KR101350618B1 - Apparatus and method for high impedance fault detecting - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고저항 고장 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환 및 감시데이터를 산출하여 고저항 고장에 의한 아크 발생 전후를 판단하는 고저항 고장 검출 장치 및 그 방법을 제공한다.The present invention relates to a high resistance failure detection device and method thereof, and more particularly, to a high resistance failure detection device and method for determining before and after an arc generation due to a high resistance failure by calculating the average unitary discrete wavelet transform and monitoring data. To provide.
배전선로 고장 검출을 위한 보호장치(변전소 계전기, 리클로져 및 퓨즈 등)에 적용되고 있는 대부분의 검출방법은 과전류계전(OCR : Over Current Relay)방식 및 지락과 전류 계전(OCGR : Over Current Ground Relay)방식으로 모두 상전류 및 중성선 전류가 미리 설정된 값 이상이 되면 동작하는 방식이다.Most detection methods applied to protection devices (substation relays, reclosers and fuses) for detecting distribution line failures include over current relay (OCR) and over current ground relay (OCGR). In this method, both the phase current and the neutral wire current are operated when the predetermined value is over.
하지만 과전류로 인식되지 않는 저 전류 고장, 예를 들어 상의 경우 “부하전류 + 고장전류”가 일반적으로 400A 이하인 고장전류에 대해 그리고 중성선 또는 영상분의 경우 “고장전 불평형전류 + 고장후 불평형전류”가 70A 이하인 상황, 에서는 동작하지 못하는 문제점이 있다. 이렇게 과전류로 인식되지 않는 저전류 고장을 고저항 고장(HIF : High Impedance Fault)라고 하며 지락 고장 시 고저항 지락고장이라 한다.However, for low current faults that are not recognized as overcurrent, for example, for fault currents where the "load current + fault current" is typically 400 A or less for phases and for "neutral unbalanced current after fault" There is a problem that does not work in the situation below 70A. This low current fault, which is not recognized as an overcurrent, is called a high resistance fault (HIF).
그리고 비접지 배전계통을 사용하는 나라의 경우는 일반적인 지락고장이 발생하여도 상-대지간 전류 흐름이 매우 적어 일반 고장과 고저항 지락고장의 경계가 모호하지만 우리나라와 같은 다중접지 방식을 사용하는 나라에서는 과전류 계전방식으로 검출하지 못하는 고저항 지락고장의 특징을 분석할 필요가 있다. 특히 고저항 고장전류가 일정수준(100A 이하)로 발생할 경우 아크를 동반할 가능성이 크다. 아크는 고조파 분석 시 홀수 고조파와 짝수 고조파들을 동시에 보여주는 특징을 가지고 있으며, 10kHz 이내 주파수 성분이 불규칙적으로 포함되어 있어 웨이브렛 변환 데이터를 가공하여 고장 전?후의 특징을 구분할 수 있다. 이를 위해 웨이브렛 변환을 이용하여 아크를 검출하기 위한 방법은 일본공개특허 2010-154738에 개시된 바와 같이 이산 웨이브렛 변환으로부터 고주파 성분으로부터 상세 계수 및 저주파 성분으로부터 근사 계수를 얻어 검출하는 방법이 주로 사용되고 있으나 이러한 방법은 웨이블렛 변환으로 상세 계수와 유사 계수를 모두 구하는데 많은 시간이 소요되고 하나의 계수만을 구한다고 해도 샘플과 샘플 사이에 시간 간격을 고려하면 검출 장치의 처리성능이 저하되는 문제점이 발생하였다.In the case of a non-grounded distribution system, even though a general ground fault occurs, the current flow between phase and ground is very small, so the boundary between general fault and high resistance ground fault is ambiguous. It is necessary to analyze the characteristics of high resistance ground fault that cannot be detected by overcurrent relay method. In particular, if high resistance fault current occurs at a certain level (less than 100A), it is likely to be accompanied by an arc. The arc has the characteristic of showing both odd and even harmonics at the same time in the harmonic analysis, and because the frequency component is included irregularly within 10kHz, the wavelet transform data can be processed to distinguish between before and after failure. To this end, a method for detecting an arc using a wavelet transform is mainly used as a method of obtaining an approximate coefficient from a high frequency component and an approximation coefficient from a low frequency component from a discrete wavelet transform, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2010-154738. In this method, it takes a long time to obtain both the detailed coefficient and the similar coefficient by the wavelet transform, and even if only one coefficient is obtained, the processing performance of the detection apparatus is deteriorated when the time interval between the samples is considered.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환 및 감시데이터를 산출하고, 사용자가 미리 설정한 판단기간 동안 평균 및 기준치를 고정함으로써, 고저항 고장에 의한 아크 발생 전후를 용이하게 판단할 수 있는 고저항 고장 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, by calculating the average discrete wavelet transform and monitoring data on a periodic basis, and by fixing the average and the reference value for a predetermined determination period by the user, the arc caused by high resistance failure It is an object of the present invention to provide a high resistance failure detection device and a method which can easily determine before and after occurrence.
또한, 본 발명은 과전류 고장 정보, 고저항 아크 고장 정보 및 영상분, 역상분 변화 정보를 이용하여 고장상황을 종류별로 정확하게 구분하여 판단함으로써, 고저항 고장에 따른 신속한 대처가 이루어질 수 있는 고저항 고장 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention by using the over-current failure information, high resistance arc failure information and image and reverse phase change information to accurately classify the failure situation by type, high resistance failure that can be quickly responded to the high resistance failure It is an object of the present invention to provide a detection apparatus and method thereof.
또한, 본 발명은 고가의 계측기기 또는 계전기가 아닌 일반 배전용 단말장치에 적용가능함으로써, 하드웨어 부담을 최소화할 수 있는 고저항 고장 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a high resistance failure detection apparatus and method that can be applied to the terminal equipment for general power distribution rather than expensive measurement equipment or relay, which can minimize the hardware burden.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 장치는 전압 및 전류 계측기로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 전압 및 전류 변환부; 상기 디지털 신호로부터 실효값 및 정상, 영상 및 역상 성분을 산출하는 신호 산출부; 상기 실효값을 통해 과전류 고장 발생을 인지하는 과전류 고장 인지부; 상기 디지털 신호에 대해 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환을 수행하여, 감시 데이터를 산출하는 고저항 감시 데이터 산출부; 상기 감시 데이터를 통해 아크 고장 발생을 인지하고, 상기 영상 및 역상 성분 변화를 통해 지락 고장 발생을 인지하는 고저항 고장 인지부; 및 상기 과전류 고장 인지부의 대전류 경험 및 상기 고저항 고장 인지부의 인지 결과에 따라 고장상황을 판단하는 고장 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.High resistance failure detection apparatus according to the present invention for achieving the above object is a voltage and current converter for converting an analog signal input from a voltage and current measuring instrument into a digital signal; A signal calculator for calculating an effective value and a normal, video, and inverse phase component from the digital signal; An overcurrent fault recognition unit for recognizing the occurrence of an overcurrent fault through the effective value; A high-resistance monitoring data calculator for performing periodic unit average discrete wavelet transformation on the digital signal to calculate monitoring data; A high resistance failure recognizing unit for recognizing the occurrence of an arc failure through the monitoring data and recognizing the occurrence of a ground fault through the image and reverse phase component change; And a failure determination unit that determines a failure situation according to a large current experience of the overcurrent failure recognition unit and a recognition result of the high resistance failure recognition unit.
또한, 상기 고저항 감시 데이터 산출부는, N 주기 동안 웨이브렛 변환 후 아래 [수학식 1]과 같이 원 신호의 샘플 데이터가 샘플 윈도우 길이의 특정배수 일 때만 상세계수에 대한 절대값의 합계를 구한 후 다시 N으로 나누어 상기 감시 데이터를 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the high resistance monitoring data calculation unit, after the wavelet transform for N periods after calculating the sum of the absolute value of the detail coefficient only when the sample data of the original signal is a specific multiple of the sample window length as shown in [Equation 1] below The monitoring data is calculated by dividing by N again.
[수학식 1][Equation 1]
(ω : 웨이브렛 상세계수, j : Scale or level, k : {1.2.…kt}, kt : 총 샘플 수, N : 웨이브렛 변환 주기와 관련된 계수)(ω: wavelet detail coefficient, j: Scale or level, k: {1.2.… kt}, kt: total number of samples, N: coefficient related to wavelet conversion period)
또한, 상기 고저항 고장 인지부는, 미리 설정한 판단기간 동안 상기 감시 데이터의 입력값과 기준치를 비교하여 상기 아크 고장 발생의 전후를 감지하는 아크 감지부; 및 상기 영상 및 역상 성분의 변화율이 미리 설정한 비율보다 크거나 같은 경우, 상기 지락 고장 발생으로 감지하는 영상 및 역상 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The high resistance failure recognizing unit may include: an arc detecting unit configured to detect before and after occurrence of the arc failure by comparing an input value with a reference value of the monitoring data during a predetermined determination period; And an image and a reverse phase detector for detecting the ground fault when the rate of change of the image and the reverse phase component is greater than or equal to a preset ratio.
그리고 상기 아크 감지부는, 상기 감시데이터의 입력값이 기준치보다 크거나 같은 경우 변수를 '1'로 설정하여 미리 설정한 판단기간 동안 상기 기준치를 고정하는 것을 특징으로 한다.The arc detector may set the variable to '1' when the input value of the monitoring data is greater than or equal to the reference value to fix the reference value for a preset determination period.
그리고 상기 아크 감지부는, 상기 감시데이터의 입력값이 기준치보다 작은 경우 변수를 '0'으로 설정한 다음 가중평균을 적용하여 상기 기준치를 갱신하는 것을 특징으로 한다.When the input value of the monitoring data is smaller than the reference value, the arc detection unit sets the variable to '0' and updates the reference value by applying a weighted average.
그리고 상기 아크 감지부는, 상기 변수의 설정이 변경될 때마다 단기 아크 감지 Flag를 송출하고, 미리 설정된 시간 동안 상기 단기 아크 감지 Flag가 일정 개 이상이 되면 아크 감지 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.The arc detection unit may output a short term arc detection flag whenever the setting of the variable is changed, and output an arc detection signal when a predetermined number or more of the short term arc detection flags are set for a predetermined time.
또한, 상기 판단부는, 상기 영상 및 역상 성분 변화만이 인지되는 경우 '고저항 고장'으로 판단하고, 상기 아크 고장 발생만이 인지되는 경우 '고저항 아크 고장'으로 판단하고, 상기 영상 및 역상 성분 변화와 이전에 상기 과전류 고장이 인지된 경우 '고저항 단전지락 고장'으로 판단하고, 상기 과전류 고장 발생 인지 경험과 동시에 상기 아크 고장 발생과 상기 영상 및 역상 성분의 변화가 인지되는 경우 '고저항 단선지락 아크 고장'으로 고장상황을 분류하여 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the determination unit, when only the change of the image and the reverse phase component is recognized as "high resistance failure", and if only the occurrence of the arc failure is determined as "high resistance arc failure", the image and reverse phase component When the overcurrent fault is detected and the change is previously recognized as a 'high resistance single circuit fault', and when the arc fault occurrence and the change in the image and the reverse phase component are recognized at the same time as the experience of the overcurrent fault occurrence, the 'high resistance disconnection' Ground fault arc failure 'characterized in that the classification by determining the failure status.
또한, 상기 고장 판단부의 판단 결과를 배전 자동화 시스템 또는 사내 전산망에 전송하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include an interface unit configured to transmit the determination result of the failure determination unit to a distribution automation system or an in-house computer network.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 방법은 전압 및 전류 변환부에 의해, 전압 및 전류 계측기로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 신호 산출부에 의해, 상기 디지털 신호로부터 실효값 및 정상, 영상 및 역상 성분을 산출하는 단계; 과전류 고장 인지부에 의해, 상기 실효값을 통해 과전류 고장 발생을 인지하는 단계; 고저항 감시 데이터 산출부에 의해, 상기 디지털 신호에 대해 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환을 수행하여, 감시 데이터를 산출하는 단계; 고저항 고장 인지부에 의해, 상기 감시 데이터를 통해 아크 고장 발생을 인지하는 단계; 상기 고저항 고장 인지부에 의해 상기 영상 및 역상 성분 변화를 통해 지락 고장 발생을 인지하는 단계; 및 고장 판단부에 의해, 상기 인지 결과에 따라 고장상황을 판단하는 단계;를 포함한다.The high resistance failure detection method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: converting an analog signal input from a voltage and current meter into a digital signal by a voltage and current converter; Calculating, by the signal calculator, an effective value and a normal, video, and inverse phase component from the digital signal; Recognizing, by an overcurrent fault recognition unit, occurrence of an overcurrent fault through the effective value; Calculating, by the high resistance monitoring data calculator, monitoring data by performing a period-averaged discrete wavelet transformation on the digital signal; Recognizing, by the high resistance failure recognizing unit, occurrence of an arc failure through the monitoring data; Recognizing a ground fault occurrence through the image and reverse phase component change by the high resistance failure recognizing unit; And determining, by the failure determination unit, a failure situation according to the recognition result.
또한, 상기 감시 데이터를 산출하는 단계는, N 주기 동안 웨이브렛 변환 후 아래 [수학식 1]과 같이 원 신호의 샘플 데이터가 샘플 윈도우 길이의 특정배수 일 때만 상세계수에 대한 절대값의 합계를 구한 후 다시 N으로 나누어 상기 감시 데이터를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the calculating of the monitoring data, the sum of the absolute values of the detailed coefficients is obtained only when the sample data of the original signal is a specific multiple of the sample window length after the wavelet transform for N periods as shown in
[수학식 1][Equation 1]
(ω : 웨이브렛 상세계수, j : Scale or level, k : {1.2.…kt}, kt : 총 샘플 수, N : 웨이브렛 변환 주기와 관련된 계수)(ω: wavelet detail coefficient, j: Scale or level, k: {1.2.… kt}, kt: total number of samples, N: coefficient related to wavelet conversion period)
또한, 상기 감시 데이터를 통해 아크 고장을 인지하는 단계는, 미리 설정한 판단기간 동안 상기 감시 데이터의 입력값과 기준치를 비교하여 상기 감시데이터의 입력값이 기준치보다 크거나 같은 경우 변수를 '1'로 설정하여 미리 설정한 판단기간 동안 상기 기준치를 고정하고, 상기 감시데이터의 입력값이 기준치보다 작은 경우 변수를 '0'으로 설정한 다음 가중평균을 적용하여 상기 기준치를 갱신하여 상기 아크 고장 발생의 전후를 감지하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of recognizing the arc failure through the monitoring data, if the input value of the monitoring data is greater than or equal to the reference value during the predetermined determination period by setting the variable '1' Set the reference value to fix the reference value for a preset determination period, and if the input value of the monitoring data is smaller than the reference value, set the variable to '0' and then apply the weighted average to update the reference value to determine the occurrence of the arc failure. Characterized by detecting the front and rear.
또한, 상기 감시 데이터를 통해 아크 고장을 인지하는 단계는, 상기 변수의 설정이 변경될 때마다 단기 아크 감지 Flag를 송출하고, 미리 설정된 시간 동안 상기 단기 아크 감지 Flag가 일정 개 이상이 되면 아크 감지 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of recognizing the arc failure through the monitoring data, the short-term arc detection flag is sent out whenever the setting of the variable is changed, and if the predetermined number of short-term arc detection flag for a predetermined time or more, the arc detection signal. It characterized in that the output.
또한, 상기 영상 및 역상 성분 변화를 통해 지락 고장을 인지하는 단계는, 상기 영상 및 역상 성분의 변화율이 미리 설정한 비율보다 크거나 같은 경우, 상기 지락 고장 발생으로 감지하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of recognizing the ground fault through the change of the image and the reverse phase component, characterized in that the detection of the ground fault occurs when the rate of change of the image and the reverse phase component is greater than or equal to a preset ratio.
또한, 상기 인지 결과에 따라 고장상황을 판단하는 단계는, 상기 영상 및 역상 성분 변화만이 인지되는 경우 '고저항 고장'으로 판단하고, 상기 아크 고장 발생만이 인지되는 경우 '고저항 아크 고장'으로 판단하고, 상기 영상 및 역상 성분 변화와 이전에 상기 과전류 고장 발생이 인지된 경우 '고저항 단전지락 고장'으로 판단하고, 상기 과전류 고장 발생 인지 경험과 동시에 상기 아크 고장 발생과 상기 영상 및 역상 성분의 변화가 인지되는 경우 '고저항 단선지락 아크 고장'으로 고장상황을 분류하여 판단하는 것을 특징으로 한다.The determining of the fault condition according to the recognition result may include determining that a high resistance fault occurs when only the change of the image and the reverse phase component is recognized, and a high resistance arc fault when only the occurrence of the arc fault is recognized. If the change of the image and the reverse phase component and the occurrence of the overcurrent failure was previously recognized as a "high resistance single-cell failure", the arc failure and the image and the reverse phase component at the same time as the experience of the occurrence of the overcurrent failure If the change is recognized, the failure status is classified by the 'high resistance disconnection ground arc fault' and characterized.
한편, 상기 인지 결과에 따라 고장상황을 판단하는 단계 이후에, 인터페이스부에 의해, 상기 고장상황을 판단한 결과를 배전 자동화 시스템 또는 사내 전산망에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, after the step of determining the failure situation in accordance with the recognition result, the interface unit, characterized in that it further comprises the step of transmitting the result of determining the failure situation to the distribution automation system or in-house computer network.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 고저항 고장 검출 장치 및 그 방법은 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환 및 감시데이터를 산출하고, 사용자가 미리 설정한 판단기간 동안 평균 및 기준치를 고정함으로써, 고저항 고장에 의한 아크 발생 전후를 용이하게 판단하여 고저항 고장 검출률을 향상시키는 효과가 있다.The high resistance failure detection apparatus and method according to the present invention having the above-described configuration calculates the periodic discrete wavelet transform and monitoring data on a periodic basis, and fixes the average and reference values for a predetermined determination period set by the user, thereby providing high resistance. It is easy to determine before and after the occurrence of an arc due to a failure, thereby improving the high resistance failure detection rate.
또한, 본 발명은 과전류 고장 정보, 고저항 아크 고장 정보 및 영상분, 역상분 변화 정보를 이용하여 고장 상황을 종류별로 정확하게 구분하여 판단함으로써, 고저항 고장에 따른 신속한 대처가 이루어질 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention by using the over-current failure information, high resistance arc failure information and image minute, reverse phase change information to accurately classify the failure situation by type, there is an effect that can be quickly responded to the high resistance failure. .
또한, 본 발명은 고가의 계측기기 또는 계전기가 아닌 일반 배전용 단말장치에 적용 가능함으로써, 하드웨어 부담을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can be applied to the terminal equipment for general distribution rather than the expensive measuring device or relay, there is an effect that can minimize the hardware burden.
도 1은 64 sample/cycle을 처리할 때 소요되는 웨이브렛 변환 시간을 나타내는 도면이다.
도 2는 상세계수의 값을 샘플 단위로 본 감시데이터의 변화 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고저항 고장 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환 및 감시데이터를 산출하는 수학식 1에 따른 주기 단위 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 1 cycle 단위로 본 감시데이터의 변화 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 4 cycle 평균으로 본 감시데이터의 변화 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7과 같이 4 cycle 평균으로 64sample/cycle을 고속 샘플링하는 처리시간을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 7과 같이 4 cycle 평균으로 128sample/cycle을 고속 샘플링하는 처리시간을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 방법에 채용되는 단기 아크 감지부에 의한 아크 발생 전후를 감지하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12 및 도 13은 도 11의 단기 아크 감지부의 적용 전후 결과는 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 장치가 적용된 다른 실시예의 저가형 저압선로 아크 검출장치를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a wavelet transform time required when processing 64 samples / cycle.
2 is a diagram showing the result of change of the monitoring data in which the value of the detailed coefficient is seen in sample units.
3 is a view showing the configuration of a high resistance failure detection device according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams showing a period unit processing result according to
FIG. 6 is a diagram illustrating a change result of the monitoring data viewed in units of 1 cycle.
Fig. 7 is a diagram showing the result of change of the monitoring data as the average of 4 cycles.
FIG. 8 is a diagram illustrating a processing time for high-speed sampling of 64 samples / cycle as an average of 4 cycles as shown in FIG. 7.
FIG. 9 is a diagram illustrating a processing time for high-speed sampling of 128 samples / cycle with an average of 4 cycles as shown in FIG. 7.
10 is a flowchart illustrating a high resistance failure detection method according to the present invention.
11 is a flowchart illustrating a method of detecting before and after arc generation by a short-term arc detection unit employed in the high resistance failure detection method according to the present invention.
12 and 13 illustrate results before and after application of the short-term arc detector of FIG. 11.
14 is a view showing the low-cost low-voltage line arc detection device of another embodiment to which the high resistance failure detection device according to the present invention is applied.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. . First, in adding reference numerals to the constituents of the drawings, it is to be noted that the same constituents are denoted by the same reference symbols as possible even if they are displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 고저항 고장 검출 장치 및 그 방법에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a high resistance failure detection device and a method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 64 sample/cycle을 처리할 때 소요되는 웨이브렛 변환 시간을 나타내는 도면이고, 도 2는 상세계수의 값을 샘플 단위로 본 감시데이터의 변화 결과를 나타내는 도면이다. (1cycle 길이의 윈도우가 샘플 단위로 이동하는 방식)FIG. 1 is a diagram showing a wavelet conversion time required when processing 64 samples / cycle, and FIG. 2 is a diagram showing a result of change of monitoring data in which sample values of detail coefficients are sampled. (How one-cycle window moves in samples)
도 1을 참조하여 설명하면, 전류의 원 신호를 한 주기당 64개 샘플로 처리할 때, 한 주기의 웨이블렛 변환에 소요되는 시간을 추정한 것으로, 웨이브렛 변환으로 유사 계수와 상세 계수를 모두 구하는데 6.4㎳이 소요되고 유사 계수 및 상세 계수는 각각 3.2㎳이 소요된다. 또한, 샘플과 샘플 사이의 시간간격은 0.259㎳(16.6㎳/cycle÷64sample/cycle)이다. 이러한 결과는 이후에 설명되는 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 장치에도 적용될 수 있다.Referring to FIG. 1, when processing the original signal of current at 64 samples per cycle, the time required for wavelet transformation in one cycle is estimated. The similarity and detail coefficients are obtained by the wavelet transformation. It takes 6.4 ms and similar coefficients and detail coefficients each takes 3.2 ms. Also, the time interval between samples is 0.259 ms (16.6 ms / cycle ÷ 64 samples / cycle). This result can also be applied to the high resistance failure detection apparatus according to the present invention described later.
또한, 고저항 고장 전?후 파형을 구별하기 위한 방법으로 고조파를 분석하는 방법 그리고 웨이브렛 변환을 이용하는 방법이 있다. 먼저, 고조파 분석은 정확한 주파수는 알 수 있지만 아크의 불규칙적인 특성 때문에 특징을 구별하기 위한 다수의 이론이 적용되어야 하여 기반 하드웨어 수준이 높아져야 하는 문제점이 있다. 반면 웨이브렛 변환은 정확한 주파수는 알 수 없지만 웨이브렛(Wavelet) 형태를 결정짓는 웨이브렛 모 함수(Wavelet Mother Function)를 적정하게 선정하면 비교적 단순한 방법으로도 도 2와 같이 고저항 고장(HIF : High Impedance Fault) 전?후를 구별할 수 있다. 따라서, 이러한 고저항 고장 시 발생한 아크의 파형특성은 주파수측면에서는 불규칙적이면서도 한번 발생하면 스위칭현상 등에 의한 것보다 지속시간이 길다는 것이다.In addition, there are methods for analyzing harmonics and using wavelet transformation to distinguish waveforms before and after high resistance failure. First of all, harmonic analysis has a problem that the exact frequency can be known, but due to the irregular nature of the arc, a number of theories must be applied to distinguish the features, and the level of the underlying hardware must be increased. On the other hand, the wavelet transform can not know the exact frequency, but if properly selected Wavelet Mother Function that determines the wavelet shape (HIF: High) Impedance Fault) can be distinguished before and after. Therefore, the arc characteristics of the arc generated at the time of high resistance failure are irregular in terms of frequency, but if they occur once, the duration is longer than that due to switching.
따라서, 이후 설명되는 본 발명에 따른 1주기 동안 웨이브렛 변환 계수들을 가공하면서 샘플단위로 이동하는 방법을 주기단위로 이동하였을 때의 결과인 도 6과 도 2를 비교하면 고저항 고장 전?후를 구별하는데 문제가 없다는 것을 증명하였으며 이 원리를 적용하는 방법 및 단기 고저항 고장 아크 검출기준 산정방법을 제시하고 그 기능적 구성을 장치로 제안하였다.
Therefore, when comparing the method of moving the wavelet transform coefficients in the sample unit while processing the wavelet transform coefficients for one period according to the present invention will be described later in FIG. We proved that there is no problem in distinguishing and presented the method of applying this principle and the estimation method of short-term high resistance fault arc detection criteria and suggested the functional configuration as a device.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 고저항 고장 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.3 is a view showing the configuration of a high resistance failure detection device according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 장치(100)는 크게 전압 및 전류 변환부(110), 신호 산출부(120), 과전류 고장 인지부(130), 고저항 감시 데이터 산출부(140), 고저항 고장 인지부(150), 고장 판단부(160)를 포함한다.Referring to Figure 3, the high resistance
전압 및 전류 변환부(110)는 전압 및 전류 계측기(PT :Potential Transformer- CT:Current Transformer)로부터 수신되는 전압 및 전류 신호를 검출한 다음, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.The voltage and
신호 산출부(120)는 전압 및 전류 변환부9110)로부터 변환된 디지털 신호에서 실효값(RMS:Root Mean Square) 및 대칭성분 즉, 영상, 역상, 정상 성분을 산출한다. The
과전류 고장 인지부(130)는 신호 산출부(120)로부터 실효값을 통해 과전류 고장을 인지한다. 즉, 과전류 고장 인지부(130)는 산출된 실효값과 과전류 고장을 판단하기 위한 설정값을 비교하여, 실효값이 설정값에 비해 크거나 같은 경우 상(Phase) 또는 지락(Ground)에 의한 과전류 고장 발생으로 인지하고 이를 고저항 고장 인지부(150) 및 고장 판단부(160)로 전달한다.The overcurrent
고저항 감시 데이터 산출부(140)는 디지털 신호에 대해 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환을 수행하여 감시데이터를 산출한다. 이때, 고저항 감시 데이터 산출부(140)는 N 주기(cycle) 동안 주기 단위로 웨이브렛 변환 후 아래 [수학식 1]과 같이 원 신호(전압, 전류 순서값)의 샘플 데이터가 샘플윈도우 길이의 특정 배수(N) 일 때만 상세계수(Detail)에 대한 절대값의 합계를 구한 후 다시 N으로 나누어 감시 데이터를 산출한다. 이때, 처음부터 원 신호를 N cycle의 평균을 취해 1 cycle로 고속 샘플링하는 장치에서는 [수학식 1]의 N을 1로 적용한다. The high resistance monitoring
ω : 웨이브렛 상세계수ω: Wavelet detail coefficient
j : Scale or levelj: Scale or level
k : {1.2.…kt}k: {1.2... kt}
kt : 총 샘플 수kt: total number of samples
N : 웨이브렛 변환 단위(주기)와 관련된 계수N: coefficient associated with wavelet transform unit (period)
(단위가 N cycle 일 경우 N의 배수)
(Multiple of N if unit is N cycle)
이와 같은 [수학식 1]을 적용하여 주기 단위 처리결과와 주기 단위로 본 감시 데이터의 변화 결과 및 고속 샘플링한 결과는 이후 설명될 도 4 내지 도 9를 통해 자세하게 설명하기로 한다.The result of the periodic processing and the change result of the monitoring data and the high speed sampling result by applying [Equation 1] will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 9.
고저항 고장 인지부(150)는 감시 데이터를 통해 과전류 고장이 아닌 아크 고장 발생을 인지하거나 영상 및 역상 성분 변화를 통해 지락 고장 발생을 인지한다. 즉, 고저항 고장 인지부(150)는 앞서 설명된 고저항 감시 데이터 산출부(140)로부터 산출된 감시데이터를 통해 아크 고장 발생을 인지하고, 신호 산출부(120)로부터 산출된 영상 및 역상 성분의 변화를 통해 지락 고장 발생을 인지한다.The high resistance
이를 위해, 고저항 고장 인지부(150)는 아크 감지부(151) 및 영상 및 역상 감지부(155)를 포함한다. 이때, 아크란 기체방전의 일종이며 전극 사이에 방전현상이 어느 정도 지속되면 외부작용이 제거되어도 기체가 충돌전리에 의한 전류가 지속되는 방전현상으로 전극이 과열되고 증발하는 형태를 보이며 특고압(22.9kV) 배전선로 지락으로 인한 아크방전 시 부하전류 수준 이하의 고장전류를 발생하는 특성이 있다. 그리고 영상분은 불평형 회로 해석을 위한 대칭 좌표법에서, 각 불평형 전압ㆍ전류에서 위상과 크기가 모두 같은 대칭 성분을 말하며, 역상은 대칭 좌표법에서 원 전압과 위상의 순서가 반대로 되는 대칭 성분을 말한다.To this end, the high resistance
아크 감지부(151)는 미리 설정한 판단기간 동안 감시 데이터의 입력값과 기준치를 비교하여 아크 고장 발생의 전후를 감지한다. 앞서 산출된 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환 및 감시데이터를 이용하여 고저항 지락고장에 의한 아크를 판단하기 위해서는 정해진 기간별로 아크를 지속적으로 감시할 필요가 있다. 또한, 고저항 지락고장에 의한 전선 단선 후 지면과 불완전한 접촉을 통해 생성되는 아크는 배전계통 개폐기 스위칭 현상에 의해 수 주기 이내 발생하는 아크와는 달리 장기간 불규칙적으로 지속되는 특성을 지니고 있어 이를 구분할 필요가 있다. The
따라서, 아크 감지부(151)는 감시 데이터의 입력값이 기준치보다 크거나 같은 경우 변수를 '1'로 설정하여 미리 설정한 판단기간 동안 기준치를 고정하고, 감시 데이터의 입력값이 기준치보다 작은 경우 변수를 '0'으로 설정한 다음 가중평균을 적용하여 기준치를 갱신하여 아크 고장 발생의 전후를 감지한다. 이에 대해서는 이후 자세하게 설명하기로 한다. Therefore, when the input value of the monitoring data is greater than or equal to the reference value, the
또한, 아크 감지부(151)는 수십 주기 단위의 불규칙적 지속성만을 고려한 단기 아크 감시 Flag 만으로는 검출 신뢰성을 보장할 수 없기 때문에, 변수의 설정의 변경될 때마다 단기 아크 감지 Flag를 송출하고, 미리 설정된 시간 동안 단기 아크 감지 Flag가 일정 개 이상이 되면 아크 감지 신호를 출력한다. In addition, since the
영상 및 역상 감지부(155)는 영상 및 역상 성분의 변화율이 미리 설정한 비율보다 크거나 같은 경우 지락 고장 발생으로 감지한다.The image and
고장 판단부(160)는 과전류 고장 인지부(130) 및 고저항 고장 인지부(150)의 결과를 토대로 종합적으로 다양한 고장상황을 판단한다. 예를 들어, 고저항 고장 인지부(150)의 영상 및 역상 감지부(155)에 의해 영상 및 역상 성분 변화만이 인지되는 경우 '고저항 고장'으로 판단하고, 고저항 고장 인지부(150)의 아크 감지부(151)에 의해 아크 고장 발생만이 인지되는 경우 '고저항 아크 고장'으로 판단하고, 과전류 고장 인지부(130)에 의해 이전에 과전류 고장 발생이 인지된 경우 고저항 고장 인지부(150)의 영상 및 역상 감지부(155)에 의해 영상 및 역상 성분 변화가 인지되는 경우 '고저항 단선지락 고장'으로 판단하고, 과전류 고장 인지부(130)에 의해 이전에 과전류 고장 발생 인지와 고저항 고장 인지부(150)의 아크 감지부(151)에 의해 아크 고장이 발생과 영상 및 역상 감지부(155)에 의해 영상 및 역상 성분의 변화가 인지되는 경우, '고저항 단선지락 아크 고장'으로 판단한다.The
인터페이스부(170)는 고장 판단부(160)의 판단 결과를 배전 자동화 시스템이나 사내 전산망에 전송한다. 이때, 인터페이스부(170)는 다양한 형태의 물리적 통신 연결방법에 따라 배전 자동화 시스템 또는 사내 전산망을 통해 배전선로 운영 담당자들에게 고장 상황 정보를 제공할 수 있도록 한다.
The
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환 및 감시데이터를 샘플 단위로 산출하는 수학식 1에 따른 주기 단위 처리 결과를 나타내는 도면이고, 도 6은 1 cycle 단위로 본 감시데이터의 변화 결과를 나타내는 도면이고, 도 7은 4 cycle 평균으로 본 감시데이터의 변화 결과를 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7과 같이 4 cycle 평균으로 64sample/cycle을 고속 샘플링하는 처리시간을 나타내는 도면이고, 도 9는 도 7과 같이 4 cycle 평균으로 128sample/cycle을 고속 샘플링하는 처리시간을 나타내는 도면이다.4 and 5 are diagrams showing a cycle unit processing result according to
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 앞서 설명된 [수학식 1]에 대한 개념적 설명을 위해 1cycle 동안 샘플 개수(샘플윈도우 길이)를 5라고 가정하여 도 4은 기존의 방식과 도 5는 개선된 방식(N이 1일 때)으로 비교하여 보여주고 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, for the conceptual description of
도 6은 실제 실험데이터를 이용해 1cycle 단위로 이산 웨이브렛 변환 및 수학식 1에 적용하여 처리한 감시데이터의 변화결과로 이때, 1cycle은 약 16.6 ms로 앞서 설명한 도 1과 같이 64sample/cycle로 샘플링할 때 한 주기의 이산 웨이브렛 변환에 소요되는 시간이 6.4 ms이므로 실시간 처리가 가능하면서 고저항 지락고장 전,후를 판별하는데 문제가 없음을 보여주고 있다. 도 7은 실제 실험데이터를 이용해 4cycle 평균으로 이산 웨이브렛 변환 및 수학식 1에 적용하여 처리한 감시데이터의 변화결과로 고저항 지락고장 전,후를 판별하는데 문제가 없음을 보여주고 있다. 이와 같이 처음부터 원 신호를 4cycle 평균을 취해 1cycle로 고속 샘플링하는 경우 도 8에 도시된 바와 같이 64sample/cycle 기준 약 83.1% (1 - 11.2/66.4 ms) 여유 시간을 가질 수 있게 되고, 도 9에 도시된 바와 같이 128 sample/cycle 기준 약 66.3% (1 - 22.4/66.4ms) 여유 시간을 가질 수 있게 된다.
6 is a result of the change of the monitoring data processed by applying the discrete wavelet transformation and the
도 10은 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 방법에 나타내는 순서도이다.10 is a flowchart showing a high resistance failure detection method according to the present invention.
도 10을 참조하여 설명하면, 먼저, 전압 및 전류 변환부(110)에 의해, 전압 및 전류 계측기로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.(S100)Referring to FIG. 10, first, the voltage and
그 다음, 신호 산출부(120)에 의해, 디지털 신호로부터 실효값 및 정상, 영상 및 역상 성분을 산출한다.(S200)Next, the
그 다음, 과전류 고장 인지부(130)에 의해, 실효값을 통해 과전류 고장 발생을 인지한다.(S300) 이때, 과전류 고장 인지부(130)는 산출된 실효값과 과전류 고장을 판단하기 위한 설정값을 비교하여, 실효값이 설정값에 비해 크거나 같은 경우 상(Phase) 또는 지락(Ground)에 의한 과전류 고장 발생으로 인지한다.Next, the overcurrent
그 다음, 고저항 감시 데이터 산출부(140)에 의해, 디지털 신호에 대해 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환을 수행하여, 감시 데이터를 산출한다.(S400) 이때, 감시 데이터는 N 주기(cycle) 동안 주기 단위로 웨이브렛 변환 후 앞서 설명된 [수학식 1]과 같이 원 신호(전압, 전류 순서값)의 샘플 데이터가 샘플윈도우 길이의 특정 배수(N) 일 때만 상세계수(Detail)에 대한 절대값의 합계를 구한 후 다시 N으로 나누어 산출한다. Next, the high resistance monitoring
그 다음, 고저항 고장 인지부(150)에 의해, 감시 데이터를 통해 아크 고장 발생을 인지(S500)하고 영상 및 역상 성분 변화를 통해 지락 고장 발생을 인지(S600)한다. 이때, 아크 고장 발생을 인지함에 있어, 감시 데이터의 입력값이 기준치보다 크거나 같은 경우 변수를 '1'로 설정하여 미리 설정한 판단기간 동안 기준치를 고정하고, 감시 데이터의 입력값이 기준치보다 작은 경우 변수를 '0'으로 설정한 다음 가중평균을 적용하여 기준치를 갱신하여 아크 고장 발생의 전후를 감지되는데 이에 대해서는 이후 도 11에서 자세하게 설명하기로 한다. 또한, 지락 고장 발생을 인지함에 있어, 영상 및 역상 성분의 변화율이 미리 설정한 비율보다 크거나 같은 경우 지락 고장 발생으로 감지한다.Next, the high resistance
그 다음, 고장 판단부(160)에 의해, 인지 결과에 따라 고장상황을 판단한다.(S700) 이때, 영상 및 역상 성분 변화만이 인지되는 경우 '고저항 고장'으로 판단하고, 아크 고장 발생만이 인지되는 경우 '고저항 아크 고장'으로 판단하고, 이전에 과전류 고장 발생이 인지되었고 영상 및 역상 성분 변화가 인지되는 경우 '고저항 단선지락 고장'으로 판단하고, 과전류 고장 발생과 아크 고장 발생과 영상 및 역상 성분의 변화가 인지되는 경우 '고저항 단선지락 아크 고장'으로 고장상황을 분류하여 판단한다.Then, the
마지막으로, 인터페이스부에 의해, 상기 고장상황을 판단한 결과를 배전 자동화 시스템 또는 사내 전산망에 전송된다.
Finally, the interface unit transmits the result of determining the failure situation to the distribution automation system or the in-house computer network.
도 11은 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 방법에 채용되는 단기 아크 감지부에 의한 아크 발생 전후를 감지하는 방법을 나타내는 순서도이다.11 is a flowchart illustrating a method of detecting before and after arc generation by a short-term arc detection unit employed in the high resistance failure detection method according to the present invention.
도 11을 참조하여 설명하면, 먼저, 초기시작부분(S500)에서 사용자가 설정한 특정 판단기간‘L’동안 감시데이터 입력값('In')의 산술평균을 한번 구한 다음 '기준치’와 입력값('In')을 비교(S510)한다. 이때,‘기준치’는 평균값의 배수로서 그 배수는 사용자가 설정할 수 있다.Referring to FIG. 11, first, an arithmetic mean of the monitoring data input value 'In' is calculated once during a specific determination period 'L' set by the user at the initial start part S500, and then the 'reference value' and the input value are obtained. ('In') is compared (S510). At this time, the 'reference value' is a multiple of the average value, the multiple can be set by the user.
그 다음, 특정주기 't'의 입력값인 'In(t)'를 전 기준치인‘기준치(t-1)'와 비교할 때 'In(t)'이 '기준치' 보다 크거나 같은 경우 'Up(t)' 변수를 '1'로 설정(S511)한다. 이 경우 사용자가 설정한 특정 판단기간인' L' 동안 기준치 변동을 막기 위해 ‘판기’라는 변수를 이용하여 비교를 몇 번이나 수행하고 있는지를 카운트한다.(S517) 이때, ‘판기(t-1)’이‘L'보다 같거나 작은 경우 ’판기(t)‘를 ’판기(t-1)‘에 비해 1씩 증가(S517)시키는 것으로 나타내고 있다. 이렇게 평균과 ’기준치‘를 유지(S530)한 다음 S510 단계로 복귀한다.Next, if 'In (t)' is greater than or equal to 'baseline' when comparing 'In (t)', the input value of the specific period 't', with 'baseline (t-1)' (t) 'variable is set to' 1 '(S511). In this case, it is counted how many times the comparison is performed using the variable 'fan' in order to prevent the reference value from being changed during the specific judgment period 'L' set by the user (S517). When ') is equal to or smaller than' L ', the' plate t 'is increased by 1 compared to the' plate t-1 '(S517). Maintaining the average and the 'baseline' as described above (S530) and then returns to step S510.
이와 같이,‘기준치(t-1)'보다 'In(t)'이 크거나 같은 경우‘판기(t-1)’가 사용자가 입력한 판단기간 ‘L'보다 이미 큰 경우(S513) 이는 아크가 ’L'보다 더 오래 지속되고 있는 상황으로 ‘판기(t)’ 변수를 '1'로 바꿔 1부터 다시 시작하면서 기준치를 유지(S530)하여‘L'동안 기준 변동을 막는 과정을 반복하게 될 것이다.As such, when 'In (t)' is greater than or equal to the reference value (t-1), when the 'machine (t-1)' is already greater than the judgment period 'L' input by the user (S513) Will continue longer than 'L' to change the 'span (t)' variable to '1' and start from 1 again and maintain the baseline (S530) to repeat the process of preventing reference fluctuations during 'L'. will be.
다음으로 ‘기준치(t-1)'보다 'In(t)'이 더 작은 경우는 두 가지 상황일 수 있다. 처음 혹은 판단기간 종료 후 입력값 'In(t)'이 기준치 이하로 들어오는 상황과 기준치 이상으로 증가했다가 판단기간 내에서 감소하는 상황이다. 먼저 처음 혹은 판단기간 종료 후 입력값 'In(t)'이 기준치 아래로 들어오는 상황(S520)은‘판기(t-1)’가 1 ~ ‘L’ 사이의 값이 아닌 처음부터 0이거나 판단기간 종료 후 0이 된 상황으로 '판기(t)'를 0으로(S521) 또한, 'Up(t)' 변수를 '0'(S523)으로 만들어 주면서 산술평균이 아닌 아래의 [수학식 2]와 같이 가중평균을 수행하여 그 배수인 기준치를 갱신(S540)한다. Next, there are two situations where 'In (t)' is smaller than the 't-1'. After the first or the end of the judgment period, the input value 'In (t)' falls below the threshold and increases above the threshold and then decreases within the judgment period. At first, or after the determination period, the input value 'In (t)' enters below the reference value (S520), where the judgment (t-1) is 0 from the beginning, not between 1 and 'L', or the determination period. After the end, it becomes 0 after the end of 'Plant (t)' to 0 (S521) and 'Up (t)' to '0' (S523). A weighted average is performed as well to update the reference value which is a multiple thereof (S540).
이때, 가중평균 시 입력 'In(t-1)'이 'In(t)'보다 큰 가중치(L-1)를 취한 이유는 평균과 연결된 기준치의 변화를 완화시키기 위해서다.In this case, the weighted average input 'In (t-1)' takes a weight L-1 greater than 'In (t)' in order to mitigate the change in the reference value associated with the average.
한편, 기준치 이상으로 증가해서 기준치 유지를 위한 판단기간이 필요한 상황에서 판단기간 내에서 기준치보다 입력 ‘In(t)’가 다시 감소하는 경우(S510) 이를 판별하고 판기(t-1)’가 1 ~ ‘L’사이의 값인가를 비교(S520)하여 판별하여 그 사이의 값일 경우 '판기'를 카운트(S517)하고 기준치를 유지(S530)하는 과정을 반복하게 될 것이다.On the other hand, when the input period 'In (t)' decreases again than the reference value within the judgment period in a situation where the judgment period for maintaining the reference value is increased due to the increase above the reference value (S510), it is determined and the vending machine (t-1) is 1. If the value between them is determined by comparing (S520), the process of counting the 'panel' (S517) and maintaining the reference value (S530) will be repeated.
도 12 및 도 13은 도 11의 단기 아크 감지부의 적용 전후 결과를 나타내는 도면이다.12 and 13 illustrate results before and after application of the short-term arc detector of FIG. 11.
도 12는 본 발명의 단기 아크 감시부가 적용되지 않은 경우로 X축은 주기단위이고 201은 웨이브렛 계수를 본 발명에서 제안된 방식을 통해 산출한 감시데이터 입력값이고, 202은 판단기간인 'L'을 30 주기로 설정한 경우 30주기 동안 일반적인 산술평균을 매 주기마다 구한 값이고, 203은 '기준치'로 산술평균의 3배로 설정한 예를 보여주고 있다. 도면을 보면 알 수 있듯이 감시데이터 입력값에 따라 '기준치' 자체가 변하여 고저항에 의한 아크 고장 발생 전후를 판단하기가 매우 어려움을 알 수 있다.12 is a case where the short-term arc monitoring unit of the present invention is not applied. X-axis is a period unit and 201 is monitoring data input value obtained by calculating the wavelet coefficient through the method proposed in the present invention. Is set to 30 cycles, the general arithmetic average is obtained every 30 cycles, and 203 shows an example of setting the reference value three times the arithmetic mean. As can be seen from the figure, it can be seen that it is very difficult to determine before and after occurrence of an arc failure due to high resistance because the 'reference value' itself changes according to the monitoring data input value.
반면, 도 13은 본 발명의 단기 아크 감시부가 적용된 경우로 감시데이터 입력값은 동일하지만 앞서 설명된 초기값 즉, 첫 번째 산출평균이 적용된‘기준치’인 221을 제외하고는 221에서 222까지는 위의 [수학식 2]의 가중평균이 적용된‘기준치’이다. 222에서‘기준치(t-1)'보다 큰 ’In(t)'가 들어오면서 222에서 223까지 사용자가 미리 설정한 판단기간인 30 주기 동안 평균 및 기준치가 고정되어있는 것을 보여주고 있다. 223에서 ‘기준치(t-1)'보다 다시 작은 ’In(t)'가 들어오면서 223에서 224까지 [수학식 2]의 방법으로 평균 및 기준치가 갱신(점차 증가)되고 또 224에서 ‘기준치(t-1)'보다 큰’In(t)'가 들어오면서 224에서 225까지 사용자가 미리 설정한 판단기간인 30 주기 동안 평균 및 기준치가 고정되어있는 것을 보여주고 있다. 그리고 225에서 ‘기준치(t-1)'보다 다시 작은 ’In(t)'가 들어오면서 225에서 226까지 [수학식 2]의 방법으로 평균 및 기준치가 갱신(점차 감소)되고 다시 226에서 ‘기준치(t-1)'보다 큰 ’In(t)'가 들어오면서 226에서 227까지 사용자가 미리 정의한 판단기간인 30 주기 동안 평균 및 기준치가 고정되어있는 것을 보여주고 있다. 따라서, 감시데이터 입력값의 추세를 반영하면서도 이상점(222, 224, 226)에서 ’기준치‘가 고정되어 고저항 의한 아크 고장 발생 전후를 판단하기가 용이 해졌음을 알 수 있다.On the other hand, Figure 13 is a case where the short-term arc monitor of the present invention is applied to the monitoring data input value is the same, except that 221 to 222 except for the initial value described above, that is, the 'reference value' to which the first calculated average is applied. The weighted average of
그리고 미리 설정된 시간 동안 단기 아크 감지 Flag가 일정 개 이상이 되면 아크 감지 신호를 출력함에 있어서, 이의 조건은 미리 설정한 판단기간 동안 기준치 이상의 값이 어느 정도 비율이상 되어야만 통과하는 부분으로 예를 들어 도 13의 222~223번 사이의 값이 기준치보다 같거나 큰 값이 30 주기 중 사용자가 입력한 "30 * Z/100"개 이상일 때에 단기 아크 감지 Flag가 검출된다. 이때, 도 13의 222~223번 사이의 값이 기준치 이상을 넘어가는 상황은 아크 고장 발생뿐만 아니라 과전류 또는 돌입전류(Inrush) 상황일 때도 발생할 수 있다.
In the case of outputting an arc detection signal when a predetermined number of short-term arc detection flags are exceeded for a predetermined time, the condition is a portion that passes only when a value equal to or more than a reference value exceeds a predetermined rate for a predetermined determination period. Short-term arc detection flag is detected when the value between 222 and 223 of Eq. In this case, the situation where the value between 222 and 223 of FIG. 13 exceeds the reference value may occur when an arc fault occurs as well as an overcurrent or inrush condition.
한편, 도 14는 본 발명에 따른 고저항 고장 검출 장치(100)가 적용된 다른 실시예의 저가형 저압선로 아크 검출장치(300)를 나타내는 도면이다.14 is a view showing the low-cost low-voltage line
상기와 같은 본 발명에서 제안된 고저항 고장 검출 장치(100)를 단순화시키면 수전반 변압기 2차 측에 저가형 저압선로 아크 검출장치(300)로도 활용이 가능하다. 기본적으로 전력량계를 사용하므로 전력량계 기능에 추가하는 방법도 가능하지만 별도의 저가형 장치를 구성하는 방안으로 제안하였다.Simplifying the high resistance
본 발명에서의 고저항 고장 검출 장치(100)와 비교했을 경우, 전압 및 전류 변환부(110)와 고저항 감시 데이터 산출부(140)는 존재하지만 대칭성분 및 실효값을 계산하는 신호 산출부(120)와 과전류 고장 인지부(130)는 제외하였으며, 고저항 고장 인지부(150)는 아크 감지부(151)와 동일한 기능을 하는 아크 검출부(310)로 대체되고 고장 판단부(160)는 아크 검출부(310)의 결과만을 이용하여 단기 또는 장기적 특성의 아크 인지를 판단하는 단·장기 아크 판단부(320)로 대체되었다. 그리고 인터페이스부(170)는 동일하게 존재하지만 근거리 수전반 감시용 단말장치 등의 사람과 기계간의 인터페이스에 정보를 전달하므로 통신 하드웨어 부담을 줄일 수 있다.
Compared with the high resistance
이처럼, 본 발명에 의한 고저항 고장 검출 장치 및 그 방법은 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환 및 감시데이터를 산출하고, 사용자가 미리 설정한 판단기간 동안 평균 및 기준치를 고정함으로써, 고저항 고장에 의한 아크 발생 전후를 용이하게 판단하여 고저항 고장 검출률을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 과전류 고장 정보, 고저항 아크 고장 정보 및 영상분, 역상분 변화 정보를 이용하여 고장 상황을 종류별로 정확하게 구분하여 판단함으로써, 고저항 고장에 따른 신속한 대처가 이루어질 수 있다.
As described above, the high resistance failure detection device and the method according to the present invention calculate the average discrete wavelet transform and monitoring data on a periodic basis, and fix the average and reference values for a predetermined determination period by the user, thereby preventing the arc caused by the high resistance failure. The high resistance failure detection rate can be improved by easily determining before and after occurrence. In addition, the present invention by using the over-current failure information, high resistance arc failure information and image minute, reverse phase change information to accurately determine the failure situation by type, it is possible to quickly cope with the high resistance failure.
이상에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the appended claims. As will be understood by those skilled in the art.
100 : 고저항 고장 검출 장치
110 : 전압 및 전류 변환부 120 : 신호 산출부
130 : 과전류 고장 인지부 140 : 고저항 감시 데이터 산출부
150 : 고저항 고장 인지부 160 : 고장 판단부
170 : 인터페이스부100: high resistance failure detection device
110: voltage and current converter 120: signal calculator
130: overcurrent fault recognition unit 140: high resistance monitoring data calculation unit
150: high resistance failure recognition unit 160: failure determination unit
170: interface unit
Claims (15)
상기 디지털 신호로부터 실효값 및 정상, 영상 및 역상 성분을 산출하는 신호 산출부;
상기 실효값을 통해 과전류 고장 발생을 인지하는 과전류 고장 인지부;
상기 디지털 신호에 대해 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환을 수행하여, 감시 데이터를 산출하는 고저항 감시 데이터 산출부;
상기 감시 데이터를 통해 아크 고장 발생을 인지하고, 상기 영상 및 역상 성분 변화를 통해 지락 고장 발생을 인지하는 고저항 고장 인지부; 및
상기 과전류 고장 인지부 및 상기 고저항 고장 인지부의 인지 결과에 따라 고장상황을 판단하는 고장 판단부;를 포함하며,
상기 고장 판단부는,
상기 영상 및 역상 성분 변화만이 인지되는 경우 '고저항 고장'으로 판단하고, 상기 아크 고장 발생만이 인지되는 경우 '고저항 아크 고장'으로 판단하고, 상기 영상 및 역상 성분 변화와 이전에 상기 과전류 고장 발생이 인지된 경우 '고저항 단선지락 고장'으로 판단하고, 상기 과전류 고장 인지 경험과 동시에 상기 아크 고장 발생과 상기 영상 및 역상 성분의 변화가 인지되는 경우 '고저항 과전류 아크 고장'으로 고장상황을 분류하여 판단하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 장치.A voltage and current converter configured to convert an analog signal input from a voltage and current meter into a digital signal;
A signal calculator for calculating an effective value and a normal, video, and inverse phase component from the digital signal;
An overcurrent fault recognition unit for recognizing the occurrence of an overcurrent fault through the effective value;
A high-resistance monitoring data calculator for performing periodic unit average discrete wavelet transformation on the digital signal to calculate monitoring data;
A high resistance failure recognizing unit for recognizing the occurrence of an arc failure through the monitoring data and recognizing the occurrence of a ground fault through the image and reverse phase component change; And
And a failure determination unit determining a failure situation according to a recognition result of the overcurrent failure recognition unit and the high resistance failure recognition unit.
The failure determination unit,
When only the image and reverse phase component change is recognized, it is determined as 'high resistance failure', and when only the occurrence of the arc failure is recognized as 'high resistance arc failure,' the image and reverse phase component changes and the overcurrent previously If a fault is detected, it is judged as a 'high resistance disconnection ground fault', and when the occurrence of the arc fault and a change in the image and reverse phase component are recognized at the same time as the overcurrent fault recognition experience, the fault situation is referred to as a 'high resistance overcurrent arc fault'. High resistance failure detection device characterized in that the classification and determination.
상기 고저항 감시 데이터 산출부는,
N 주기 동안 웨이브렛 변환 후 아래 [수학식 1]과 같이 원 신호의 샘플 데이터가 샘플 윈도우 길이의 특정배수 일 때만 상세계수에 대한 절대값의 합계를 구한 후 다시 N으로 나누어 상기 감시 데이터를 산출하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 장치.
[수학식 1]
(ω : 웨이브렛 상세계수, j : Scale or level, k : {1.2.…kt}, kt : 총 샘플 수, N : 웨이브렛 변환 주기와 관련된 계수)The method of claim 1,
The high resistance monitoring data calculation unit,
After the wavelet transform for N periods, as shown in Equation 1 below, when the sample data of the original signal is a specific multiple of the sample window length, the absolute value of the detail coefficient is summed and divided by N again to calculate the monitoring data. High resistance failure detection device, characterized in that.
[Equation 1]
(ω: wavelet detail coefficient, j: Scale or level, k: {1.2.… kt}, kt: total number of samples, N: coefficient related to wavelet conversion period)
상기 고저항 고장 인지부는,
미리 설정한 판단기간 동안 상기 감시 데이터의 입력값과 기준치를 비교하여 상기 아크 고장 발생의 전후를 감지하는 아크 감지부; 및
상기 영상 및 역상 성분의 변화율이 미리 설정한 비율보다 크거나 같은 경우, 상기 지락 고장 발생으로 감지하는 영상 및 역상 감지부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 장치.The method of claim 1,
The high resistance failure detection unit,
An arc detector for detecting before and after occurrence of an arc failure by comparing an input value of the monitoring data with a reference value during a predetermined determination period; And
An image and reverse phase detection unit to detect the ground fault occurrence when the rate of change of the image and reverse phase components is greater than or equal to a preset ratio;
High resistance failure detection device comprising a.
상기 아크 감지부는, 상기 감시데이터의 입력값이 기준치보다 크거나 같은 경우 변수를 제1 값으로 설정하여 미리 설정한 판단기간 동안 상기 기준치를 고정하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 장치.The method of claim 3, wherein
The arc detection unit, if the input value of the monitoring data is greater than or equal to the reference value high resistance failure detection device, characterized in that to set the variable to the first value and the reference value for a predetermined determination period.
상기 아크 감지부는, 상기 감시데이터의 입력값이 기준치보다 작은 경우 변수를 제2 값으로 설정한 다음 가중평균을 적용하여 상기 기준치를 갱신하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 장치.The method of claim 3, wherein
The arc detecting unit, if the input value of the monitoring data is less than the reference value high resistance failure detection device, characterized in that for setting the variable to a second value and applying a weighted average to update the reference value.
상기 아크 감지부는, 상기 변수의 설정이 변경될 때마다 단기 아크 감지 플래그(Flag)를 송출하고, 미리 설정된 시간 동안 상기 단기 아크 감지 플래그(Flag)가 일정 개 이상이 되면 아크 감지 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 장치.6. The method according to any one of claims 4 to 5,
The arc detector outputs a short term arc detection flag whenever the setting of the variable is changed, and outputs an arc detection signal when the short term arc detection flag is a predetermined number or more for a preset time. High resistance failure detection device characterized in that.
상기 고장 판단부의 판단 결과를 배전 자동화 시스템 또는 사내 전산망에 전송하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 장치.The method of claim 1,
The high resistance failure detection apparatus further comprises an interface unit for transmitting the determination result of the failure determination unit to a distribution automation system or an in-house computer network.
신호 산출부에 의해, 상기 디지털 신호로부터 실효값 및 정상, 영상 및 역상 성분을 산출하는 단계;
과전류 고장 인지부에 의해, 상기 실효값을 통해 과전류 고장 발생을 인지하는 단계;
고저항 감시 데이터 산출부에 의해, 상기 디지털 신호에 대해 주기 단위 평균 이산 웨이브렛 변환을 수행하여, 감시 데이터를 산출하는 단계;
고저항 고장 인지부에 의해, 상기 감시 데이터를 통해 아크 고장 발생을 인지하거나, 상기 영상 및 역상 성분 변화를 통해 지락 고장 발생을 인지하는 단계; 및
고장 판단부에 의해, 상기 인지 결과에 따라 고장상황을 판단하는 단계;를 포함하며,
상기 인지 결과에 따라 고장상황을 판단하는 단계는,
상기 영상 및 역상 성분 변화만이 인지되는 경우 '고저항 고장'으로 판단하고, 상기 아크 고장 발생만이 인지되는 경우 '고저항 아크 고장'으로 판단하고, 상기 영상 및 역상 성분 변화와 이전에 상기 과전류 고장 발생이 인지된 경우 '고저항 단전지락 고장'으로 판단하고, 상기 과전류 고장 인지 경험과 동시에 상기 아크 고장 발생과 상기 영상 및 역상 성분의 변화가 인지되는 경우 '고저항 단선지락 아크 고장'으로 고장상황을 분류하여 판단하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 방법.Converting, by the voltage and current converter, an analog signal input from the voltage and current meter into a digital signal;
Calculating, by the signal calculator, an effective value and a normal, video, and inverse phase component from the digital signal;
Recognizing, by an overcurrent fault recognition unit, occurrence of an overcurrent fault through the effective value;
Calculating, by the high resistance monitoring data calculator, monitoring data by performing a period-averaged discrete wavelet transformation on the digital signal;
Recognizing, by the high resistance failure recognizing unit, occurrence of an arc failure through the monitoring data, or a ground fault occurrence through the image and reverse phase component change; And
Determining, by the failure determination unit, a failure situation according to the recognition result;
Determining the failure situation according to the recognition result,
When only the image and reverse phase component change is recognized, it is determined as 'high resistance failure', and when only the occurrence of the arc failure is recognized as 'high resistance arc failure,' the image and reverse phase component changes and the overcurrent previously If a fault is recognized, it is determined as a 'high resistance single fault circuit', and when the occurrence of the arc fault and a change in the image and reverse phase components are recognized at the same time as the overcurrent fault recognition experience, a fault is identified as a 'high resistance disconnected ground fault fault'. A high resistance failure detection method characterized by classifying and determining the situation.
상기 감시 데이터를 산출하는 단계는,
N 주기 동안 웨이브렛 변환 후 아래 [수학식 1]과 같이 원 신호의 샘플 데이터가 샘플 윈도우 길이의 특정배수 일 때만 상세계수에 대한 절대값의 합계를 구한 후 다시 N으로 나누어 상기 감시 데이터를 산출하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 방법.
[수학식 1]
(ω : 웨이브렛 상세계수, j : Scale or level, k : {1.2.…kt}, kt : 총 샘플 수, N : 웨이브렛 변환 주기와 관련된 계수)The method of claim 9,
Computing the monitoring data,
After the wavelet transform for N periods, as shown in Equation 1 below, when the sample data of the original signal is a specific multiple of the sample window length, the absolute value of the detail coefficient is summed and divided by N again to calculate the monitoring data. High resistance failure detection method characterized in that.
[Equation 1]
(ω: wavelet detail coefficient, j: Scale or level, k: {1.2.… kt}, kt: total number of samples, N: coefficient related to wavelet conversion period)
상기 감시 데이터를 통해 아크 고장을 인지하는 단계는,
미리 설정한 판단기간 동안 상기 감시 데이터의 입력값과 기준치를 비교하여 상기 감시데이터의 입력값이 기준치보다 크거나 같은 경우 변수를 제1 값으로 설정하여 미리 설정한 판단기간 동안 상기 기준치를 고정하고, 상기 감시데이터의 입력값이 기준치보다 작은 경우 변수를 제2 값으로 설정한 다음 가중평균을 적용하여 상기 기준치를 갱신하여 상기 아크 고장 발생의 전후를 감지하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 방법.The method of claim 9,
Recognizing an arc failure through the monitoring data,
Comparing the input value of the surveillance data with a reference value during a preset determination period, and if the input value of the surveillance data is greater than or equal to the reference value, setting the variable to a first value to fix the reference value for the preset determination period, And setting a variable to a second value when the input value of the monitoring data is smaller than a reference value, and then applying the weighted average to update the reference value to detect before and after occurrence of the arc failure.
상기 감시 데이터를 통해 아크 고장을 인지하는 단계는,
상기 변수의 설정이 변경될 때마다 단기 아크 감지 플래그(Flag)를 송출하고, 미리 설정된 시간 동안 상기 단기 아크 감지 플래그(Flag)가 일정 개 이상이 되면 아크 감지 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 방법.12. The method of claim 11,
Recognizing an arc failure through the monitoring data,
High resistance is characterized in that the short-term arc detection flag (Flag) is sent out whenever the setting of the variable is changed, and if the short-term arc detection flag (Flag) is a predetermined number or more for a preset time, the arc detection signal is output. Fault detection method.
상기 영상 및 역상 성분 변화를 통해 지락 고장을 인지하는 단계는,
상기 영상 및 역상 성분의 변화율이 미리 설정한 비율보다 크거나 같은 경우, 상기 지락 고장 발생으로 감지하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 방법.The method of claim 9,
Recognizing a ground fault through the image and reverse component change,
And detecting a ground fault if the rate of change of the image and the reverse phase component is greater than or equal to a preset ratio.
상기 인지 결과에 따라 고장상황을 판단하는 단계 이후에,
인터페이스부에 의해, 상기 고장상황을 판단한 결과를 배전 자동화 시스템 또는 사내 전산망에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고저항 고장 검출 방법.
The method of claim 9,
After determining the failure situation according to the recognition result,
And transmitting, by an interface unit, a result of determining the fault condition to a distribution automation system or an in-house computer network.
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