KR101461568B1 - 돌입 전류 억제 기능을 갖는 전력 차단기 제어장치 - Google Patents

돌입 전류 억제 기능을 갖는 전력 차단기 제어장치 Download PDF

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Abstract

전력 차단기 제어장치를 개시한다. 전력 차단기 제어장치는 전력계통의 전류 신호를 입력받아 정합하는 전류신호 정합부; 전력계통의 전압 신호를 입력받아 정합하는 전압신호 정합부; 상기 전압 신호를 입력받아 상기 전압 신호의 영점에 상응하는 제로 크로싱 출력 신호로 변환하는 제로크로스 변환부; 및 제1 작동 모드에 따라 상기 차단기를 제어하는 차단기 제어신호를 출력한 후 상기 전류 신호, 상기 전압 신호 또는 상기 제로 크로싱 출력 신호를 분석하여 상기 차단기의 연결 상태가 변경되는데 소요되는 투입 지연시간을 측정하여 저장하며, 제2 작동 모드에 따라 미리 설정된 상기 차단기의 투입 위상각과, 상기 투입 지연시간을 반영하여 상기 차단기 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 측정된 투입 지연시간의 저장 횟수를 미리 설정된 기준 횟수와 비교하여 상기 기준 횟수에 미달시 상기 제1 작동 모드로 동작하고, 상기 기준 횟수를 초과시 상기 제2 작동 모드로 동작하며, 상기 제로 크로싱 출력 신호의 클럭 엣지 변화에 맞춰 상기 차단기의 투입을 제어하는 상기 차단기 제어 신호의 투입 제어 신호를 생성한다.

Description

돌입 전류 억제 기능을 갖는 전력 차단기 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING POWER BREAKER HAVING FINRUSH CURRENT LIMITING FUNCTION}
본 발명은 돌입 전류의 발생을 최소화하기 위해 투입 위상각을 제어하는 기능을 갖는 전력 차단기 제어장치에 관한 것이다.
전력계통에서 수용가로 전원을 공급하는 경로에 배전반이 설치된다. 전원 투입을 위해 배전반에서의 차단기 제어는 스위치의 조작이나, 보호 계전기 또는 제어 컨트롤러의 접점 출력에 의해 순간적으로 동작하게 된다. 차단기의 투입 제어시 전원의 위상각이 랜덤하게 발생되며 랜덤한 투입 위상각에 의해 매우 큰 돌입전류와 아크가 가끔 발생된다.
이러한 돌입전류는 차단기의 투입으로 인해 무부하 상태의 변압기에 전원이 공급될 경우 발생될 수 있다. 또는, 부하단의 역률을 개선하기 위해 콘덴서 뱅크를 설치하고 콘덴서 뱅크가 방전되어 있는 상태에서 전원을 공급할 경우 돌입전류가 발생될 수 있다.
돌입전류는 전력설비의 수명을 단축시키고 화재 발생의 위험성을 갖는 아크 발생을 유도할 수 있다. 따라서, 돌입전류에 대한 대책이 필요함에도 불구하고 무방비로 전력설비를 운용하여 전력설비의 손상이 자주 발생되었다.
한국등록특허 제10-1205354호
본 발명은 차단기의 투입시 투입 위상각을 제어하여 돌입 전류의 발생을 억제하고 서지 전압을 최소화할 수 있는 차단기 제어 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단기 제어장치는 전력계통의 전류 신호를 입력받아 정합하는 전류신호 정합부; 전력계통의 전압 신호를 입력받아 정합하는 전압신호 정합부; 상기 전압 신호를 입력받아 상기 전압 신호의 영점에 상응하는 제로 크로싱 출력 신호로 변환하는 제로크로스 변환부; 및 제1 작동 모드에 따라 상기 차단기를 제어하는 차단기 제어신호를 출력한 후 상기 전류 신호, 상기 전압 신호 또는 상기 제로 크로싱 출력 신호를 분석하여 상기 차단기의 연결 상태가 변경되는데 소요되는 투입 지연시간을 측정하여 저장하며, 제2 작동 모드에 따라 미리 설정된 상기 차단기의 투입 위상각과, 상기 투입 지연시간을 반영하여 상기 차단기 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부로부터 차단기 제어 신호를 입력받아 상기 차단기로 출력하는 차단기 제어 출력부; 및 상기 차단기의 접점 연결 상태를 수신하여 상기 제어부에 전달하는 차단기 상태 입력부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전류신호 정합부 및 상기 전압신호 정합부 각각에 의해 정합된 상기 전류신호 및 상기 전압신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털(A/D) 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비휘발성 메모리에 상기 투입 지연시간을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부의 제어에 의한 동작 상태를 외부로 전달하거나 사용자의 조작 명령을 상기 제어부에 전달하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 90°의 전압 위상각 또는 0°의 전류 위상각으로 상기 투입 위상각을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 측정된 상기 투입 지연시간의 저장 횟수를 미리 설정된 기준 횟수와 비교하여 상기 기준 횟수에 미달시 상기 제1 작동 모드로 동작하고, 상기 기준 횟수를 초과시 상기 제2 작동 모드로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제로 크로싱 출력 신호의 클럭 엣지 변화에 맞춰 상기 차단기의 투입을 제어하는 상기 차단기 제어 신호의 투입 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 차단기 제어장치는 차단기의 투입시 투입 위상각을 제어하여 돌입 전류의 발생을 억제하고 서지 전압을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단기 제어장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 게전기의 투입 지연시간 측정을 나타내는 도면이다.
도 3은 콘덴서 부하회로로 이루어진 시뮬레이션 회로도이다.
도 4 내지 도 8 각각은 콘덴서 부하회로에서 설정된 전압 위상각별로 시간차 투입 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면들이다.
도 9는 변압기 무부하 회로로 이루어진 시뮬레이션 회로도이다.
도 10 내지 도 14 각각은 변압기 무부하 회로에서 설정된 전압 위상각별로 시간차 투입 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면들이다.
도 15는 단상 단락을 실험하는 시뮬레이션 회로도이다.
도 16 내지 도 20 각각은 단상 시뮬레이션 회로에서 설정된 투입 위상각별로 전압 및 전류 파형을 나타내는 도면들이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단기 제어장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단기 제어장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단기 제어장치(100)는 차단기(70)를 제어하여 3상의 전력계통에서 전원단에서 부하단으로 공급되는 전력을 전달 또는 차단시킨다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단기 제어장치(100)는 부하단에서의 단락 및 지락 등의 계통 사고를 감지하여 차단기(70)를 개방시킴으로써 사고 계통을 분리시켜 전체 전력 계통을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단기 제어장치(100)는 전류신호 정합부(110), 전압신호 정합부(120), A/D 변환부(130), 제로크로스 변환부(140), 제어부(150), 차단기 상태 입력부(160), 차단기 제어 출력부(170), 저장부(180) 및 통신부(190)를 포함할 수 있다.
전류신호 정합부(110)는 전력 계통에 설치된 3상의 변류기(30)로부터 전류신호를 입력받는다. 전류신호 정합부(110)는 3상의 변류기(30)로부터 입력받은 큰 전류신호를 디지털 처리가 가능한 소신호로 변환할 수 있다. 예를 들면, 전류신호 정합부(110)는 3상의 변류기(30)로부터 입력받은 전류의 크기에 비례하고 제어부(150)가 처리하기에 적당한 레벨의 전압신호를 변환하여 출력할 수 있다.
전압신호 정합부(120)는 전력 계통에 설치된 3상의 전압 변성기(50)로부터 전압신호를 입력받는다. 전압신호 정합부(120)는 3상의 전압 변성기(50)로부터 입력받은 큰 전압신호를 디지털처리가 가능한 소신호로 변환할 수 있다. 예를 들면, 전압신호 정합부(120)는 3상의 전압 변성기(50)로부터 입력받은 전압의 크기에 비례하고 제어부(150)가 처리하기에 적당한 레벨의 전압 신호를 변환하여 출력할 수 있다.
A/D 변환부(130)는 전류신호 정합부(110) 또는 전압신호 정합부(120) 각각으로부터 소신호로 변환된 신호를 입력받아 디지털 값으로 변환한다.
제로크로스 변환부(140)는 전압신호 정합부(120)로부터 소신호로 변환된 전압신호를 입력받아 전압신호의 영점(Zero Cross)을 알 수 있도록 전압신호를 제로 크로싱(Zero-crossing) 출력 신호로 변환한다.
제어부(150)는 디지털 신호로 변환된 전압신호 또는 전류신호를 입력받는다. 또한, 제어부(150)는 입력받은 전압신호 또는 전류신호를 계측하여 전력계통의 이상 여부를 검출한다. 또한, 제어부(150)는 전력 계통의 이상 여부에 따라 차단기 제어 신호를 생성한다. 예를 들면, 제어부(150)는 전압신호 또는 전류신호를 계측하여 부하단의 전력 계통에서 단락 또는 지락 등의 사고가 발생하였는지 판단하고 사고 발생이 검출된 경우 부하단으로의 전력 공급을 차단하는 차단기 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 무부하 상태에서 차단기 투입시 돌입전류의 발생을 억제하기 위해 전류 위상각이 0°에서 투입되도록 차단기의 투입 위상각을 제어한다. 여기서 돌입전류는 전압 위상각이 피크(peak)일 때, 즉 전류 위상각이 90°일 때 발생이 억제되며, 전류와 전압이 약 90°의 위상 차이를 보이므로 전류 위상각이 0°일 때 발생이 억제될 수 있다.
제어부(150)는 제로 크로싱 출력 신호를 입력받아 제로 크로싱 신호에 맞춰 차단기(70)의 상태를 변화시키기 위한 차단기 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서 도 2에 도시된 바와 같이 제로 크로싱 출력 신호는 전압 신호의 위상각이 0°일 때 엣지 체인지가 발생된다. 그리고 제로 크로싱 출력 신호의 엣지 체인지에 맞춰 제어부(150)는 차단기(70)를 투입시키기 위해 차단기 제어 신호에 포함되는 투입 제어 신호를 차단기(70)로 출력한다. 그리고 제어부(150)는 전류신호 정합부(110)와 전압신호 정합부(120) 각각으로부터 입력받은 전류신호와 전압신호의 파형을 추출하여 신호를 분석할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 차단기(70)가 투입될 때 추출된 파형을 분석하여 차단기(70)의 투입 순간에 전압신호가 변화하는 것을 검출할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 차단기(70)의 투입 순간에 전류신호가 변화하는 것을 검출할 수 있다. 제로 크로싱 출력 신호는 전압신호의 영점에 맞춰 클럭 엣지가 변화된다.
이때, 제로 크로싱 출력 신호의 클럭 엣지 변화에서 전압 신호의 변화를 비교하면 전압 신호의 파형이 제로 크로싱 출력 신호의 클럭 엣지가 변화된 후 차단기의 접점 상태가 바뀌는 시점에서 변화하는 것을 알 수 있다. 즉, 차단기 제어 신호의 투입 제어 신호가 출력되어 차단기(70)의 주접점 투입 완료 시간까지의 지연시간을 알 수 있다. 이는 제어부(150)에서 출력된 차단기 제어 신호가 차단기 제어 출력부(170)로 전달되고 차단기 제어 출력부(170)에서 차단기(70)로 전원이 공급되기까지 일정한 시간이 소요되는 것을 나타낸다. 제어부(150)에서 출력된 차단기 제어 신호에 의해 차단기(70)의 주접점이 on 상태가 될 때까지 소정의 투입 지연시간(Ton)이 소요된다. 예를 들면, 차단기 제어 신호는 차단기 제어 출력부(170)의 보조 릴레이에 전달되고 보조 릴레이가 동작함에 따라 차단기(70) 내부의 솔레노이드에 전원을 공급하여 차단기의 동작이 이루어져 주접점을 on 상태로 만들 수 있다.
이러한 투입 지연시간(Ton)은 제어부(150)에서 돌입전류를 억제하기 위해 차단기 제어 신호를 출력할 때 미리 고려가 되어야 한다. 또한, 이 일련의 과정에서 시간 지연이 발생하므로 시간 지연을 측정하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단기 제어장치(100)가 최초 설치된 상태의 무부하 동작시험 단계에서 차단기(70)의 투입을 수행할 수 있다. 그리고 차단기(70)의 투입에 따라 발생하는 전류신호 또는 전압신호는 A/D 변환부(130)에서 샘플링 데이터가 수집될 수 있다. 이때, A/D 변환부(130)의 해상도는 투입 지연시간(Ton)의 보다 정밀한 검출을 위해서 평소 동작에 비해 고 해상도로 동작할 수도 있다.
제어부(150)는 차단기의 투입 동작이 완료된 후 수집된 전류신호 또는 전압신호의 파형을 분석하여 차단기 제어 신호의 출력에서부터 차단기(70)의 주접점이 on 상태가 될 때까지의 투입 지연시간(Ton)을 측정하여 저장부(180)에 저장할 수 있다.
여기서 투입 지연시간(Ton)의 측정은 사용자의 육안 측정 방식과, 전류신호 및 전압신호에서 파형의 변화를 이용한 자동 검출 방식이 모두 가능할 수 있다.
제어부(150)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단기 제어장치(100)가 최초 전력계통에 설치된 상태에서 투입 지연시간(Ton)을 측정하는 시간지연 측정모드 또는 정상적으로 차단기(70)를 제어하는 정상 운전모드로 동작할 수 있다.
제어부(150)는 측정된 투입 지연시간(Ton)의 저장 횟수를 미리 설정된 기준 횟수와 비교하여 기준 횟수에 미달시 제1 작동 모드로 동작하고, 기준 횟수를 초과시 제2 작동 모드로 동작할 수 있다. 제어부(150)는 투입 지연시간(Ton)의 측정값이 설정된 횟수만큼 저장부(180)에 저장되어 있는지 판별하여 부족할 경우 시간지연 측정모드로 동작할 수 있다. 제어부(150)는 시간지연 측정모드로 동작하여 투입 지연시간(Ton)을 측정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(150)는 약 3회의 투입 지연시간(Ton) 측정값이 저장부(180)에 저장되어 있는지 판별하여 저장된 횟수가 부족하면 시간지연 측정모드로 동작하여 투입 지연시간(Ton)을 측정할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 투입 지연시간(Ton)의 측정값이 설정된 횟수만큼 저장부(180)에 저장되어 있는지 판별하여 만족할 경우 정상 운전모드로 동작할 수 있다.
제어부(150)는 정상 운전모드에서 0°, 90° 또는 사용자가 원하는 전기각의 전압 위상각에서 차단기(70)가 투입되도록 [N/(2*Herze) - Ton > 0 (N=정수)][s] 을 이용하여 N의 최소값 Nmin을 구한다. 다음, 제어부(150)는 전압신호의 제로 크로스인 0°의 전압 위상각을 지나고 나서 [Nmin/(2*Herze) - Ton (N=정수)][s]의 시간 지연 후 차단기 제어 신호를 출력할 수 있다.
또는, 제어부(150)는 정상 운전모드에서 90°의 전압 위상각에서 차단기(70)가 투입되도록 [N/(2*Herze) - Ton > 0 (N=정수)] [s]을 이용하여 N의 최소값 Nmin을 구한다. 다음, 제어부(150)는 전압신호의 제로 크로스인 0°의 전압 위상각을 지나고 나서 [Nmin/(2*Herze) + 4/Herze - Ton (N=정수)] [s]의 시간 지연 후 차단기 제어 신호를 출력할 수 있다.
정리하면, 전원의 무부하 투입시 돌입전류를 억제하기 위해서 제어부(150)는 90°의 전압 위상각에서 차단기(70)를 on상태로 투입시킬 수 있다. 또는, 역률보상 등의 목적으로 하는 콘덴서에 의한 돌입전류를 방지하기 위해서 제어부(150)는 0°의 전압 위상각에서 차단기(70)를 on상태로 투입시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 차단기 상태 입력부(160)는 차단기의 온(on) 또는 오프(off) 상태를 알 수 있도록 제어부(150)에 차단기 상태를 입력한다.
차단기 제어 출력부(170)는 차단기(70)와 직접 연결되어 제어부(150)에서 출력된 차단기 제어 신호에 따라 차단기(70)의 투입, 개방을 위한 매커니즘을 동작시킨다.
저장부(180)는 제어부(150)의 동작 프로그램과, 전류신호와 전압신호의 파형을 추출하여 분석한 결과로 전압의 지연시간, 전압의 최고값 및 최저값, 전류의 지연시간, 전류의 최고값 및 최저값 등의 데이터를 저장한다. 또한, 저장부(180)는 제어부(150)에서 측정된 투입 지연시간(Ton)을 저장할 수 있다. 여기서 저장부(180)는 비휘발성 메모리 및 데이터 메모리를 포함할 수 있다. 저장부(180)는 비휘발성 메모리에 투입 지연시간(Ton)을 저장할 수 있다.
제어부(150)는 원하는 투입 위상각과 저장부(180)에 저장된 투입 지연시간(Ton)을 반영하여 차단기(70)의 정확한 투입시점을 산출하고 산출된 투입시점을 적용하여 차단기 제어 신호를 생성할 수 있다.
통신부(190)는 외부 장치와 통신을 수행하여 제어부(150)의 제어에 의한 동작 상태를 외부로 전달하거나 사용자의 조작 명령을 제어부(150)에 전달할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 14를 참조하여 부하단이 커패시터 부하일 때와, 변압기 무부하 부하일 때 차단기의 시간차 투입 결과를 나타내는 시뮬레이션 결과를 설명한다.
도 3은 콘덴서 부하회로로 이루어진 시뮬레이션 회로도이다.
도 4 내지 도 8 각각은 콘덴서 부하회로에서 설정된 전압 위상각별로 시간차 투입 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면들이다.
도 4 내지 도 8은 전압이 25.8kV, 전류가 20A, 단락 전류가 3.86kA, 전압변동률이 0.5%, 주파수가 60Hz로 설정된 시뮬레이션 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
또한, 도 4 내지 도 8 각각은 Vad가 피크 기준상으로 설정되고 A상 및 B상을 동시 투입하여 2ms 경과 후 C상을 투입할 때 투입 위상각을 0°, 30°, 60°, 90°및 120°로 설정하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
도 4에서는 투입 위상각이 0°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 0kV, 18.3kV, 10kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 -106Ap, +106Ap, -54Ap인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 5에서는 투입 위상각이 30°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 10.5kV, 21.1kV, 6.4kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 -59Ap, +96Ap, -152Ap인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 6에서는 투입 위상각이 60°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 18.3kV, 18.3kV, 21.1kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 -190Ap, +190Ap, -161Ap인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 7에서는 투입 위상각이 90°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 21.1kV, 10.5kV, 30.0kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 -157Ap, +157Ap, +215Ap인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 8에서는 투입 위상각이 120°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 18.3kV, 0kV, 30.9kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 -86Ap, -126Ap, +212Ap인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 콘덴서 부하회로에서 돌입전류의 크기가 최소인 시점은 차단기의 투입 시점의 전압 위상각이 0°일 때이다.
도 9는 변압기 무부하 회로로 이루어진 시뮬레이션 회로도이다.
도 10 내지 도 14 각각은 변압기 무부하 회로에서 설정된 전압 위상각별로 시간차 투입 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면들이다.
도 10 내지 도 14는 전압이 25.8kV, 전류가 480A, 주파수가 60Hz로 설정된 시뮬레이션 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
또한, 도 10 내지 도 14 각각은 Vad가 피크 기준상으로 설정되고 A상 및 B상을 동시 투입하여 2ms 경과 후 C상을 투입할 때 투입 위상각이 0°, 30°, 60°, 90°및 120°인 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 10에서는 투입 위상각이 0°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 0kV, 18.3kV, 10kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 -1.52kAp, +0.87 kAp, +1.33kAp인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 11에서는 투입 위상각이 30°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 10.5kV, 21.1kV, 6.4kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 -1.31kAp, -0.72kAp, +1.35kAp인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 12에서는 투입 위상각이 60°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 18.3kV, 18.3kV, 21.1kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 -0.94kAp, -0.94kAp, +1.19kAp인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 13에서는 투입 위상각이 90°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 21.1kV, 10.5kV, 30.0kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 +0.87kAp, -1.09kAp, +0.90kAp인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 14에서는 투입 위상각이 120°일 때, 초기전압(kV) Vad, Vbd, Vcd 각각이 18.3kV, 0kV, 30.9kV이고, 피크 전류(Ap) Ia, Ib, Ic 각각이 +1.26kAp, -1.13kAp, -0.82kAp인 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 10 내지 도 14를 참조하면, 변압기 무부하 회로에서 돌입전류의 크기가 최소인 시점은 차단기의 투입 시점의 전압 위상각이 90°일 때이다.
도 15는 단상 단락을 실험하는 시뮬레이션 회로도이다.
도 16 내지 도 20 각각은 단상 시뮬레이션 회로에서 설정된 투입 위상각별로 전압 및 전류 파형을 나타내는 도면들이다.
도 16 내지 도 20은 주파수 60Hz, 전압이 18kV, 전체 리액턴스(L)가 10Mh, 전체 저항(R)이 20MΩ로 설정된 시뮬레이션 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 16 내지 도 20 각각은 단상 단락을 위한 투입 위상각이 60°, 90°, 120°, 150° 및 180°인 전류 파형의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 16 내지 도 20 각각에서 상측 그래프는 전압 파형을 나타내고 하측 그래프는 전류 파형을 나타낸다.
투입 각도 전류 피크(kA) 전류 실효값(RMS)(kA)
0° 9.43 3.36
30° 8.72 3.36
60° 7.09 3.36
90° 4.75 3.36
120° 7.12 3.36
150° 8.89 3.36
180° 9.43 3.36
표 1은 설정된 투입 위상각별로 검출되는 전류 실효값과, 투입 위상각에 따른 전류 피크값을 보여준다.
도 17에서는 90°의 투입 위상각으로 전류를 투입할 때 영접 기준에서 피크(Peak-to-zero)가 가장 적은 것을 보여준다.
한편, 배전반의 조립 및 설치가 이루어진 후 제어부(150)는 시간지연 측정모드와 정상 운전모드를 운용하여 투입 지연시간(Ton)을 측정하고 측정된 투입 지연시간(Ton)을 적용하여 차단기(70)의 차단 시점을 확인하는 과정을 복수의 횟수로 반복하여 투입 지연시간(Ton)을을 확정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 저장부(180)에 저장된 투입 지연시간(Ton)을 검출하여 차단기 제어 신호에 반영할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 차단기 제어장치는 차단기의 투입시 투입 위상각을 제어하여 돌입 전류의 발생을 억제하고 서지 전압을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 차단기 제어장치는 차단기를 제어하기 위해 보호 계전기 내에 설치될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 차단기 제어장치는 투입 위상각 제어 기능이 없는 보호 계전기에 설치되어 차단기의 투입시 투입 위상각을 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 전력계통의 전원단과 부하단을 연결하는 차단기를 제어하는 전력 차단기 제어장치에 있어서,
    전력계통의 전류 신호를 입력받아 정합하는 전류신호 정합부;
    전력계통의 전압 신호를 입력받아 정합하는 전압신호 정합부;
    상기 전압 신호를 입력받아 상기 전압 신호의 영점에 상응하는 제로 크로싱 출력 신호로 변환하는 제로크로스 변환부; 및
    제1 작동 모드에 따라 상기 차단기를 제어하는 차단기 제어신호를 출력한 후 상기 전류 신호, 상기 전압 신호 또는 상기 제로 크로싱 출력 신호를 분석하여 상기 차단기의 연결 상태가 변경되는데 소요되는 투입 지연시간을 측정하여 저장하며, 제2 작동 모드에 따라 미리 설정된 상기 차단기의 투입 위상각과, 상기 투입 지연시간을 반영하여 상기 차단기 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 측정된 투입 지연시간의 저장 횟수를 미리 설정된 기준 횟수와 비교하여 상기 기준 횟수에 미달시 상기 제1 작동 모드로 동작하고, 상기 기준 횟수를 초과시 상기 제2 작동 모드로 동작하며, 상기 제로 크로싱 출력 신호의 클럭 엣지 변화에 맞춰 상기 차단기의 투입을 제어하는 상기 차단기 제어 신호의 투입 제어 신호를 생성하는 전력 차단기 제어장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    비휘발성 메모리에 상기 투입 지연시간을 저장하는 저장부를 더 포함하는 전력 차단기 제어장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 0°~ 360°의 범위로 상기 투입 위상각을 제어하는 전력 차단기 제어장치.
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