KR101105302B1 - 가공 루프 배전계통 시스템 - Google Patents

가공 루프 배전계통 시스템 Download PDF

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Abstract

가공배전선로에 고장 발생시 고장구간에서 가장 가까운 선로 양측 차단기들 간 통신을 이용하여 고장구간을 자동적으로 제거함으로써 가공배전선로내에 접속된 부하가 정전을 경험하지 않게 하는 가공 루프 배전계통시스템이 개시된다. 상기 가공 루프 배전계통 시스템은 하나의 변전소에 연결되어 폐루프를 형성하거나 서로 다른 하나 이상의 변전소에 연결되어 개루프를 형성하는 배전선로; 상기 배전선로를 따라 소정 간격을 두고 설치되어 부하로 상기 변전소로부터의 전력을 제공하거나 차단하는 복수의 차단유닛; 상기 변전소로부터의 한 쌍의 배전선로에 각각 설치된 제1 및 제2메인차단기; 및 부하에 접속되어 부하로 전력을 제공하거나 차단하는 복수의 개폐기를 포함한다.

Description

가공 루프 배전계통 시스템{OVERHEAD LOOP POWER DISTRIBUTION SYSTEM}
본 발명은 가공 루프 배전계통시스템에 관한 것으로서, 특히 가공배전선로에 고장 발생시 고장구간에서 가장 가까운 선로 양측 차단기들 간 통신을 이용하여 고장구간을 자동적으로 제거함으로써 가공배전선로내에 접속된 부하가 정전을 경험하지 않게 하는 가공 루프 배전계통시스템에 관한 것이다.
현재 배전계통시스템을 구성하는 방법으로는, 고저압 Spot네트워크 시스템, 간선연계방식, 주예비절환방식 등이 사용되고 있다.
이중 주예비절환방식의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 변전소(5)와 수용가 사이의 배전선로가 고장날 경우, 수용가인 부하에 정전이 발생하는 것을 방지하기 위해, 주 배전선로(3) 상에 예비 배전선로(4)를 연결하고, 예비 배전선로(4)는 동일한 변전소(5) 또는 다른 변전소와 연결되어 정전시 예비 배전선로(4)를 통해 배전이 이루어질 수 있도록 한 것이다. 만약, 주 배전선로(3)상의 A 지점에서 고장이 발생한 경우, 주 배전선로(3) 상에 설치된 개폐기(6)를 개방(OPEN)시키고, 예비 배전선로(4)의 개폐기(7)를 투입(ON)시켜 예비 배전선로(4)를 통해 부하에 전력을 공급한다.
그런데, 이렇게 개폐기(6)를 개방하고 개폐기(7)를 투입(ON)시킬 경우, 상기 두 동작간의 시간동안 배전선로 전구간에 정전이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 주 배전선로(3)상의 개폐기(6)가 동작하지 아니할 경우, 변전소(5)에 설치된 차단기(미도시)가 작동하게 되며, 이 경우 주 배전선로(3)에 연결된 모든 부하(8)에 정전이 발생한다는 문제점이 있다.
한편 이러한 문제점을 극복하기 위해 폐루프 배전계통시스템이 개발되었다. 이러한 폐루프 배전계통시스템은 배전선로 또는 부하의 고장이 발생할 경우 해당 구간을 배전선로로부터 신속히 제거하여 정전의 범위를 최소화하거나, 폐루프에서 공급되는 부하들이 정전을 전혀 경험하지 못하도록 할 수 있다.
그러나 기존의 폐루프 배전계통시스템은 차단기를 통해서만 부하로 전력을 공급하는 지중 배전선로에 적합하지만, 현재 그 특성상 수지상 선로 형태로 운영되고 있는 가공 배전선로에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 이러한 종래의 폐루프 배전계통시스템의 문제점을 극복하기 위해 고안된 것으로서 가공 배전선로를 폐루프 배전선로 및 개루프 배전선로 중 어느 하나로 구성하고 가공배전선로에 고장 발생시 고장구간에서 가장 가까운 선로 양측 차단기들 간 통신을 이용하여 고장구간을 자동적으로 제거함으로써 가공배전선로내에 접속된 부하가 정전을 경험하지 않게 하는 가공 루프 배전계통시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 태양에 따라, 가공 루프 배전계통 시스템이 제공되고, 상기 가공 루프 배전계통 시스템은 하나의 변전소에 연결되어 폐루프를 형성하거나 서로 다른 하나 이상의 변전소에 연결되어 개루프를 형성하는 배전선로; 상기 배전선로를 따라 소정 간격을 두고 설치되어 부하로 상기 변전소로부터의 전력을 제공하거나 차단하는 복수의 차단유닛; 상기 변전소로부터의 한 쌍의 배전선로에 각각 설치된 제1 및 제2메인차단기; 및 부하에 접속되어 부하로 전력을 제공하거나 차단하는 복수의 개폐기를 포함한다.
또한, 가공 루프 배전계통 시스템은 상기 개루프를 형성하는 배전선로는 서로 다른 두 배전선로를 개폐할 수 있는 상시 개방점 개폐기를 더 포함할 수 있다.
상기 각 차단유닛은 이웃하는 차단유닛 또는 부하와 연결되어 전력을 전달하 는 복수의 회로를 가지며, 각 회로에는 차단기가 설치되어 있고, 상기 이웃하는 차단유닛과 연결된 한 쌍의 회로에는 전류의 방향을 감지하며 상호 반대방향으로 방향성릴레이가 각각 설치되고, 상기 개폐기 및 상기 상시 개방점 개폐기는 방향성릴레이가 설치될 수 있다.
상기 각 차단유닛, 상기 개폐기, 또는 상기 상시 개방점 개폐기에 연결되어 차단유닛 내의 각 차단기, 상기 개폐기, 또는 상기 상시 개방점 개폐기의 동작을 제어하는 복수의 제어부와, 상기 각 차단유닛, 상기 개폐기, 또는 상기 상시 개방점 개폐기에 설치되어 인근의 타 차단유닛, 타 개폐기, 또는 타 상시 개방점 개폐기와 고속으로 정보를 송수신하는 모뎀을 포함하는 통신계통을 더 포함할 수 있다.
상기 각 제어부는 직접 연결된 차단유닛의 전류방향과, 모뎀을 통해 제공된 타 차단유닛의 전류방향을 비교하여 상기 방향성릴레이에 대해 모두 전류가 나가는 정방향인 경우, 상기 차단유닛 중 가장 인접한 차단유닛의 차단기를 트립시킬 수 있다.
상기 각 제어부는, 상기 각 차단유닛내의 상기 이웃하는 차단유닛과 연결된 회로의 방향성릴레이에서 모두 정방향의 전류방향이 감지된 경우, 상기 방향성릴레이가 연결된 회로의 차단기를 트립시키고, 또한 일부구간 통신이 불량한 상태가 되어도 환형으로 구성된 통신선로를 통해 반대방향으로 신호를 송수신하여 차단유닛의 정상동작을 보장하며, 이의 실패시에도 차단유닛 자체에 내장된 T-C특성요소를 활용하여 고장구간을 분리하는 백업기능을 가질 수 있다.
상기 각 제어부는 상기 차단유닛내의 각 회로를 흐르는 전류의 합이 0이 아닌 경우, 상기 이웃하는 양측 차단유닛과 연결된 회로의 차단기를 트립하여, 배전선로로부터 차단유닛 자체만을 분리할 수 있다.
상기 배전선로에 연결된 복수의 분기선로를 더 포함하며, 상기 각 분기선로의 상기 배전선로에 인접한 영역에는 일정 이상의 전류 흐름시 상기 분기선로를 차단하는 T(시간)-C(전류) 커브 감지수단을 내장한 자동재폐로차단기 또는 휴즈가 설치될 수 있다.
상기 제어부는 상기 모뎀을 통한 다른 차단유닛으로의 통신을 통해 상기 트립된 가장 인접한 차단유닛의 차단기 외의 차단기에 대하여 차단 동작을 수행하지 않도록 할 수 있다.
상기 제어부는 상기 차단유닛의 트립전에, 상기 모뎀을 통한 통신을 통해 상기 상시 개방점 개폐기를 폐쇄하여 개루프를 폐루프로 만들 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템은 고장구간의 자동 제거를 위해 폐루프 형태로 배전선로를 구성해야만할 필요없이 폐루프 배전선로로 구성함이 곤란한 가공 배전선로에 있어서 폐루프 배전선로 및 개루프 배전선로 중 어느 하나로 구성하고 가공배전선로에 고장 발생시 고장구간에서 가장 가까운 선로 양측 차단기들 간 통신을 이용하여 고장구간을 자동적으로 제거함으로써 가공배전선로내에 접속된 부하가 정전을 경험하지 않게 할 수 있다.
이하 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로하는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템의 예시적인 구성도로서, 도 2a는 동일 변전소(5)의 동일 주변압기로부터 인출된 2회선으로 폐루프 가공 배전선로를 구성하고 있는 것을 도시하고 있고 도 2b는 서로 다른 변전소(5a, 5b)나 서로 다른 주변압기로부터 인출된 2회선으로 개루프 가공 배전선로를 구성하고 있는 것을 도시하고 있다.
본 가공 루프 배전계통 시스템은, 배전선로(15)로 이루어진 배전선로 계통과, 배전선로 루프와 데이터를 송수신하는 초고속 광통신망의 통신선로(37)로 이루어진 통신선로 계통을 포함한다.
배전선로 계통은, 변전소(5)에 연결된 배전선로(15)와, 배전선로(15)를 따라 소정 간격을 두고 설치된 복수의 차단유닛(20)과, 배전선로(15)의 변전소(5)를 향 한 양단부에 설치되는 제1 및 제2메인차단기(10a,10b), 및 (도시안된) 부하, 예컨대, 수용가에 연결되어 부하에 전력공급을 개폐할 수 있는 개폐기(6)를 포함한다.
더하여, 도 2b에 도시된 바와 같이 개루프 가공 배전선로에서는 서로 다른 두 배전선로(15)를 개폐할 수 있는 상시 개방점 개폐기(9)를 더 포함할 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 배전선로(15)는 변전소(5)와 연결된 영역으로부터 두 개로 분기되어 하나의 폐루프를 형성하며, 분기된 지점에 인접한 영역에는 각각 제1메인차단기(10a)와 제2메인차단기(10b)가 설치되어 있다.
각 차단유닛(20)은, 상호 연결된 복수의 회로를 가지며, 각 회로는 이웃하는 차단유닛(20) 또는 부하와 연결되어 전력을 전달한다. 본 실시예의 차단유닛(20)은 4개의 회로를 가지며, 4개의 회로 중 제1회로(21a)는 그 앞단에 위치한 개폐기(6)와 연결되고, 제4회로(21d)는 다음에 위치한 개폐기(6) 또는 다른 차단유닛(20)의 제1회로(21a)와 연결될 수 있다. 그리고 중간의 제2 및 제3회로(21b,21c)는 (도시안된) 부하와 연결될 수 있다.
제1회로부터 제4회로까지(21a,21b,21c,21d)에는 각각 차단기(25)가 설치되어 있고, 제1회로(21a)와 제4회로(21d)에는 회로의 전류이상을 감지하기 위한 방향성릴레이(23)가 각각 설치되어 있다. 각 방향성릴레이(23)는 동일한 방향으로 장착되어 차단유닛(20)에서 나가는 방향은 정방향으로 설정되고, 차단유닛(20)으로 들어오는 방향은 역방향으로 설정된다.
통신선로 계통은 각 차단유닛(20)에 연결되어 차단유닛(20) 내의 각 차단기(25)의 동작을 제어하는 복수의 제어부(30)와, 통신선로상에 설치된 복수의 (도 시안된) 모뎀을 포함할 수 있고 제어부(30)와 모뎀은 각 차단유닛별로 설치되어 서로 일대일로 상호 통신한다.
상기 제어부(30), 모뎀, 및 방향성 릴레이는 개폐기(6) 및 상시 개방점 개폐기(9)에도 설치된다.
각 제어부(30)는 해당 제어부(30)에 직접 연결된 차단유닛(20)의 방향성릴레이(23)로부터 일정수준(배전선로 운영자가 사전에 설정한 수준) 이상의 과도한 전류가 흘렀을 때 전류의 방향에 대한 정보를 제공받으며, 이와 함께, 모뎀을 통해 타 제어부(30)에서 얻어진 타 차단유닛(20) 또는 개폐기(6)의 정보를 제공받는다. 각 제어부(30)는 직접 연결된 차단유닛(20)과 타 차단유닛(20) 또는 개폐기(6)의 정보를 비교하여 직접 연결된 차단유닛(20)내의 각 차단기(25)의 동작을 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템에서 배전선로 고장시 배전선로를 폐쇄하는 예를 보인 배전선로도이다.
먼저 폐루프 배전선로로 구성한 경우를 설명하면, 도시된 바와 같이, 첫번째 차단유닛(20a)과 두번째 차단유닛(20b) 사이의 배전선로(15)에서 고장이 발생한 경우, 예를 들어, 공사 중 중장비에 의해 배전선로(15)가 손상된 경우, 배전선로(15)의 손상된 지점을 통해 전력이 급속히 누설되고, 전류의 쏠림현상이 나타난다. 이에 따라, 첫번째 차단유닛(20a)과 두번째 차단유닛(20b)의 전류방향이 상호 마주보게 된다. 그러면, 첫번째 차단유닛(20a)의 제4회로(21d)의 방향성릴레이(23a)와 두번째 차단유닛(20b)의 제1회로(21e)의 방향성릴레이(23b)가 각각 전류의 증가를 감지하는 동시에, 제4회로(21d)의 방향성릴레이(23a)와 제1회로(21e)의 방향성릴레이(23b)가 모두 정방향의 전류의 흐름을 감지한다.
첫번째 차단유닛(20a)에 연결된 첫번째 제어부(30a)는 제4회로(21d)의 방향성릴레이(23a)를 통해 전류의 증가 및 방향에 대한 정보를 제공받고, 두번째 차단유닛(20b)에 연결된 두번째 제어부(30b)는 제1회로(21e)의 방향성릴레이(23b)를 통해 전류의 증가 및 방향에 대한 정보를 제공받는다. 그리고 모뎀간의 통신에 의해 첫번째 제어부(30a)는 두번째 차단유닛(20b)의 제1회로(21e)의 방향성릴레이(23b)에서 감지한 전류의 증가 및 방향에 대한 정보를 제공받고, 두번째 제어부(30b)는 첫번째 차단유닛(20a)의 제4회로(21d)의 방향성릴레이(23a)에서 감지한 전류의 증가 및 방향에 대한 정보를 제공받는다.
그러면, 첫번째 제어부(30a)와 두번째 제어부(30b)는, 전류의 흐름이 첫번째 차단유닛(20a)과 두번째 차단유닛(20b) 사이에서 모두 정방향으로 흐르고 있기 때문에 이 두 차단유닛 사이의 배전선로 구간에 배전선로(15)에 이상이 발생하였다고 판단한다. 따라서, 첫번째 제어부(30a)는 첫번째 차단유닛(20a)의 제4회로(21d)에 연결된 차단기를 트립시키고, 두번째 제어부(30b)는 두번째 차단유닛(20b)의 제1회로(21e)에 연결된 차단기를 트립시킨다. 그러면, 첫번째 차단유닛(20a)과 두번째 차단유닛(20b) 사이의 배전선로(15)가 차단된다(총 차단 소요시간 3～5cycle이내). 그런 다음, 첫번째 차단유닛(20a)까지는 제1메인차단기(10a) 측의 배전선로(15)로부터 전력이 공급되고, 두번째 차단유닛(20b)까지는 제2메인차단기(10b) 측의 배전선로(15)로부터 전력이 공급된다. 이에 따라, 첫번째 차단유닛(20a)에 연결된 부 하와, 두번째 차단유닛(20b)까지는 연결된 부하에는 지속적으로 전력이 공급되어 정전이 발생하지 아니하며, 다른 모든 차단유닛에 연결된 부하들도 전혀 정전을 경험하지 아니한다.
다음으로, 먼저 개루프 배전선로로 구성한 경우를 설명하면, 상기 폐루프 배전선로로 구성한 경우와 전류를 차단하는 시나리오는 동일하고 다만, 첫번째 제어부(30a)가 첫번째 차단유닛(20a)의 제4회로(21d)에 연결된 차단기를 트립시키고, 두번째 제어부(30b)가 두번째 차단유닛(20b)의 제1회로(21e)에 연결된 차단기를 트립시킴으로써 첫번째 차단유닛(20a)과 두번째 차단유닛(20b) 사이의 배전선로(15)를 차단하기 전에, 제어부(30a) 또는 제어부(30b)가 상시 개방점 개폐기(9)로 모뎀을 통해 고장발생을 알려 상시 개방점 개폐기(9)가 닫혀 배전선로(15)를 하나의 폐루프로 구성하는 과정이 더 포함되는데 차이가 있다. 이와같이 폐루프를 구성 후 상기 폐루프 배전선로의 경우처럼 차단유닛(20a)과 두번째 차단유닛(20b) 사이의 배전선로(15)를 차단하면, 첫번째 차단유닛(20a)까지는 제1메인차단기(10a) 측의 배전선로(15)로부터 전력이 공급되고, 두번째 차단유닛(20b)까지는 제2메인차단기(10b) 측의 배전선로(15)로부터 전력이 공급된다. 이에 따라, 첫번째 차단유닛(20a)에 연결된 부하와, 두번째 차단유닛(20b)까지는 연결된 부하에는 지속적으로 전력이 공급되어 정전이 발생하지 아니하며, 다른 모든 차단유닛에 연결된 부하들도 전혀 정전을 경험하지 아니한다.
또한, 상기 폐루프 배전선로 및 개루프 배전선로로 구성한 경우에 있어서, 제어부(30a) 및 제어부(30b)의 차단신호 송출에 있어 뒤 편의 후순위 차단기에서는 동작을 금지하는 신호도 동시에 송출하여 불필요한 차단을 예방할 수 있다.
만일, 고장지점이 차단기 자체인 경우, 즉 차단기 자체에 내부고장이 발생하게 되면, 차단기 양측 회로의 방향성 릴레이들이 모두 차단기 내부로 흐르는 고장전류 방향을 감지하게 되는데, 이 경우를 차단기 자체 고장으로 판단하고 차단기 양측 회로를 모두 신속하게 분리하게 된다. 이때에도 상기한 바와 같이 개루프 배전선로로 구성한 경우이면, 상기 고장점 분리전에 상시 개방점 개폐기(9)로 고장발생을 알려 상시 개방점 개폐기(9)가 닫히게 하여 폐루프를 구성하는 과정을 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템에서 배전선로 고장시 배전선로를 폐쇄하는 알고리즘을 보인 모식도이다.
도 4의 상부영역에는 배전선로(15)와 각 차단유닛(20a,20b,20c)이 도시되어 있고, 하부영역에는 각 차단유닛(20a,20b,20c)에 연결된 각 제어부에 수집되는 통신 프레임(100)이 간단하게 도시되어 있다. 각 차단유닛에는 ①, ②, ③으로 차단유닛의 번호가 기재되어 있고, 각 통신 프레임(100)의 첫번째 칸에는 통신 프레임(100)이 생성된 차단유닛의 번호가 표시되어 있으며, 두번째 칸에는 제1회로의 전류방향, 세번째 칸에는 제4회로의 전류방향이 표시되어 있다. 여기서, R은 전류가 차단유닛(20)으로 들어가는 경우 즉 역방향인 경우, F는 전류가 차단유닛(20)으로부터 나오는 경우, 즉 정방향인 경우를 표시한다.
①번 차단유닛(20a)과 ②번 차단유닛(20b) 사이의 배전선로(15)에 고장이 발 생한 경우, ①번 차단유닛(20a)의 제어부(30a)에서는 ①번 차단유닛(20a) 하부의 첫번째 통신 프레임(100)에서와 같이, 제1회로의 전류방향은 R로 표시하고 제4회로의 전류방향은 F로 표시한 통신 프레임(100)을 생성한다.
②번 차단유닛(20b)의 제어부(30b)에서는 ②번 차단유닛(20b) 하부의 첫번째 통신 프레임(100)에서와 같이, 제1회로의 전류방향은 F로 표시하고 제4회로의 전류방향은 R로 표시한 통신 프레임(100)을 생성한다.
③번 차단유닛(20c)의 제어부(30c)에서는 ③번 차단유닛(20c) 하부의 첫번째 통신 프레임(100)에서와 같이, 제1회로의 전류방향은 F로 표시하고 제4회로의 전류방향은 R로 표시한 통신 프레임(100)을 생성한다.
①번 차단유닛(20a)의 제어부(30a)는 서로 쌍을 이루는 한 측이 ①번 차단유닛(20a)에 연결된 변전소(5)의 제1메인차단기(10a)이므로, ⓞ번으로 표시된 제1메인차단기(10a)와, ②번 차단유닛(20b)으로부터 통신 프레임(100)을 제공받아 세 개의 통신 프레임(100)을 상호 비교한다. 이때, 제어부는 상호 인접한 회로 간, 예를 들면, 제1메인차단기(10a)의 전류방향과 ①번 차단유닛(20a)의 제1회로의 전류방향을 비교하고, ①번 차단유닛(20a)의 제4회로와 ②번 차단유닛(20b)의 제1회로의 전류방향을 비교한다. 비교결과, 양 회로의 전류방향이 방향성릴레이(23)에 대해 모두 정방향인 경우, 즉 전류방향이 상호 마주 보는 방향인 경우에는 해당 회로의 차단기를 트립시킨다. 이에 따라, ①번 차단유닛(20a)의 제어부(30a)는 제4회로의 차단기를 트립시킨다.
①번 차단유닛(20a)의 제어부(30a)와 마찬가지로, ②번 차단유닛(20b)의 제 어부(30b)는 ①번 차단유닛(20a)과 ③번 차단유닛(20c)으로부터 제공된 통신 프레임(100), 및 차단유닛(20b)가 생성한 통신 프레임(100)을 비교한다. ①번 차단유닛(20a)의 제4회로가 정방향이고, ②번 차단유닛(20b) 제1회로가 정방향이므로, ②번 차단유닛(20b)의 제어부(30b)는 제1회로의 차단기를 트립시킨다.
이에 따라, 고장이 발생한 ①번 차단유닛(20a)과 ②번 차단유닛(20b) 사이의 배전선로 구간이 차단된다.
한편, 도 4에서는 3개의 차단유닛(20)을 도시하였으나, 하나의 폐루프 배전계통시스템에서 차단유닛(20)의 수는 다수개일 수 있으며, 이 경우 각 차단유닛(20)의 제어부에서는 폐루프 배전계통시스템내의 모든 차단유닛(20)의 통신 프레임(100)을 상호 비교한다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 ①번 차단유닛(20a)과 ②번 차단유닛(20b) 사이의 배전선로(15)에 고장이 발생한 경우, ①번 차단유닛(20a)의 제4회로와, ②번 차단유닛(20b)의 제1회로의 전류방향이 모두 정방향일 뿐만 아니라, ①번 차단유닛(20a)의 제4회로와 나머지 차단유닛(20)의 전류방향도 모두 정방향이 된다. 따라서, 단순히 전류방향을 비교하여 차단기를 작동시킬 경우, 다수의 차단유닛(20)의 차단기를 작동시켜야 한다. 이에 따라, 가장 근접한 위치에 있는 ①번 차단유닛(20a)과 ②번 차단유닛(20b)에서 차단기를 작동시킬 경우, ①번 차단유닛(20a)과 ②번 차단유닛(20b)은 폐루프 배전계통시스템의 타 차단유닛(20)으로 ①번 차단유닛(20a)과 ②번 차단유닛(20b)의 차단기가 작동하였으며 차단기를 작동시키지 말 것을 요구하는 신호를 제공함으로써, 타 차단유닛(20)이 차단되는 것을 방지한다.
한편, 비교결과, 양 회로의 전류방향이 모두 정방향이 아닌 경우, 즉, 일측 회로는 정방향이고 타측 회로는 역방향인 경우나, 양 회로의 전류방향이 모두 역방향인 경우에는 트립을 발생시키지 아니한다. 예를 들어, ③번 차단유닛(20c)의 제어부(30c)는 ②번 차단유닛(20b)의 통신 프레임(100), ③번 차단유닛(20c)의 통신 프레임(100), 및 ③번 차단유닛(20c)이후에 접속되는 (도시안된) ④번 차단유닛의 통신프레임을 비교하며, 비교결과, ③번 차단유닛(20c)의 제1회로의 전류방향은 정방향이고, ②번 차단유닛(20b)의 제4회로의 전류방향은 역방향이므로, 트립을 발생시키지 않는다. 또한, ③번 차단유닛(20c)의 다음 프레임인 ④번 차단유닛의 통신 프레임을 상호 비교해보면, ③번 차단유닛(20c)의 제4회로(21d)는 전류방향이 역방향이고, ④번 차단유닛의 제1회로는 전류방향이 정방향이므로 트립을 발생시키지 아니한다.
한편, 각 제어부는 연결된 차단유닛(20)의 전류방향이 정방향이고, 이웃하는 차단유닛(20)으로부터 아무런 정보도 받지 못하면, 배전선로(15)의 고장여부를 확인할 수 없으므로, 트립을 발생시키지 아니한다. 또한, 각 제어부는 이웃하는 제어부로부터 전류방향에 대한 정보를 제공받으면, 자신에 연결된 차단유닛(20)의 전류방향에 대한 정보를 이웃하는 제어부로 제공한다.
이러한 제어부 중, 연결된 차단유닛(20)이 제1 또는 제2메인차단기(10a,10b)에 직접 연결된 경우, 자신의 회로가 정방향이면 다른 제어부로부터의 정보를 기다리지 아니하고, 즉시 트립을 발생시킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부고장을 검출하기 위한 차단유닛의 모식도이다.
차단유닛(20)이 정상 상태인 경우, 제1회로부터 제4회로(21a,21b,21c,21d)까지 흐르는 전류의 벡터합(I1+I2+I3+I4=0)은 0이 된다. 그러나 차단유닛(20)의 내부 고장이 발생한 경우에는 전류의 합이 0이 아니라 고장전류가 된다. 이에 따라, 전류의 합이 0이 아닌 경우에는 내부고장으로 판단하여, 제1회로(21a)와 제4회로(21d)의 차단기를 트립시킨다. 이에 따라, 해당 차단유닛(20)에 연결된 부하만 정전이 된다.
한편, 제2 또는 제3회로(21b,21c)에 연결된 부하에 고장이 발생한 경우, 제1회로(21a)와 제4회로(21d)에서 전류방향이 모두 역방향이 된다. 이러한 경우 우선 제2 또는 제3 회로내에 내장된 T-C커브 요소나 휴즈에 의해 우선적으로 해당 회로를 배전선로로부터 분리시키며, 상기 동작이 이루어지지 않았을 경우 배전선로 운영자가 사전에 설정해 놓은 일정 시간이 경과된 후 제1, 제4회로의 역방향 검출 조건을 전제로 제1과 제4회로의 차단기를 트립시켜 해당 차단유닛을 폐루프 회로에서 분리한다. 이에 따라, 제1회로(21a)와 제4회로(21d)에서 전류방향이 모두 역방향인 경우, 제1회로(21a)와 제4회로(21d)를 트립시켜 고장난 부하를 배전선로(15)로부터 분리한다.
도 6은 본 발명의 폐루프 배전계통시스템에 분기선로가 설치된 배전선로도이다.
차단유닛(20)과 차단유닛(20) 사이에 배전선로(15)에 복수의 분기선로(70)가 설치되는 경우, 분기선로(70) 중 하나에서 고장이 발생하면, 도 4를 참조하여 설명 한 바와 같이, 이전 차단유닛(20)의 제4회로의 차단기와, 다음 차단유닛(20)의 제1회로의 차단기를 각각 트립시킨다. 이 경우, 고장이 발생한 분기선로(70)뿐만 아니라 해당 배전선로(15)에 연결된 모든 분기선로(70)에 정전이 발생한다. 이를 방지하기 위해, 본 폐루프 배전계통시스템에서는 분기선로(70)의 배전선로(15)에 인접한 영역에 T(시간)-C(전류) 커브 감지수단을 내장한 자동재폐로차단기 또는 휴즈(60)를 설치하여 고장이 발생하여 일정 이상의 전류가 감지되면, 해당 분기선로(70)를 차단하도록 한다. 이에 따라, 해당 분기선로(70)가 연결된 배전선로(15)를 트립시키지 아니하므로, 해당 배전선로(15)에 연결된 타 분기선로(70)가 정전되는 것을 방지할 수 있다. 이는 차단유닛 전체에 설정된 고장판단 지연시간 이내에 분기선로가 차단되어야한다는 전제조건이 수반된다.
이와 같이, 본 폐루프 배전계통시스템에서는, 배전계통을 폐루프로 형성함으로써, 배전선로(15)의 일부가 고장에 의해 차단되더라도 각 부하에는 타 방향으로부터 전력이 공급된다. 따라서, 각 부하에 정전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 고장이 발생한 배전선로(15)의 차단시, 해당 배전선로(15)에 가장 인접한 차단유닛(20)에서만 트립을 발생시키고, 타 차단유닛(20)에서 트립이 발생하는 것을 금지하는 신호를 발생시킴으로써, 차단구간을 최소화할 수 있다.
또한, 차단유닛(20) 내부 또는 차단유닛(20)에 연결된 부하의 고장을 감지하여 해당 차단유닛(20)만을 차단하여 정전의 확산을 방지할 수 있다. 한편, 분기선로(70)를 운영할 경우에는, 각 분기선로(70)의 고장시 자체적으로 배전선로(15)로부터 분리될 수 있도록 함으로써, 타 분기선로(70) 또는 배전선로(15)에 정전이 발 생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 통신 프레임(100)은 설명의 편의를 위해 차단유닛의 번호, 상기 제 1 회로의 전류 방향, 및 상기 제 4 회로의 전류 방향이 표시되어 있는 것으로 간단히 구성하였지만, 본 발명은 이에 제한되지 않음을 이해할 것이다.
상기 통신 프레임(100)과 관련하여 보다 자세히는, 고속 보호협조 통신을 위한 표준 프로토콜(예컨대, DNP 및 MODBUS 등)이 있지만, 이러한 표준 프로토콜은 다수의 데이터계층을 사용하므로 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템에서 요구되는 속도를 보장하기 곤란하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템에서는 고속의 보호협조 통신을 지원하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같은 대략 20비트 정도의 통신 프레임(100)을 가질 수 있다.
상기 통신 프레임(100)에서, 통신 프레임(100)은 각각 Start비트와 Stop비트를 포함하여, 10비트로 구성되는 상태 코드와 에러 코드를 포함할 수 있다.
상태 코드에서, 67F는 상 고장에 대한 고장방향이 Forward시 Set(상 고장전류 OUT)를, 67NF는 지락 고장에 대한 고장방향이 Forward시 Set(N상 고장전류 OUT)를, 67R는 상 고장에 대한 고장방향이 Reverse시 Set(상 고장전류 IN)를, 67NR는 지락 고장에 대한 고장방향이 Reverse시 Set(N상 고장전류 IN)를, TS는 상대단 RTU에 Tripping 명령 전송시 Set를, BS는 상대단 RTU에 Blocking 명령 전송시 Set를, DTS는 상대단 차단기 RTU에 직접개방(Direct Tripping) 명령 전송시 Set하고 수신시 고장이 지속될 경우 즉시 Trip을 각각 나타낸다.
또한 에러 코드에서 상태 코드의 정확성 체크를 위해 송수신되는데 상태 코 드를 반전시켜 데이터 비트의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 제공된다.
상기 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같은 특정 형태의 통신 프레임(100)을 고속 보호협조통신을 위해 제안하였지만 본 발명은 이에 특별히 한정되지 않고 다수의 데이터계층을 사용하는 본 가공 루프 배전계통 시스템의 고속 통신을 지원하는 것이면 여하한 형태의 데이터 프레임도 가능하다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 종래의 배전계통시스템을 보인 배전선로도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템의 예시적인 구성도로서, 도 2a는 동일 변전소의 동일 주변압기로부터 인출된 2회선으로 폐루프 가공 배전선로의 일 예시적 구성도 및 도 2b는 서로 다른 변전소나 서로 다른 주변압기로부터 인출된 2회선으로 개루프 가공 배전선로의 일 예시적 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템에서 배전선로 고장시 배전선로를 폐쇄하는 예를 보인 배전선로도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템에서 배전선로 고장시 배전선로를 폐쇄하는 알고리즘을 보인 모식도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부고장을 검출하기 위한 차단유닛의 모식도,
도 6은 본 발명의 폐루프 배전계통시스템에 분기선로가 설치된 배전선로도, 및
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 루프 배전계통 시스템에서 사용되는 고속의 보호협조 통신을 지원하기 위한 통신 프레임의 일 예를 도시한 도면.

Claims (10)

  1. 하나의 변전소에 연결되어 폐루프를 형성하거나 서로 다른 둘 이상의 변전소에 연결되어 개루프를 형성하며 서로 다른 두 배전선로를 개폐할 수 있는 상시 개방점 개폐기를 포함하는 배전선로;
    상기 배전선로를 따라 소정 간격을 두고 설치되어 부하로 상기 변전소로부터의 전력을 제공하거나 차단하는 복수의 차단유닛;
    상기 변전소로부터의 한 쌍의 배전선로에 각각 설치된 제1 및 제2메인차단기;
    부하에 접속되어 부하로 전력을 제공하거나 차단하는 복수의 개폐기;
    상기 각 차단유닛, 상기 개폐기, 또는 상기 상시 개방점 개폐기에 연결되어 차단유닛 내의 각 차단기, 상기 개폐기, 또는 상기 상시 개방점 개폐기의 동작을 제어하는 복수의 제어부; 및
    상기 각 차단유닛, 상기 개폐기, 또는 상기 상시 개방점 개폐기에 설치되어 인근의 타 차단유닛, 타 개폐기, 또는 타 상시 개방점 개폐기와 고속으로 정보를 송수신하는 모뎀을 포함하는 통신계통을 포함하며,
    상기 각 차단유닛은 이웃하는 차단유닛 또는 부하와 연결되어 전력을 전달하는 복수의 회로를 가지며, 각 회로에는 차단기가 설치되어 있고, 상기 이웃하는 차단유닛과 연결된 한 쌍의 회로와 상기 개폐기 및 상기 상시 개방점 개폐기에는 전류의 방향을 감지하며 상호 반대방향으로 방향성릴레이가 각각 설치되며,
    상기 각 제어부는, 직접 연결된 차단유닛의 전류방향과, 모뎀을 통해 제공된 타 차단유닛의 전류방향을 비교하여 상기 방향성릴레이에 대해 모두 전류가 나가는 정방향인 경우, 상기 차단유닛 중 가장 인접한 차단유닛의 차단기를 트립시키는 것을 특징으로 하는 가공 루프 배전계통시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 제어부는, 상기 각 차단유닛내의 상기 이웃하는 차단유닛과 연결된 회로의 방향성릴레이에서 모두 정방향의 전류방향이 감지된 경우, 상기 방향성릴레이가 연결된 회로의 차단기를 트립시키고, 또한 일부구간 통신이 불량한 상태가 되어도 환형으로 구성된 통신선로를 통해 반대방향으로 신호를 송수신하여 차단유닛의 정상동작을 보장하며, 이의 실패시에도 차단유닛 자체에 내장된 T-C특성요소를 활용하여 고장구간을 분리하는 백업기능을 갖는 것을 특징으로 하는 가공 루프 배전계통시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 제어부는 상기 차단유닛내의 각 회로를 흐르는 전류의 벡터합이 0(zero)이 아닌 경우, 상기 이웃하는 양측 차단유닛과 연결된 회로의 차단기를 트립하여, 배전선로로부터 차단유닛 자체만을 분리하는 것을 특징으로 하는 가공 루프 배전계통시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배전선로에 연결된 복수의 분기선로를 더 포함하며, 상기 각 분기선로의 상기 배전선로에 인접한 영역에는 일정 이상의 전류 흐름시 상기 분기선로를 차단하는 T(시간)-C(전류) 커브 감지수단을 내장한 자동재폐로차단기 또는 휴즈가 설치된 것을 특징으로 하는 가공 루프 배전계통시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 모뎀을 통한 다른 차단유닛으로의 통신을 통해 상기 트립된 가장 인접한 차단유닛의 차단기 외의 차단기에 대하여 차단 동작을 수행하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 가공 루프 배전계통시스템.
  10. 제 1 항, 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 차단유닛의 트립전에, 상기 모뎀을 통한 통신을 통해 상기 상시 개방점 개폐기를 폐쇄하여 개루프를 폐루프로 만드는 것을 특징으로 하는 가공 루프 배전계통시스템.
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