KR101036079B1 - 전기 네트워크 보호시스템 및 보호방법 - Google Patents

Abstract

전기 시스템을 위한 보호시스템이 개시되고, 이 전기 시스템은 스폿 네트워크 및/또는 그리드 네트워크를 포함할 수 있다. 전기 시스템 내에서 발생할 수 있는 장애를 검출해서 해제하도록 다양한 보호시스템이 설계되어 이용될 수 있다. 예컨대, 한쌍의 로고스키 코일은 도체 상의 각각의 위치에서의 도체에 따르는 전류를 검출하고, 대응하는 신호를 다수의 전압 및 전류 입력을 갖는 다기능 차동 릴레이에 출력하도록 이용된다. 로고스키 코일로부터의 신호를 비교함으로써, 차동 릴레이는 한쌍의 로고스키 코일 사이의 도체에 따른 지점에 장애가 존재하는지 여부를 결정할 수 있다. 이때, 릴레이는 장애에 응답하여 장애를 정정하도록 회로 차단기나 다른 네트워크 보호장치를 작동시킬 수 있다.

Description

전기 네트워크 보호시스템 및 보호방법 {ELECTRICAL NETWORK PROTECTION SYSTEM AND PROTECTION METHOD}

본 발명은 전기 시스템에서의 장애의 검출 및 해제(해소)에 관한 것이다.

통상적인 전력 시스템은 전력을 제공하기 위해 존재하고 있다. 이러한 전력 시스템에 있어서는, 시스템의 사용자에게 위험하고, 정정에 고비용 및/또는 시간 소비를 요하는 대미지를 시스템에 야기시키는 장애가 발생할 수 있다. 예컨대, 아크 전류와 같은 전류 단락회로가 발생하면, 전력 시스템은 불 또는 폭발을 야기시키거나, 또는 그 자신과 관련 장비 및 오퍼레이터에게 대미지를 준다. 특히, 고전압 전력 변압기를 포함하는 상당히 전압이 높은 전력 시스템은 이러한 장애를 겪을 수 있다.

장애를 빠르고 정확하게 검출할 수 있으면, 회로차단기의 기동과, 필요에 따라 이에 이어지는 전력 시스템의 수리 등의 복구수단에 의해 그들 장애를 제거할 수 있다. 이러한 방법으로, 그 장애로부터의 대미지를 최소화할 수 있다.

일반적인 한 국면(aspect)에 의하면, 전기적인 보호시스템은 제1전류를 검출하여 제1전류측정치를 생성하도록 배치된 제1로고스키 코일(Rogowski coil)과; 제2전류를 검출하여 제2전류측정치를 생성하도록 배치된 제2로고스키 코일로서, 상기 제1로고스키 코일 및 이 제2로고스키 코일의 배치에 기초해서 제1보호영역이 규정되어 있는 제2로고스키 코일 및; 상기 제1전류측정치 및 상기 제2전류측정치로부터 상기 제1보호영역 내의 제1회로요소와 관련된 제1장애의 존재를 판단하도록 동작할 수 있는 제1보호장치를 포함하고 있다.

이 실시예는 다음의 특징의 하나 이상을 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 상기 제1보호장치가 제1보호방식을 이용해서 상기 제1장애를 검출하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 상기 제1보호방식은 차동 보호방식이어도 좋다. 상기 제2로고스키 코일은 제2회로요소를 포함하는 제2보호영역을 규정해도 좋고, 상기 제1보호장치는 제2보호방식을 실현하여 상기 제2회로요소와 관련된 제2장애를 검출하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 이 경우, 상기 제2보호방식은 과전류 보호방식을 포함해도 좋고, 상기 제1보호장치는 상기 제1보호영역과 상기 제2보호영역의 보호를 통합하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 또한, 상기 제1보호장치는 상기 제1보호영역과 상기 제2보호영역에 백업 보호영역으로서 작용하는 제3보호영역을 제공하도록 동작할 수 있게 해도 좋다.

상기 제1보호장치는 제1차동 릴레이여도 좋다. 상기 시스템은, 상기 제1보호장치로부터 제1명령을 받아 이 제1명령에 응답해서 제1전류를 저지하도록 동작할 수 있는 제1회로 차단기를 포함해도 좋고, 상기 제1로고스키 코일, 상기 제2로고스키 코일, 상기 제1보호장치 및 상기 제1회로 차단기는 모두 전기적인 보호시스템의 제1네트워크 유니트와 관련되어 있어도 좋다. 상기 시스템은, 제3전류를 검출하여 제3전류측정치를 생성하도록 배치된 제3로고스키 코일과; 제4전류를 검출하여 제4전류측정치를 생성하도록 배치된 제4로고스키 코일로서, 상기 제3로고스키 코일 및 이 제4로고스키 코일의 배치에 기초해서 제2보호영역이 규정되어 있는 제4로고스키 코일 및; 상기 제3전류측정치 및 상기 제4전류측정치로부터 상기 제2보호영역 내의 제2회로요소와 관련된 제2장애의 존재를 판단하도록 동작할 수 있는 제2보호장치를 더 포함하고 있어도 좋다.

이 경우, 상기 제2보호장치는 제2차동 릴레이여도 좋다. 제2회로 차단기는 상기 제2보호장치로부터 제2명령을 받아 이 제2명령에 응답해서 제3전류를 저지하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 상기 제3로고스키 코일, 상기 제4로고스키 코일, 상기 제2보호장치 및 상기 제2회로 차단기는 모두 전기적인 보호시스템의 제2네트워크 유니트와 관련되어 있어도 좋고, 상기 제1보호장치와 상기 제2보호장치 사이에 통신링크를 형성해도 좋다.

이 경우, 상기 제1네트워크 유니트 및 상기 제2네트워크 유니트는 버스 접속을 통해 접속되어 있어도 좋다. 상기 제1보호장치 및 상기 제2보호장치는 상기 통신링크를 통하여 상기 제1전류측정치, 상기 제2전류측정치, 상기 제3전류측정치 및 상기 제4전류측정치를 공유해서 상기 버스 접속과 관련된 버스 장애가 존재하는지를 판단하기 위해 이들 전류측정치를 이용하도록 해도 좋다.

상기 제2보호장치는 상기 통신링크를 통해 상기 제1보호장치에 의해 제1장애의 검출을 지시하는 검출통지를 받도록 해도 좋다. 더욱이, 상기 제2보호장치는 상기 검출통지신호에 응답해서 상기 제2회로 차단기로 제2명령을 송신하도록 해도 좋다. 상기 제2보호장치는 검출통지 후 제2명령을 송신하기 전에 소정량의 시간동안 대기하도록 해도 좋다. 이 경우, 상기 소정량의 시간이 경과되기 전에, 상기 제2보호장치가 상기 제1명령에 응답해서 상기 제1회로 차단기의 동작을 지시하는 동작통지를 받은 때는, 이 제2보호장치가 제2명령을 송신하지 않도록 해도 좋다.

상기 소정량의 시간이 경과되기 전에, 상기 제2보호장치가 상기 제1회로 차단기의 동작을 지시하는 동작통지를 받지 않은 때는, 상기 제2릴레이가 상기 소정의 시간이 경과된 후에 상기 제2회로 차단기로 제2명령을 송신하도록 해도 좋다.

상기 제3회로 차단기, 상기 제4회로 차단기 및 상기 제2회로 차단기는 상기 제1보호장치에 접속되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 제1보호장치는 상기 제2보호장치의 오동작을 지시하는 오동작 통지를 받도록 동작할 수 있게 해도 좋고, 상기 제1보호장치는 상기 제3전류측정치 및 상기 제4전류측정치를 받아 이들 전류측정치에 기초해서 제2장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 더욱이, 상기 제1보호장치는 상기 제2장애에 응답해서 상기 제2회로 차단기를 동작시키도록 동작할 수 있게 해도 좋다.

제3로고스키 코일은 제3전류를 검출하여 제3전류측정치를 생성하도록 배치해도 좋고, 상기 제1로고스키 코일 및 상기 제3로고스키 코일의 배치에 기초해서 제2보호영역이 규정되어도 좋으며, 상기 제2로고스키 코일 및 상기 제3로고스키 코일의 배치에 기초해서 제3보호영역이 규정되어도 좋다. 이 경우, 상기 제1보호장치는 상기 제1전류측정치 및 상기 제3전류측정치로부터 상기 제2보호영역 내의 제2회로요소와 관련된 제2장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있게 해도 좋다.

상기 제1보호장치는 상기 제2전류측정치 및 상기 제3전류측정치로부터 상기 제3보호영역 내의 제3회로요소와 관련된 제3장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 상기 제1전류는 전력변압기의 1차 권선(winding)과 관련된 제1도체와 관련되어도 좋고, 상기 제2전류는 전력변압기의 2차 권선과 관련된 제2도체와 관련되어도 좋으며, 전력 변압기가 상기 제1회로요소여도 좋다.

다른 일반적인 국면에 따르면, 전기 시스템이 보호된다. 전기 시스템 내의 제1도체를 통해 흐르는 제1전류는 그 제1도체를 따라 배치된 제1로고스키 코일을 이용해서 측정되고, 상기 제1전류에 대응하는 제1전류신호가 출력되며, 상기 전기 시스템 내의 제2도체를 통해 흐르는 제2전류는 그 제2도체를 따라 배치된 제2로고스키 코일을 이용해서 측정되고, 상기 제2전류에 대응하는 제2전류신호가 출력되며, 상기 제1전류신호 및 상기 제2전류신호가 제1보호장치에 공급되도록 되어 있다.

실시예는 다음의 특징의 하나 이상을 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 차동 보호는 상기 제1보호장치를 이용해서 상기 제1로고스키 코일과 상기 제2로고스키 코일 사이에 규정되어 있는 상기 전기 시스템의 제1보호영역 내에 배치되어 있는 제1회로요소에 제공되어도 좋고, 과전류 보호는 상기 제1보호장치를 이용해서 상기 제2로고스키 코일의 위치에 의해 규정되어 있는 상기 전기 시스템의 제2보호영역 내에 배치되어 있는 제2회로요소에 제공되어도 좋다. 이 경우, 백업 보호는 상기 제1보호장치를 이용해서 상기 제1보호영역 및 상기 제2보호영역을 포함하는 상기 제3보호영역 내에 제공되어도 좋다.

상기 제1보호장치는 차동 릴레이를 포함하고 있어도 좋다. 상기 제1도체 및 상기 제2도체는 상기 전기 시스템의 제1네트워크 유니트 내에 포함되어 있어도 좋다. 상기 제1전류신호 및 상기 제2전류신호에 기초해서, 상기 제1네트워크 유니트와 관련된 장애가 상기 전기 시스템에 있어서 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다.

전기 시스템 내의 제3도체를 통해 흐르는 제3전류는 그 제3도체를 따라 배치된 제3로고스키 코일을 이용해서 측정되고, 상기 제3전류에 대응하는 제3전류신호가 출력되며, 전기 시스템 내의 제4도체를 통해 흐르는 제4전류는 그 제4도체를 따라 배치된 제4로고스키 코일을 이용해서 측정되고, 상기 제4전류에 대응하는 제4전류신호가 출력되며, 상기 제3전류신호 및 상기 제4전류신호가 제2보호장치에 공급되도록 되어 있다.

상기 제2보호장치는 차동 릴레이를 포함하고 있어도 좋다. 상기 제3도체 및 상기 제4도체는 상기 전기 시스템의 제2네트워크 유니트 내에 포함되어 있어도 좋다.

상기 제3전류신호 및 상기 제4전류신호에 기초해서, 상기 제2네트워크 유니트와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다. 상기 제1보호장치 및 상기 제2보호장치는 통신링크에 의해 접속되어 있어도 좋다.

상기 제1전류신호와 상기 제2전류신호는 상기 제1보호장치로부터 상기 제2보호장치로 송신되어도 좋고, 상기 제1전류신호 및 상기 제2전류신호에 기초해서 상기 제2보호장치에서 상기 제1네트워크 유니트와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다.

상기 제1전류신호 및 상기 제2전류신호에 기초해서 상기 제1보호장치에서 상기 제1네트워크 유니트와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋고, 상기 제1보호장치로부터 상기 제2보호장치로 상기 장애의 존재를 지시하는 장애통지가 송신되도록 해도 좋다. 이 경우, 상기 장애에 응답해서 상기 제1네트워크 유니트와 관련된 제1회로 차단기가 개방되도록 해도 좋고, 상기 회로 차단기의 개방에 응답해서 통신링크를 통해 상기 제1보호장치로부터 상기 제2보호장치로 해제(clearance)통지가 송신되도록 해도 좋다.

상기 장애통지에 응답해서 상기 제2네트워크 유니트와 관련된 제2회로 차단기가 개방되도록 해도 좋다. 상기 해제통지에 응답해서, 상기 제1네트워크 유니트와 상기 제2네트워크 유니트를 접속하는 접속버스를 통해 상기 제2네트워크 유니트로부터 상기 제1네트워크 유니트로 전력이 루팅하도록 해도 좋다.

상기 전기 시스템은, 상기 제1네트워크 유니트와 상기 제2네트워크 유니트를 접속하는 접속버스를 포함해도 좋고, 접속버스는 상기 제2도체 및 상기 제1로고스키 코일과 상기 제2로고스키 코일 사이의 제4도체에 접속되어 있어도 좋다.

상기 제1전류신호와 상기 제2전류신호는 상기 제1보호장치로부터 상기 제2보호장치로 송신되고, 상기 제3전류신호와 상기 제4전류신호는 상기 제2보호장치로부터 상기 제1보호장치로 송신되며, 상기 제1전류신호, 상기 제2전류신호, 상기 제3전류신호 및 상기 제4전류신호에 기초해서 상기 접속버스와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다.

제3전류신호는 상기 제3로고스키 코일로부터 상기 제1보호장치로 제1접속을 통해 송신되어도 좋고, 제4전류신호는 상기 제4로고스키 코일로부터 상기 제1보호장치로 제2접속을 통해 송신되어도 좋으며, 이들 제3전류신호 및 제4전류신호에 기초해서 상기 제1보호장치에서 상기 제2네트워크 유니트와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다.

전기 시스템 내의 상기 제3도체를 통해 흐르는 제3전류는 그 제3도체를 따라 배치된 제3로고스키 코일을 이용해서 측정되고, 상기 제3전류에 대응하는 제3전류신호가 출력되며, 상기 제1보호장치에서 상기 제3전류신호가 입력되도록 해도 좋다.

상기 제1전류신호와 상기 제3전류신호에 기초해서 상기 제1로고스키 코일과 상기 제3로고스키 코일 사이에 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다. 또, 상기 제3전류신호와 상기 제2전류신호에 기초해서 상기 제3로고스키 코일과 상기 제2로고스키 코일 사이에 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다.

다른 일반적인 국면에 따르면, 전기적인 보호시스템은 그 전기 시스템의 제1네트워크 유니트와 관련되는 제1쌍의 전류신호를 생성하도록 동작할 수 있는 제1쌍의 로고스키 코일과, 전기 시스템의 제2네트워크 유니트와 관련되는 제2쌍의 전류신호를 생성하도록 동작할 수 있는 제2쌍의 로고스키 코일 및, 상기 제1네트워크 유니트와 관련되어 상기 제1쌍의 전류신호와 상기 제2쌍의 전류신호를 수신하여 처리하도록 동작할 수 있는 제1보호장치를 포함하고 있다.

실시예는 다음의 특징의 하나 이상을 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 상기 제1보호장치는 상기 네트워크 유니트에 통합된 보호를 제공해도 좋고, 상기 통합된 보호는 상기 제1쌍의 전류신호에 기초를 둔 적어도 제1보호방식 및 제2보호방식을 포함하도록 되어 있다.

상기 제1보호장치는 상기 제1쌍의 전류신호에 기초해서 상기 제1네트워크 유니트와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 제2보 호장치는 상기 제2네트워크 유니트와 관련되어 상기 제2쌍의 전류신호를 입력하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 상기 제1보호장치는 상기 제2네트워크 유니트와 관련된 장애가 존재하는지를 검출할 때에 상기 제2보호장치에 대해 백업으로서 작용하도록 해도 좋다. 이 경우, 상기 제1보호장치는 상기 제2쌍의 로고스키 코일로부터, 또는 상기 제2보호장치를 통해 상기 제2쌍의 전류신호를 수신하도록 해도 좋다.

상기 제1보호장치와 상기 제2보호장치는 통신링크를 통해 서로 접속되어 있어도 좋다. 접속버스는 상기 제1네트워크 유니트와 상기 제2네트워크 유니트를 접속해도 좋다. 상기 제1보호장치 및 상기 제2보호장치가 상기 제1쌍의 전류신호와 상기 제2쌍의 전류신호에 기초해서 상기 접속버스에 있어서 버스 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다.

다른 일반적인 국면에 따르면, 전기적인 보호 시스템은 전기 시스템의 1차 급전선(feeder)과 관련되어 그 1차 급전선에서 1차 전류를 감지하도록 동작할 수 있는 제1로고스키 코일과, 상기 제1로고스키 코일로부터 제1전류신호를 수신하도록 동작할 수 있는 제1보호장치, 각각이 상기 전기 시스템의 대응하는 2차 급전선과 관련되어 그 2차 급전선에서 대응하는 2차 전류를 감지하도록 동작할 수 있는 복수의 제2로고스키 코일, 각각이 관련된 제2로고스키 코일로부터 제2전류신호를 수신하도록 동작할 수 있는 복수의 제2보호장치 및, 상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치 사이에서 상기 제1전류신호 및 상기 제2전류신호를 송신하도록 동작할 수 있는 통신링크를 포함하고 있다.

실시예는 다음의 특징의 하나 이상을 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치는 차동 릴레이를 포함하고 있어도 좋다. 상기 제1보호장치는 상기 제1전류신호 및 상기 복수의 제2전류신호에 기초해서 상기 전기 시스템과 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있게 해도 좋다.

접속버스는 상기 1차 급전선과 상기 2차 급전선의 각각을 접속해도 좋다. 상기 제1보호장치는 상기 제1전류신호 및 상기 복수의 제2전류신호에 기초해서 상기 접속버스와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 통신링크는 상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치 사이에 피어투피어 접속(peer-to-peer connection)을 포함해도 좋고, 또는 상기 제1보호장치 및 상기 복수의 제2보호장치로부터 집중된 계산 리소스로의 접속을 포함하고 있어도 좋다.

상기 복수의 제2보호장치의 각각은 그 각각의 제2전류신호에 기초해서 그 각각의 2차 급전선에 과전류 보호를 제공해도 좋다. 상기 복수의 제2보호장치의 어느 하나는 상기 복수의 2차 급전선의 어느 하나와 관련되어 상기 복수의 2차 급전선의 다른 하나와 관련된 상기 제2로고스키 코일의 다른 하나에 접속됨으로써, 상기 복수의 2차 급전선의 다른 하나에 백업 보호를 제공해도 좋다.

제2로고스키 코일은 상기 1차 급전선과 관련되어 그 1차 급전선에서 제2의 1차 전류를 감지하도록 동작할 수 있고, 제2보호장치는 상기 제2로고스키 코일로부터 제2전류신호를 수신하도록 동작할 수 있게 해도 좋으며, 상기 제1보호장치가 상기 제1전류신호 및 상기 제2전류신호에 기초해서 1차 급전선과 관련된 장애의 존재 를 판단하도록 해도 좋다.

통신링크를 이용함으로써, 상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치의 어느 하나는, 상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치의 다른 하나가 동작할 수 없게 되어 있는 것을 판단한 때에, 상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치의 다른 하나에 대한 백업으로서 작용하도록 해도 좋다. 제1아날로그/디지탈 변환기는 상기 제1로고스키 코일에 접속되어 상기 제1전류신호를 제1디지탈 출력으로서 출력하도록 동작할 수 있고, 제2아날로그/디지탈 변환기는 상기 복수의 제2로고스키 코일의 각각에 접속되어 상기 제2전류신호를 제2디지탈 출력으로서 출력하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 이 경우, 상기 통신링크는 상기 제1디지탈 출력 및 상기 복수의 제2디지탈 출력을 입력하도록 동작할 수 있는 중앙집중 컴퓨터 리소스를 포함해도 좋고, 상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치는 상기 중앙집중 컴퓨터 리소스로부터 상기 제1디지탈 출력 및 상기 복수의 제2디지탈 출력을 수신하도록 해도 좋다.

다른 일반적인 국면에 따르면, 전기 시스템의 1차 급전선에서의 1차 전류는 제1로고스키 코일을 이용해서 측정되고, 상기 제1로고스키 코일에 의해 생성된 제1전류신호가 제1보호장치에서 수신되며, 2차 급전선에서의 2차 전류는 대응하는 제2로고스키 코일을 이용해서 측정되고, 상기 제2로고스키 코일에 의해 생성된 제2전류신호가 대응하는 제2보호장치에서 수신되며, 통신링크를 이용해서 상기 제1보호장치와 상기 제2보호장치 사이에서 상기 제1전류신호와 상기 제2전류신호가 송신되도록 되어 있다.

이 실시예는 다음의 특징의 하나 이상을 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치는 차동 릴레이를 포함하고 있어도 좋다. 상기 제1보호장치에서 상기 제1전류신호와 상기 복수의 제2전류신호에 기초해서 상기 전기 시스템과 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다.

또, 상기 제1보호장치에서 상기 제1전류신호와 상기 복수의 제2전류신호에 기초해서 상기 1차 급전선을 상기 복수의 2차 급전선의 각각에 접속하는 접속버스와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다. 상기 제1전류신호와 상기 복수의 제2전류신호를 송신함에 있어서, 상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치 사이에 피어투피어 접속을 이용해도 좋고, 혹은 중앙집중 컴퓨터 리소스를 이용해도 좋다.

상기 복수의 2차 급전선의 각각은 그 각각의 제2전류신호에 기초해서 그 각각의 2차 급전선에 과전류 보호를 제공해도 좋다. 이 경우, 상기 복수의 제2보호장치의 어느 하나가 상기 복수의 2차 급전선의 어느 하나와 관련되어도 좋고, 상기 복수의 제2보호장치의 어느 하나는 상기 복수의 2차 급전선의 다른 하나에 관련되어 있는 상기 복수의 제2로고스키 코일의 다른 하나에 접속됨으로써, 상기 복수의 2차 급전선이 다른 하나에 백업 보호를 제공하도록 해도 좋다.

상기 1차 급전선에서의 제2의 1차 전류는 제2로고스키 코일을 이용해서 측정되고, 상기 제2로고스키 코일에 의해 생성된 제2전류신호는 상기 제2보호장치에 입력되며. 상기 제1보호장치를 이용해서 상기 제1전류신호 및 상기 제2전류신호에 기초하여 상기 1차 급전선과 관련된 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다.

상기 제1전류신호는 상기 제1로고스키 코일에 접속된 제1아날로그/디지탈 변환기로부터의 제1디지탈 출력으로서 출력되고, 상기 복수의 제2전류신호는 상기 복수의 제2로고스키 코일의 각각에 접속된 제2아날로그/디지탈 변환기로부터의 복수의 제2디지탈 출력으로서 출력되어도 좋다. 이 경우, 상기 제1디지탈 출력 및 상기 복수의 제2디지탈 출력은 상기 통신링크와 관련된 중앙집중 컴퓨터 리소스에서 입력되고, 상기 제1보호장치와 상기 제2보호장치가 상기 중앙집중 컴퓨터 리소스를 통해 상기 제1디지탈 출력과 상기 복수의 제2디지탈 출력을 입력하도록 해도 좋다.

다른 일반적인 국면에 따르면, 전기적인 보호시스템은 EAF(electric arc furnace: 전기 아크노) 시스템의 일부인 제1도체에 따라 배치되어 그 제1도체 내의 제1전류를 측정하여 제1신호를 출력하도록 동작할 수 있는 제1로고스키 코일과; 제2도체에 따라 배치되어 그 제2도체 내의 제2전류를 측정하여 제2신호를 출력하도록 동작할 수 있는 제2로고스키 코일로서, 상기 제1로고스키 코일 및 이 제2로고스키 코일의 배치에 기초해서 상기 EAF 시스템 내의 보호영역이 규정되어 있는 제2로고스키 코일 및; 상기 보호영역 내에 장애가 존재하는지를 판단할 때에 상기 제1신호를 이용하도록 동작할 수 있는 보호장치를 포함하고 있어도 좋다.

이 실시예는 다음의 특징의 하나 이상을 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 상기 제1도체는 상기 EAF 시스템의 변압기의 1차 권선과 관련되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 제1로고스키 코일은 상기 변압기를 수용하는 용기(vault)의 외부에 위치되어 있다.

상기 제1도체는 상기 EAF 시스템의 변압기의 2차 권선과 관련되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 제1전류는 상기 2차 권선으로부터 출력되고, 상기 제1로고스키 코일은 상기 변압기를 수용하는 용기 내부에 위치되어 있어도 좋다. 또한, 상기 제1도체는 상기 EAF 시스템의 전극에 부착된 도전암(conducting arm)을 포함하고 있어도 좋다.

제2로고스키 코일은 상기 EAF 시스템의 제2도체를 따라 배치되어 그 제2도체에서 제2전류를 측정하여 제2신호를 출력하도록 동작할 수 있게 해도 좋다. 이 경우, 상기 제1도체는 상기 EAF 시스템의 변압기의 1차 권선과 관련되어 있고, 상기 제2도체는 상기 변압기의 2차 권선과 관련되어 있어도 좋다. 또한, 상기 보호장치는 차동 릴레이를 포함하고 있어도 좋다.

상기 차동 릴레이는 상기 제1신호 및 상기 제2신호에 기초해서 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋고, 상기 차동 릴레이는 상기 제1로고스키 코일과 상기 제2코일 사이에 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다. 제3로고스키 코일은 상기 EAF 시스템의 제3도체를 따라 배치되어 그 제3도체에서 제3전류를 측정하여 제3신호를 출력하도록 동작할 수 있게 해도 좋다.

이 경우, 상기 차동 릴레이는 상기 제2로고스키 코일과 상기 제3로고스키 코일 사이에 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋고, 혹은 상기 제1로고스키 코일과 상기 제3로고스키 코일 사이에 장애가 존재하는지를 판단하도록 해도 좋다.

상기 변압기의 동작 탭(operating tap)의 제1위치에서 상기 EAF 시스템의 변압기의 1차 권선비와, 상기 동작 탭의 제2위치에서 상기 변압기의 2차 권선비를 포함하는 테이블을 포함해도 좋다. 이 경우, 상기 보호장치는, 상기 1차 권선비 및 상기 2차 권선비가 상기 동작 탭의 현재 위치와 관련되어 있는지를 판단하도록 동작할 수 있고, 또 상기 현재 위치에 기초해서 상기 제1신호의 크기를 비교하도록 동작할 수 있게 해도 좋다.

다른 일반적인 국면에 따르면, 제1전류는 제1로고스키 코일을 이용해서 EAF(electric arc furnace) 시스템의 일부인 제1도체에서 측정되고, 제1신호는 상기 제1로고스키 코일로부터 출력되며, 상기 제1신호는 보호장치에서 입력되고, 장애는 상기 제1신호에 기초해서 상기 EAF 시스템에 있어서 존재하는지가 판단되어도 좋다.

이 실시예는 다음의 특징의 하나 이상을 포함해도 좋다. 예컨대, 제2전류는 제2로고스키 코일을 이용해서 상기 EAF 시스템의 제2도체에서 측정되고, 제2신호는 상기 제2로고스키 코일로부터 출력되며, 상기 제2신호는 차동 릴레이를 포함할 수도 있는 상기 보호장치에서 입력되어도 좋다.

이 경우, 장애는 상기 제1신호 및 상기 제2신호에 기초해서 상기 EAF 시스템의 상기 제1로고스키 코일과 상기 제2로고스키 코일 사이에 존재하는지가 판단된다. 또한, 제3전류는 제3로고스키 코일을 이용해서 상기 EAF 시스템의 제3도체에서 측정되고, 제3신호는 상기 제3로고스키 코일로부터 출력되며, 상기 제3신호는 상기 보호장치에서 입력되어도 좋다.

후자의 경우에, 장애는 상기 제2신호 및 상기 제3신호에 기초해서 상기 EAF 시스템의 상기 제2로고스키 코일과 상기 제3로고스키 코일 사이에 존재하는지가 판단되어도 좋다. 또한, 장애는 상기 제1신호 및 상기 제3신호에 기초해서 상기 EAF 시스템의 상기 제1로고스키 코일과 상기 제3로고스키 코일 사이에 존재하는지가 판단되어도 좋다.

후자의 경우에, 상기 제1도체는 상기 EAF 시스템의 변압기의 1차 권선과 관련되어 있고, 상기 제2도체 및 상기 제3도체가 상기 변압기의 2차 권선과 관련되어 있어도 좋다.

다른 일반적인 국면에 따르면, 전기적인 보호시스템은, EAF(electric arc furnace) 시스템의 제1위치에서 제1전류를 측정하여 제1신호를 출력하도록 배치된 제1로고스키 코일과, EAF 시스템의 제2위치에서 제2전류를 측정하여 제2신호를 출력하도록 배치된 제2로고스키 코일 및, 상기 제1신호 및 상기 제2신호를 입력하고서, 이들 제1신호 및 제2신호에 기초해서 상기 EAF 시스템 내에 장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있는 보호장치를 포함하도록 해도 좋다.

이 실시예는 다음의 특징의 하나 이상을 포함해도 좋다. 예컨대, 상기 보호장치는 차동 릴레이를 포함하고 있어도 좋다. 또한, 상기 보호장치는, 장애의 판단 시에 상기 EAF 시스템과 관련된 회로 차단기를 개방하도록 동작할 수 있게 해도 좋다.

하나 이상의 실시예의 상세(詳細)가 첨부도면 및 이하의 설명에 서술되어 있다. 다른 특징은 설명 및 도면, 그리고 청구의 범위로부터 명백해질 것이다.

도 1은 전기 보호시스템의 회로도,

도 2는 도 1의 전기 보호시스템에서 이용되는 로고스키 코일의 제1도면,

도 3은 도 1의 전기 보호시스템에서 이용되는 로고스키 코일의 제2도면,

도 4 내지 도 7은 스폿 네트워크 보호시스템의 회로도,

도 8 내지 도 12는 서브스테이션 보호시스템의 회로도,

도 13은 제1전기 아크노(EAF; electric arc furnace) 보호시스템의 회로도,

도 14는 도 13의 EAF 보호시스템의 실현에 대한 도면,

도 15는 도 13의 EAF 보호시스템에서 이용될 수 있는 로고스키 코일의 제1도면,

도 16은 도 13의 EAF 보호시스템에서 이용될 수 있는 로고스키 코일의 제2도면,

도 17은 제2EAF 보호시스템의 회로도,

도 18은 전기 보호시스템을 테스트하기 위한 제1테스트회로의 회로도,

도 19는 도 18의 테스트회로의 테스트결과의 그래프,

도 20은 도 18에 도시된 파형과 비교되는 제1그래프,

도 21은 도 19에 도시된 파형과 비교되는 제2그래프,

도 22는 전기 보호시스템을 테스트하기 위한 제2테스트회로의 회로도,

도 23은 도 22의 테스트회로의 시뮬레이션 결과를 설명하는 그래프이다.

도 1은 전기 보호시스템(100)의 회로도로서, 제1도체(102)는 제1보호영역(104) 내의 회로요소로 전류(I_1A)를 보낸다. 제1보호영역(104)은 예컨대 변압기와 같은 하나 이상의 회로요소(도시되지 않음)를 구비한다. 이러한 변압기는, 전류(I_2A)가 제2도체(106)를 통해 출력되도록 제1도체(102)에 관련된 제1전압을 변압기가 제2도체(106)로 공급하는 제2전압으로 변환시킬 수 있다. 다만, 소정의 회로요소는 제1보호영역(104) 내에 구비될 수 있다.

제1코일(108)은 제1도체(102)를 에워싸고 전류(I_1B)를 출력한다. 예컨대, 제1코일(108)은 로고스키(Rogowski) 코일이어도 좋다. 통상적으로, 로고스키 코일은 비자성 코일 둘레에 감겨진 도전성 요소를 포함하고 있다. 예컨대, 도전성 요소는 금속와이어 혹은 금속적층부재이다. 비자성 코일은 예컨대 공심(air core) 혹은 도전성 요소가 추적된 인쇄회로기판(PCB)과 같은 자유공간의 침투성과 실제로 동일한 자성 침투성을 갖는 임의의 소재로 만들어진다.

전형적으로, 도체(102)가 코일(108) 내에 위치되면 코일(108)은 이 코일 내에 유도되는 전압을 측정하고, 이어서 이 측정한 전압을 기초로 하여 전류(I_1B)를 계산한다. 따라서, 전압측정장치 혹은 전류계산장치와 같은 다양한 계측장치(도시되지 않음)가 코일(108)에 연결될 수 있다. 이러한 장치는 각각의 기능을 수행하기 위한 컴퓨터용 하드웨어 혹은 소프트웨어를 구비하거나 혹은 이들과 관련될 수 있다.

코일(108)은 다양한 기술에 따라 구성될 수 있다. 예컨대, 이러한 기술은 미국특허 제6,313,623호 및 미국 특허출원 제10/083,646호로 공지되어 있고, 이들 양쪽의 개시내용은 본 특허에 레퍼런스로 인용된다. 예컨대, 코일(108)은 서로 결합될 때에 하나의 주 루프(혹은 복수의 주 루프)를 형성하도록 2개 이상의 아암(arm)을 포함할 수 있다. 도전성 요소를 권회하기 위한 다양한 권선기술이 코일(108)을 구성하는데 사용될 수 있고, 코일(108)은 다양한 방법으로 서로 연결되어 있는 복수의 코일을 포함할 수 있다. 코일(108)과 관련된 이들 및 그 밖의 구조의 상세한 설명은 전류(I_1B)를 판단함에 있어서의 감도와 정밀도를 높이도록 선택될 수 있다.

제2코일(110)은 제2도체(106)를 에워싸고 전류(I_2B)를 출력한다. 전류(I_1B)와 전류(I_2B)는 각각 한쌍의 제1와이어(112)와 한쌍의 제2와이어(114)를 따라 릴레이(relay; 116)로 출력된다. 일반적으로, 릴레이(116)는 회로의 단선과 다른 시스템의 오동작(malfunction) 및 오류에 대한 통합(집적)된 보호를 제공한다. 이에 대해서는, 아래에서 더욱 상세히 기술될 것이다. 릴레이(116)는 통합된 보호를 자동적으로 실행하도록 프로그램되거나 미리 결정된 알고리즘과 관련될 수 있다.

보호시스템(100)과 관련해서, 릴레이(116)는 전기적 혹은 기계적 오동작에 대해 다양한 타입의 보호를 제공함과 더불어, 이들 타입의 보호를 응집 보호방식(cohesive protection scheme)으로 통합시킬 수 있다. 더욱이, 통합된 전기 보호시스템을 구성하기 위한 추가의 옵션을 제공하기 위해서, 릴레이(116)는 다른 릴레이 및/또는 다른 코일과 상호작용할 수 있다.

릴레이(116)에 의해 제공되는 보호의 한 타입으로는 차동 보호(differential protection)가 있다. 차동 보호방식에서는, 릴레이(116)는 전류(I_1B)와 전류(I_2B)가 미리 결정된 관계를 유지하도록 하기 위해 이들 2개의 전류를 비교하도록 동작한다. 일례로서, 릴레이(116)는 출력전류(I₀)가 전류(I_1B)와 전류(I_2B)의 차를 초과하는 것을 판단할 수 있고, 이 경우에 허용가능한 레벨의 측정오차를 고려하기 위한 인자를 포함할 수 있다. 이렇게 해서, 릴레이(116)는 예컨대 회로차단기 또는 다른 회로보호요소(도시되지 않음)를 작동시킴으로써, 제1보호영역(104) 내의 회로요소를 보호할 수 있다.

릴레이(116)에 의해 실현되는 제2타입의 보호는 과전류감지에 관한 것으로, 이 경우에는 릴레이(116)는 회로의 요소 혹은 회로의 특정 부분의 최대허용 전류레벨을 미리 프로그램하고 있다. 릴레이(116)는 제2보호영역(118) 내의 전류(I_2A)와 같은 과전류 보호영역 내의 실제의 전류(전류(I_2B)로 나타냄)를 최대 전류레벨과 비교한다. 이 최대 전류레벨을 초과하면, 릴레이(116)는 적당한 회로차단기를 작동시켜 제2보호영역(118) 내의 요소를 보호할 수 있다.

보호시스템(100)의 다른 국면에 있어서는, 예컨대 제1보호영역(104)과 제2보호영역(118) 중 하나 또는 양쪽에 대한 예비보호영역으로서 제3보호영역(120)을 규정할 수 있다. 예컨대, 코일(100)이 오동작하여 사용 불가능으로 된 경우에는, 제1보호영역(104)의 차동 보호와 제2보호영역(118)의 과전류 보호의 양쪽이 이용 불가능으로 될 수 있다. 이러한 경우에는, 릴레이(116)는 예컨대 각각 제1 및 제2보호영역(104,118) 내의 모든 회로요소(다시 말하면, 제3보호영역(120) 내의 모든 회로요소)에 대해 예비 과전류 보호를 제공할 수 있다.

릴레이(116)는 다양한 방법으로 관련된 전류를 측정할 수 있다. 예컨대, 릴레이는 각 전류의 하나 이상의 완전한 사이클의 샘플을 취할 수 있고, 이들 샘플을 이용하여 전류의 주파수, 진폭 및 위상을 판단할 수 있다. 다른 예로서는, 릴레이(116)는 시간에 대한 전류의 차분을 계산할 수 있다. 후자의 방법을 이용하면, 관련 전류의 완전한 사이클을 획득하는 것이 불필요하다.

예컨대, 릴레이(116)는 복수의 전압 및/또는 전류 입력을 가진 3상 릴레이와 같이 마이크로프로세서에 의해 제어되는 다기능 릴레이여도 좋다. 아래에서 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 릴레이(116)는 회로차단기, 동반 릴레이(companion relay), 제어장치 및 다른 회로요소와 연통되어도 좋다. 예컨대, 릴레이(116)는 장애를 감지하면 회로차단기를 작동시킬 수 있도록 전류(I_1A)에 관해 코일(108) 전에 배치한 상류의 회로차단기에 접속될 수 있다. 다른 예로서는, 릴레이(116)는, 전기 보호시스템을 실현할 때에 릴레이(116)를 갖춘 지지부재가 다른 릴레이와 연통하는 네크워크 스위치 혹은 허브(hub)에 접속할 수 있다.

게다가, 코일(108,110)은 와이어(112,114)에 유사하게 쌍으로 이루어진 하나 이상의 와이어를 통해 직접적으로 또는 예컨대 네크워크 스위치 혹은 허브를 통해 간접적으로 제2릴레이(도 1에는 도시되지 않음)에 접속될 수 있다. 이러한 경우에는, 제2릴레이는 코일(108,110)로부터 측정된 전류를 수신함으로써 (변압기(104)와 도체(102)를 보호하도록) 릴레이(116)에 급속 예비보호를 제공할 수 있다.

이상에 있어서는, 전기 보호시스템(100)에 의해 보호될 회로요소로서 변압기에 대해 설명했지만, 다른 회로요소를 사용할 수도 있다. 예컨대, 이러한 시스템에 의해 하나 이상의 급전선 선로(feeder line)로 전력을 분산하는 네트워크 버스(network bus)를 보호할 수 있다. 이러한 경우에는, 차동코일(전류센서)은 각각의 급전선 선로에 연결될 수 있고, 릴레이(116)는 버스에 유입된 전류가 급전선 선로로부터 나가는 총전류와 동일함을 확인할 수 있다.

이들 기술 및 관련된 기술을 이용함으로써, 민감하거나 고가인 전기장치를 장애전류에 의한 손상으로부터 보호할 수 있다. 더욱이, 코일(108,110)을 회로와 장비의 선택된 부분의 주변에 배치하여 도 1의 보호영역(104,118,120)을 형성함으로써, 장애전류의 위치뿐만 아니라 존재 여부를 정확히 검출할 수 있다. 추가로, 설치의 용이성을 향상시키기 위해 전류센서(코일)와 릴레이의 수를 (다른 전기 보호시스템에 비해) 최소화할 수 있다. 본 발명에 따른 시스템(100) 및 이와 관련된 시스템의 이들 및 다른 사용법에 대해서는, 아래에서 더욱 상세히 기술된다.

도 2는 도 1의 전기 보호시스템(100)에 있어서 사용가능한 로고스키 코일을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 도체(202,204,206)는 각각 로고스키 코일(208,210,212)로 에워싸여 있다. 로고스키 코일은 도체(202,204,206)의 둘레에 개별적으로 설치가능한 개별의 소자라는 것을 이해해야 한다.

또, 도 3은 도 1의 전기 보호시스템(100)에 있어서 사용가능한 다른 로고스키 코일을 도시하고 있다. 도 2와는 대조적으로, 이 도 3에는 본체(308) 내에 일체로 형성된 로고스키 코일(302,304,306)이 도시되어 있다. 단일의 출력 컨넥터(310)는 3개의 로고스키 코일(302,304,306)의 출력을 취득하기 위해 사용될 수 있다. 이들 코일(302,304,306)은 3상 시스템 내의 상전류(phase current)를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 추가적인 중성의 로고스키 코일(313)은 잔류전류 측정치를 생성할 목적으로 도체(202,204,206)를 통과하는 전류의 합계를 검출하기 위해 사용될 수 있다.

도 4는 제1스폿 네트워크 보호시스템(400)의 회로도이다. 단순하고 명료하게 하기 위해, 이 도 4는 단선도(single-line diagram)로 도시되어 있다. 이 도 4(뿐만 아니라 다음의 첨부도면)에 있어서는, 주어진 단선이 물리적인 실시에 존재할 수 있는 2개 이상의 유사하거나 동일한 선을 나타내는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 도 4의 단선의 도체는 도 2와 도 3에 도시되어 있는 것 등의 3개의 도체의 세트를 나타낼 수 있다.

일반적으로, 스폿 네트워크 시스템이라고 하는 것은 단일의 상업용 빌딩과 같은 단일의 소비자 부하를 대상으로 실현되는 네트워크 시스템이다. 스폿 네트워크 시스템은 작은 크기로 사용되는 그리드 네트워크 시스템이라고 생각할 수도 있는데, 여기서 이 그리드 네트워크 시스템은 고밀도로 밀집된 도시지역에 대해 아주 유연하고 신뢰성이 높은 방법으로 전력을 공급하도록 개발된 타입의 네트워크이다.

이러한 스폿 네트워크 시스템과 그리드 네트워크 시스템은 1차 공급자로부터 2차 부하로 전력을 변환하기 위한 복수의 네트워크 유니트를 포함하고 있다. 따라서, 네트워크 유니트는 전형적으로 1차 케이블(예컨대 전력공급회사로부터 나오는 케이블)에 입력쪽이 접속되고, 2차 케이블(예컨대 소비자에게 서비스를 제공하는 케이블)에 출력쪽이 접속되어 있다. 내부적으로, 네트워크 유니트는 1차 스위치장치(전력이 1차 케이블로부터 전송되는지를 결정하기 위한)와, 네트워크 변압기 및, 회로차단기와 휴즈 등과 같은 다양한 전기보호요소를 포함할 수 있다. 스폿 네트워크 시스템의 네트워크 유니트에 대해서는 아래에서 더욱 상세히 설명하되, 이와 유사한 설명이 그리드 네트워크 시스템의 네트워크 유니트에 대해서도 적용될 수 있다.

도 4에 있어서, 스폿 네트워크 시스템은 스폿 네트워크 유니트(이하, SNU라 함; 402,404,406)를 포함하고 있다. 이들 SNU(402,404,406)에 있어서는, 각각 코일(408,410,412)이 SNU의 1차측 또는 입력측과 관련되어 있다. 이들 코일(408,410,412)은 릴레이(414,416,418)에 연결되어 있다. 이들 릴레이(414,416,418)는 SNU의 2차측 또는 출력측과 관련되어 있는 코일(420,422,424)에 연결되어 있다.

따라서, 도 1의 전기 보호시스템(100)에 대해 전술한 바와 같이 둘 이상의 코일과 릴레이로 된 각 그룹이 정보를 보호하거나 유지하도록 기능하고 있다. SNU(402)를 예로 들면, 코일(408,420)은 복수의 전류 및 전압 입력을 갖는 다기능 차동릴레이로 될 수 있는 릴레이(414)에 대해 전류 측정치를 제공하는 전류센서로서 기능한다. 이 릴레이(414)는 코일(408,420)의 각각으로부터의 전류측정치를 비교하여, 예컨대 코일(408,420) 사이의 전류흐름에 따라 어느 부분에 장애전류가 존재하는지를 판단한다. 이러한 장애전류는 SNU(402)와 관련되고 코일(408,420) 사이에 배치된 임의의 전기 컴포넌트와 관련될 수 있으며, 코일(408,420) 사이에 배치된 전기 컴포넌트는 코일(408,420)과 릴레이(414)의 "보호영역" 내에 있는 것이라 할 수 있다. 코일(408,420)뿐만 아니라 여기에서 기술되어 있는 다양한 코일은 로고스키 코일이어도 좋다.

SNU(402,404,406)는 각각 이 SNU의 네트워크 변압기(432,434)로의 전력을 차단할 수 있는 1차 회로차단기(426,428,430)를 각각 포함하고 있다. 이들 SNU(402,404,406)의 네트워크 변압기(432,434,436)는 각각의 변압기(432,434,436)의 1차측 또는 입력측에서의 1차 전압을 2차측 또는 출력측에서의 낮은 2차 전압으로 "강압"시킴과 동시에, 1차 전류를 높은 2차 전류로 "상승"시키도록 기능한다.

제1세트의 전압 변압기(438,440,442)는 2차 회로차단기(444,446,448)의 입력에서 이들 변압기(432,434,436)의 2차측의 전압을 검출한다. 마찬가지로, 제2세트의 전압 변압기(450,452,454)는 2차 회로차단기(444,446,448)의 출력에서의 전압을 검출한다. 이들 두 세트의 변압기는 릴레이(414,416,418)에 접속되어 있고, 예컨대 1차 전압 또는 2차 전압을 릴레이(414,416,418)에 허용가능한 레벨로 강압시키도록 기능한다. 이들 변압기의 각각은 측정된 전류와 관련된 전압을 변압기의 각각의 릴레이에 공급하도록 기능하지만, 이러한 전압은 예컨대 소망하는 전력신호의 방향이나 크기를 산출하는데 필요하게 될 수 있다. 더구나, 이들 측정된 전압은 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 전류측정을 조절하기 위한 하나 이상의 릴레이에 동기신호를 공급하는데 이용될 수 있다.

예컨대, 2차 회로차단기(444,446,448)는 저전압 기중차단기로 될 수 있고, 릴레이(414,416,418)는 역전력 릴레이(SNU 내의 역전류흐름을 검출하는 것)로 기능하거나, 위상(phasing) 릴레이(미리 결정된 쌍의 전압 사이에서의 위상각을 비교함으로써 2차 회로차단기(444,446,448)의 폐쇄를 관리하는 것)로 기능할 수 있다.

휴즈(456,458,460)는 SNU(402,404,406)를 위한 또 다른 추가적인 보호로서 기능한다.

게다가, 모든 SNU(402,404,406)는 콜렉터 버스(collector bus; 462)에 의해 함께 접속되어 있다. 다른 기능 중에서, 이 버스(462)는 작동하는 SNU로부터 작동하지 않는 SNU의 출력으로 전력을 전달할 수 있도록 함으로써, 스폿 네트워크 시스템(400) 내에서의 리던던시(redundancy: 용장성)를 제공하고 있다.

휴즈(464,466,468)는 SNU(402,404,406)의 출력에서 최종 레벨의 보호를 제공하고 있다. 이들 휴즈(464,466,468)는, 예컨대 소비자의 스위치기어(switchgear; 도시되지 않음) 내, 또는 소비자의 스위치기어에 대한 버스(462)의 상호접속부에서 (저전압) 버스(462)의 지속적인 고전류 장애를 해제하기 위해 이용될 수 있다.

스폿 네트워크 시스템(400)에서는, 장애의 검출과 해제는 비선택적이거나 선택적이어도 좋다. 즉, 이 스폿 네트워크 시스템(400)은 모든 SNU(402,404,406)를 폐쇄시키거나, 또는 장애가 검출된 SNU만을 폐쇄시킴으로써, 시스템(400) 내의 어딘가에서의 장애의 검출에 응답할 수 있다.

3쌍의 코일 사이에 있는 보호영역에서의 비선택적인 장애 검출과 해제의 일례로서는, 릴레이(414,416,418) 중 하나가 장애를 검출하고, 회로차단기의 대응하는 접속(470 또는 472 또는 474)을 이용하여 1차 회로차단기(426,428,430) 중의 대응하는 것(또는 2차 회로차단기(444,446,448) 중의 하나)을 작동시킬 수 있다. 릴레이(414,416,418)는 서로 연통하여 네트워크(476)와 같은 통신링크를 통한 비선택적인 장애 해제를 실행할 수 있다.

이러한 비선택적인 장애 해제는 안전하고, 실행도 용이하며, 비용 효율도 높다. 그렇지만, 이러한 실행도 필요 이상으로 서비스의 중단을 초래할 수 있다.

선택적인 장애 검출과 해제의 일례로서는, 릴레이(414)가 SNU(402) 내의 장애를 검출하고, 1차 회로차단기(426) 또는 2차 회로차단기(444)를 작동시킴으로써 응답할 수 있다. 이 예에서는, 릴레이(414)는 네트워크(476)를 통해 SNU(404,406)에 대해 릴레이(414)가 장애를 검출했음을 즉각 알린다. SNU(404,406)는 1차 회로차단기(426) 또는 2차 회로차단기(444)가 실제로 작동되었다는 확인을 기다리고 있는 사이의 미리 결정된 시간동안 통상의 동작을 계속한다. 이 확인이 수신되면, SNU(404,406)는 통상의 동작을 계속하고, 버스(462)는 작동하는 SNU(404,406)의 하나 이상의 것으로부터 작동하지 않는 SNU(402)의 출력에 대해 전력을 보내는데 이용될 수 있다. 상기 확인이 수신되지 않으면, 릴레이(416,418)는 그 각각의 회로차단기(428,446; 430,448)를 작동시킨다.

이러한 선택적인 장애 해제 실행은, 예컨대 전술한 비선택적인 실행과 비교하면, 릴레이(414,416,418)를 연결하고 프로그래밍하는데 더 한층의 노력을 필요로 하게 된다. 그렇지만, 이 선택적인 장애 해제 실행은 스폿 네트워크 시스템(400)의 사용자가 경험하는 정전의 횟수를 최소화시키는데 도움이 된다.

도 5는 제2스폿 네트워크 보호시스템(500)의 회로도이다. 이 스폿 네트워크 시스템(500)은 도 4의 SNU(402,404,406)와 유사한 SNU(502,504,506)를 포함하고 있다. 이들 SNU(502∼506)는 각각, 추가적인 코일(508,510,512)을 포함하고 있다는 점에서 SNU(402∼406)와 상이하다.

SNU(502)를 참조하면, 코일(508)은 한쪽에 2차 회로차단기(444)와 휴즈(456)를, 다른쪽에는 버스(462)를 갖도록 배치되어 있다. 이러한 구성은 SNU(502)가 복수의 독립된 보호영역을 제공하는 것을 가능하게 한다. 구체적으로는, 제1보호영역(514)은 1차 회로차단기(426)의 1차 입력측에 배치된 제1도체를 포함하고 있다. 제2보호영역(516)은 네트워크 전력변압기(432)와 2차 회로차단기(444) 및 코일(508)에 연결되어 있는 다른 도체를 포함하고 있다. 마지막으로, 제3보호영역(518)은 코일(420)에 연결된 다른 도체와 함께 콜렉터 버스(462)를 포함하고 있다. 이들 보호영역(514,516,518)은 SNU(504,506)에도 적용됨을 이해해야 한다.

스폿 네트워크 시스템(500)에 있어서는, 릴레이(414,416,418) 중의 하나가 특정한 보호영역(514,516,518) 중의 하나에서 장애를 검출하고, 장애의 검출과 해제에서의 추가적인 선택을 실행할 수 있다. 예컨대, 변압기(432) 내의 장애의 경우에, 릴레이(414)는 코일(408,508)로부터의 신호와, (변압기(438,450)를 통해 검출되는) SNU(502)를 통한 관련된 역전력에 기초하여 과전류를 검출할 수 있다.

따라서, 릴레이(414)는 릴레이(416,418)에 대해 장애의 검출을 즉각 알릴 수 있고, 릴레이(416,418)는 릴레이(414)에 의한 적절한 작용에 관한 확인을 기다리게 된다. 릴레이(414)가, 예컨대 1차 회로차단기(426) 또는 2차 회로차단기(444)를 작동시키는 것과 같은 적절한 작용을 취하면, 릴레이(416,418)는 그 취지를 통지하게 되고, SNU(504,506)는 통상의 동작을 계속하게 된다. 그렇지만, 미리 결정된 시간 내에 릴레이(414)가 적절한 작용을 취하였다고 하는 확인을 릴레이(416,418)가 수신하지 못하게 되면, 이들 릴레이(416,418)는 그 관련된 1차 회로차단기(428,430) 또는 2차 회로차단기(446,448)를 작동시킬 수 있다. 이렇게 해서, 서비스의 중단이 감소됨과 더불어, 예비 보호를 제공할 수 있다.

스폿 네트워크 시스템(500)에서의 선택적인 장애 해제의 다른 예는, 버스(462)를 포함하는 제3보호영역(518)에서의 장애를 포함할 수 있다. 일반적으로, 버스(462)와 관련된 장애는, 이 버스(462)가 모든 SNU(502,504,506)와 관련되어 있기 때문에 렐레이(414,416,418)의 각각에서 전류의 동일하거나 거의 동일한 변화로서 검출될 수 있다. 예컨대, 릴레이(414,416,418)는 코일(408,410,412) 및 코일(508,510,512)로부터의 신호에 기초하여 1차 전류에서의 급격한 증대를 검출할 수 있다. 동시에, 코일(420,422,424)에 의해 검출되는 2차 전류는 (장애저항에 의해) 현저하게 변화하지 않는다. 릴레이(414,416,418)는 네트워크(476)를 통해 서로 연통되어 있기 때문에, 이들은 이러한 정보를 각각 통지하고 있고, 따라서 장애가 제3보호영역(518)에 존재하고 있음을 추론할 수 있으며, 그 결과 모든 1차 회로차단기(426,428,430)를 작동시킬 수 있다.

스폿 네트워크 시스템(500)에서의 선택적인 장애 해제의 또 다른 예는, 제1보호영역(514)에서의 장애를 포함할 수 있다. 이 경우에, 장애는 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이 검출할 수 있다.

도 6은 제3스폿 네트워크 보호시스템(600)의 회로도이다. 이 스폿 네트워크 시스템(600)은 도 4의 SNU(402,404,406) 및 도 5의 SNU(502,504,506)와 유사한 SNU(602,604,606)를 포함하고 있다. 이들 SNU(602,604,606)는 1차 회로차단기(426,428,430)를 고속 접지스위치(fast-grounding switch; 606,608,610)로 대체하고 있는 점에서 전술한 SNU와 상이하다.

이 보호영역(614) 내에 포함되어 있는 고속 접지스위치(608,610,612)는 저전류 장애가 일어날 때 폐쇄하도록 설계되어 있다. 이 경우에는, 장애전류가 증대하여 관련된 서브스테이션(변전소; 도시되지 않음)에 배치되어 있는 회로차단기가 전류를 차단하게 된다. 예컨대, 장애가 검출된 것을 (예컨대 광역네트워크(Wide Area Network: WAN)를 이용하여) 서브스테이션에 직접 통신하는 등과 같은, 변전소의 회로차단기를 작동시키는 다른 기술도 존재하고 있다.

도 7은 제4 스폿 네트워크 보호시스템(700)의 회로도이다. 스폿 네트워크 시스템(700)은 도 4의 SNU(402,404,406)와 유사한 SNU(702,704,706)를 포함하고 있다. SNU(702,704,706)는 도 4에 도시된 것에 더하여 복수의 추가적인 접속(도 7에 굵은 선으로 도시됨)을 이용하여 메인 및 고속 백업 보호를 제공하고 있다.

더욱 구체적으로는, 이 스폿 네트워크 시스템(700)에 있어서는, SNU(702,704,706)의 각각은 시스템(700) 내의 적어도 하나의 다른 SNU를 감시하고, 이것에 영향을 미치는 능력을 갖고 있다. 따라서, SNU(702)에서는, 접속(708)은 릴레이(414)에 대해 SNU(704)에서의 1차 전류에 대한 정보를 (코일(410)을 통해) 제공하는 반면, 접속(710)은 릴레이(414)에 대해 SNU(704)에서의 2차 전류에 대한 정보를 (코일(422)을 통해) 제공한다. 제어접속(712)은 릴레이(414)에 대해 SNU(704) 내의 회로 차단기(428,446)의 하나 또는 양쪽을 동작시키는 능력을 제공하고 있다.

마찬가지로, SNU(704)에서는, 접속(714)은 릴레이(416)에 대해 SNU(706)에서의 1차 전류에 대한 정보를 제공하는 반면, 접속(716)은 릴레이(416)에 대해 SNU(706)에서의 2차 전류에 대한 정보를 제공한다. 제어접속(718)은 릴레이(416)에 대해 SNU(706) 내의 회로 차단기(430,448)의 하나 또는 양쪽을 작동시키는 능력을 제공하고 있다.

최후로, SNU(706)에서는, 접속(720)은 릴레이(418)에 대해 SNU(702)에서의 1차 전류에 대한 정보를 제공하는 반면, 접속(722)은 릴레이(418)에 대해 SNU(702)에서의 2차 전류에 대한 정보를 제공한다. 제어접속(724)은 릴레이(418)에 대해 SNU(702) 내의 회로 차단기(426,444)의 하나 또는 양쪽을 작동시키는 능력을 제공하고 있다.

이 시스템(700)에 있어서는, 릴레이(414,416,418)는 코일(408,410,412,420,422,424)의 2개 이상으로부터 직접적인 신호를 수신함으로써 "고속" 백업 보호를 제공한다. 예컨대, 릴레이(414)는 접속(708,710)을 통해 SNU(704) 내에 장애 전류가 존재하고 있음을 판단할 수 있다. 이어서, 릴레이(414)는, 릴레이(416)가 그 장애를 해제할 수 있도록 소정 시간만큼 기다릴 수 있다. 그리고, 릴레이(416)가 소정 시간 내에 장애를 검출 및/또는 해제하지 못하면, 릴레이(414)는 제어 접속(712)을 이용하여 SNU(704)의 회로 차단기(428 및/또는 446)를 직접 작동시킬 수 있다.

더욱이, 현재 장애가 존재하고 있지 않은 경우라 하더라도, 동작 불가능하게 된 릴레이는 나머지 릴레이에 의해 검출된다(또는 통지된다). 예컨대, 릴레이(418)는 유지보수를 위해 동작 불가능하게 되거나 또는 제거될 수 있지만, 이 경우에는 접속(714,716)을 통해 릴레이(416)가 SNU(706)를 흐르는 전류를 측정할 책임을 맡아야 된다는 것을 통지할 수 있다(또는 알 수 있다). 필요에 따라, 릴레이(416)는 장애를 검출하자마자 제어접속(718)을 이용하여 SNU(706)의 회로 차단기(430,448)를 작동시킬 수 있다.

도 7의 실시예 및 관련된 실시예에 있어서는, 장애 해제의 전체적인 속도 또는 소정의 보호영역에 영향을 미치지 않고 고속 백업 보호를 매우 신속하게 제공할 수 있다.

이상 도 1∼도 7을 참조해서 특정의 실시예에 대해 설명했지만, 이러한 실시예의 변형이나 조합을 실행하는 것도 역시 가능하다. 예컨대, 도 7에서의 스폿 네트워크 시스템(700)의 실시예에서, 도 7에 도시된 6개의 코일 대신, 9개의 코일을 사용하여 (도 5의 스폿 네트워크 시스템(500)의 실시예와 마찬가지로) 더 많은 수의 보호영역(보호 존)을 제공할 수 있다. 다른 예로서, 라인 크루(crew)가 어느 하나의 네트워크 장비에 관한 작업을 시작할 경우, 릴레이(414,416,418)를 동시에 작동시키기 위해 오버헤드(overhead) 전력 공급선의 "핫 라인 태그(hot line tag)"를 통합할 수 있다.

설명된 실시예와 더불어 다른 다양한 요소를 사용할 수 있다. 예컨대, 변압기(transformer) 내의 열 센서, 자외선 광센서, 연기 검출기, 또는 충격압력 릴레이(Sudden Pressure Relay: SPR)가 스폿 네트워크 시스템 내의 다양한 회로 요소에 대한 부가적인 또는 (어떤 경우에는) 대체적인 보호를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

상기에 설명된 실시예는 일차적으로는 스폿 네트워크 시스템에 관한 것이지만, 유사한 기술이 그리드(grid) 네트워크 시스템 뿐만 아니라 많은 다른 타입의 시스템에서 사용될 수 있다. 예컨대, 그리드 네트워크 시스템에서는, 대응하는 수의 그리드 출력에서의 복수의 코일 모두를, 그리드 네트워크의 다양한 출력 전류의 합계를 입력 전류와 비교하는 단일의 릴레이에 접속할 수 있다.

또한, 도 4∼도 7의 실시예에서는 3개의 네트워크 유니트를 가진 시스템에 초점을 맞추고 있지만, 다른 실시예에서는 대응하는 수의 코일 및/또는 릴레이를 가지는 더 적거나 또는 더 많은 네트워크 유니트를 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 로고스키 코일은 낮은 레벨의 전류 변화에도 매우 민감하고, 따라서 예컨대 일련의 아크 장애 전류를 검출하여 해제할 수 있다. 이러한 장애 전류는 통상 발생 가능한 최대 장애 전류와 비교하여 대단히 작고, 부하 전류보다도 그다지 크지 않다.

이 작은 전류의 변화를 검출하는 능력은 장애 검출 레벨을 상대적으로 낮게 설정함으로써, 신뢰성을 희생시키지 않고 장비에 대한 스트레스(또는 손상)를 감소시킬 수 있고 장애에 대한 응답시간을 빠르게 할 수 있다는 것을 의미한다. 더욱이, 화재 전파의 위험이 감소되고, (더 빠른 서비스의 복구를 포함하는) 더 빠른 응답시간을 제공할 수도 있다.

로고스키 코일은 포화하지 않도록 설계할 수 있으므로 대전류를 처리할 수 있고, 네트워크 유니트 외부의 장애(예컨대, 고객 장비 내의 장애)에 의해 발생할 수 있는 회로 차단기의 잘못된 작동을 회피할 수 있다. 또한, 로고스키 코일은 보통 외부 자장에 대한 내성을 갖고 있으므로, 전류 측정에 대한 외부 자장의 어떠한 영향도 회피할 수 있다. 더욱이, 로고스키 코일은 상대적으로 비싸지 않고, 커다란 공간이나 배선을 필요로 하지 않는다. 최후로, 로고스키 코일은, 예컨대 코일 내에 적절한 도전체를 단순히 배치함으로써(또는 도전체 주위에 코일을 배치함으로써) 용이하게 설치할 수 있다.

스폿 네트워크 시스템과 그리드 네트워크 시스템의 양자에 있어서, 서비스의 신뢰성은 일차적인 설계 목표이다. 그 결과로서, 하나 이상의 백업 부품에도 장애가 발생할 때까지는 고장난 부품이 통지되지 않을 수 있기 때문에, 그러한 시스템의 유지보수는 매우 어렵다. 그러나, 설명된 실시예에서는, 소정의 보호영역을 이용하여 장애의 크기와 위치의 양쪽에 관한 정보를 제공할 수 있다. 따라서, 장애는 관련 시스템의 여분의 것이 소진되기 전에 장애를 정확히 특정하여 정정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 다양한 실시예에 의한 장애 검출 기술을, 통신 시스템을 매개로 그리고 지역적으로 메인 및 백업 보호를 제공하기 위해 네트워크 유니트의 1차측 및/또는 2차측에 적용할 수 있다. 이 보호는 특정 사용자의 요구에 따라 다양한 레벨에 대해 선택적이거나 또는 비선택적일 수 있다.

도 8은 서브스테이션 보호시스템(800)의 회로도이다. 도 8에 있어서, 1차 또는 입력 급전선(802)은 버스(804)를 통해 전력을 2차 또는 출력 급전선(806,808,810,812)에 공급하고 있다. 1차 릴레이(814)는 코일(816)과 코일(818)을 통해 입력 급전선의 전류에 대한 전류 정보를 수신한다. 그리고, 이 코일(816,818)로부터의 전류정보를 이용하여, 1차 릴레이(814)는 전력 변압기(820)에 대한 메인 보호를 제공한다.

구체적으로는, 상술한 바와 같이, 1차 릴레이(814)는 복수의 전류 및 전압 입력을 가지는 다기능 차동 릴레이(multi-function differential relay)이어도 좋고, 그들 사이의 받아들일 수 없는 차를 식별하기 위해 코일(816,818)로부터의 전류정보를 비교할 수 있다. 이러한 차를 검출하면, 1차 릴레이(814)는 입력 급전선(802)으로 들어오는 전류를 차단하기 위해 회로 차단기(822)를 작동시킨다. 이 1차 릴레이(814)는 (도 4∼도 7에 도시된 바와 같이) 회로 차단기(822)에 접속되어 있지만, 명료한 도시를 위해 도 8에는 이러한 접속은 도시되어 있지 않다.

제1급전선 릴레이(824)는 제1급전선(806)과 관련된 코일(826)과, 제2급전선(808)과 관련된 다른 코일(828)과 직접 접속되어 있다. 제1급전선 릴레이(824)는, 코일(826)로부터 제1급전선(806)의 전류에 관한 정보를 얻는다. 이러한 전류를 소정의 최대 허용가능 전류와 비교함으로써, 제1급전선 릴레이(824)는 과전류 감지의 형태로 제1급전선(806)에 대한 메인 보호를 제공한다. 제1급전선 릴레이(824)가 장애가 존재한다고 판단한 경우, 릴레이(824)는 제1급전선(806)으로의 전력을 차단하기 위해 전류 차단기(830)를 작동시킨다.

마찬가지로, 제2급전선 릴레이(832)는 제2급전선(808)에 대한 메인 보호를 제공한다. 즉, 제2급전선 릴레이(832)는 코일(828)을 통해 제2급전선(808)에 대한 과전류를 감지하고, 전류 차단기(834)를 작동시킴으로써 장애를 해제한다. 더욱이, 코일(828)로의 직접 접속을 이용하여, 제1급전선 릴레이(824)는 제2급전선(808)에 대한 과전류 감지 백업 보호를 제공한다. 구체적으로는, 제1급전선 릴레이(824)는 코일(828)로부터의 정보를 감시하고, 제2급전선 릴레이(832)가 동작 불가능하다고 판단하자마자, 제2급전선(808)에 대한 장애를 검출한 때에 회로 차단기(824)를 작동시킨다.

제1급전선 릴레이(824)는, 예컨대 소정 시간 후에 제2급전선(808)에 대한 장애가 해제되지 않았다는 것을 검출함으로써, 제2급전선 릴레이(832)가 동작 불가능이라고 판단할 수 있다. 또는, 제2급전선 릴레이(832)가 자신의 오동작을 검출한 때에 신호를 보낼 수도 있고, 또는 제3자(예컨대, 수리 기술자)가 제2급전선 릴레이(832)의 오동작에 대해 제1급전선 릴레이(824)에 통지할 수도 있다. 마지막 예로서, 제1급전선 릴레이(824)는 상태 요구를 주기적으로 제2급전선 릴레이(832)에 전송할 수 있고, 응답이 수신되지 않으면 오동작이라고 판단할 수도 있다. 이들 릴레이(824,832; 및 시스템(800) 내의 다른 릴레이) 사이에서의 이들의 통신 및 다른 통신을 가능하게 하기 위한 기술에 대해서는, 아래에서 더 상세하게 설명한다.

마찬가지로, 제3급전선 릴레이(836)는 회로 차단기(840)를 동작시킬지 여부를 판단하기 위해 코일(838)로의 접속을 이용하여 제3릴레이(810)에 대해 1차 과전류 보호를 제공한다. 제2급전선 릴레이(832)는 코일(838) 및 회로 차단기(840)에 직접적으로 접속되어 있고, 그 결과 제3급전선 릴레이(836)에 대해 고속 백업 보호를 제공한다.

제4급전선 릴레이(842)는 회로 차단기(846)를 작동시킬지 여부를 판단하기 위해 코일(844)로의 접속을 이용하여 제4급전선(812)에 대해 1차 보호를 제공한다. 제3급전선 릴레이(836)는 코일(844) 및 회로 차단기(846)에 직접적으로 접속되어 있고, 그 결과 제4급전선 릴레이(842)에 대해 고속 백업 보호를 제공한다. 또한, 제4급전선 릴레이(842)는 코일(826) 및 회로 차단기(830)에 직접적으로 접속되어 있고, 그 결과 제1급전선 릴레이(824)에 대해 고속 백업 보호를 제공한다.

요컨대, 제1급전선 릴레이(824)는 제1급전선(806)에 대한 메인 보호를 제공하고, 제2급전선(808)에 대한 백업 보호를 제공한다. 제2급전선 릴레이(832)는 제2급전선(808)에 대한 메인 보호를 제공하고, 제3급전선(810)에 대한 백업 보호를 제공한다. 제3급전선 릴레이(836)는 제3급전선(810)에 대한 메인 보호를 제공하고, 제4급전선(812)에 대한 백업 보호를 제공한다. 마지막으로, 제4급전선 릴레이(842)는 제4급전선(812)에 대한 메인 보호를 제공하고, 제1급전선(806)에 대한 백업 보호를 제공한다.

따라서, 그 수용능력 내에 있어서 고속 백업을 제공하는 릴레이(824,832,836,842)에 의해, 장애 전류가 오동작 급전선 상을 흐르는 시간이 단축되고, 따라서 시스템 부품에 대한 스트레스가 (종래 시스템에 비해) 경감된다.

상술한 메인 및 고속 백업 보호에 부가해서, 급전선(806,808,810,812)은 접속(848)에 의해 통신 스위치 또는 허브(850)에 접속되어 있고, 다음으로 접속(852)에 의해 1차 릴레이(814)에 접속되어 있다. 이 통신 허브(850)를 통해 교환되는 정보를 이용하여, 1차 릴레이(814)는 버스(804)에 대한 메인 차동 보호를 제공할 뿐만 아니라, 급전선(824,832,836,842) 모두에 대한 고속 백업 과전류 보호를 제공한다.

버스(804)에 대한 메인 차동 보호를 제공할 때에는, 1차 릴레이(814)는 코일(826)에 의해 취득되고, 제1급전선 릴레이(826), 접속(848), 통신 허브(850) 및 접속(852)을 통해 전송된 측정치에 기초하여, 제1급전선(806) 내를 흐르는 전류에 관한 정보를 수신한다. 1차 릴레이(814)는, 마찬가지로 나머지 급전선(832,836,842)의 각각을 흐르는 전류에 관한 정보도 수신한다.

이어서, 차동 동작모드로 기능하는 1차 릴레이(814)는, 예컨대 4개의 급전선(806,808,810,812)에서의 전류의 합계를 (1차 릴레이(814)에 직접적으로 접속되어 있는 코일(818)에 의해 검출된 바와 같은) 버스(804) 내로 유입되는 전류와 비교한다. 이러한 비교에 기초하여, 1차 릴레이(814)는 버스(804)와 관련된 장애가 존재하는지 여부를 판단한다. 예컨대, 4개의 급전선(806,808,810,812)의 각각에 있어서 동시에 전류 감소가 발생했다고 판단된 경우에는, 1차 릴레이(814)는 버스(804)에 장애가 존재한다고 판단할 수 있다. 이러한 경우에는, 릴레이(814)는 버스(804)에 대한 전력을 차단하기 위해 회로 차단기(854)를 작동시킬 수 있다.

통신 허브(850)가 다양한 릴레이 사이에서 정보를 매우 빠르게 전달할 수 있다고 해도, 다양한 신호를 전송하는데에는 약간의 지연이 있을 수 있다. 따라서, 4개의 급전선(806,808,810,812)의 각각으로부터의 전류 신호를 1차 급전선(802)으로부터의 전류 신호와 비교할 때에, 1차 릴레이(814)는 이러한 지연(및 발생가능한 다른 지연)을 고려하여 전류 신호의 의미있는 비교를 행하기 위해, 이들 전류 신호에 대한 상대적인 타이밍 정보를 필요로 할 수 있다.

이러한 타이밍 정보는 다양한 소스로부터 취득할 수 있다. 예컨대, 외부 동기 네트워크가 타이밍 정보를 제공하기 위해 설치될 수 있다. 혹은 다른 예로서, 릴레이(824,832,836,842)가 측정치를 전송하기 전에 그 각각의 전류 측정치에 타임 스탬프(time-stamp)를 실시할 수도 있다. 타이밍 정보(예컨대, 타임 스탬프의 경우)는 전압 변압기(856)로부터 취득되는 전압 신호와 관련지어 사용할 수 있고, 접속(858)을 이용하여 다양한 릴레이 사이에서 공유할 수 있다. 마찬가지로, 전압 변압기(860)는 접속(862)을 이용하여 타이밍 정보의 대체 또는 백업 소스로서 사용할 수 있다. 물론, 전압 변압기(856,860)는, 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 특정 의 전력 신호의 크기 및/또는 방향을 검출하는 등과 같은 다른 다양한 목적을 위해 사용할 수 있다.

급전선(806,808,810,812)의 각각에 대해 고속 백업 과전류 보호를 제공할 때에는, 1차 릴레이(814)는 릴레이(824,832,836,842)의 하나 이상이 어느 정도 동작 불가능하게 되어 있음을 판단한다. 이어서, 1차 릴레이(814)는 관련된 코일에 의해 취득되고, 예컨대 동작 불가능한 릴레이(또는 동작 불가능한 릴레이의 백업 릴레이) 및 통신 허브(850)를 통해 1차 릴레이(814)로 전송된 측정치를 이용하여, 동작 불가능한 릴레이의 과전류 감지 임무에 대한 책임을 맡게 된다.
도 8의 전기 보호 시스템(800)의 이상의 동작의 대부분을 요약하면, 1차 릴레이(814)는 (코일(816, 818)을 사용하는) 전력 변압기(820)에 대한 메인 차동보호, (코일(818) 및 급전선 코일(826, 828, 838, 844)을 사용하는) 버스(804)에 대한 메인 차동보호, 및 (각각의 급전선 릴레이 및 적어도 1개의 다른 급전선 코일 사이의 직접 접속을 사용하는) 급전선(806, 808, 810, 812)의 각각에 대한 2차 백업 보호를 제공하고 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 도 8과 관련하여 설명한 다양한 코일로서 로고스키 코일을 사용할 수 있고, 로고스키 코일을 사용함으로써 다양한 이점이 제공된다. 예컨대, 필요에 따라, 도 8에 나타내어져 있는 코일의 어느 하나 대신 복수의 로고스키 코일을 사용할 수 있지만, 포화를 회피하는 로고스키 코일의 기능에 의해, 단일의 로고스키 코일에 의해 실질적으로 모든 필요한 전류 레벨에서 전류측정치를 제공할 수 있다. 또, 로고스키 코일은, 충분한 전력을 그 관련된 릴레이에 공급할 수 있어, 개별의 릴레이 전원의 필요성이 경감된다(또는, 없어진다). 한편, 도 4∼도 7과 관련하여 앞에서 설명한 것 등의 본 명세서에서 설명한 보호기술에 있어서 로고스키 코일을 사용한 경우의 이들 및 다양한 다른 이점은, 도 8에 관한 이상의 설명, 및 도 9∼도 25의 이하의 설명에 대해서도 적용되는 것이다.
도 8에 있어서, 1차 릴레이(814)는 변압기(820)의 메인 보호와 버스(804)의 메인 보호를 제공하고 있다. 이 도 8에서는, 이들 보호는 서로 독립하고 있다. 즉, 예컨대 코일(816)에 장애가 발생한(이에 의해 변압기(820)의 보호가 소실된) 경우에도, 1차 릴레이(814)는 여전히 (앞에서 설명한 바와 같이 코일(818)을 이용해서) 버스(804)에 대한 1차 보호를 제공할 수 있다.
도 9는 서브스테이션 보호 시스템(900)의 회로도이다. 이 도 9에서는, 코일(818)은 사용되고 있지 않다. 그 결과, 1차 릴레이(814)는 변압기(820) 및 버스(804)에 대한 1차 보호를 제공하고는 있으나, 이들의 보호는 이 경우에는 서로 독립된 것으로는 되어 있지 않다.
이 보호 시스템(900)의 경우에는, 1차 릴레이(814)는 제1 급전선(806)에 대한 고속 백업 보호를 제공하고 있다. 이 기능은, 코일(826)과 1차 릴레이(814) 사이에서의 접속(902)을 매개로 실현되어 있고, (도 8에 나타내어져 있는) 제4 급전선 릴레이(842)에 의한 제1 급전선(806)에 대한 고속 백업 기능은 제거되어 있다.
또, 이 보호 시스템(900)에 포함되어 있는 접속(904)은, 제4 급전선 릴레이(842)를 코일(816) 및 1차 릴레이(814)에 접속하고 있다. 이 접속을 사용함으로써, 예컨대 제4 급전선 릴레이(842)가 1차 릴레이(814)에 대한 고속 백업으로서 기능할 수 있도록 하고, 이에 따라 코일(818)의 제거에 의해 없어진 리던던시를 보충할 수 있다.
마지막으로, 제2 통신 허브(906)는, 접속(908)을 매개로 급전선 릴레이에 접속됨과 더불어, 접속(910)을 매개로 1차 릴레이(814)에 접속되어 있다. 이 제2 통신 허브(906)는, 통신 허브(850)에 대한 백업으로서 기능할 수 있다.
도 10은 (변압기(820)와 회로 차단기(854) 사이에 배치된) 코일(1004)에 접속된 릴레이(1002)를 포함하는 서브스테이션 보호 시스템(1000)의 회로도이다. 이 릴레이(1002)는, 변압기(820)의 중성 코일 내에 설치된 코일(1006)에 더 접속되어 있다. 또, 릴레이(1002)는 코일(816), 접속(858, 862) 및 통신 허브(850, 906)에도 접속되어 있다.
도 9의 보호 시스템(900)과 마찬가지로, 이 보호 시스템(1000)에서도, 1차 릴레이(814)는 (코일(816) 및 급전선 코일(826, 828, 838, 844)을 이용하는) 변압기(820)의 메인 차동보호와, (코일(826)에 대한 접속(902)을 이용하는) 제1 급전선(806)에 대한 고속 백업 보호를 제공하고 있고, 보호 시스템(900)과 공통의 다른 접속도 앞에서 설명한 방법으로 기능한다.
릴레이(1002)는, 급전선 코일(826, 828, 838, 844)의 출력과 더불어 코일(1004)의 출력을 사용하고, 버스(804)에 대한 메인 차동보호를 제공한다.
또, 이 릴레이(1002)는, 코일(1006)을 이용해서 변압기에 대한 메인 접지 제한 장애 보호도 제공하고 있고, 더 나아가서는 전력 변압기(820)에 대한 백업 차동보호도 제공하고 있다.
도 11은 다양한 릴레이 모두가 아날로그/디지탈(A/D) 변환기(이들 각각은, 코일의 출력신호를 코일의 위치에서 디지탈 신호로 변환함)를 매개로 통신 허브(850)에 접속되어 있는 전기 보호 시스템(1100)의 회로도이다. 구체적으로는, 허브(850)는 코일(816)에 접속된 A/D 변환기(1102), 코일(826)에 접속된 A/D 변환기(1104), 코일(828)에 접속된 A/D 변환기(1106), 코일(838)에 접속된 A/D 변환기(1108), 및 코일(844)에 접속된 A/D 변환기(1110)의 출력을 수신한다. 한편, 이들 A/D 변환기(1104, 1106, 1108, 1110)의 출력은, 통신 허브(850)에 접속된 통신 허브(1112)에서 집약되고 있다.
그리고, 이 도 11에서는, 다양한 코일로부터의 모든 전류신호가 통신 허브(850, 1112)를 매개로 릴레이 사이에서 공유되어 있다. 도 8∼도 10과 마찬가지로, 다양한 릴레이는 접속(858, 862)을 매개로 상호 접속된 상태로 유지되어 있고, 전압 변압기(856, 860)도 접속(858, 862)를 매개로 이들 릴레이에 접속되어 있다.
또, 도 11에서는, 다양한 코일로부터의 전류신호 모두가 통신 허브(850, 1112)를 매개로 다양한 릴레이 모두에 제공되고 있다. 또, 관련된 전압 신호도, 접속 858 및/또는 862를 매개로 다양한 릴레이에 제공되고 있다.
도 12는 전기 보호 시스템(1200)의 회로도이다. 이 도 12에서는, A/D 변환기(1102, 1104, 1106, 1108, 1110) 모두가 접속(1202)에 접속되어 있고, 이 접속이 연산 리소스(1204)에 접속되어 있다. 또, 전압 변압기(856, 860)가, 각각 A/D 변환기(1206) 및 A/D 변환기(1208)에 접속되어 있다.
따라서, 이 도 12에 있어서는, 모든 전압 및 전류 검출 신호가 디지탈화되고, 접속(1202) 및 연산 리소스(1204)를 매개로 공유되어 있다.
도 12에는, 도 8∼도 11과는 대조적으로, 다양한 릴레이와 그 관련 회로 차단기 사이의 직접 접속이 나타내어져 있다.
도 13은 제1 전기 아크노 보호 시스템(1300)의 회로도이다. 이 도 13에서는, 1차 입력이, 예컨대 전력회사로부터 1차 도체(1302)를 매개로 전력을 수신한다. 그리고, 이 전기 아크노(EAF) 보호 시스템(1300) 내에는, 장애를 검출한 때에, 1차 도체(1302)에 따른 제1 1차 전류(I_1P)의 경로를 차단함으로써 EAF로의 전력을 차단하도록, 회로 차단기(1304) 등의 보호 시스템이 포함되어 있다.
제1 코일(1306)은, 1차 전류(I_1P)에 기초를 둔 제1 2차 전류(I_1S)를 출력하고, 이 제1 2차 전류(I_1S)를 복수의 전류 및 전압 입력을 가진 다기능 3상 차동 릴레이(1308) 등의 보호 장치에 출력한다.
변압기(1310)는, 제1 1차 전류(I_1P)와 관련된 전압을 단계적으로 강압시킴과 더불어, 제1 1차 전류(I_1P)를 제2 1차 전류(I_2P)에 대응해서 단계적으로 상승시킨다. 그리고, 이 제2 1차 전류(I_2P)는 제2 2차 전류(I_2S)로서 제2 코일(1312)에 의해 검출되고, 이것도 릴레이(1308)에 입력된다.
제2 1차 전류(I_2P)는, 도체(1314) 상을 수냉 리드(1316)를 향하여 흐르고, 이 수냉 리드는 도전암(1318)에 접속되어 있다. 이 도전암(1318)은, 덮개(1324)에 의해 덮여진 노(1322) 내로 하강된 전극(1320)에 접속되어 있다.
동작 시에는, 노는 통상 예컨대 강철의 스크랩 또는 다른 철재료를 수용하고 있다. 전극(1320)이 노(1322) 내로 하강되어 있고, 전류가 전극(1320)을 통해 전달되어 아크를 형성한다. 이 아크는, 스크랩을 다양한 타입의 특수 품질 강(예: 강철합금) 또는 통상 품질 강(비합금강)으로 하도록, 노(1322) 내에 있어서 스크랩을 녹이기에 충분한 열을 생성한다.
변압기(1310) 및 제2 코일(1312)은, 안전하고 청결한 환경을 제공하도록 설계된 용기(1326) 내에 수납될 수 있다. 그리고, 이 용기(1326) 및 그 내부 요소는, 릴레이(1308)에 의해 전기적 장애를 검출할 수 있는 보호영역(1330) 내에, 제1 코일(1306)과 함께 포함되어 있다.
한편, 이 EAF 보호 시스템(1300) 내에서는, 릴레이(1308)는 앞에서 설명한 릴레이와 유사한 방법으로 동작한다. 예컨대, 릴레이(1308)는, 2개의 2차 전류(I_1S, I_2S)가 서로 소정의 차의 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 릴레이(1308)는 I₀ = I_1S - kI_2S를 판정하는 바, 여기서 I₀는 일반적으로 제로이고, 정수 「k」는 보호영역(1330) 내에 장애가 존재하고 있다고 릴레이(1308)가 판정하기 전의 단계에서 허용되는 차의 오차 레벨을 나타내고 있다.

코일(1306,1312)로서 로고스키 코일을 사용할 때에는, 저가임과 더불어 설치, 이용 및 유지보수의 용이성을 포함하는 상기한 많은 또는 모든 이점을 EAF 보호시스템(1300)에 제공할 수 있다. 예컨대, 로고스키 코일을 스플릿-코어 스타일(split-core style)로 설계함으로써, 설치 중의 도체의 단선을 불필요하게 할 수 있다. 외부 자계에 대해 대항하고, 포화를 회피하며, 로우레벨 장애에 대해 반응하도록(그에 따라 관련 요소에 대한 과도한 스트레스를 회피하도록) 로고스키 코일을 설계할 수 있다.

더욱이, 릴레이(1308)로서 마이크로프로세서에 기초를 둔 릴레이를 사용함으로써, 코일(1306 및/또는 1312)에서 검출되는 전류신호를 다양한 방법으로 조작할 수 있다. 예컨대, 모니터되는 전류의 크기에 매치한 내부 릴레이신호를 생성하도록 설계된 스케일링 인자를 갖는 승산기를 이용하여 릴레이(1308) 내에서 디지탈 전류신호를 용이하게 스케일링할 수 있다. 다른 예로서, 신호 크기를 스케일링할 수 있게 되자마자, 필요에 따라 릴레이(1308)와 관련된 알고리즘 내의 수치 조작을 이용하여 특정의 전류신호와 관련된 위상 신호를 쉬프트시킬 수 있다. 마지막 예로서, 여기 돌입 전류(즉, 변압기가 최초로 스위치 온될 때에 생성되는 전류)의 경우에 회로차단기(1304)의 소망하지 않는 작동을 회피하기 위해 릴레이(1308) 내에서 고조파 억제 알고리즘(harmonic restraint algorithm)을 실행할 수 있다.

이러한 마이크로프로세서에 기초를 둔 릴레이(1308)를 사용하면, 릴레이(1308)의 동작 중에 실시간으로 계산된 보호량을 관찰하기 위해 예컨대 퍼스널 컴퓨터와 같은 컴퓨터 리소스를 이용할 수 있다. 이러한 실시간 관찰에 의해, 높은 감도를 달성하기 위해, 설치 이후에도 미세한 교정 조정을 실행하게 된다.

또한, 상기한 바와 같이, 변압기(1310)에 의해 전달되는 2차 전압을 변화시킬 목적으로, 동작 중에 변압기(1310)의 탭 위치를 변화시킬 수 있다. 이러한 변화 중에는, 시스템(1300) 내의 전류는 장애 이벤트로서 잘못 판단되는 레벨에 일시적으로 도달할 수도 있다. 더욱이, 탭 위치가 변화하면, 전류가 변화하게 되고, 그 결과 예컨대 릴레이(1308)에 대해 대응하는 변경도 필요하게 된다.

이러한 탭 위치의 변화는, 탭 위치신호(1328)를 이용하는 EAF 보호시스템(1300) 내에서 수행될 수 있다. 예컨대, 탭 위치신호(1328)를 PLC(Programmable Logic Controller)를 통해, 또는 릴레이(1308)에 대해 탭 위치정보를 전달하기 위한 다른 기술에 의해 릴레이(1308)에 전달할 수 있다. 릴레이(1308)는 변압기의 다양한 탭 위치에서의 변압기(1310)의 권선비의 룩업 테이블을 이용하여 저장(그렇지 않으면 억세스)할 수 있고, 탭 위치 변화 중(또는 이후)에 코일(1306,1312)로부터 수신된 전류신호를 정정하기 위해 룩업 테이블을 이용할 수 있다. 그 결과, 이 코일/릴레이의 조합은 변압기(1310)의 다른 권선비를 고려할 수 있고, 릴레이(1308)의 억제 설정(restraint setting)을 높은 감도로 설정할 수 있다.

이 EAF 보호시스템(1300)에 있어서, 로고스키 코일은 그 출력전류신호의 측정치에서 계측기급(metering-class)의 정확도를 제공할 수 있다. 예컨대, 로고스키 코일은 1%∼3%보다 더 좋은 정밀도를 갖는 것을, 0.1%보다 좋은 정밀도로 전류를 측정하도록 설계할 수 있다. 추가적으로, 로고스키 코일은, 전형적으로는 포화하지 않기 때문에, 예컨대 수 암페어∼수백 암페어 등의 넓은 측정범위를 제공할 수 있다. 그 결과, 이러한 코일은 큰 DC성분을 갖는 전류를 측정하는데 이용될 수 있다. 또한, 이러한 로고스키 코일은 약 0.1Hz∼1Mhz를 넘는 넓은 주파수범위를 커버하면서 동작할 수 있다. 또한, 로고스키 코일은 약 200MHz 이상의 밴드패스 주파수 응답을 제공하도록 설계될 수 있다.

도 14는 도 13의 EAF 보호시스템(1300)의 실현을 나타내고 있다. 일반적으로, 코일(1306,1312)은 복수의 위치에 설치될 수 있다. 예컨대, 코일(1306,1312)은 버스가 벽을 관통하는 곳에서 용기(1326)의 벽에 탑재될 수 있다. 도 14에 있어서, 코일(1306)은 부싱(1402; h1∼h3로 표기되어 있음)에 접속된 도체(1302) 주위에 배치되고, 변압기(1310)를 스위칭하기 위한 스위치기어 장치(1404) 위에 탑재되어 있다(도 15 및 관련 설명을 참조). 코일(1312)은 저전압 단자(1406; X1∼X6으로 표기되어 있음)에 접속되어 있다. 도 14에 있어서, 코일(1306)은 도 2 및 도 3에서와 유사한 방법으로 구성되어 있고, 도체(1302)의 각 위상이 코일(1306)의 개별의 것에 의해 에워싸여 있다. 이들 코일(1306,1312)은, 도 14에서 설명한 것과 다른 방법으로 용기(1326)와 관련된 도체를 수용하도록 주문 생산할 수 있다.

도 15는 도체(1302)와 코일(1306)의 구성을 나타내고 있고, 여기서 코일(1306)은 용기(1326)의 벽에 집적되어 있다. 도 16은 단일의 코일(1312) 내에 2개의 도체(1314)를 수용하는 코일(1312)의 구성을 나타낸 것이다.

도 17은 도 13의 시스템(1300)과 유사한 EAF 보호시스템(1700)을 나타낸 것으로, 도전암(1318)과 관련되면서 릴레이(1308)에 접속된 제3코일(1702)을 포함하고 있다. 그 결과, 이 EAF 보호시스템(1700)은 다양한 관련 EAF 컴포넌트에 대해 복수이고, 리던던시 및/또는 독립된 보호영역을 제공하고 있다.

예컨대, 제1보호영역(1704)은 코일(1306,1310) 사이의 모든 컴포넌트(예컨대, 변압기(1310))를 포함하고 있다. 제2보호영역(1706)은 코일(1312,1702) 사이에 배치된 모든 컴포넌트(예컨대, 수냉 리드(water-cooled leads; 1316))를 포함하고 있다. 마지막으로, 제3보호영역(1708)은 코일(1306,1702) 사이에 배치된 모든 컴포넌트를 포함하고 있다.

상기한 다양한 보호시스템과 마찬가지로, 릴레이(1308)는 보호영역(1704,1706,1708) 중의 하나에 각각 대응하는 3개의 개별의 알고리즘을 실행할 수 있다. 그 결과, 보호영역(1704)은 코일(1702)의 오동작에 독립하고 있고, 보호영역(1706)은 코일(1306)의 오동작에 독립하고 있다. 마지막으로, 보호영역(1708)은 코일(1312)의 오동작에 독립하고 있다.

더욱이, EAF 보호시스템(1700)은 장애의 위치 및 크기의 양쪽이 결정되도록 한다. 또한, 보호영역(1706)에 관해서는, 변압기(1310)와 관련된 탭의 위치에 관한 정보는 불필요하다. 그 결과, 보호영역(1706)의 보호 알고리즘은 보호영역(1704)을 위한 대응하는 알고리즘에 대해 간단화될 수 있고, 결과적으로 릴레이(1308)는 더욱 높은 감도로 설정될 수 있다.

도 18은 전기 보호시스템을 테스트하기 위한 제1테스트회로의 회로도이다. 도 18에 있어서, 전원(1802)은, 예컨대 2,500A의 값을 갖는 전류를 공급하고, 이 전류는 변압기(1804)에 의해 60kA의 값을 갖는 전류로 단계적으로 상승된다.

코일(1806,1808)은 이러한 전류를 검출하는데 이용되고, 상기한 바와 같은 차동 릴레이 또는 차동 릴레이의 일부와 관련되는 순간기록기(transient recorder; 1810)의 채널 3,6)과 연통된다. 장애(단락회로)는 스위치(1812)를 이용하여 테스트회로(1800) 내에서 생성되지만, 이 경우에 장애 전류는, 예컨대 1kA∼10kA의 범위에 있어도 좋고, 코일(1806,1808)은 이러한 장애 전류의 범위에 걸쳐 테스트된다.

코일(1814)은 코일(1806,1808)의 출력과 비교하기 위해 차동 전류를 측정하고, 기록기(1810)의 채널 4)과 연통한다. 코일(1816,1818)은 외부 도체(도시되지 않음)에 접속되어 있고, 고전류를 전도할 때 이들 외부 도체를 흐르는 전류의 영향을 측정하기 위해 사용된다. 이들 코일(1816,1818)의 출력은 각각 승산기(1820) 및 승산기(1822)에 의해 승산되고(예컨대, 100×에 의해), 각각 기록기(1810)의 채널 2,7)로 입력된다.

랩 분기(lab shunt; 1824)가 임의의 소망하지 않거나 안전하지 않은 전류에 대해 보호하기 위해 사용되고, 기록기(1810)의 채널 8에 접속되어 있다. 레지스터(1826)는 전원(1802)에 의해 출력되는 전류를 제한하기 위해 전원(1802)에 접속되어 있고, 스위치(1812)에도 레지스터(1828)가 접속되어 동일한 방법으로 사용되고 있다.

마지막으로, 전류 변압기(1830)와 전류 변압기(1832)는 다양한 코일의 측정 결과를 비교할 수 있는 전류 측정치를 생성하는 전류센서로서 이용된다. 전류 변압기(1830,1832)는 각각 기록기(1810)의 채널 1, 5에 접속되어 있다.

테스트회로(1800)에 있어서는, (EAF에서 찾을 수 있는 것과 같은) 최고의 적응 조건을 충분히 테스트하기 위해, 다양한 코일에 대해 외부 쉴드를 적용하고 있지 않다.

도 19는 도 18의 테스트회로(1800)의 테스트 결과의 그래프이다. 도 19에 있어서는, 부하 전류의 약 10%인 장애전류를 이용하고 있고, 다양한 컴포넌트에 대해 결과적으로 생성된 파형이 표시된 바와 같이 도시되어 있다.

도 20은 도 19에 도시된 파형과 비교되는 제1그래프이다. 구체적으로는, 도 20에 있어서, 제1파형(2002)은 스위치(1812)에 대한 접속에 의해 장애 전류를 직접 측정하는 코일(1814)과 관련된 파형을 나타내고 있다. 제2파형(2004)은 코일(1806,1808)과 관련된 (변압기 비율에 의해 스케일링된) 파형 사이의 차와 관련된 파형을 나타내고 있다. 이 제2파형(2002)은 기록기(1810)의 쉴드되어 있지 않은 채널로부터 들어오는 잡음신호를 포함하고 있다. 이러한 잡음신호는 전과 같이 테스트 후 실질적으로 동일하고, 따라서 다양한 코일 중 하나와 관련된 하등의 영향도 받지 않는 것으로 된다.

도 21은 도 20에 도시된 파형과 비교하는 제2그래프이다. 도 21에 있어서, 파형 비교는 명확화를 위해 10×로 확대되어 있다.

도 20 및 도 21에 있어서, 2개의 파형(2002,2004)은 실질적으로 동일하고, 따라서 차동 릴레이와 로고스키 코일을 이용하여 장애 전류를 검출하기 위한 상기한 기술의 정확도가 확립되어 있음은 명백하다.

도 22는 전기 보호시스템을 테스트하기 위한 제2테스트회로(2200)의 회로도이다. 도 22에 있어서, 전원(2202)은 변압기(2204)에 전력을 공급하고 있다. 장애 전류는, 예컨대 전류-제한 레지스터일 수 있는 회로 요소(2206)를 이용하여 생성된다. 제1라운드 코일(2208)과 제2라운드 코일(2210)은 각각 개개의 위치에서 전류를 검출하고, 그 결과를 기록기(2212)에 전달한다. 더욱이, 제1타원 코일(2214)과 제2타원 코일(2216)은 각각 개개의 위치에서 전류를 검출하고, 그 결과를 기록기(2212)에 전달한다. 마지막으로, 전류 변압기(2218)는 코일(2208,2210,2214,2216)에 기초해서 계산된 결과와 비교하기 위해 장애 전류를 측정한다. 전류 변압기(2218)는, 예컨대 6005A 전류 변압기여도 좋다.

기록기(2212)의 채널 1은 제1타원 코일(2214)의 출력을 검출하고, 기록기(2212)의 채널 2는 제2타원 코일(2216)의 출력을 검출하며, 채널 3은 이들 2개의 타원 코일(2214,2216)의 차를 검출한다. 기록기(2212)의 채널 4는 전류 변압기(2218)의 출력을 검출한다. 채널 5는 제1라운드 코일(2208)의 출력을 검출하고, 채널 6은 제2라운드 코일(2210)의 출력을 검출하며, 채널 7은 제1라운드 코일(2208)과 제2라운드 코일(2210) 사이의 차를 결정한다. 마지막으로, 채널 8은 제1타원 코일(2214)과 제2라운드 코일(2210) 사이의 차를 결정한다.

도 23은 도 22의 테스트회로(2200)의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 도 23에 있어서는, 10A∼850A의 범위의 장애 레벨에 따라, 1kA 부하 전류를 이용했다. 제1라인(2302)은 전류 변압기(2218)의 측정 결과를 나타내는 한편, 제2라인(2304)은 다양한 코일의 측정 결과를 나타내고 있다(인자 10에 의해 승산됨). 도 23에서 명백하게 된 바와 같이, 도 22의 다양한 코일에 기초를 둔 전류 측정은 테스트되는 장애 조건에 대해 상당히 민감하게 반응하게 된다.

결론적으로, 상기의 설명은, 예컨대 스폿 네트워크, 서브스테이션 전력분배기, 전기 아크노(electric arc furnaces)와 같은 전기 시스템용의 다양한 보호 시스템을 나타내고 있다. 이들 다양한 보호시스템은 전기 시스템 내에서 발생할 수 있는 장애를 검출해서 해제하도록 설계되어 사용될 수 있다. 예컨대, 한쌍의 로고스키 코일은 도체 상의 그들 각각의 위치에 있어서 도체에 따라 전류를 검출하고, 대응하는 신호를 다수의 전압 및 전류 입력을 갖는 다기능 차동 릴레이에 출력하도록 이용된다. 로고스키 코일로부터의 신호를 비교함으로써, 차동 릴레이는 도체에 따른 몇몇 지점과 한쌍의 로고스키 코일 사이에 장애가 존재하는지의 여부를 결정할 수 있다. 그리고, 릴레이는 장애에 응답하여 그 장애를 정정하도록 회로 차단기나 다른 네트워크 보호장치를 작동시킨다.

더욱이, 복수의 릴레이가 포함되어 있는 경우에는, 적어도 하나의 릴레이가 하나 이상의 다른 릴레이, 및/또는 다른 릴레이의 하나와 관련된 하나 이상의 로고스키 코일과 연통해도 좋다. 이러한 방법으로, 차동 기법 및 과전류 감지 기법을 포함하는 많은 다른 보호 기법이 설계되어 이용될 수 있다. 추가적으로, 각각의 다양한 릴레이가 하나 이상의 다른 릴레이에 대해 매우 고속의 백업 기능을 제공하도록 설계될 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

Claims (113)

1. 제1전류를 검출하여 제1전류측정치를 생성하도록 배치된 제1로고스키 코일과,

   제2전류를 검출하여 제2전류측정치를 생성하도록 배치된 제2로고스키 코일로서, 상기 제1로고스키 코일 및 이 제2로고스키 코일의 배치에 기초해서 제1보호영역이 규정되어 있는 제2로고스키 코일 및,

   상기 제1전류측정치 및 상기 제2전류측정치로부터 상기 제1보호영역 내의 제1회로요소와 관련된 제1장애의 존재를 판단하도록 동작할 수 있는 제1보호장치를 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1보호장치가 제1보호방식을 이용해서 상기 제1장애를 검출하도록 동작할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1보호방식이 차동 보호방식인 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2로고스키 코일이 제2회로요소를 포함하는 제2보호영역을 규정하고, 상기 제1보호장치가 상기 제2회로요소와 관련된 제2장애를 검출하도록 제2보호방식을 실현하도록 동작할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2보호방식이 과전류 보호방식을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1보호장치가 상기 제1보호영역과 상기 제2보호영역의 보호를 통합하도록 동작할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1보호장치가 상기 제1보호영역과 상기 제2보호영역에 백업 보호영역으로서 작용하는 제3보호영역을 제공하도록 동작할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 제1보호장치로부터 제1명령을 받아 이 제1명령에 응답해서 제1전류를 저지하도록 동작할 수 있는 제1회로 차단기를 더 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1로고스키 코일, 상기 제2로고스키 코일, 상기 제1보호장치 및 상기 제1회로 차단기가 모두 전기적인 보호시스템의 제1네트워크 유니트와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
11. 제10항에 있어서, 제3전류를 검출하여 제3전류측정치를 생성하도록 배치된 제3로고스키 코일과,

    제4전류를 검출하여 제4전류측정치를 생성하도록 배치된 제4로고스키 코일로서, 상기 제3로고스키 코일 및 이 제4로고스키 코일의 배치에 기초해서 제2보호영역이 규정되어 있는 제4로고스키 코일 및,

    상기 제3전류측정치 및 상기 제4전류측정치로부터 상기 제2보호영역 내의 제2회로요소와 관련된 제2장애의 존재를 판단하도록 동작할 수 있는 제2보호장치를 더 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
12. 삭제
13. 제11항에 있어서, 상기 제2보호장치로부터 제2명령을 받아 이 제2명령에 응답해서 제3전류를 저지하도록 동작할 수 있는 제2회로 차단기를 더 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 제3로고스키 코일, 상기 제4로고스키 코일, 상기 제2보호장치 및 상기 제2회로 차단기가 모두 전기적인 보호시스템의 제2네트워크 유니트와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1보호장치와 상기 제2보호장치 사이에 통신링크를 더 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1네트워크 유니트 및 상기 제2네트워크 유니트가 버스 접속을 통해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
17. 제16항에 있어서, 상기 제1보호장치 및 상기 제2보호장치가 상기 통신링크를 통하여 상기 제1전류측정치, 상기 제2전류측정치, 상기 제3전류측정치 및 상기 제4전류측정치를 공유해서 상기 버스 접속과 관련된 버스 장애가 존재하는지를 판단하기 위해 이들 전류측정치를 이용하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 제15항에 있어서, 상기 제3로고스키 코일, 상기 제4로고스키 코일 및 상기 제2회로 차단기가 상기 제1보호장치에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
24. 제23항에 있어서, 상기 제1보호장치가 상기 제2보호장치의 오동작을 지시하는 오동작 통지를 받도록 동작할 수 있고,

    상기 제1보호장치가 상기 제3전류측정치 및 상기 제4전류측정치를 받아 이들 전류측정치에 기초해서 제2장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
25. 제24항에 있어서, 상기 제1보호장치가 상기 제2장애에 응답해서 상기 제2회로 차단기를 동작시키도록 동작할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
26. 제1항에 있어서, 제3전류를 검출하여 제3전류측정치를 생성하도록 배치된 제3로고스키 코일을 더 갖추어 구성되되,

    상기 제1로고스키 코일 및 상기 제3로고스키 코일의 배치에 기초해서 제2보호영역이 규정되어 있고, 상기 제2로고스키 코일 및 상기 제3로고스키 코일의 배치에 기초해서 제3보호영역이 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
27. 제26항에 있어서, 상기 제1보호장치가 상기 제1전류측정치 및 상기 제3전류측정치로부터 상기 제2보호영역 내의 제2회로요소와 관련된 제2장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
28. 제26항에 있어서, 상기 제1보호장치가 상기 제2전류측정치 및 상기 제3전류측정치로부터 상기 제3보호영역 내의 제3회로요소와 관련된 제3장애가 존재하는지를 판단하도록 동작할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
29. 삭제
30. 전기 시스템을 보호하기 위한 방법에 있어서,

    전기 시스템에 있어서 제1도체를 통해 흐르는 제1전류를 그 제1도체를 따라 배치된 제1로고스키 코일을 이용해서 측정하는 단계와,

    상기 제1전류에 대응하는 제1전류신호를 출력하는 단계,

    전기 시스템에 있어서 제2도체를 통해 흐르는 그 제2전류를 제2도체를 따라 배치된 제2로고스키 코일을 이용해서 측정하는 단계,

    상기 제2전류에 대응하는 제2전류신호를 출력하는 단계 및,

    상기 제1전류신호 및 상기 제2전류신호를 제1보호장치에 공급하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
31. 제30항에 있어서, 상기 제1보호장치를 이용해서, 상기 제1로고스키 코일과 상기 제2로고스키 코일 사이에 규정되어 있는 상기 전기 시스템의 제1보호영역 내에 배치되어 있는 제1회로요소에 차동보호를 제공하는 단계와,

    상기 제1보호장치를 이용해서, 상기 제2로고스키 코일의 위치에 의해 규정되어 있는 상기 전기 시스템의 제2보호영역 내에 배치되어 있는 제2회로요소에 과전류보호를 제공하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
32. 제31항에 있어서, 상기 제1보호장치를 이용해서, 상기 제1보호영역 및 상기 제2보호영역을 포함하는 제3보호영역 내에 백업 보호를 제공하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 제30항에 있어서, 전기 시스템에 있어서 제3도체를 통해 흐르는 제3전류를 그 제3도체를 따라 배치된 제3로고스키 코일을 이용해서 측정하는 단계와,

    상기 제3전류에 대응하는 제3전류신호를 출력하는 단계,

    전기 시스템에 있어서 제4도체를 통해 흐르는 제4전류를 그 제4도체를 따라 배치된 제4로고스키 코일을 이용해서 측정하는 단계,

    상기 제4전류에 대응하는 제4전류신호를 출력하는 단계 및,

    상기 제3전류신호 및 상기 제4전류신호를 제2보호장치에 공급하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
37. 삭제
38. 제36항에 있어서, 상기 제3도체 및 상기 제4도체가 상기 전기 시스템의 제2네트워크 유니트 내에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
39. 제38항에 있어서, 상기 제3전류신호 및 상기 제4전류신호에 기초해서, 상기 제2네트워크 유니트와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
40. 삭제
41. 삭제
42. 삭제
43. 삭제
44. 삭제
45. 삭제
46. 제38항에 있어서, 상기 전기 시스템이 제1네트워크 유니트와 상기 제2네트워크 유니트를 접속하는 접속버스를 갖추되,

    이 접속버스가 상기 제2도체 및 상기 제1로고스키 코일과 상기 제2로고스키 코일 사이의 제4도체에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
47. 제46항에 있어서, 상기 제1전류신호와 상기 제2전류신호를 상기 제1보호장치로부터 상기 제2보호장치로 송신하는 단계와,

    상기 제3전류신호와 상기 제4전류신호를 상기 제2보호장치로부터 상기 제1보호장치로 송신하는 단계 및,

    상기 제1전류신호, 상기 제2전류신호, 상기 제3전류신호 및 상기 제4전류신호에 기초해서 상기 접속버스와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
48. 제38항에 있어서, 상기 제3로고스키 코일로부터 상기 제1보호장치로 제1접속을 통해 제3전류신호를 송신하는 단계와,

    상기 제4로고스키 코일로부터 상기 제1보호장치로 제2접속을 통해 제4전류신호를 송신하는 단계 및,

    상기 제3전류신호 및 상기 제4전류신호에 기초해서 상기 제1보호장치에서 상기 제2네트워크 유니트와 관련된 장애가 존재하는지를 판단하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
49. 제30항에 있어서, 전기 시스템 내의 제3도체를 통해 흐르는 제3전류를 그 제3도체를 따라 배치된 제3로고스키 코일을 이용해서 측정하는 단계와,

    상기 제3전류에 대응하는 제3전류신호를 출력하는 단계 및,

    상기 제1보호장치에 있어서 상기 제3전류신호를 입력하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
50. 제49항에 있어서, 상기 제1전류신호와 상기 제3전류신호에 기초해서 상기 제1로고스키 코일과 상기 제3로고스키 코일 사이에 장애가 존재하는지를 판단하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
51. 제49항에 있어서, 상기 제3전류신호와 상기 제2전류신호에 기초해서 상기 제3로고스키 코일과 상기 제2로고스키 코일 사이에 장애가 존재하는지를 판단하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 시스템 보호방법.
52. 전기 시스템의 제1네트워크 유니트와 관련되는 제1쌍의 전류신호를 생성하도록 동작할 수 있는 제1쌍의 로고스키 코일과,

    전기 시스템의 제2네트워크 유니트와 관련되는 제2쌍의 전류신호를 생성하도록 동작할 수 있는 제2쌍의 로고스키 코일 및,

    상기 제1네트워크 유니트와 관련되어 상기 제1쌍의 전류신호와 상기 제2쌍의 전류신호를 수신하여 처리하도록 동작할 수 있는 제1보호장치를 갖추어 구성된 것 을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
53. 삭제
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58. 삭제
59. 삭제
60. 삭제
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62. 전기 시스템의 1차 급전선과 관련되어 그 1차 급전선에서 1차 전류를 감지하도록 동작할 수 있는 제1로고스키 코일과,

    상기 제1로고스키 코일로부터 제1전류신호를 수신하도록 동작할 수 있는 제1보호장치,

    각각이 상기 전기 시스템의 대응하는 2차 급전선과 관련되어 그 2차 급전선 에서 대응하는 2차 전류를 감지하도록 동작할 수 있는 복수의 제2로고스키 코일,

    각각이 관련된 제2로고스키 코일로부터 제2전류신호를 수신하도록 동작할 수 있는 복수의 제2보호장치 및,

    상기 제1보호장치와 상기 복수의 제2보호장치 사이에서 상기 제1전류신호 및 상기 제2전류신호를 송신하도록 동작할 수 있는 통신링크를 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
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67. 삭제
68. 삭제
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86. EAF(electric arc furnace: 전기 아크노) 시스템의 일부인 제1도체에 따라 배치되어 그 제1도체 내의 제1전류를 측정하여 제1신호를 출력하도록 동작할 수 있는 제1로고스키 코일과,

    제2도체에 따라 배치되어 그 제2도체 내의 제2전류를 측정하여 제2신호를 출력하도록 동작할 수 있는 제2로고스키 코일로서, 상기 제1로고스키 코일 및 이 제2로고스키 코일의 배치에 기초해서 상기 EAF 시스템 내의 보호영역이 규정되어 있는 제2로고스키 코일 및,

    상기 보호영역 내에 장애가 존재하는지를 판단할 때에 상기 제1신호를 이용하도록 동작할 수 있는 보호장치를 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 전기적인 보호시스템.
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