KR101029321B1 - 전철 급전 계통의 보호계전기 시스템 및 이를 이용한 보호계전기 절체 방법 - Google Patents

전철 급전 계통의 보호계전기 시스템 및 이를 이용한 보호계전기 절체 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 보호계전기 시스템은 급전선으로부터 복수의 피딩 구간에 전력을 공급하는 급전 계통에 적용되는 것으로서, 급전선으로부터 차단기를 경유하여 각 피딩 구간을 전기적으로 연결하며, 전압 감응부와 전류 감응부를 구비하는 피더선; 각 피더선에 전속되며 전속 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부에 각각 연결되는 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 구비하여, 인가된 임피던스를 측정하며, 전속 피더선의 차단기를 통제하는 트립 신호발생부 및 자체 고장을 감지하여 경보하는 고장신호 발생부를 구비하는 피더선 전용 보호계전기; 상기 각 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부에 연결 가능한 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 구비하여, 인가되는 임피던스를 측정하며, 연결된 전류 감응부와 전압 감응부가 속한 피더선의 차단기를 통제하는 트립 신호발생부를 구비하는 예비 보호계전기; 및 각 전용 보호계전기의 고장 신호를 수신하며, 고장신호 수신시, 해당 전용 보호계전기의 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 전속 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부로부터 분리하고, 상기 예비 보호계전기의 전압 계측 단자와 전류 계측 단자를 순차적으로 상기 고장난 전속 보호계전기의 전용 피더선의 전압 감응부와 전류 감응부에 연결하도록 절체 스위치를 제어하며, 전속 피더선의 차단기를 제어하는 통제선을 고장이 발생된 전용 보호계전기로부터 예비 보호계전기로 절체하도록 제어하는 중앙 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 보호계전기는 고장 신호가 발생된 전용 보호계전기를 급전계통에서 자동으로 분리하고, 예비 보호계전기로 절체하되, 무보호 시간을 극소화 하여 급전계통을 연속적으로 보호할 수 있게 하여 주는 효과가 있다.

Description

전철 급전 계통의 보호계전기 시스템 및 이를 이용한 보호계전기 절체 방법{A Protective Relay System for Electric Railway Power Supply and a Relay Switching Method Using the Same}
본 발명은 전기철도의 급전계통에서 보호계전기를 자동으로 절체하는 시스템 및 관련 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력계통은 항상 가압되어 외부환경에 노출되므로 온도, 습도, 바람 등의 변화는 물론, 이물질의 접촉, 외부충격 등에 따라 고장이 발생될 가능성이 상존한다. 특히, 전기철도에 대한 급전계통은 항시적으로 급격한 부하변화를 겪게 됨에 따라 전력설비가 계속적으로 스트레스를 받게 되므로 일반 전력설비보다 가혹한 조건으로 운전되고 있다. 따라서, 고장에 대비하여 전력계통 보호설비가 항시적으로 작동 가능한 상태를 유지할 필요가 있다.
현재 운용 중인 전기 철도의 급전계통에서 다기능 보호계전기에 고장이 발생할 경우 급전에 중대한 문제가 발생한다. 간혹 보호계전기의 결함으로 인한 고장이 발생될 수 있는데, 보호계전기에 고장 경보가 발생된 경우 이를 무시하고 급전했을 경우, 만일 급전계통 및 전차선로의 사고가 발생하면 보호회로가 동작하지 않으므로 그 사고가 여타 설비에 파급되어, 전체 급전계통에 문제가 발생 할 수 있다. 결국 상위 계통에서 보호계전기가 동작하여 메인 차단기를 트립하게 되어 건전한 정상 선로까지 불필요하게 단전되게 된다. 이러한 문제를 방지하기 위해 일부 변전소에서 보호계전기 고장 발생시에 구간의 급전차단기를 트립시키는 회로를 구성하여 운용 하고 있다. 그러나 이러한 경우에는 해당 피딩 구간의 단전으로 인하여, 단전이 지속되는 동안 전동 열차 운행이 중단되는 사태가 발생되어, 전동차 운행 지연, 승객 보상 등 경제적 손실이 발생된다. 그러므로 전철 급전계통의 보호계전기에 고장이 발생되더라도, 전철 급전계통의 적절한 보호 상태를 지속적으로 유지하는 다중 보호 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 급전계통에서 무보호 시간을 극소화 하는 보호계전기 시스템을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 고장시에도 단전 없이 고장을 수리 및 교체하여 원상 복구가 가능한 보호계전기 시스템을 제공하고자 한다. 본 발명은 또한 보호계전기 손상을 억제하고 구간의 고유 특성을 반영한 급전 구간 보호가 가능한 보호계전기 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 시스템은 급전선으로부터 복수의 피딩 구간에 전력을 공급하는 급전 계통에 적용되는 것으로서, 급전선으로부터 차단기를 경유하여 각 피딩 구간을 전기적으로 연결하며, 전압 감응부와 전류 감응부를 구비하는 피더선; 각 피더선에 전속되며 전속 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부에 각각 연결되는 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 구비하여, 인가된 임피던스를 측정하며, 전속 피더선의 차단기를 통제하는 트립 신호발생부 및 자체 고장을 감지하여 경보하는 고장신호 발생부를 구비하는 피더선 전용 보호계전기; 상기 각 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부에 연결 가능한 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 구비하여, 인가되는 임피던스를 측정하며, 연결된 전류 감응부와 전압 감응부가 속한 피더선의 차단기를 통제하는 트립 신호발생부를 구비하는 예비 보호계전기; 및 각 전용 보호계전기의 고장 신호를 수신하며, 고장신호 수신시, 해당 전용 보호계전기의 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 전속 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부로부터 분리하고, 상기 예비 보호계전기의 전압 계측 단자와 전류 계측 단자를 순차적으로 상기 고장난 전속 보호계전기의 전용 피더선의 전압 감응부와 전류 감응부에 연결하도록 절체 스위치를 제어하며, 전속 피더선의 차단기를 제어하는 통제선을 고장이 발생된 전용 보호계전기로부터 예비 보호계전기로 절체하도록 제어하는 중앙 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 시스템의 중앙 제어부는 고장신호 수신시, 해당 전용 보호계전기의 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 순차적으로 전속 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부로부터 분리하도록 절체 스위치를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 시스템의 전용 보호계전기 및 예비 보호계전기는 임피던스 평면상에 원점을 포함하는 보호 영역을 설정하고 측정된 임피던스가 보호 영역내에 진입되는 경우에 트립 신호발생부가 차단기 차단 신호를 발생하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 시스템의 전용 보호계전기 및 예비 보호계전기는 각각 메모리부를 구비하고, 전용 보호계전기는 전속 피더선이 급전하는 피딩 구간의 임피던스 보호영역 세팅 값을 메모리부에 저장하며, 상기 중앙 제어부는 피더선 전용 보호계전기로부터 예비 보호계전기로 차단기 통제선 절체시, 전용 보호계전기의 임피던스 보호영역 세팅 값 데이터를 예비 보호계전기의 메모리부로 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 시스템의 전용 보호계전기 및 예비 보호계전기는 측정된 전류가 과전류 상한값 보다 크거나 또는 측정된 전압이 저전압 하한값 미만일 경우에 트립 신호발생부가 차단기 차단 신호를 발생하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 시스템의 전용 보호계전기 및 예비 보호계전기는 각각 메모리부를 구비하고, 상기 피더선 전용 보호계전기는 과전류 상한값 또는 저전압 하한값을 메모리부에 저장하며, 상기 중앙 제어부는 피더선 전용 보호계전기로부터 예비 보호계전기로 차단기 통제선 절체시, 전용 보호계전기의 과전류 상한값 또는 저전압 하한값 데이터를 예비 보호계전기의 메모리부로 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 시스템의 중앙 제어부는 고장난 전용 보호계전기의 전류 계측 단자가 피더선의 전류 감응부로부터 분리되기 전부터, 상기 예비 보호계전기의 전류 계측 단자가 상기 고장난 전용 보호계전기의 전속 피더선의 전류 감응부에 연결된 후까지의 설정된 기간 동안 상기 전용 피더선의 전류 감응부의 전류감응코일을 폐회로 시키도록 상기 절체 스위치를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 시스템의 피더선의 전류 감응부는 차단기의 전단에 위치하며 전압 감응부는 차단기의 후단에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 자동 절체 방법은 급전선으로부터 복수의 피딩 구간에 차단기가 설치된 각 피더선을 통하여 전력을 공급하는 급전 계통에 적용되는 것으로서, 중앙 제어부가 어느 하나의 피더선 전용 보호계전기로부터 고장 경보 신호를 수신하는 단계, 상기 고장 경보 신호가 설정 시간을 초과하는지 확인하는 단계, 예비 보호계전기의 정상 스탠바이 상태를 확인 하는 단계, 고장난 전용 보호계전기를 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부로부터 순차적으로 분리하는 단계, 분리된 피더선의 차단기 통제선을 고장난 전용 보호계전기로부터 예비 보호계전기로 절체하는 단계, 예비 보호계전기를 분리된 피더선의 전압 감응부와 전류 감응부에 순차적으로 연결하는 단계, 및 고장난 보호계전기의 임피던스 보호영역 세팅 값을 절체된 예비 보호계전기로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 자동 절체 방법은 고장난 보호계전기의 임피던스 보호영역 세팅 값을 절체된 예비 보호계전기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 보호계전기 자동 절체 방법은 고장난 전용 보호계전기가 피더선의 전류 감응부로부터 분리되기 전부터, 상기 예비 보호계전기가 상기 전류 감응부에 연결된 후까지의 설정된 기간 동안 상기 전류 감응부의 전류감응코일을 폐회로 시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 보호계전기는 고장 신호가 발생된 전용 보호계전기를 급전계통에서 자동으로 분리하고, 예비 보호계전기로 절체하되, 무보호 시간을 극소화 하여 급전계통을 연속적으로 보호할 수 있게 하여 주는 효과가 있다. 또한, 보호계전기를 자동 절체함으로써 피딩 구간을 단전하지 않고 고장 난 보호계전기를 점검, 수리 및 교체하여 원상 복구가 가능하다. 따라서 본 발명에 따른 실시예는 보호계전기 시스템의 다중 보호 능력을 획기적으로 향상시켜주는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은 보호계전기 절체시 발생 가능한 아크를 방지하여 보호계전기 손상을 방지하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 예비 보호계전기 절체시 지속적으로 각 피딩 구간의 고유 특성을 반영한 피딩 구간 보호가 가능한 효과가 있다.
도1은 본 발명이 적용되는 전기철도 급전 계통의 보호계전기 시스템의 간략 구성도이다.
도2는 피더선과 보호계전기에 연결되는 스위치 배선도의 예이다.
도3은 임피던스 평면에 설정된 평행사변형 보호영역의 예시도이다.
도4는 임피던스 평면에 설정된 부채꼴형 보호영역의 예시도이다.
도5는 캠스위치로 구현된 절체 스위치 회로도의 예이다.
이하에서는 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서 상대적인 척도는 변경될 수 있으며, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략되었다.
이하에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "--부", "--기", "--모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1은 본 발명이 적용되는 전기철도 급전 계통의 보호계전기(Protective Relay) 시스템의 간략 구성도이다. 급전 계통은 급전선(200), 복수의 피딩 구간(feeding Section, 300) 및 복수의 피더선(100, Feeder)을 포함한다. 피딩 구간(300)은 서로 절연구간(Dead Section)으로 구분되거나, 하행(DOWN) 또는 상행(UP)에 따라 구분되며, 각각 피더선(100)을 통하여 급전선(200)으로부터 전력이 공급된다. 각 피더선(100)은 차단기(110)를 구비하며, 차단기(110) 전단에 전류 감응부(120)를 구비하고, 차단기(110) 후단에는 전압 감응부(130)를 구비한다. 본 발명에서 차단기는 단로기(DS, Disconnecting Switch)를 포괄하는 용어로 사용된다.
도1에 상세히 도시되지는 않았으나, 급전선은 통상 55KV의 버스 라인으로서 위상차를 갖는 M상의 메인선(MAIN)과 T상의 티저선(TEASER)으로 구성되며, 이들 각각은 트롤리 공급선(TF, Trolley Feeder)과 변압기 공급선(AF, Autotransformer Feeder)으로 구성된다.
피더선 역시 급전선의 트롤리 공급선과 변압기 공급선에 대응되는 TF선과 AF선으로 구성된다. 도2에 예시된 바와 같이, 전류 감응부(120)는 TF선과 AF선의 각각에 권선된 전류감응코일을 포함하는 계기용 변류기(CT: Current Transformer)로 구현되며, 전압감응부(130)는 TF선과 AF선 간에 설치되는 계기용 변압기(PT: Potential Transformer)로 구현되며, 이후에 설명될 전용 보호계전기(140)와 예비 보호계전기(149)의 전류 계측 단자와 전압 계측 단자가 연결된다. 피딩 구간은 레일선(Rail)과 병렬하여 연장되며, 트로리선(TF선)과 변압기급전선(AF선)으로 구성된다.
각 피더선(100)에는 전용 보호계전기(140, Dedicated Protective Relay)가 전속 할당되며, 전용 보호계전기(140)는 피더선의 전류 감응부(120)와 전압 감응부(130)에 각각 연결되는 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 구비하여, 인가된 임피던스를 측정하며, 전속 피더선의 차단기(110)를 통제하는 트립 신호발생부 및 자체 고장을 감지하여 경보 신호를 발생하는 고장신호 발생부를 구비한다.
각 전용 보호계전기(140)와는 별개로 예비 보호계전기(149, Reserve Protective Relay)가 구비되는데, 예비 보호계전기(149)는 상기 각 피더선의 전류 감응부(120)와 전압 감응부(130)에 연결 가능한 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 구비하여, 인가되는 임피던스를 측정하며, 연결된 전류 감응부(120)와 전압 감응부(130)가 속한 피더선(100)의 차단기(110)를 통제하는 트립 신호발생부를 구비한다.
도1에는 설명의 편의상 2개의 피딩 구간 및 2개의 전용 보호계전기(140,141)을 도시하고 있으나, 보다 많은 다수의 피딩 구간 및 다수의 전용 보호계전기가 존재할 수 있으며, 이하에서는 전용 보호계전기(140)에 고장이 발생하여 예비 보호계전기(149)로 절체되는 동작을 기준으로 설명한다.
본 발명에 따른 보호계전기 시스템은 중앙 제어부(150, Controller)를 포함하는데, 중앙 제어부(150)는 각 전용 보호계전기(140)의 고장 신호를 수신하며, 고장신호 수신시, 해당 전용 보호계전기(140)의 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 순차적으로 전속 피더선의 전류 감응부(120)와 전압 감응부(130)로부터 분리하고, 예비 보호계전기(149)의 전압 계측 단자와 전류 계측 단자를 순차적으로 상기 고장난 전용 보호계전기(140)의 전속 피더선의 전압 감응부(130)와 전류 감응부(120)에 연결하도록 절체 스위치(160)를 제어하며, 전속 피더선의 차단기를 제어하는 통제선(Command Line, 도1의 이중 점선)을 고장이 발생된 전용 보호계전기(140)로부터 예비 보호계전기(149)로 절체하도록 제어한다.
보호계전기는 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 통하여 Z=V/I의 관계식에 의하여 임피던스(Z)를 계측하며, 이는 Z= R+jX 로 표현된다. 각 피딩 구간은 정상 상태에서 각각 고유한 임피던스 값을 가지며, 미리 측정된 고유 임피던스 값을 기준으로 적정한 마진을 고려하여 보호 영역이 설정된다. 도3 및 도4는 피딩 구간의 고유 임피던스(501)를 참조점으로 하여 설정된 평행사변형 형태 및 부채꼴 형태의 보호영역을 예시하고 있다. 보호 영역은 임피던스 평면상에서 원점을 포함하여 설정되며, 측정된 임피던스가 보호 영역 내로 진입되는 순간, 피딩 구간 내에서 지락 사고 등이 발생된 것으로 판단할 수 있으며, 이러한 경우 트립 신호발생부가 차단기 트립 신호를 발생함으로써 피더선의 차단기를 열어 피딩 구간을 보호할 수 있도록 한다.
보호계전기가 상기와 같은 특성의 임피던스 보호 영역을 사용함에 따라, 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 각각 전류 감응부(120)와 전압 감응부(130)로부터 분리되거나 연결될 때, 시차를 두어 순차적으로 수행하는 것이 매우 중요하다. 즉, 앞서 설명되었듯이 분리시에는 전류계측 단자를 먼저 분리하고, 연결시에는 전압 계측 단자를 먼저 연결하여야만 보호계전기의 측정 임피던스가 순간적으로 영(zero)이 되는 것을 방지하는 효과가 있다. 만일 전용 보호계전기(140)의 고장시 전압 계측 단자가 먼저 분리되거나, 예비 보호계전기(149)가 투입될 시 전류 계측 단자가 먼저 연결되면, 측정 임피던스가 영(zero)이 되어 임피던스 보호영역 내에 위치되어 차단기 트립 신호가 발생되므로 불필요한 전원 공급 중단이 발생될 수 있는 위험이 있다.
고장난 전용 보호계전기(140)가 예비 보호계전기(149)로 절체되는 동안 전용 피더선의 전류 감응부의 전류감응코일(CT)을 폐회로 시키는 것이 필요하다. 즉, 중앙 제어부(150)는 고장난 전용 보호계전기(140)의 전류 계측 단자가 피더선의 전류 감응부(120)로부터 분리되기 전에 상기 전용 피더선(100)의 전류 감응부(120)의 전류감응코일을 폐회로 하여, 상기 예비 보호계전기(149)의 전류 계측 단자가 상기 고장난 전용 보호계전기(140)의 전속 피더선의 전류 감응부(120)에 연결된 후까지의 설정된 기간 동안 상기 전류감응코일의 폐회로 상태를 유지시키도록 상기 절체 스위치(160)를 제어한다. 이러한 전류감응코일 폐회로 조치는 전류감응코일의 정전기 축적에 의하여 보호계전기 절체시 발생 가능한 아크를 방지하여 보호계전기 손상을 방지하는 효과가 있다.
상기 절체 스위치(160; RTS, Relay Transfer Switch)는 상기 스위칭 동작을 수행하도록 중앙 제어부에 의하여 제어되는 전력소자로 구현하거나, 또는 상기 중앙 제어부에 의하여 제어되는 서보 모터(M)에 의하여 구동되는 캠 스위치를 사용할 수 있다. 이하에서는 캠 스위치의 예를 들어 스위칭 동작을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도2는 피더선(100)과 보호계전기에 연결되는 스위치 배선을 도시하며, 도5는 캠스위치로 구현된 절체 스위치 회로도를 나타낸다. 도2 및 도5는 단자 번호를 예를 들어 표시하고 있으며, 도5의 좌우측에 표시된 번호는 도2에 도시된 단자번호를 나타낸다. 도5의 굵은 가로 실선은 하측에 표시된 서보 모터의 회전각에 따른 좌우 단자의 연결 상태를 표시한 것이다. 그러므로 도5에서 캠 스위치의 -45도 회전위치는 전용 보호계전기(140)의 활성화(Active) 상태를 나타내고, +45도 회전위치는 예비 보호계전기가 활성화된 상태를 나타내며, 그 사이각(-45°~ +45°)에서는 고장 난 보호계전기에서 예비 보호계전기로의 절체되는 전이(shift) 구간을 나타낸다. 도5에서는 전류감응코일의 양 단자 17, 18이 전용 보호계전기(140)의 전류 계측 단자 13가 단자 14로부터 분리되는 회전각인 -18도 보다 이전인 회전각 -30도에서 연결되어 폐회로 되고, 예비 보호계전기(149)의 전류 계측 단자 15가 단자 16으로 연결되는 회전각인 +18도 이후인 회전각 +30도에서 분리되는 예를 나타내고 있다. 그 외에 전용 보호계전기(140)와 예비 보호계전기(149)의 전류계측 단자 및 전압계측 단자가 순차적으로 분리되고, 연결되는 관계를 확인할 수 있다. 도2 및 도5는 설명의 편의를 위하여 1개의 전용 보호계전기(140)와 예비 보호계전기(149) 간의 스위칭을 도시하고 있으나, 이를 참고로 복수의 전용 보호계전기를 포함하는 경우로 확장하는 것은 지극히 용이하다.
전용 보호계전기(140)는 메모리부(MEM)를 구비하고, 전속 피더선이 급전하는 피딩 구간(300)의 고유 임피던스 값이 고려된 임피던스 보호영역 세팅 값을 메모리부(MEM)에 저장하고 있다. 상기 중앙 제어부(150)는 전용 보호계전기(140)로부터 예비 보호계전기(149)로 차단기 통제선 절체시, 전용 보호계전기의 임피던스 보호영역 세팅 값 데이터를 예비 보호계전기(149)의 메모리부(MEM)로 전송한다.
보호계전기는 메모리부에 과전류 상한값(Overcurrent Limit, OCL) 또는 저전압 하한값(Undervoltage Limit, UVL) 등의 세팅값을 저장하고, 측정된 전류가 OCL보다 크거나 측정된 전압이 UVL 미만일 경우에 트립 신호발생부가 차단기 차단 신호를 발생하도록 할 수 있다. 중앙 제어부(150)는 전용 보호계전기(140)로부터 예비 보호계전기(149)로 차단기 통제선 절체시, 전용 보호계전기(140)의 과전류 상한값(OCL) 또는 저전압 하한값(UVL) 데이터를 예비 보호계전기(149)의 메모리부로 전송할 수 있다. 보호계전기는 필요에 따라 임피던스, 전류 및 전압 중의 어느 하나 또는 이들의 조합에 의하여 피딩 구간을 보호하는 회로를 구성할 수 있음은 물론이다. 중앙 제어부(150)는 전용 보호계전기(140) 및 예비 보호계전기(149)에 대한 데이터 송수신을 모드버스(Modbus) 통신에 의하여 수행할 수 있다.
위와 같은 세팅 값을 예비 보호계전기(149) 절체시 메모리에 재설정 함으로써 지속적으로 각 피딩 구간의 고유 특성을 반영한 피딩 구간 보호가 가능하다.
급전선(200)으로부터 복수의 피딩 구간(300)에 차단기(110)가 설치된 각 피더선(100)을 통하여 전력을 공급하는 급전 계통의 보호계전기 자동 절체 방법은 중앙 제어부(150)가 어느 하나의 피더선 전용 보호계전기(140)로부터 고장 경보 신호를 수신하는 단계, 상기 고장 경보 신호가 설정 시간을 초과하는지 확인하는 단계, 예비 보호계전기(149)의 정상 스탠바이 상태를 확인 하는 단계, 고장난 전용 보호계전기(140)를 피더선의 전류 감응부(120)와 전압 감응부(130)로부터 순차적으로 분리하는 단계, 분리된 피더선의 차단기 통제선을 고장난 전용 보호계전기(140)로부터 예비 보호계전기(149)로 절체하는 단계, 예비 보호계전기(149)를 분리된 피더선의 전압 감응부(130)와 전류 감응부(120)에 순차적으로 연결하는 단계, 고장난 보호계전기(140)의 임피던스 보호영역 세팅 값을 절체된 예비 보호계전기(149)로 모드버스(Modbus) 통신을 통하여 전송하는 단계를 포함한다. 고장난 전용 보호계전기(140)가 피더선의 전류 감응부(120)로부터 분리되기 전부터, 상기 예비 보호계전기(149)가 상기 전류 감응부(120)에 연결된 후까지의 설정된 기간 동안 상기 전류 감응부(120)의 전류감응코일을 폐회로 시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 고장 신호가 발생된 전용 보호계전기를 계통에서 자동으로 분리하고, 예비 보호계전기로 절체하되, 무보호 시간을 극소화 하여 급전계통을 연속적으로 보호할 수 있게 하여 준다. 또한, 보호계전기를 자동 절체함으로써 피딩 구간을 단전하지 않고 고장 난 보호계전기를 점검, 수리 및 교체하여 원상 복구가 가능하다. 따라서 본 발명에 따른 실시예는 보호계전기 시스템의 다중 보호 능력을 획기적으로 향상시켜주는 효과를 갖는다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 따라서, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 일 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 한다. 첨부된 청구항의 균등물로의 치환은 첨부된 청구항의 보호범위에 속하는 것이다.
100: 피더선 110: 차단기
120: 전류 감응부 130: 전압 감응부
140,141: 전용 보호계전기 149: 예비 보호계전기
150: 중앙 제어부 160: 절체 스위치
200: 급전선 300: 피딩 구간

Claims (13)

  1. 급전선으로부터 복수의 피딩 구간에 전력을 공급하는 급전 계통의 보호계전기 시스템으로서,
    급전선으로부터 차단기를 경유하여 각 피딩 구간을 전기적으로 연결하며, 전압 감응부와 전류 감응부를 구비하는 피더선;
    각 피더선에 전속되며 전속 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부에 각각 연결되는 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 구비하여, 인가된 임피던스를 측정하며, 전속 피더선의 차단기를 통제하는 트립 신호발생부 및 자체 고장을 감지하여 경보하는 고장신호 발생부를 구비하는 피더선 전용 보호계전기;
    상기 각 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부에 연결 가능한 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 구비하여, 인가되는 임피던스를 측정하며, 연결된 전류 감응부와 전압 감응부가 속한 피더선의 차단기를 통제하는 트립 신호발생부를 구비하는 예비 보호계전기; 및
    각 전용 보호계전기의 고장 신호를 수신하며, 고장신호 수신시, 해당 전용 보호계전기의 전류 계측 단자와 전압 계측 단자를 순차적으로 전속 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부로부터 분리하고, 상기 예비 보호계전기의 전압 계측 단자와 전류 계측 단자를 순차적으로 상기 고장 신호가 수신된 전용 보호계전기의 전속 피더선의 전압 감응부와 전류 감응부에 연결하도록 절체 스위치를 제어하며, 전속 피더선의 차단기를 제어하는 통제선을 고장이 발생된 전용 보호계전기로부터 예비 보호계전기로 절체하도록 제어하는 중앙 제어부;를 포함하며
    상기 중앙 제어부는 고장난 전용 보호계전기의 전류 계측 단자가 피더선의 전류 감응부로부터 분리되기 전에 전류 감응부의 전류감응코일을 폐회로 하고, 상기 예비 보호계전기의 전류 계측 단자가 상기 고장난 전용 보호계전기의 전속 피더선의 전류 감응부에 연결된 후까지의 설정된 기간 동안 상기 전류감응코일의 폐회로 상태를 유지시키도록 상기 절체 스위치를 제어하는 보호계전기 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    전용 보호계전기 및 예비 보호계전기는 임피던스 평면상에 원점을 포함하는 보호 영역을 설정하고 측정된 임피던스가 보호 영역내에 진입되는 경우에 트립 신호발생부가 차단기 차단 신호를 발생하도록 하는 보호계전기 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    전용 보호계전기 및 예비 보호계전기는 각각 메모리부를 구비하고, 전용 보호계전기는 전속 피더선이 급전하는 피딩 구간의 임피던스 보호영역 세팅 값을 메모리부에 저장하며, 상기 중앙 제어부는 피더선 전용 보호계전기로부터 예비 보호계전기로 차단기 통제선 절체시, 전용 보호계전기의 임피던스 보호영역 세팅 값 데이터를 예비 보호계전기의 메모리부로 전송하는 보호계전기 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    전용 보호계전기 및 예비 보호계전기는 측정된 전류가 과전류 상한값 보다 크거나 또는 측정된 전압이 저전압 하한값 미만일 경우에 트립 신호발생부가 차단기 차단 신호를 발생하도록 하는 보호계전기 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    전용 보호계전기 및 예비 보호계전기는 각각 메모리부를 구비하고, 상기 피더선 전용 보호계전기는 과전류 상한값 또는 저전압 하한값을 메모리부에 저장하며, 상기 중앙 제어부는 피더선 전용 보호계전기로부터 예비 보호계전기로 차단기 통제선 절체시, 전용 보호계전기의 과전류 상한값 또는 저전압 하한값 데이터를 예비 보호계전기의 메모리부로 전송하는 보호계전기 시스템.
  7. 제4항 또는 제6항에 있어서,
    중앙 제어부는 전용 보호계전기 및 예비 보호계전기에 대한 데이터 송수신을 모드버스(Modbus) 통신에 의하여 수행하는 보호계전기 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절체 스위치는 상기 중앙 제어부에 의하여 제어되는 서보 모터에 의하여 구동되는 캠 스위치인 보호계전기 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 피더선의 전류 감응부는 차단기의 전단에 위치하며 전압 감응부는 차단기의 후단에 위치하는 보호계전기 시스템.
  11. 급전선으로부터 복수의 피딩 구간에 차단기가 설치된 각 피더선을 통하여 전력을 공급하는 급전 계통의 보호계전기 자동 절체 방법으로서,
    중앙 제어부가 어느 하나의 피더선 전용 보호계전기로부터 고장 경보 신호를 수신하는 단계,
    상기 고장 경보 신호가 설정 시간을 초과하는지 확인하는 단계,
    예비 보호계전기의 정상 스탠바이 상태를 확인 하는 단계,
    고장난 전용 보호계전기를 피더선의 전류 감응부와 전압 감응부로부터 순차적으로 분리하는 단계,
    분리된 피더선의 차단기 통제선을 고장난 전용 보호계전기로부터 예비 보호계전기로 절체하는 단계,
    예비 보호계전기를 분리된 피더선의 전압 감응부와 전류 감응부에 순차적으로 연결하는 단계, 및
    고장난 보호계전기의 임피던스 보호영역 세팅 값을 절체된 예비 보호계전기로 전송하는 단계를 포함하며,
    고장난 전용 보호계전기가 피더선의 전류 감응부로부터 분리되기 전에 상기 전류 감응부의 전류 감응코일을 폐회로하여, 상기 예비 보호계전기가 상기 전류 감응부에 연결된 후까지의 설정된 기간 동안 상기 전류감응코일의 폐회로 상태를 유지시키는 단계를 더 포함하는 보호계전기 자동 절체 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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