘상태로 전환하기 위한 제어명령(Close)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 열림(0)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 닫힘(1)상태일 경우, 차단기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 차단기회로 이상감지정보를 생성하는 (e) 단계; 및 모니터링/제어모듈(460)이 대칭성분 분석모듈(420)로부터 생성된 전압, 전류정보와 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430), 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440), 차단기회로 이상감지모듈(450)로부터 생성된 이상감지결과를 관리자가 확인할 수 있도록 출력하는 (f) 단계; 를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 수배전반을 구성하는 전기적회로인 계기용 변류기회로, 계기용 변압기회로, 차단기회로의 이상여부를 실시간으로 감지하여 관리자에게 사전에 통지함으로써, 수배전반 자체의 고장의 예방과 전력계통 고장시 고장의 파급을 방지함은 물론 유지보수의 경제적 손실을 줄임과 동시에 수배전반의 동작 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반의 구성 및 단선결선도.
도 2는 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반의 전기적회로 이상감지장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반에 있어서 전기적회로 이상감지장치가 이상감지기능을 수행하기 위한 중앙처리장치의 기능별 모듈 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반의 계기용 변류기회로 이상감지 로직회로를 도시한 회로도의 예시.
도 5는 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반의 계기용 변류기회로 이상감지 로직회로의 지연타이머 타임차트를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반의 계기용 변압기회로 이상감지 로직회로를 도시한 회로도의 예시.
도 7은 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반의 계기용 변압기회로 이상감지 로직회로의 지연타이머 타임차트를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반의 차단기회로 이상감지 로직회로를 도시한 회로도의 예시.
도 9는 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반의 차단기회로 이상감지 로직회로의 지연타이머 타임차트를 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법을 도시한 순서도.
도 11은 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법의 제S500단계 이후 과정을 도시한 순서도.
도 12는 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법의 제S200단계의 세부과정을 도시한 순서도.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반(100)에 관하여 도1 내지 도12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반(100)의 구성을 보여주는 단선결선도로서, 도시된 바와 같이 일반적으로 수배전반은 수용가의 수전용량과 수전전압의 종별에 따라 특고압/고압 배전반(110)과 변압기반(120) 그리고 저압 배전반(130)으로 구분되며 또한 설치개소의 특성에 따라 각 수배전반이 일체화되어 제작될 수도 있다.
이때, 특고압/고압 배전반(110)은 기중절연부하개폐기(140), 피뢰기(150), 전력용 퓨즈(160), 계기용 변성기(170), 전력량계(180), 계기용 변압기(190), 보호계전기/메타(200), 진공 차단기(210), 계기용 변류기(220), 그리고 전기적회로 이상감지장치(300)와 같은 전력설비로 구성되고, 변압기반(120)은 특고압/고압을 저압으로 변환하기 위한 변압기(230)가 포함 된다. 또한, 저압 배전반(130)은 배선용 차단기(240), 조상용 콘덴서(250), 기중 차단기(260), 계기용 변압기(190), 계기용 변류기(220), 보호계전기/메타(200), 전기적회로 이상감지장치(300)와 같은 전력설비로 구성된다.
여기서, 특고압/고압 배전반(110)과 저압 배전반(130)에 설치된 계기용 변압기(190)와 계기용 변류기(220)는 수배전반의 보호, 제어, 감시, 계측을 위해 함께 설치된 보호계전기/메타(200)가 정상적인 동작을 수행하도록 전압과 전류를 입력하는 기능을 수행한다. 따라서 계기용 변압기(190)와 그 관련회로, 계기용 변류기(220)와 그 관련회로에 이상이 발생할 경우 수배전반(100)의 주요기능인 보호, 제어, 감시, 계측에 영향을 줄 뿐 아니라 전력계통 고장시 적절한 보호기능의 부재로 인해 고장의 파급을 초래하게 된다.
특고압/고압 배전반의 진공 차단기(210)와 저압 배전반의 기중 차단기(260)는 전력계통 고장 발생시 각각 변압기(230) 1차측의 특고압/고압 선로와 변압기(230) 2차측의 저압선로를 차단함으로써 고장으로부터 전력설비들을 보호하고 고장의 파급을 방지하는 역할을 수행한다. 따라서 이러한 진공 차단기(210)와 그 관련회로, 기중 차단기(260)와 그 관련회로에 이상이 발생할 경우 차단기의 제어는 물론 전력계통 고장시 보호계전기에 의한 선로차단 기능에 문제가 발생하여 고장의 파급으로 인한 막대한 인적, 물적 피해를 초래할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반은 전기적회로 이상감지장치(300)를 통해 계기용 변류기(220)회로, 계기용 변압기(190)회로, 진공 차단기(210)회로, 기중 차단기(260)회로를 상시 감지함으로써 고장의 예방 및 파급을 방지하고 유지/보수의 신속성과 편의성을 제공한다.
본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반(100)의 구성설비인 전기적회로 이상감지장치(300)의 구성을 보여주는 구성도로서, 전압/전류 입력모듈(310), 디지털 접점신호 입력모듈(320), 전원모듈(330), 사용자 인터페이스모듈(340), 디지털 접점신호 출력모듈(350), 통신모듈(360), 데이터 저장모듈(370), 중앙처리장치모듈(400)을 포함하여 구성된다.
먼저, 전압/전류 입력모듈(310)은 계기용 변압기(190)과 계기용 변류기(220)로부터 입력되는 아날로그 신호의 교류전압과 교류전류를 각각 입력받아 A/D변환기(Analog to Digital Converter)를 통해 디지털 연산을 위한 디지털 신호로 변환하여 중앙처리장치모듈(400)로 전송하는 기능을 수행한다.
또한, 디지털 접점신호 입력모듈(320)은 전기신호를 통해 외부접점의 상태를 입력받기 위한 BI(Binary Input)모듈로 진공 차단기(210)와 기중 차단기(260)의 상태를 감지하여 디지털 접점입력정보를 중앙처리장치모듈(400)로 전송하는 기능을 수행한다.
또한, 전원모듈(330)은 전기적회로 이상감지장치(300)의 구동을 위한 모듈로 외부전원을 공급받아 디지털회로 구동에 필요한 직류전원을 생성하여 전기적회로 이상감지장치(300) 내부에 공급하는 기능을 수행한다.
또한, 사용자 인터페이스모듈(340)은 사용자와 전기적회로 이상감지장치(300) 사이의 정보교환을 위한 모듈로 사용자의 조작명령이나 설정치 입력과 같은 정보입력을 수행할 뿐 아니라 전기적회로 이상감지장치(300)가 발생시키는 이상감지정보나 전압, 전류정보를 사용자가 시각적으로 확인할 수 있도록 표시창을 통해 출력하는 기능을 수행한다.
또한, 디지털 접점신호 출력모듈(350)은 전기적회로 이상감지장치(300)가 발생시키는 출력 정보를 외부기기에 전달하기 위한 BO(Binary Output)모듈로 중앙처리장치모듈(400)로부터 이상감지결과를 전송받아 외부로 출력하는 기능을 수행한다.
또한, 통신모듈(360)은 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반에 있어서 전기적회로 이상감지장치가 생성하는 이상감지결과 및 전압, 전류정보를 관리자가 원거리에서 통신을 통해 모니터링하고, 반대로 관리자가 감시/제어 소프트웨어를 이용해 원거리에서 전기적회로 이상감지장치(300)를 제어할 수 있도록 통신기능을 수행한다.
또한, 데이터 저장모듈(370)은 전기적회로 이상감지장치(300)가 이상감지기능을 수행하기 위해 필요한 설정값, 전압 및 전류입력 정보, 대칭성분 정보, 이상감지결과 그리고 이상감지를 수행하는 과정에서 발생하는 다양한 정보를 저장하기 기능을 수행한다.
또한, 중앙처리장치모듈(400)은 전기적회로 이상감지장치(300)의 구성에 있어서 가장 핵심이 되는 부분으로 전압/전류 입력모듈(310), 디지털 접점신호 입력모듈(320), 사용자 인터페이스모듈(340) 등으로부터 수집된 정보를 이용하여 전기적회로의 이상상태를 감지하고 그 결과를 디지털 접점신호 출력모듈(350), 통신모듈(360), 데이터 저장모듈(370) 등으로 전송하는 기능을 수행한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반(100)의 구성설비인 전기적회로 이상감지장치(300)의 구성에 있어서 가장 중요한 기능을 수행하는 중앙처리장치모듈(400)의 구성을 보여주는 구성도로서, 측정모듈(410), 대칭성분 분석모듈(420), 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430), 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440), 차단기회로 이상감지모듈(450), 모니터링/제어모듈(460)을 포함하여 구성된다.
먼저, 측정모듈(410)은 전압/전류 입력모듈(310)을 통해 입력되는 3상 전압, 전류데이터를 이용하여 각 상의 전압, 전류의 크기와 위상을 측정하고, 디지털 접점신호 입력모듈(320)을 통해 입력되는 정보를 이용하여 진공 차단기(210)와 기중 차단기(260)의 상태를 측정하고 연산하는 기능을 수행한다.
또한, 대칭성분 분석모듈(420)은 상회전 방향이 같은 정상분, 상회전 방향이 반대인 역상분, 상회전이 없는 영상분으로 구분되어 3상의 전압 및 전류에 대한 대칭성분(영상분 전류, 정상분 전류, 역상분 전류, 영상분 전압, 정상분 전압 및 역상분 전압)을 대칭좌표법에 따라 분석하여 대칭성분정보를 생성하고 이를 토대로 전력계통 고장발생여부 및 고장정보를 생성하는 기능을 수행한다.
또한, 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430)은 3상의 전압 및 전류의 정보와 대칭좌표법에 의한 대칭성분 그리고 차단기상태 정보를 통해 전력계통 고장과 계기용 변류기회로 이상정보를 구분하여 생성하는 기능을 수행한다.
또한 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440)은 3상의 전압 및 전류의 정보와 대칭좌표법에 의한 대칭성분 그리고 차단기상태 정보를 통해 전력계통 고장과 계기용 변압기회로 이상정보를 구분하여 생성하는 기능을 수행한다.
또한 차단기회로 이상감지모듈(450)은 차단기의 상시개로접점(CB_NO)과 상시폐로접점(CB_NC), 보호계전기의 차단기 제어신호(Trip), 그리고 차단기 수동제어신호(Open, Close)를 인가받아 차단기회로 이상정보를 생성하는 기능을 수행한다.
또한 모니터링/제어모듈(460)은 측정모듈(410)과 대칭성분 분석모듈(420)로부터 생성된 전압, 전류정보와 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430), 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440), 차단기회로 이상감지모듈(450)로부터 생성된 이상감지결과를 관리자가 확인할 수 있도록 출력하는 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반(100)의 전기적회로 이상감지장치(300)가 계기용 변류기회로이상, 계기용 변압기회로이상, 차단기회로이상 상태와 전력계통의 고장상태를 구분하기 위해 수행하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
구체적으로, 측정모듈(410)의 3상 전압, 전류의 크기와 위상정보, 대칭성분 분석모듈(420)의 대칭성분 분석결과, 전력계통 고장시 발생하는 고장전류증가 및 전압강하가 발생함과 동시에 전압, 전류의 대칭성분(영상분, 정상분 및 역상분)이 모두 도출되는 경우, 계기용 변류기회로이상, 계기용 변압기회로이상, 차단기회로이상 상태가 아닌 전력계통의 지락고장인 것으로 판단하여 전력계통의 지락고장정보를 생성한다.
또한, 측정모듈(410)의 3상 전압, 전류의 크기와 위상정보, 대칭성분 분석모듈(420)의 대칭성분 분석결과, 전력계통 고장시 발생하는 고장전류증가 및 전압강하가 발생함과 동시에 전압, 전류의 대칭성분 중에 영상분을 제외한 정상분 및 역상분의 전압과 전류가 도출되는 경우, 계기용 변류기회로이상, 계기용 변압기회로이상, 차단기회로이상 상태가 아닌 전력계통의 단락고장인 것으로 판단하여 전력계통의 단락고장정보를 생성한다.
또한, 측정모듈(410)의 3상 전압, 전류의 크기와 위상정보, 대칭성분 분석모듈(420)의 대칭성분 분석결과, 전력계통 고장시 발생하는 고장전류증가 및 전압강하가 발생함과 동시에 전압, 전류의 대칭성분 중에 역상분과 영상분을 제외한 정상분 전압과 전류가 도출되는 경우, 계기용 변류기회로이상, 계기용 변압기회로이상, 차단기회로이상 상태가 아닌 전력계통의 3상고장인 것으로 판단하여 전력계통의 3상고장정보를 생성한다.
즉, 전력계통에 고장이 발생할 경우, 3상 전류의 크기 및 대칭성분 전류의 변화가 발생하고 동시에 3상 전압의 크기 및 대칭성분 전압의 변화가 발생하며, 이를 통해 전력계통의 지락고장, 단락고장 또는 3상고장 여부를 확인할 수 있다.
또한, 3상의 대칭좌표법에 의한 대칭성분의 변환식은, 영상분 전류가
Figure 112010064196427-pat00001
이고, 정상분 전류는
Figure 112010064196427-pat00002
이며, 역상분 전류는
Figure 112010064196427-pat00003
이고, 영상분 전압은
Figure 112010064196427-pat00004
이고, 정상분 전압은
Figure 112010064196427-pat00005
이며, 역상분 전압은
Figure 112010064196427-pat00006
이다.
또한, 상기 변환식에서 Ia는 A상 전류, Ib는 B상 전류, Ic는 C상 전류, Va는 A상 전압, Vb는 B상 전압, Vc는 C상 전압, I0는 영상분 전류, I1는 정상분 전류, I2는 역상분 전류, V0는 영상분 전압, V1는 정상분 전압, V2는 역상분 전압, a = 1∠120ㅀ는 크기가 1이고 120도의 위상변위를 위한 연산자이다.
한편, 계기용 변류기회로 이상감지 방법에 있어서, 전력계통의 정상운전상태, 전력계통의 고장상태 및 계기용 변류기회로의 이상발생시 도출되는 전압과 전류의 상관관계를 통해 계기용 변류기회로의 이상상태를 감지한다.
구체적으로 도 4를 참조하면, 계기용 변류기회로 이상감지 방법은 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전압(V0)과 역상전압(V2)이 발생하지 않은 상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 역상전류(I2)가 발생하거나 영상전류(I0)가 발생하는 상태, 또는 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 전력수용가의 최소 부하전류를 고려한 설정치(OCRA, OCRB, OCRC)에 대해 설정된 일정시간 이상 3상전류가 모두 설정된 전류치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변류기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변류기회로 이상정보를 생성한다.
도 4에 도시된 본 발명에 따른 계기용 변류기회로 이상감지로직에 대해 살피면 아래와 같다.
먼저, OCRA, OCRB, OCRC는 3상 계기용 변류기회로 이상감지를 위한 3상 과전류 검출요소로 전력수용가의 최소부하전류를 고려한 설정치에 의해 입력전류가 높을 때 동작한다.
또한, I2는 1상 또는 2상 계기용 변류기회로의 이상감지를 위한 역상분 과전류검출 요소로 설정치 이상일 때 동작하고, I0는 1상 또는 2상 계기용 변류기회로의 이상감지를 위한 영상분 과전류검출 요소로 설정치 이상일 때 동작한다.
또한, V0는 전력계통의 정상상태 판단을 위한 영상분 과전압검출 요소로 설정치 이상일 때 동작하고, V2는 전력계통의 정상상태 판단을 위한 역상분 과전압검출 요소로 설정치 이상일 때 동작한다.
또한, UVA, UVB, UVC는 전력계통의 정상상태 판단을 위한 상전압 즉 A상, B상, C상 각각의 저전압 검출요소로 설정치 이하일 때 동작하고, UVAB, UVBC, UVCA는 전력계통의 정상상태 판단을 위한 선간전압 즉 AB상간, BC상간, CA상간 저전압 검출요소로 설정치 이하일 때 동작한다.
그리고 52b는 차단기 상태접점으로 차단기가 열려있는 상태에서의 출력은 1이고 차단기가 닫혀있는 상태에서의 출력은 0이며, 도 5는 도 4에 도시된 계기용 변류기회로 이상감지로직이 ON Delay Timer의 설정치에 따라 동작하는 것을 도시한 Time-Chart이다.
한편, 계기용 변압기회로 이상감지 방법에 있어서, 전력계통의 정상운전상태, 전력계통의 고장상태 및 계기용 변압기회로의 이상상태 발생시 도출되는 전압과 전류의 상관관계를 통해 계기용 변압기회로의 이상상태를 감지한다.
구체적으로 도 6을 참조하면, 계기용 변압기회로 이상감지 방법은 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전류(I0)와 역상전류(I2)가 발생하지 않은 상태에서 역상전압(V2)이 발생하거나 영상전압(V0)이 발생하는 경우, 또는 3상 단락고장시 발생할 수 있는 최소고장전류를 고려한 3상 과전류검출요소(OCRA, OCRB, OCRC)가 발생하지 않은 상태에서 3상 전압이 모두 설정치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변압기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변압기회로 아상정보를 생성한다.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 계기용 변압기회로 이상감지로직에 대해 살피면 아래와 같다.
먼저, OCRA, OCRB, OCRC는 전력계통의 정상상태 판단을 위한 3상 과전류 검출 요소로 전력수용가의 최대부하전류를 고려한 설정치에 대해 입력전류가 낮을 경우 전력계통이 정상부하상태이고, 높을 경우 전력계통 고장상태로 판단하여 동작한다.
또한, I2는 전력계통의 정상상태 판단을 위한 역상분 과전류검출 요소로 설정치 이상일 때 고장상태 검출로 동작하고, I0는 전력계통의 정상상태 판단을 위한 영상분 과전류검출 요소로 설청치 이상일 때 고장상태 검출로 동작한다.
또한, V0는 1상 또는 2상 계기용 변압기회로의 이상감지를 위한 영상분 과전압검출 요소로 설정치 이상일 때 동작하고, UVA, UVB, UVC는 3상 계기용 변압기회로 이상감지를 위한 3상 저전압 검출요소로 전력계통의 3상 단락고장시 발생할 수 있는 최소고장전류를 고려한 3상 과전류검출요소(OCRA, OCRB, OCRC)가 발생하지 않은 상태에서 3상 전압이 모두 설정치 이하로 떨어지는 경우 동작한다.
그리고 52b는 차단기 상태접점으로 차단기가 열려있는 상태에서의 출력은 1이고 차단기가 닫혀있는 상태에서의 출력은 0이며, 도 7은 도 6에 도시된 계기용 변압기회로 이상감지로직이 ON Delay Timer의 설정치에 따라 동작하는 것을 도시한 Time-Chart이다.
한편, 진공 차단기(210)와 기중 차단기(260)는 차단기회로가 정상상태일 경우 차단기 상태접점인 상시개로접점(CB_NO: Circuit Breaker Normal Open)과 상시폐로접점(CB_NC: Circuit Breaker Normal Close)의 상태가 상시 상반된 상태를 유지해야 하는바, 차단기 상태접점인 상시개로접점과 상시폐로접점의 상태가 모두 개방(0)상태이거나 모두 닫힘(1)상태일 경우 즉, 두 개의 차단기 상태접점의 상태가 같은 상태를 출력할 경우, 차단기회로가 이상상태인 것으로 판단하여 차단기회로 이상감지정보를 생성한다.
즉, 진공 차단기(210)와 기중 차단기(260)는 보호계전기 및 관리자 제어명령에 따른 차단기 동작명령에 따라 차단기의 개방명령(Trip, Open: 1) 출력시 차단기는 열림상태로 전환하고 상시개로접점은 개방상태(0), 상시폐로접점은 닫힘상태(1)이어야 하며, 차단기의 닫힘명령(Close: 1) 출력시 차단기는 닫힘상태로 전환하고 상시개로접점은 닫힘상태(1), 상시개로접점은 열리상태(0)이어야 하는바, 차단기 동작명령에 따른 차단기 상태접점의 상태가 상기와 다른 상태를 출력할 경우, 차단기회로가 이상상태인 것으로 판단하여 차단기회로 이상감지정보를 생성한다.
도 8에 도시된 본 발명에 따른 차단기회로 이상감지로직에 대해 살피면 아래와 같다.
먼저, CB_NO는 차단기(CB: Circuit Breaker)의 상태접점 중에서 상시개로접점(NO: Normal Open)의 상태출력이고, CB_NC는 차단기(CB: Circuit Breaker)의 상태접점 중에서 상시폐로접점(NC: Normal Close)의 상태출력이다.
그리고, Trip은 보호계전기에 의한 차단기 개방명령 출력, Open은 관리자의 제어명령에 의한 차단기 개방명령 출력이고, Close는 관리자의 제어명령에 의한 차단기 닫힘명령 출력이며, 도 9는 도 8에 도시된 차단기회로 이상감지로직이 ON Delay Timer의 설정치에 따라 동작하는 것을 도시한 Time-Chart이다.
한편, 모니터링/제어모듈(460)은 측정모듈(410)과 대칭성분 분석모듈(420)로부터 3상 전압, 전류 측정치와, 대칭성분, 그리고 전력계통 고장정보를 인가받아 출력하며, 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430), 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440) 및 차단기회로 이상감지모듈(450)로부터 수신한 계기용 변류기회로 이상감지정보, 계기용 변압기회로 이상감지정보 및 차단기회로 이상감지정보를 디스플레이 화면을 통해 출력함과 동시에 통신을 통해 원거리 원격전송 함으로써, 관리자가 수배전반에 대한 이상발생여부를 실시간으로 확인토록 한다.
그리고, 도 10내지 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법에 대해 살피면 아래와 같다.
도 10을 참조하면 먼저, 측정모듈(410)이 전압/전류 입력모듈(310)을 통해 입력되는 3상 전압, 전류데이터를 이용하여 각 상의 전압, 전류의 크기와 위상을 측정하고, 디지털 접점신호 입력모듈(320)을 통해 입력되는 정보를 이용하여 진공 차단기(210)와 기중 차단기(260)의 상태를 측정 한다(S100).
이어서, 대칭성분 분석모듈(420)이 상기 3상의 전압 및 전류를 인가받아 상회전 방향이 같은 정상분, 상회전 방향이 반대인 역상분, 상회전이 없는 영상분으로 구분되어 3상의 전압 및 전류에 대한 대칭성분을 대칭좌표법에 따라 분석하여 대칭성분정보를 생성하고 이후 전력계통 고장발생 여부를 판단하여 지락고장정보, 단락고장정보, 3상고장정보를 생성한다(S200).
뒤이어, 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430)이 상기 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전압(V0)과 역상전압(V2)이 발생하지 않은 상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 역상전류(I2)가 발생하거나 영상전류(I0)가 발생하는 상태, 또는 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 전력수용가의 최소 부하전류를 고려한 설정치(OCRA, OCRB, OCRC)에 대해 설정된 일정시간 이상 3상전류가 모두 설정된 전류치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변류기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변류기회로 이상감지정보를 생성한다(S300).
이어서, 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440)이 상기 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전류(I0)와 역상전류(I2)가 발생하지 않은 상태에서 역상전압(V2)이 발생하거나 영상전압(V0)이 발생하는 경우, 또는 3상 단락고장시 발생할 수 있는 최소고장전류를 고려한 3상 과전류검출요소(OCRA, OCRB, OCRC)가 발생하지 않은 상태에서 3상 전압이 모두 설정치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변압기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변압기회로 이상감지정보를 생성한다(S400).
그리고, 차단기회로 이상감지모듈(450)이 차단기의 닫힘 혹은 열림상태에 따라 차단기 상태감시 접점인 상시개로접점과 상시폐로접점의 상태가 모두 개방(0)상태이거나 모두 닫힘(1)상태일 경우, 보호계전기가 고장을 감지하여 차단기를 개방하기 위한 제어명령(Trip)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 닫힘(1)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 열림(0)상태일 경우, 운전자의 수동조작에 의해 차단기를 열림상태로 전환하기 위한 제어명령(Open)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 닫힘(1)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 열림(0)상태일 경우, 또는 운전자의 수동조작에 의해 차단기를 닫힘상태로 전환하기 위한 제어명령(Close)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 열림(0)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 닫힘(1)상태일 경우, 차단기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 차단기회로 이상감지정보를 생성한다(S500).
또한, 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법의 제S500 단계 이후 과정에 대해 세부적으로 살피면 아래와 같다.
제S500단계 이후, 모니터링/제어모듈(460)은 측정모듈(410)과 대칭성분 분석모듈(420)로부터 3상 전압, 전류 측정치와, 대칭성분, 그리고 전력계통 고장정보를 인가받아 출력하며, 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430), 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440) 및 차단기회로 이상감지모듈(450)로부터 수신한 계기용 변류기회로 이상감지정보, 계기용 변압기회로 이상감지정보 및 차단기회로 이상감지정보를 관리자가 수배전반의 이상여부를 실시간으로 확인할 수 있도록 디스플레이 화면을 통해 출력함과 동시에 통신을 통해 원거리 원격전송을 수행한다(S600).
그리고, 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법의 제S200 단계에 대해 세부적으로 살피면 아래와 같다.
먼저, 대칭성분 분석모듈(420)이 상기 3상의 전압 및 전류에 대해 대칭좌표범을 이용하여 대칭성분을 분석한다(S210).
제S210 단계의 분석결과, 전력계통 고장발생으로 인해 고장전류가 증가하고 이로 인해 전압강하가 발생함과 동시에 영상분을 포함한 대칭성분(영상분, 정상분 및 역상분)의 전압과 전류가 모두 도출되는 경우, 대칭성분 분석모듈(420)은 전력계통에 지락고장이 발생한 것으로 판단하여 지락고장정보를 생성한다(S220).
반면에, 제S210 단계의 분석결과, 전력계통 고장발생으로 인해 고장전류가 증가하고 이로 인해 전압강하가 발생함과 동시에 대칭성분 중에 영상분을 제외한 정상분 및 역상분의 전압과 전류가 도출되는 경우, 대칭성분 분석모듈(420)은 전력계통에 단락고장이 발생한 것으로 판단하여 단락고장정보를 생성한다(S230).
또한, 제S210 단계의 분석결과, 전력계통 고장발생으로 인해 고장전류가 증가하고 이로 인해 전압강하가 발생함과 동시에 대칭성분 중에 역성분과 영상분을 제외한 정상분 전압과 전류가 도출되는 경우, 대칭성분 분석모듈(420)은 전력계통에 3상고장이 발생한 것으로 판단하여 3상고장정보를 생성한다(S240).
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반
110: 특고압/고압 배전반 120: 변압기반
130: 저압 배전반 140: 기중절연부하개폐기
150: 피뢰기 160: 전력용 퓨즈
170: 계기용 변성기 180: 전력량계
190: 계기용 변압기 200: 보호계전기/메타
210: 진공 차단기 220: 계기용 변류기
230: 변압기 240: 배선용 차단기
250: 조상용 콘덴서 260: 기중 차단기
300: 전기적회로 이상감지장치 310: 전압/전류 입력모듈
320: 디지털 접점신호 입력모듈 330: 전원모듈
340: 사용자 인터페이스모듈 350: 디지털 접점신호 출력모듈
360: 통신모듈 370: 데이터 저장모듈
400: 중앙처리장치모듈 410: 측정모듈
420: 대칭성분 분석모듈 430: 계기용 변류기회로 이상감지모듈
440: 계기용 변압기회로 이상감지모듈
450: 차단기회로 이상감지모듈 460: 모니터링/제어모듈

Claims (10)

  1. 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반에 있어서,
    계기용 변압기와 계기용 변류기를 통해 입력되는 3상 전압, 전류데이터를 이용하여 각 상의 전압, 전류의 크기와 위상을 측정하고, 디지털 접점입력정보를 이용하여 차단기의 상태정보를 생성하는 측정모듈;
    상회전 방향이 같은 정상분, 상회전 방향이 반대인 역상분, 상회전이 없는 영상분으로 구분되어 상기 3상의 전압 및 전류에 대한 대칭성분을 대칭좌표법에 따라 분석하여 전력계통의 지락고장정보, 단락고장정보, 3상고장정보를 생성하는 대칭성분 분석모듈;
    상기 3상의 전압 및 전류정보와 차단기 상태접점정보를 인가받아 계기용 변류기회로 이상감지정보를 생성하는 계기용 변류기회로 이상감지모듈;
    상기 3상의 전압 및 전류정보와 차단기 상태접점정보를 인가받아 계기용 변압기회로 이상감지정보를 생성하는 계기용 변압기회로 이상감지모듈;
    상기 차단기 상태접점정보와 보호계전기 차단기 제어신호, 그리고 관리자의 차단기 수동조작을 위한 수동제어신호를 인가받아 차단기회로 이상감지정보를 생성하는 차단기회로 이상감지모듈; 및
    상기 측정모듈(410)과 대칭성분 분석모듈(420)로부터 생성된 전압, 전류정보와 계기용 변류기회로 이상감지모듈(430), 계기용 변압기회로 이상감지모듈(440), 차단기회로 이상감지모듈(450)로부터 생성된 이상감지결과를 관리자가 확인할 수 있도록 출력하는 기능을 수행하는 모니터링/제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 대칭성분 분석모듈은,
    상기 3상의 전압과 전류 측정결과와 대칭성분 분석결과, 전력계통 고장시 발생하는 고장전류의 증가와 전압강하가 발생함과 동시에 영상분을 포함한 대칭성분(영상분, 정상분 및 역상분)의 전압과 전류가 모두 도출되는 경우, 전력계통에 지락고장이 발생한 것으로 판단하여 지락고장정보를 생성하고, 전력계통 고장시 발생하는 고장전류의 증가와 전압강하가 발생함과 동시에 전압과 전류의 대칭성분 중에 영상분을 제외한 정상분 및 역상분의 전압과 전류가 도출되는 경우, 전력계통에 단락고장이 발생한 것으로 판단하여 단락고장정보를 생성하고, 전력계통 고장시 발생하는 고장전류의 증가와 전압강하가 발생함과 동시에 전압과 전류의 대칭성분 중에 역상분과 영상분을 제외한 정상분 전압과 전류가 도출되는 경우, 전력계통에 3상고장이 발생한 것으로 판단하여 3상고장정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 3상의 대칭좌표법에 의한 대칭성분의 변환식은,
    Figure 112010064196427-pat00007
    를 영상분 전류로 상정하고,
    Figure 112010064196427-pat00008
    를 정상분 전류로 상정하며,
    Figure 112010064196427-pat00009
    를 역상분 전류로 상정하고,
    Figure 112010064196427-pat00010
    를 영상분 전압로 상정하며,
    Figure 112010064196427-pat00011
    를 정상분 전압으로 상정하고,
    Figure 112010064196427-pat00012
    를 역상분 전압로 상정하되,
    상기 변환식에서 Ia는 A상 전류, Ib는 B상 전류, Ic는 C상 전류, Va는 A상 전압, Vb는 B상 전압, Vc는 C상 전압, I0는 영상분 전류, I1는 정상분 전류, I2는 역상분 전류, V0는 영상분 전압, V1는 정상분 전압, V2는 역상분 전압, a = 1∠120ㅀ는 크기가 1이고 120도의 위상변위를 위한 연산자인 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 계기용 변류기회로 이상감지는,
    상기 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전압(V0)과 역상전압(V2)이 발생하지 않은 상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 역상전류(I2)가 발생하거나 영상전류(I0)가 발생하는 상태, 또는 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 전력수용가의 최소 부하전류를 고려한 설정치(OCRA, OCRB, OCRC)에 대해 설정된 일정시간 이상 3상전류가 모두 설정된 전류치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변류기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변류기회로 이상감지정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계기용 변압기회로 이상감지는,
    상기 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전류(I0)와 역상전류(I2)가 발생하지 않은 상태에서 역상전압(V2)이 발생하거나 영상전압(V0)이 발생하는 경우, 또는 3상 단락고장시 발생할 수 있는 최소고장전류를 고려한 3상 과전류검출요소(OCRA, OCRB, OCRC)가 발생하지 않은 상태에서 3상 전압이 모두 설정치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변압기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변압기회로 이상감지정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단기회로 이상감지는,
    차단기의 닫힘 혹은 열림상태에 따라 차단기 상태접점인 상시개로접점과 상시폐로접점의 상태가 모두 개방(0)상태이거나 모두 닫힘(1)상태일 경우, 보호계전기가 고장을 감지하여 차단기를 개방하기 위한 제어명령(Trip)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 닫힘(1)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 열림(0)상태일 경우, 운전자의 수동조작에 의해 차단기를 열림상태로 전환하기 위한 제어명령(Open)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 닫힘(1)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 열림(0)상태일 경우, 또는 운전자의 수동조작에 의해 차단기를 닫힘상태로 전환하기 위한 제어명령(Close)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 열림(0)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 닫힘(1)상태일 경우, 차단기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 차단기회로 이상감지정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정모듈과 대칭성분 분석모듈로부터 3상 전압, 전류 측정치와, 대칭성분, 그리고 전력계통 고장정보를 인가받아 출력하며, 계기용 변류기회로 이상감지모듈, 계기용 변압기회로 이상감지모듈 및 차단기회로 이상감지모듈로부터 수신한 계기용 변류기회로 이상감지정보, 계기용 변압기회로 이상감지정보 및 차단기회로 이상감지정보를 관리자가 수배전반의 이상여부를 실시간으로 확인할 수 있도록 디스플레이 화면을 통해 출력함과 동시에 통신을 통해 원거리 원격전송하는 모니터링/제어모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반.
  8. 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법에 있어서,
    (a) 측정모듈이 계기용 변압기와 계기용 변류기를 통해 입력되는 3상 전압, 전류데이터를 이용하여 각 상의 전압, 전류의 크기와 위상을 측정하고, 디지털 접점입력정보를 이용하여 차단기의 상태정보를 생성하는 단계;
    (b) 대칭 분석모듈이 상기 3상의 전압 및 전류를 인가받아 상회전 방향이 같은 정상분, 상회전 방향이 반대인 역상분, 상회전이 없는 영상분으로 구분되어 상기 3상의 전압 및 전류에 대한 대칭성분을 대칭좌표법에 따라 분석하여 전력계통의 지락고장정보, 단락고장정보, 3상고장정보를 생성하는 단계;
    (c) 계기용 변류기회로 이상감지모듈이 상기 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전압(V0)과 역상전압(V2)이 발생하지 않은 상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 역상전류(I2)가 발생하거나 영상전류(I0)가 발생하는 상태, 또는 차단기 닫힘 상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 정상전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVA, UVB, UVC)가 발생하지 않은 상태, 선간전압에 대한 3상 저전압검출요소(UVAB, UVBC, UVCA)가 발생하지 않은 상태에서 전력수용가의 최소 부하전류를 고려한 설정치(OCRA, OCRB, OCRC)에 대해 설정된 일정시간 이상 3상전류가 모두 설정된 전류치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변류기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변류기회로 이상감지정보를 생성하는 단계;
    (d) 계기용 변압기회로 이상감지모듈이 상기 3상의 전압 및 전류를 인가받아 차단기 닫힘상태를 확인하기 위한 52b 접점이 들어오지 않은 정상 수전상태, 전력계통의 정상운전상태 확인을 위한 영상전류(I0)와 역상전류(I2)가 발생하지 않은 상태에서 역상전압(V2)이 발생하거나 영상전압(V0)이 발생하는 경우, 또는 3상 단락고장시 발생할 수 있는 최소고장전류를 고려한 3상 과전류검출요소(OCRA, OCRB, OCRC)가 발생하지 않은 상태에서 3상 전압이 모두 설정치 이하로 떨어지는 경우, 계기용 변압기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 계기용 변압기회로 이상감지정보를 생성하는 단계; 및
    (e) 차단기회로 이상감지모듈이 상기 차단기의 닫힘 혹은 열림상태에 따라 차단기 상태접점인 상시개로접점과 상시폐로접점의 상태가 모두 개방(0)상태이거나 모두 닫힘(1)상태일 경우, 보호계전기가 고장을 감지하여 차단기를 개방하기 위한 제어명령(Trip)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 닫힘(1)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 열림(0)상태일 경우, 운전자의 수동조작에 의해 차단기를 열림상태로 전환하기 위한 제어명령(Open)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 닫힘(1)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 열림(0)상태일 경우, 또는 운전자의 수동조작에 의해 차단기를 닫힘상태로 전환하기 위한 제어명령(Close)이 출력된 상태, 차단기의 상기개로접점이 열림(0)상태 혹은 차단기의 상시폐로접점이 닫힘(1)상태일 경우, 차단기회로에 이상이 있는 것으로 판단하여 각 상태별 차단기회로 이상감지정보를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후,
    (f) 모니터링/제어모듈이 상기 측정모듈과 대칭성분 분석모듈로부터 3상 전압, 전류 측정치와, 대칭성분, 그리고 전력계통 고장정보를 인가받아 출력하며, 계기용 변류기회로 이상감지모듈, 계기용 변압기회로 이상감지모듈 및 차단기회로 이상감지모듈로부터 수신한 계기용 변류기회로 이상감지정보, 계기용 변압기회로 이상감지정보 및 차단기회로 이상감지정보를 관리자가 수배전반의 이상여부를 실시간으로 확인할 수 있도록 디스플레이 화면을 통해 출력함과 동시에 통신을 통해 원거리 원격전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 대칭성분 분석모듈이 상기 3상의 전압 및 전류에 대한 대칭성분을 대칭좌표법을 이용하여 분석하는 단계;
    (b-2) 상기 (b-1) 단계의 분석결과, 전력계통 고장시 발생하는 고장전류의 증가와 전압강하가 발생함과 동시에 영상분을 포함한 대칭성분(영상분, 정상분 및 역상분)의 전압과 전류가 모두 도출되는 경우, 상기 대칭성분 분석모듈이 지락고장이 발생한 것으로 판단하여 지락고장정보를 생성하는 단계;
    (b-3) 상기 (b-1) 단계의 분석결과, 전력계통 고장시 발생하는 고장전류의 증가와 전압강하가 발생함과 동시에 전압과 전류의 대칭성분 중에 영상분을 제외한 정상분 및 역상분의 전압과 전류가 도출되는 경우, 상기 대칭성분 분석모듈이 단락고장이 발생한 것으로 판단하여 단락고장정보를 생성하는 단계; 및
    (b-4) 상기 (b-1) 단계의 분석결과, 전력계통 고장시 발생하는 고장전류의 증가와 전압강하가 발생함과 동시에 전압과 전류의 대칭성분 중에 역상분과 영상분을 제외한 정상분 전압과 전류가 도출되는 경우, 상기 대칭성분 분석모듈이 3상고장이 발생한 것으로 판단하여 3상고장정보를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적회로 이상감지기능을 갖는 수배전반 제어방법.
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