KR101080265B1

KR101080265B1 - 레일전위 상승 시 지락사고와 비지락사고 상태 구분이 가능한 레일 전위 제어 시스템

Info

Publication number: KR101080265B1
Application number: KR1020100082350A
Authority: KR
Inventors: 정호성; 정상기; 박영; 김진호; 정종덕; 이우동
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2011-11-08

Abstract

본 발명은 레일 전위 제어 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 레일전위와 접지스위치전류를 이용하여 과부하와 지락사고를 구분하고 이에 따라 차단기 투입을 결정하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 레일과 대지 사이의 전위차를 검출하는 전위차 검출부와, 접지 스위치부에 흐르는 전류를 검출하고 검출된 전류값을 접지스위치 제어부로 전달하는 전류 검출부와, 접지 스위치를 동작시키고 접지스위치 제어부에서 검출된 전류값을 전달받아 중앙 제어부로 전달하는 차단기 제어부와, 스위칭 동작하여 레일과 대지를 접지 상태로 만드는 접지 스위치부와, 차단기 제어부에서 받은 전류값을 토대로 레일의 상태가 지락사고 인지 비지락사고 상태 인지를 판단하고 차단기 투입 제어 명령을 차단기 제어부로 전달하는 중앙 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 중앙 제어부는 차단기 제어부로부터 받은 전류값과 인접한 접지스위치 전류값을 비교하여 지락사고인지 비지락사고 상태 인지를 판단하고 사고 상태로 판단되면 차단기 제어부로 차단기 동작 제어 명령을 전달할 수 있도록 마이컴으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 구성의 본 발명은 지락사고와 비지락사고 상태를 구분하여 보다 안정적이고 효율적으로 전기 철도 직류 급전시스템을 운영할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

레일전위 상승 시 지락사고와 비지락사고 상태 구분이 가능한 레일 전위 제어 시스템{RAIL POTENTIAL CONTROL SYSTEM CAPABLE OF DISTINGUISHING BETWEEN GROUND FAULT AND NON-GROUND FAULT WHEN RISING FROM THE RAIL POTENTIAL}

본 발명은 레일 전위 제어 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 레일전위와 접지스위치 전류를 이용하여, 레일전위가 상승하였을 때 지락사고와 비지락사고 상태를 구분하고 이에 따라 차단기 투입을 결정하는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 국내 직류 전기 철도는 전식에 대한 피해를 방지하기 위해 비접지 방식으로 운영되고 있다. 이러한 급전시스템에서 전기 차량 전류는 레일을 귀환회로로 사용하고 있기 때문에 레일의 특성 임피던스와 부하 전류 등 다양한 상태에 의해 레일 전위가 상승하는 현상이 발생한다. 레일 전위가 상승하면 승객이나 관리자들의 인명피해 또는 전기 철도 설비의 손상을 초래할 수 있다. 현재 운영중인 직류 급전스시템에서는 이러한 레일전위 상승으로 인한 피해를 방지하기 위해 64P 계전기를 사용하고 있으며, 레일 전위가 설정값 이상으로 상승하면 변전소의 모든 DC고속차단기를 차단하고 있다.

이러한 급전시스템에서 레일 전위 상승 원인은 크게 두가지로 분류 된다.

첫째는 전기 철도 차량의 전차선이 대지와 단락되어 레일과 대지간 전압이 급격하게 상승하는 경우와 같은 지락사고 상태이다. 이 경우는 전기철도 시스템이 비접지 계통임으로 사고전류는 작으나 레일전위가 크게 상승하여 전력설비나 인명피해의 요지가 있어 이를 방지하고 추가적인 사고 확산을 방지하기 위해 전기철도 시스템의 운영을 중단해야 한다. 하지만 사고전류가 작아 사고구간을 판별할 수 없어 현재는 64P 계전기를 사용하여 변전소의 모든 차단기를 차단 시킨다.

둘째는 첫 번째 경우와 달리 전기 철도 차량에 탑승한 승객의 급격한 변화나 급전 구간내에 전기 철도 차량이 다량 유입이 되는 경우와 같은 과부하 상태 혹은 기타 외란에 의해 레일 전위가 상승하는 경우로 사고 상태가 아니므로 급전 시스템의 급전을 유지해야 하는 경우이다. 이 경우 역시 레일 전위의 상승이 일시적이고 전기 철도 시스템에 미치는 영향이 미비하나 현재 보호 방법에서는 레일 전위 상승에 따른 인명피해를 방지하기 위해 차단기를 동작시키고 있다. 하지만 전력설비나 인명피해를 유발하는 레일전위 제어가 가능하다면 비사고 상태이므로 시스템의 급전을 유지해야 한다.

위와 같은 원인으로 발생하는 레일전위 상승에 대한 보호 방법으로 현재 사용하고 있는 64P 계전기는 전기적으로 모두 연결되어 있는 레일과 대지간 전압을 기준으로 동작하고 있기 때문에 사고 구간을 정확히 판별할 수 없어 정상피더를 차단하게 되는 단점이 있다. 또한 전기적으로 모두 연결되어 있는 레일의 전압은 전 구역이 동일한 전압이 측정되기 때문에 광대역 정전사고의 가능성을 내포하고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 전위차 검출부를 통해 레일과 대지간의 전위차를 검출하고, 일정 전위차 이상의 값이 검출되면 접지스위치를 투입하여 전류검출수단을 통해 전류를 검출하고 검출된 전류값을 차단기 제어수단으로 전달하고, 차단기제어부에서 중앙제어부로 전달하도록 하여 중앙 제어부에서 각 차단기 제어부로부터 검출된 전류값을 전달받아 인접한 접지스위치 전류값과 비교분석하여 지락사고 또는 비지락사고 상태를 판단하여 지락사고 발생 시 변전소의 사고 구간 차단기를 동작시키는 레일 전위 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레일과 대지 사이의 전위차를 검출하는 전위차 검출부와, 접지 스위치부에 흐르는 전류를 검출하고 검출된 전류값을 접지스위치 제어부로 전달하는 전류 검출부와, 접지스위치 제어부에 의해 스위칭 동작되어 대지와 레일간을 차단시키는 접지스위치와, 차단기 제어부에 의해 레일과 전차선을 차단시키는 차단기와, 접지 스위치 제어부로부터 전류값을 전달받아 중앙 제어부로 전달하는 차단기 제어부와, 차단기 제어부에서 받은 전류값을 토대로 레일의 상태가 지락사고 인지 비지락사고 상태 인지를 판단하고 차단기 투입 제어 명령을 차단기 제어부로 전달하는 중앙 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성의 본 발명은, 다음과 같은 과정을 통해 레일전위 상승 시 지락사고와 비지락사고를 구분한다.

레일과 대지 사이의 전위차를 검출하는 전위차 검출 단계에서 전위차가 검출되면 접지스위치 제어부가 동작하고, 접지스위치 제어부는 접지 스위치부를 동작시켜 레일과 대지를 접지 상태로 만드는 접지 단계와, 접지 상태가 되면 접지스위치 제어부는 전류 검출부를 동작시키고 접지 스위치부에 흐르는 전류값을 측정하는 전류 측정 단계와, 전류값이 측정되면 접지스위치 제어부는 차단기 제어부로 전류값을 전달하고, 차단기 제어부는 이를 중앙 제어부로 전류값을 전달하고, 중앙 제어부는 차단기 제어부로부터 받은 전류값을 인접한 접지스위치 전류값과 비교하여 지락사고 또는 비지락사고 상태를 판단하는 사고 상태 판단 단계와, 사고 상태로 판단되면 중앙 제어부는 차단기 제어부로 차단기 동작 제어 명령을 전달하고, 차단기 제어부로부터 차단기 투입 명령을 받은 차단기는 레일과 전차선 사이에 차단기가 투입되는 차단기 투입 단계를 포함하여 동작하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성의 본 발명은, 레일전위가 상승하였을 때 전류 검출부에서 접지스위치를 통과하는 전류값을 측정하여 그 측정 결과를 토대로, 중앙 제어부에서 지락사고 또는 비지락사고 상태를 판단하여 사고 구간에만 차단기를 선택적으로 투입시켜 보다 안정적이고 효율적으로 전기 철도 직류 급전시스템을 운영할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 레일전위 상승 시 지락사고와 비지락사고 상태 구분이 가능한 레일 전위 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 있어서, 레일 전위제어 시스템의 제어과정을 나타낸 플로우챠트.

이하, 본 발명의 실시 예들을 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

레일(A)과 대지(B) 사이의 전위차를 검출하는 전위차 검출부(110)와, 접지 스위치(130)에 흐르는 전류를 검출하고 검출된 전류값을 접지스위치 제어부(100)로 전달하는 전류 검출부(120)와, 접지스위치 제어부에 의해 스위칭 동작되어 레일(A)과 대지(B)를 차단시키는 접지스위치와, 차단기(210)를 동작시키고 전류 검출부에서 검출된 전류값을 전달받아 중앙 제어부(300)로 전달하는 차단기 제어부(200)와, 레일(A)과 전차선(C)을 차단시키는 차단기(210)와, 차단기 제어부(200)에서 받은 전류값을 토대로 레일(A)의 상태가 지락사고 인지 비지락사고 상태 인지를 판단하고 차단기(210) 투입 제어 명령을 차단기 제어부(200)로 전달하는 중앙 제어부(300)를 포함하여 구성된다.

상기 접지스위치 제어부(100)는 전위차 검출부(110)에 의해 접지 스위치부(130)를 동작시키고 전류 검출부(120)에서 검출한 전류값을 받아 차단기 제어부(200)로 전달할 수 있도록 구성된다.

상기 전위차 검출부(110)는 전위차를 검출하기 위한 수단으로, 레일(A)과 대지(B) 사이에 연결되어 사용자가 설정한 전위차값 이상의 전위차가 발생하면 스위칭 동작되어 전위차가 발생한 것을 접지스위치 제어부(100)로 전달할 수 있도록 구성된다.

상기 전류 검출부(120)는 전류를 측정하기 위한 수단으로, 접지 스위치부(130)에 흐르는 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 접지스위치 제어부(100)로 전달할 수 있도록 구성된다.

상기 접지스위치(130)는 평상시 비접지 상태를 유지하고 접지스위치 제어부(100)에 의해 동작하면 레일(A)과 대지(B)가 접지 상태로 스위칭 되도록 스위치 수단으로 구성된다.

상기 차단기 제어부(200)는 중앙 제어부(300)의 명령에 따라 차단기를 동작시키고 접지스위치 제어부(100)로부터 받은 접지스위치 전류값을 중앙 제어부(300)로 로 전달 할 수 있도록 구성된다.

상기 차단기(210)는 레일(A)과 전차선(C) 사이에 연결되어 차단기 제어부(200)의 제어 명령에 따라 레일(A)과 전차선(C) 사이를 차단시킬 수 있도록 구성된다.

상기 중앙 제어부(300)는 차단기 제어부(200)로부터 받은 접지스위치 제어부의 전류값과 인접한 접지스위치 전류값을 비교하여 지락사고인지 비지락사고 상태 인지를 판단하고 지락사고로 판단되면 차단기 제어부(200)로 차단기 동작 제어 명령을 전달할 수 있도록 마이컴으로 구성된다.

상기 구성의 본 발명은, 전위차 검출부(110)가 레일(A)과 대지(B) 사이의 일정 전위차 이상을 감지하면 접지스위치를 동작시키고 이때 접지스위치에 흐르는 전류를 검출하여 접지스위치 제어부(100)로 전달하고, 검출된 전류를 전달받은 차단기 제어부(200)는 중앙 제어부(300)로 이를 전달한다. 중앙 제어부(300)는 차단기 제어부(200)로부터 전류값을 받아 인접한 접지스위치 전류값과 비교분석하여 지락사고로 판단이 되면 차단기 제어부(200)로 차단기 동작 제어 명령을 전달하여, 차단기(210) 투입을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성의 본 발명은 도 2와 같은 과정을 통해 동작한다.

a) 전위차 검출부(110)에서 레일(A)과 대지(B) 사이의 전위차를 검출하는 전위차 검출 단계와,

b) a)의 전위차 검출 단계에서 전위차가 검출되면 접지스위치 제어부(100)가 동작하고, 접지스위치 제어부(100)는 접지 스위치부(130)를 동작시켜 레일(A)과 대지(B)를 접지 상태로 만드는 접지 단계와,

c) 접지 상태가 되면 접지스위치 제어부(100)는 전류 검출부(120)를 통해 접지스위치(130)에 흐르는 전류값을 측정하는 전류 측정 단계와,

d) 전류값이 측정되면 접지스위치 제어부(100)는 차단기 제어부(200)로 전류값을 전달하고, 차단기 제어부(200)는 중앙 제어부(300)로 전류값을 전달하고, 중앙 제어부(300)는 차단기 제어부(200)로부터 받은 전류값을 인접한 접지스위치 전류값과 비교하여 지락사고 또는 비지락사고 상태를 판단하는 사고 상태 판단 단계와,

e) 지락사고로 판단되면 중앙 제어부(300)는 차단기 제어부(200)로 차단기 동작 제어 명령을 전달하고, 차단기 제어부(200)로부터 차단기 투입 명령을 받은 차단기(210)는 레일(A)과 전차선(C) 사이에 차단기(210) 투입을 제어하는 차단기 차단 단계를 포함하여 동작한다.

100 : 접지스위치 제어부 110 : 전위차 검출부
120 : 전류 검출부 130 : 접지스위치
200 : 차단기 제어부 210 : DC 고속 차단기
300 : 중앙 제어부

Claims

레일과 대지 사이의 전위차를 검출하는 전위차 검출부와, 접지 스위치부에 흐르는 전류를 검출하고 검출된 전류값을 차단기 제어부로 전달하는 전류 검출부와, 차단기 제어부에 의해 스위칭 동작되어 레일과 전차선을 차단시키는 차단기와, 접지스위치 제어부로부터 전달받은 전류값을 전달받아 중앙 제어부로 전달하는 차단기 제어부와, 스위칭 동작하여 레일과 대지를 접지 상태로 만드는 접지스위치와, 차단기 제어부에서 받은 전류값을 토대로 레일의 상태가 지락사고 상태인지 비지락사고 상태 인지를 판단하고 차단기 투입 제어 명령을 차단기 제어부로 전달하는 중앙 제어부를 포함하여 구성되고,
상기 중앙 제어부는 차단기 제어부로부터 받은 전류값과 인접한 접지스위치 전류값을 비교하여 지락사고 상태인지 비지락사고 상태 인지를 판단하고 사고 상태로 판단되면 차단기 제어부로 차단기 동작 제어 명령을 전달할 수 있도록 마이컴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지락사고와 비지락사고 상태 구분이 가능한 레일 전위 제어 시스템.
지락사고와 비지락사고 상태를 구분하는 방법에 있어서,
전위차 검출부에서 레일과 대지 사이의 전위차를 검출하는 전위차 검출 단계와,
전위차 검출 단계에서 전위차가 검출되면 접지스위치 제어부가 동작하고, 접지스위치 제어부는 접지 스위치를 동작시켜 레일과 대지를 접지 상태로 만드는 접지 단계와,
접지 상태가 되면 접지스위치 제어부는 전류 검출부를 통해 접지 스위치에 흐르는 전류값을 측정하는 전류 측정 단계와,
전류값이 측정되면 접지스위치 제어부는 차단기 제어부로 전류값을 전달하고, 차단기 제어부는 중앙 제어부로 전류값을 전달하고, 중앙 제어부는 차단기 제어부로부터 받은 전류값을 인접한 접지스위치 전류값과 비교하여 지락사고 또는 비지락사고 상태를 판단하는 사고 상태 판단 단계와,
사고 상태로 판단되면 중앙 제어부는 차단기 제어부로 차단기 동작 제어 명령을 전달하고, 차단기 제어부로부터 차단기 투입 명령을 받은 차단기는 레일과 전차선 사이에 차단기가 투입되는 차단기 투입 단계를 포함하여 동작하는 것을 특징으로 하는 지락사고와 비지락사고 상태 구분이 가능한 레일 전위 제어 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 지락사고 판단 단계는,
중앙 제어부에서 차단기 제어부로부터 받은 전류값을 인접한 접지스위치 전류값과 비교하여 지락사고 또는 비지락사고 상태를 판단하는 사고 판단 단계와,
중앙 제어부에서 사고 상태로 판단되면 차단기 제어부는 레일과 전차선 사이에 차단기 투입을 제어하는 차단기 투입 단계를 포함하여 동작하는 것을 특징으로 하는 지락사고와 비지락사고 상태 구분이 가능한 레일 전위 제어 방법.