KR101118375B1 - 전력계통에서의 고속 사고판단 장치 - Google Patents

전력계통에서의 고속 사고판단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력계통에서 발생되는 단락 또는 지락 등의 사고를 고속으로 판단하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치에 관한 것으로서 전력계통으로 공급하는 전류를 검출하는 전류 트랜스와, 전류 트랜스의 전류 검출전압과, 전류 트랜스의 전류 검출전압을 1계 미분한 전압과 전류 트랜스의 전류 검출전압을 2계 미분한 전압을 미리 설정된 제 1 내지 제 3 기준전압과 각기 비교하는 전류 판단부와, 아크 사고시 광이 발생되는 부위에 설치되어 광을 검출하는 광센서와, 광센서의 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압과 비교하여 사고 판단부로 출력하는 광신호 판단부와, 전류 판단부 및 광신호 판단부의 비교 판단신호로 사고의 발생여부를 판단하고 사고의 발생이 판단될 경우에 트립신호를 발생하는 사고 판단부를 포함한다.

Description

전력계통에서의 고속 사고판단 장치{Apparatus for swift determination of fault in Electric Power System}
본 발명은 전력계통에서 단락 또는 지락 등의 사고가 발생하였을 경우에 사고의 발생을 고속으로 판단하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는 전력계통에 사용하는 계전기 등에서 전력계통에서의 사고발생 여부를 판단하는 것으로서 전력 계통이 정상부하 상태 또는 무부하 상태에서 갑자기 단락 또는 지락 등의 사고가 발생하여 사고 전류가 흐르게 될 경우에 고속으로 사고전류를 감지하여 전력계통을 보호할 수 있도록 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치에 관한 것이다.
전기를 에너지 형태로 사용한 이후에 발전, 송전 및 배전 사업자와 소비자들 사이 또는 단위 전력 시스템에서 정상적인 부하 사용조건 외에 단락, 지락 또는 기타 사유로 인한 단락전류 및 과전류 상태에서 시스템을 보호하기 위하여 여러 종류의 계전기(Relay)가 사용되고 있다.
대표적인 계전기로는 OCR(Over Current Relay)이 알려져 있으며, 이외에도 전압, 주파수 및 차동 등을 비롯한 여러 가지의 보호요소를 가진 계전기들이 아날로그 시대를 거쳐 디지털 형태로 개발되어 널리 사용되고 있다.
단락 또는 과전류의 보호요소는 정확한 사고 판단을 하고, 오동작을 막기 위하여 통상적으로 사고전류의 최소 0.5 사이클에서 1 사이클 정도의 RMS(Root Mean Square) 값을 가지고 사고의 발생을 판단하였다. 따라서 통상의 계전기는 사고의 발생을 판단하여 트립신호를 발생할 때까지 약 30㎳ 정도의 트립 출력시간을 가지고 있다.
그러나 이러한 시간은 최근의 특정한 상황에서는 시스템을 보호하기에 다소 긴 시간이며, 현재의 전자 및 디지털 기술은 충분한 속도를 가질 수 있으나 사고의 발생을 판단하는데 많은 시간이 소요되는 편이라고 할 수 있다.
특히 수배전반(Switchgear)이나 전력기기의 내부에서 발생하는 아크 사고(Internal Arc Fault)에서는 통상적인 계전기의 동작 시간으로는 시스템 손상, 기기 손상 및 인명 피해를 피할 수 없다.
또한 매우 큰 사고전류에서 고속의 트립을 요구하는 계전기에서도 통상의 계전기의 사고 판단은 요구하는 짧은 사고판단 시간을 충족시킬 수 없다.
그러므로 본 발명이 해결하려는 과제는 매우 빠른 속도로 사고의 발생 여부를 판단하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 수배전반 또는 전력기기의 아크 사고 등이나 고속의 판단시간을 필요로 하는 계전기에서 약 0.5～1 사이클의 RMS 값의 입력 대기시간을 필요로 하지 않고, 0.125～0.25 사이클 이하의 시간 내에 사고의 발생을 판단하여 시스템, 기기 및 인명의 손상을 방지할 수 있는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 전력계통에서의 고속 사고판단 장치는, 전력계통으로 공급하는 전류를 검출하는 전류 트랜스와, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압과, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압을 1계 미분한 전압과 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압을 2계 미분한 전압을 미리 설정된 제 1 내지 제 3 기준전압과 각기 비교하는 전류 판단부와, 상기 전류 판단부가 비교 판단한 신호로 사고의 발생여부를 판단하고 사고의 발생이 판단될 경우에 트립신호를 발생하는 사고 판단부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 전류 판단부는 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압을 미리 설정된 제 1 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 제 1 비교기와, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압을 1계 미분하는 제 1 미분기와, 상기 제 1 미분기의 1계 미분전압을 미리 설정된 제 2 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 제 2 비교기와, 상기 제 1 미분기의 1계 미분전압을 미분하여 2계 미분전압을 생성하는 제 2 미분기와, 상기 제 2 미분기의 2계 미분전압을 미리 설정된 제 3 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 제 3 비교기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 사고 판단부는 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이고 또한 상기 1계 미분전압이 상기 미리 설정된 제 2 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하고 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 사고 판단부는 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이고 또한 상기 2계 미분전압이 상기 미리 설정된 제 3 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하고 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전력계통에서의 고속 사고판단 장치는 아크 사고시 광이 발생되는 부위에 설치되어 광을 검출하는 광센서와, 상기 광센서의 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 광신호 판단부를 더 포함하고, 상기 사고 판단부는 상기 전류 판단부 및 상기 광신호 판단부의 비교 판단신호로 사고의 발생여부를 판단하고 사고의 발생이 판단될 경우에 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 광센서는 복수 개의 포인트 광센서인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 광센서는 광 케이블에서 재킷 부분을 투명한 재질로 형성한 루프 광센서인 것을 특징으로 한다.
상기 광신호 판단부는 상기 광센서의 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 전기신호 변환부와, 상기 전기신호 변환부의 출력전압을 미리 설정된 제 4 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 제 4 비교기로 구성됨을 특징으로 한다.
또한 상기 사고 판단부는 상기 광센서의 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압 이상이고, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 사고 판단부는 상기 광센서의 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압 이상이고, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 상기 1계 미분 전압이 미리 설정된 제 2 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 사고 판단부는 상기 광센서의 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압 이상이고, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 상기 2계 미분 전압이 미리 설정된 제 3 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
본 발명으로 전류 신호의 순시 값과, 상기 순시 값을 1계 및 2계 미분한 값을 정보로 활용하고, 전류 값, 전류 1계 미분 값, 전류 2계 미분 값의 사고 기준전압의 크기를 조절하여 신속하게 사고의 발생 여부를 판단함과 아울러 신뢰성 있는 사고판단을 가능하게 한다.
또한 광센서 및 제반 시스템이 갖춰진 경우에 광신호 및 광신호 미분 값을 활용하여 아크 사고를 신속하고, 높은 신뢰도로 정확하게 판단하는 것이 가능하다.
또한 본 발명에 따르면, 초고속으로 사고를 판단하는 계전기 개발이 가능하다. 즉 0.125 사이클 이하에서도 전력계통, 전기회로의 사고 판단이 가능한 계전기를 개발할 수 있다.
본 발명에 있어서 순시 전류 값에 대해서 1계 미분 및 2계 미분값을 디지털 회로나 소프트웨어 적으로 얻을 수도 있고 아날로그 적인 전자회로로 구현할 수 도 있으며, 특이하게는 로고스키 코일이 전류를 측정했을 때 출력이 전류값의 미분에 비례한 전압으로 나타나므로 이 값을 바로 1계 미분치로 활용할 수 있으나 이것은 본 발명의 알고리즘을 하드웨어적으로 구현한 한 실시 예에 해당하며 새로운 발명으로 볼 수는 없다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1 및 도 2는 단락, 지락 등의 사고가 발생하게 될 경우에 흐르는 사고전류를 예로 들어 보인 도면,
도 3은 교류 전력계통 또는 전기회로는 단순화하여 보인 도면,
도 4는 전압 90˚의 위상에서 사고가 발생하였을 경우에 흐르는 대칭 정현파 형태의 사고전류를 보인 도면,
도 5는 전압 0˚의 위상에서 사고가 발생하였을 경우에 흐르는 비대칭 정현파 형태의 사고전류를 보인 도면,
도 6은 전압 90˚의 위상에서 사고가 발생하였을 경우에 흐르는 대칭 정현파 형태의 사고전류를 2계 미분한 파형을 보인 도면,
도 7은 전압 0˚의 위상에서 사고가 발생하였을 경우에 흐르는 비대칭 정현파 형태의 사고전류를 2계 미분한 파형을 보인 도면, 및
도 8은 본 발명의 전력계통에서의 고속 사고판단 장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 블록도이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
전력 시스템에서 단락 및 지락 등의 사고가 발생하게 될 경우에 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같은 형태의 사고전류가 흐르게 된다.
전압 0°의 위상 부근에서 사고가 발생할 경우에 사고전류에 직류성분이 합산되어 도 1에 도시된 바와 같이 비대칭 형태를 가지게 되고, 전압 0°의 위상에서 사고가 발생할 경우에는 사고전류에 가장 큰 직류성분이 포함된다. 그리고 피크 전압 즉, 90°의 위상 부근으로 사고의 발생시점이 옮겨갈수록 직류성분이 감소하여 도 2에 도시된 바와 같이 사고전류가 대칭형태를 나타나게 된다.
일반적으로 계전기에서 사용하는 단락 및 과전류 보호요소의 사고판단 방법들은 대부분 사고전류의 RMS(Root Mean Square) 값을 0.5～1 사이클 가량 입력받고, 입력받은 RMS의 값의 크기가 미리 설정된 기준전압보다 클 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생하게 된다.
여기서, 상기 RMS의 값은 도 1 및 도 2에 도시된 그래프에서의 면적에 해당된다.
상기 사고 발생을 판단하는 연산은 아날로그적인 방법으로 가능하며, 최근에는 디지털 전자회로로 많이 구현하고 있는 실정이다.
일반적으로 과전류 및 단락 보호의 계전기류는 0.5～1 사이클의 RMS 값을 입력하여 사고의 발생여부를 판단하므로 사고의 판단에 대한 신뢰성이 매우 높으나, 하드웨어가 매우 우수하여 빠른 속도로 동작하더라고 기본적으로 RMS 값을 입력하여 사고를 판단하는데 소요되는 시간이 길다. 이러한 계전요소를 포함한 계전기들은 통상적으로 약 30㎳ 정도의 트립신호 출력시간을 가지고 있다.
그러므로 수배전반(Switchgear)이나 전력기기 등의 아크 사고나 매우 고속의 동작을 요구하는 계전기 등에는 적용이 불가능하다.
특히 아크 사고의 경우에는 매우 높은 사고전류와 함께 사고 에너지가 아크 형태로 발생되고, 수반되는 고압 및 고열이 10～15㎳의 정도일 경우에 최고 값에 도달하여 내장된 전력기기 및 외함 등을 손상시키고, 기기 근처에 인명이 있을 경우는 인명의 손상도 초래할 수 있는 사고이다.
이러한 경우에 일반적인 과전류 보호요소에서 필요로 하는 약 30㎳ 정도의 동작시간과, 차단기의 동작시간을 고려하면, 시스템, 전력기기 및 인명을 보호하기에는 너무 늦은 동작시간이다.
일반적으로 교류 전력계통 또는 전기회로는 단순화할 경우에 도 3에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있고, 정상적인 부하조건에서는 선로 임피던스(ZL), 부하(Load)의 임피던스 및 계통의 전원 전압(Es)에 의해 결정되는 부하전류(IL)가 흐르게 된다.
임의의 시점에서 단락 또는 지락 사고(Fault)가 발생하게 되면, 선로 임피던스(ZL)에 의해서만 제한되는 매우 큰 사고전류(Isc)가 흐르게 된다. 이 때 단락 또는 지락 사고(Fault)가 발생하는 시점이 전압 0˚의 위상일 경우에 상기 도 1에 도시된 바와 같이 비대칭 정현파 형태의 사고전류가 흐르게 되고, 전압 90˚의 위상일 경우에 상기 도 2에 도시된 바와 같이 대칭 정현파 형태의 사고전류가 흐르게 되며, 전압 0˚ 및 90˚ 사이의 위상에서 사고가 발생할 경우에는 위상각에 비례한 만큼의 감쇠 직류 성분이 포함된 비대칭 사고전류가 흐르게 된다.
아크 사고가 발생할 경우에는 약 10～15㎳ 이내에 아크가 최고 값에 도달하므로 일반적인 과전류 및 단락전류 보호용 계전기로는 아크 사고에 의한 피해를 제거할 수 없다.
최근에 아크 사고로부터 기기 및 인명을 보호하고자 아크 보호요소를 갖는 계전기류가 개발되었으며 이러한 계전기들은 0.5～15㎳ 이내에 아크 사고의 발생을 판단한 후 트립신호를 발생하고 있다.
이와 같이 고속으로 사고의 발생을 판단하기 위해서는 신속한 판단시간 뿐만 아니라 신뢰도까지 유지해야 한다.
그러므로 본 발명에서는 RMS 값으로 사고의 발생을 판단하지 않고, 전류 파형의 순시 값으로 판단하며, 전류 파형을 기본으로 정보를 가공하여 고속으로 사고를 판단하는 것으로서 본 발명에서 사고의 발생을 판단하는 요소들은 다음과 같다.
1. 사고전류 순시 값 : i(t)
2. 사고전류 순시 값의 1계 미분 값 :
Figure 112010058201652-pat00001
3. 사고전류 순시 값의 2계 미분 값 :
Figure 112010058201652-pat00002
4. 아크 사고의 경우에 광 센서가 검출하는 광신호의 순시 값 : L(t)
본 발명에서는 상기한 4가지의 정보에 대해서 적절한 판단 기준전압을 설정하고, 4가지 사고정보의 논리적 곱 및 논리적 합 판단에 의하여 매우 빠르고 신뢰성이 높은 사고판단을 수행할 수 있도록 한다.
전력계통에 포함되어 있는 인덕턴스 성분은 전류의 갑작스런 변화 및 불연속을 막는 특성이 있으므로 지락 사고가 발생하였을 경우에 정상 전류 값에서 사고전류의 피크 값까지 상승하는데 소정의 시간이 소요된다.
따라서 0.125 사이클 이하의 고속으로 사고를 판단하기 위해서 사고전류의 순시 값 i(t)만을 미리 지정한 기준전압과 비교하는 것은 안정성도 낮고 시간도 많이 걸리게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 사고전류의 순시 값을 1계 미분한 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00003
을 함께 사용하여 높은 신뢰성을 유지하면서 사고판단의 시간을 줄이는 방법을 제안한다.
사고전류의 순시 값 i(t)에 대한 기준전압은 정상전류보다 약간 높은 값으로 설정하여 사고 조건을 만족하는데 필요한 시간을 줄이고, 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00004
에 대한 기준전압은 통상의 높은 값을 지정하여 신뢰성을 만족하면서도 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 사고가 발생하는 순간에 사고전류의 순시 값 i(t)보다 높은 값을 나타내는 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00005
의 특성을 가지고 높은 신뢰도와 빠른 판단 시간을 확보할 수 있다.
1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00006
만으로 사고를 판단할 경우에 순간 서지(surge)에 의한 오동작이 발생할 수 있으므로 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00007
에 하기와 같이 논리 곱(AND) 조건을 적용하여 오동작에 대한 가능성을 배제하여야 한다.
i(t)제1기준전압 AND
Figure 112010058201652-pat00008
제2기준전압
사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이고, 또한 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00009
가 미리 설정된 제 2 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단한다.
사고전류의 순시 값 i(t) 및 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00010
을 논리 곱(AND) 조건으로 사고를 판단하는 방법으로도 충분히 빠른 사고 판단 시간을 가질 수 있으나 정상전류와 사고전류의 크기 비율이 크지 않고, 또한 비대칭 사고전류가 흐를 경우에는 사고전류의 순시 값 i(t) 및 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00011
의 논리 곱(AND) 조건만으로는 1～2㎳ 정도의 고속으로 사고를 판단하기에는 부족한 상황이 발생하기도 한다.
이러한 경우의 사고판단이 느려지는 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 사고전류의 순시 값 i(t) 및 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00012
뿐만 아니라 하기와 같이 2계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00013
을 논리 곱(AND) 조건을 사고를 판단하는 방법을 제안한다.
i(t)제1기준전압 AND {
Figure 112010058201652-pat00014
제2기준전압 OR
Figure 112010058201652-pat00015
제3기준전압}
즉, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이고, 또한 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00016
가 미리 설정된 제 2 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하고, 또한 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이고, 또한 2계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00017
이 미리 설정된 제 3 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단한다.
2계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00018
는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 형태와 같이 비대칭 성분이 많고 정상전류와 사고전류의 비율이 크지 않은 경우에 사고판단을 빠르게 할 수 있다.
아크 사고의 경우에 광 센서의 광 신호를 전기적인 신호로 변환하여 판단할 수 있는 하드웨어가 구비되어 있는 시스템에서는 상술한 사고 판단의 조건과 함께 광 신호를 활용하여 사고판단의 신뢰성과 신속성을 확보할 수 있다.
광 신호를 활용할 경우에 하기와 같이 사고의 발생을 판단할 수 있다.
L(t)제4기준전압 AND i(t)제1기준전압
L(t)제4기준전압 AND i(t)제1기준전압 AND
Figure 112010058201652-pat00019
제2기준전압
L(t)제4기준전압 AND i(t)제1기준전압 AND {
Figure 112010058201652-pat00020
제2기준전압 OR
Figure 112010058201652-pat00021
제3기준전압}
즉, 광신호의 순시 값 L(t)이 제 4 기준전압 이상이고, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단한다. 또한 광신호의 순시 값 L(t)이 제 4 기준전압 이상이고, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00022
가 미리 설정된 제 2 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단한다. 또한 광신호의 순시 값 L(t)이 제 4 기준전압 이상이고, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00023
가 미리 설정된 제 2 기준전압 이상이거나 또는 광신호의 순시 값 L(t)이 제 4 기준전압 이상이고, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 2계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00024
이 미리 설정된 제 3 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단한다.
이러한 본 발명은 전력계통의 사고를 신속하게 판단하기 위하여 전류값의 순시 값과 이 전류 값의 1계 미분 및 2계 미분 정보를 활용하여 사고 초기에 사고의 크기 유무를 신속하고 신뢰성 있게 판단할 수 있고, 아크 사고에 대하여 광센서와 제반의 시스템이 있는 경우 광신호까지 사고판단에 활용하여 사고 판단의 신속성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 전력계통에서의 고속 사고판단 장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 블록도이다. 여기서, 부호 800은 전류 트랜스이다. 상기 전류트랜스(800)는 부하 또는 전력 계통으로 전력을 공급하는 선로에 설치되어 부하 또는 전력 계통으로 전력의 전류를 전압으로 검출한다.
부호 810은 전류 판단부이다. 상기 전류 판단부(810)는 상기 전류 트랜스(800)의 출력신호와, 상기 전류 트랜스(800)의 출력신호를 1계 미분한 1계 미분신호와, 상기 전류 트랜스(800)의 출력신호를 2계 미분한 2계 미분신호들 각각이 미리 설정된 기준전압 이상인지의 여부를 판단하는 것으로서 증폭기(812), 제 1 비교기(814), 제 1 미분기(816), 제 2 비교기(818), 제 2 미분기(820) 및 제 3 비교기(822)를 포함한다.
상기 증폭기(812)는 상기 전류 트랜스(800)의 검출전압을 증폭한다.
상기 제 1 비교기(814)는 상기 증폭기(812)의 출력전압이 미리 설정된 제 1 기준전압 이상인지의 여부를 판단한다.
상기 제 1 미분기(816)는 상기 증폭기(812)의 출력전압을 1계 미분한다.
상기 제 2 비교기(818)는 상기 제 1 미분기(816)의 출력전압이 미리 설정된 제 2 기준전압 이상인지의 여부를 판단한다.
상기 제 2 미분기(820)는 상기 제 1 미분기(816)의 출력신호를 다시 미분하여 2계 미분한 신호를 생성한다.
상기 제 3 비교기(822)는 상기 제 2 미분기(820)의 출력전압이 미리 설정된 제 3 기준전압 이상인지의 여부를 판단한다.
부호 830은 광센서이다. 상기 광센서(830)는 예를 들면, 특정지점의 광을 검출하는 복수 개의 포인트 광센서를 계전기 등을 비롯한 아크 사고의 발생을 검출할 복수 개의 위치에 설치되어 광을 검출할 수 있다.
또한 상기 광센서(830)는 광 케이블에서 재킷(Jacket) 부분을 투명한 재질로 구성한 것으로서 아크의 강한 광이 입사될 경우에 입사된 광이 산란 효과에 의하여 코어(Core)로 침투하여 양 단부에서 광을 검출할 수 있는 루프 광 센서를 사용할 수도 있다.
부호 840은 상기 광센서(830)가 검출하는 광신호를 이용하여 사고의 발생 여부를 판단하는 광신호 판단부이다. 상기 광신호 판단부(840)는 전기신호 변환부(842), 증폭기(844) 및 제 4 비교기(846)를 포함한다.
상기 전기신호 변환부(842)는 상기 광센서(830)가 검출하는 광신호를 전기적인 신호로 변환한다.
상기 증폭기(844)는 상기 전기신호 변환부(842)가 출력하는 전기신호를 증폭한다.
상기 제 4 비교기(846)는 상기 증폭기(844)의 출력전압이 미리 설정된 제 4 기준전압 이상인지의 여부를 판단한다.
부호 850은 사고 판단부이다. 상기 사고 판단부(850)는 상기 전류 판단부(810) 및 상기 광신호 판단부(840)의 출력신호로 사고의 발생 여부를 판단하고, 사고의 발생이 판단될 경우에 트립신호를 발생하여 부하 또는 전력 계통으로 공급되는 전력을 차단시키게 한다.
여기서, 상기 전류 트랜스(800) 및 상기 전류 판단부(810)를 각기 하나씩 구비하는 것을 예로 들어 도시한 것으로서 부하 또는 계통으로 전력을 공급하는 라인의 수에 따라 상기 전류 트랜스(800) 및 상기 전류 판단부(810)를 복수 개 구비할 수 있다. 예를 들면, 부하 또는 계통으로 공급하는 전력이 3상 4선식으로 4개의 라인을 통해 전력을 공급할 경우에 상기 전류 트랜스(800) 및 상기 전류 판단부(810)를 각기 4개씩 구비할 수 있다. 또한 부하 또는 계통으로 공급하는 전력이 3상 3선식으로 3개의 라인을 통해 전력을 공급할 경우에 상기 전류 트랜스(800) 및 상기 전류 판단부(810)를 각기 3개씩 구비할 수 있다.
그리고 상기 광센서(830) 및 광신호 판단부(840)를 각기 하나씩 구비하는 것을 예로 들어 도시한 것으로서 광센서(830)로 복수 개의 포인트 광센서를 사용할 경우에 복수 개의 포인트 광센서와 복수 개의 광신호 판단부(840)를 구비하여 구성할 수도 있다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 전력계통에서의 고속 사고판단 장치는 부하 또는 전력 계통으로 전력을 공급할 경우에 전류 트랜스(800)가 부하 또는 전력 계통으로 공급되는 전력의 전류를 전압으로 검출한다.
상기 전류 트랜스(800)가 검출하는 전류 검출전압은 전류 판단부(810)의 증폭기(812)에 입력되어 증폭되고, 증폭기(812)에서 증폭된 전류 검출전압은 제 1 비교기(814)에 입력된다.
그러면, 상기 제 1 비교기(814)는 상기 증폭기(812)로부터 입력된 전류 검출전압을 미리 설정된 제 1 기준전압과 비교하고, 비교 결과신호를 출력한다. 즉, 상기 제 1 비교기(814)는 상기 증폭기(812)의 출력전압이 미리 설정된 제 1 기준전압 이상인지의 여부를 비교하고, 비교 결과신호를 출력한다.
또한 상기 증폭기(812)의 출력전압은 제 1 미분기(816)에 입력되어 1계 미분되고, 1계 미분된 전압은 제 2 비교기(818)로 입력된다.
그러면, 상기 제 2 비교기(818)는 상기 제 1 미분기(816)로부터 입력된 1계 미분전압을 미리 설정된 제 2 기준전압과 비교하고, 비교 결과신호를 출력한다. 즉, 상기 제 2 비교기(818)는 상기 제 1 미분기(816)의 1계 미분전압이 미리 설정된 제 2 기준전압 이상인지의 여부를 비교하고, 비교 결과신호를 출력한다.
또한 상기 제 1 미분기(816)에서 미분된 1계 미분신호는 제 2 미분기(820)에서 다시 미분되어 2계 미분된 전압을 생성하고, 생성한 2계 미분 전압은 제 3 비교기(822)로 입력된다.
그러면, 상기 제 3 비교기(822)는 상기 제 2 미분기(820)로부터 입력된 2계 미분전압을 미리 설정된 제 3 기준전압과 비교하고, 비교 결과신호를 출력한다. 즉, 상기 제 3 비교기(822)는 상기 제 2 미분기(820)의 2계 미분전압이 미리 설정된 제 3 기준전압 이상인지의 여부를 비교하고, 비교 결과신호를 출력한다.
그리고 광센서(830)는 아크 사고 등이 발생할 경우에 광을 검출하여 광신호를 생성하고, 생성한 광신호는 광신호 판단부(840)의 전기신호 변환부(842)로 입력되어 전기적인 신호 즉, 광 검출전압으로 변환된다.
상기 전기신호 변환부(842)에서 변환된 광 검출전압은 증폭기(844)에 입력되어 증폭된 후 제 4 비교기(846)로 입력된다.
그러면, 상기 제 4 비교기(846)는 상기 증폭기(844)로부터 입력되는 광 검출전압을 미리 설정된 제 4 기준전압과 비교하고, 비교 결과신호를 출력한다. 즉, 상기 제 4 비교기(846)는 상기 증폭기(844)에서 증폭한 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압 이상인지의 여부를 비교하고, 비교 결과신호를 출력한다.
한편, 사고 판단부(850)는 상기 전류 판단부(810)의 출력신호 및 상기 광신호 판단부(840)의 출력신호를 입력하여 전력 공급에 사고가 발생하였는지의 여부를 판단한다.
즉, 상기 사고 판단부(850)는 전류 트랜스(800) 및 전류 판단부(810)만을 구비하고 있을 경우에 하기의 논리식과 같이 사고의 발생여부를 판단한다.
i(t)기준전압 AND {
Figure 112010058201652-pat00025
기준전압 OR
Figure 112010058201652-pat00026
기준전압}
즉, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 기준전압 이상이고, 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00027
가 미리 설정된 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생하고, 또한 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 기준전압 이상이고, 2계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00028
일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생한다.
또한 상기 사고 판단부(850)는 전류 트랜스(800) 및 전류 판단부(810), 광센서(830) 및 광신호 판단부(840)를 모두 구비하고 있을 경우에는 상기 전류 판단부(810) 및 상기 광신호 판단부(840)를 입력하여 하기의 논리식과 같이 사고의 발생여부를 판단한다.
L(t)제4기준전압 AND i(t)제1기준전압
L(t)제4기준전압 AND i(t)제1기준전압 AND
Figure 112010058201652-pat00029
제2기준전압
L(t)제4기준전압 AND i(t)제1기준전압 AND {
Figure 112010058201652-pat00030
제2기준전압 OR
Figure 112010058201652-pat00031
제3기준전압}
즉, 광신호의 순시 값 L(t)이 제 4 기준전압 이상이고, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생한다. 또한 광신호의 순시 값 L(t)이 제 4 기준전압 이상이고, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00032
가 미리 설정된 제 2 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생한다. 또한 광신호의 순시 값 L(t)이 제 4 기준전압 이상이고, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 1계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00033
가 미리 설정된 제 2 기준전압 이상이거나 또는 광신호의 순시 값 L(t)이 제 4 기준전압 이상이고, 사고전류의 순시 값 i(t)가 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 2계 미분 값
Figure 112010058201652-pat00034
이 미리 설정된 제 3 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생한다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
800 : 전류 트랜스 810 : 전류 판단부
812, 844 : 증폭기 814 : 제 1 비교기
816 : 제 1 미분기 818 : 제 2 비교기
820 : 제 2 미분기 822 : 제 3 비교기
830 : 광센서 840 : 광신호 판단부
842 : 전기신호 변환부 846 : 제 4 비교기
850 : 사고 판단부

Claims (11)

  1. 전력계통으로 공급하는 전류를 검출하는 전류 트랜스;
    상기 전류 트랜스의 전류 검출전압과, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압을 1계 미분한 전압과 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압을 2계 미분한 전압을 미리 설정된 제 1 내지 제 3 기준전압과 각기 비교하는 전류 판단부; 및
    상기 전류 판단부가 비교 판단한 신호로 사고의 발생여부를 판단하고 사고의 발생이 판단될 경우에 트립신호를 발생하는 사고 판단부;를 포함하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 판단부는;
    상기 전류 트랜스의 전류 검출전압을 미리 설정된 제 1 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 제 1 비교기;
    상기 전류 트랜스의 전류 검출전압을 1계 미분하는 제 1 미분기;
    상기 제 1 미분기의 1계 미분전압을 미리 설정된 제 2 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 제 2 비교기;
    상기 제 1 미분기의 1계 미분전압을 미분하여 2계 미분전압을 생성하는 제 2 미분기; 및
    상기 제 2 미분기의 2계 미분전압을 미리 설정된 제 3 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 제 3 비교기;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 사고 판단부는;
    상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이고 또한 상기 1계 미분전압이 상기 미리 설정된 제 2 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하고 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 사고 판단부는;
    상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이고 또한 상기 2계 미분전압이 상기 미리 설정된 제 3 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하고 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    아크 사고시 광이 발생되는 부위에 설치되어 광을 검출하는 광센서; 및
    상기 광센서의 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 광신호 판단부를 더 포함하고,
    상기 사고 판단부는;
    상기 전류 판단부 및 상기 광신호 판단부의 비교 판단신호로 사고의 발생여부를 판단하고 사고의 발생이 판단될 경우에 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광센서는;
    복수 개의 포인트 광센서인 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 광센서는;
    광 케이블에서 재킷 부분을 투명한 재질로 형성한 루프 광센서인 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 광신호 판단부는;
    상기 광센서의 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 전기신호 변환부; 및
    상기 전기신호 변환부의 출력전압을 미리 설정된 제 4 기준전압과 비교하여 상기 사고 판단부로 출력하는 제 4 비교기;로 구성됨을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 사고 판단부는;
    상기 광센서의 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압 이상이고, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 사고 판단부는;
    상기 광센서의 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압 이상이고, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 상기 1계 미분 전압이 미리 설정된 제 2 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 사고 판단부는;
    상기 광센서의 광 검출전압이 미리 설정된 제 4 기준전압 이상이고, 상기 전류 트랜스의 전류 검출전압이 상기 미리 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 상기 2계 미분 전압이 미리 설정된 제 3 기준전압 이상일 경우에 사고가 발생한 것으로 판단하여 트립신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력계통에서의 고속 사고판단 장치.
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