KR101488104B1 - 로코스키 코일을 이용한 원자력발전소 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치 - Google Patents

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Abstract

로코스키 코일을 이용한 원자력발전소 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치이 개시된다. 본 발명에 따른 결상 검출장치는, 원자력 발전소에 사용되는 대기 변압기의 1차 측 Y 결선의 중성선에 설치되는 로고스키 코일(Rogowski Coil)과, 상기 대기 변압기의 2차 측 차단기가 오픈(Open)된 상태에서 상기 로고스키 코일에 유도된 전류가 기 설정된 기준값 이상으로 기 설정된 기준 시간 이상 유지되는 경우에 상기 1차 측에 결상이 발생한 것으로 판단하고 경보신호를 생성하는 결상검출부와, 상기 결상검출부가 제공하는 경보신호에 따라 경보를 관리자에게 표시하는 주제어부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 로고스키 코일에 설정치 이상의 전류가 일정 시간이상 계속 흐르면 결상이 발생한 것으로 판단하고 경보를 생성함으로써 관리자로 하여금 적절한 조치를 취하게 할 수 있다. 아울러, 대기 변압기 2차 측 차단기가 닫혀(Close)있는 경우에는 대기 변압기가 동작 중에 있는 것이므로, 전류 측정을 중지하여 계통에 영향을 주지 않는다.

Description

로코스키 코일을 이용한 원자력발전소 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치{System for Detecting Open Phase on a Connection Line of Stand-by Transformer in Nuclear Power Plant by Using Rogowski Coil}
본 발명은 로코스키 코일(Rogowski Coil)을 이용한 원자력발전소 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치에 관한 것이다.
원자력발전소 변압기 연결 선로 결상(Open Phase) 검출 시스템에 관한 발명은 아직까지 잘 알려지지 않았다.
최근 미국 바이런(Byron) 원자력 발전소 내에서 정상 운전 중 대기 변압기 1차 측 송전선로를 지지하고 있는 'C' 상 애자의 파손으로 결상이 발생하면서 최종적으로 원자로까지 정지하였고, 발전소 내 전원 상 불평형으로 약 8 분간의 과도 현상이 발생한 경험이 2차례 있었다. 미국 원자력규제위원회(NRC: Nuclear Regulatory Commission)에서 조사한 결과 다른 발전소에서도 비슷한 현상을 경험하였다는 보고가 있었다.
미국 NRC에서는 가동 원전, 건설 중인 원전뿐만 아니라 디자인 확정(Design Certification) 단계의 발전소 모델에 대해서도 대기 변압기와 연결된 전력선의 결상을 검출할 수 있는 시스템을 구축하라고 요구하고 있으며, 한국원자력안전기술원(KINS: Korea Institute of Nuclear Safety)에서도 향후에는 미국과 같이 대책을 구축하라고 요구할 가능성이 높다.
현재 사용 중인 원자력 발전소 내 변압기 보호계전 시스템은 저전압 계전기, 과전류 계전기, 비율차동계전기 등이 설치되어 운영 중에 있지만 대기변압기가 연결된 선로에서 결상이 발생하는 경우 검출하지 못한다.
특히 대기 변압기의 경우, 2차 측은 정상 운전시 단선(Open)이 되어 변압기 1차 측 선로에서 결상이 발생하였을 때 검출이 불가능하다. 나아가 이러한 소외 전력계통(Off-site Electrical System)의 고장이 안전 등급 발전소 내 전력계통으로 파급되어 전력기기 파손이나 원자로 정지 등의 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명의 목적은, 로코스키 코일(Rogowski Coil)을 이용하여 원자력발전소의 소외 전력계통에 속하는 대기 변압기의 연결 선로상의 결상을 검출할 수 있는 검출장치을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자력발전소 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치는, 로고스키 코일(Rogowski Coil), 결상검출부 및 주제어부를 포함한다.
로고스키 코일는 원자력 발전소에 사용되는 대기 변압기의 1차 측 Y 결선의 중성선에 설치된다.
결상검출부는 상기 대기 변압기의 2차 측 차단기가 오픈(Open)된 상태에서 상기 로고스키 코일에 유도된 전류가 기 설정된 기준값 이상으로 기 설정된 기준 시간 이상 유지되는 경우에 상기 1차 측에 결상이 발생한 것으로 판단하고 경보신호를 생성하고, 주제어부는 상기 결상검출부가 제공하는 경보신호에 따라 경보를 관리자에게 표시한다.
실시 예에 따라, 상기 결상검출부는, 전류검출기, 단선검출기, 타이머 및 경보신호생성기를 포함할 수 있다.
여기서, 전류검출기는 상기 로고스키 코일에 유도되는 전류의 세기를 측정하고, 상기 전류의 세기가 상기 기준값 이상인 경우에 접점-A를 닫고 상기 전류의 세기가 상기 기준값 미만인 경우에 상기 접점-A를 오픈(Open)한다.
단선검출기는 상기 대기 변압기 2차 측 차단기가 오픈된 상태이면 접점-B를 닫고, 상기 대기 변압기 2차 측 차단기가 닫힌 상태이면 상기 접점-B를 오픈한다.
타이머는 상기 접점-A와 접점-B가 닫힌 상태에서 동작을 개시하여 상기 기준 시간에 도달하면 접점-C를 닫고, 경보신호생성기는 상기 접점-C가 닫힌 경우에 상기 경보신호에 대응하여 접점-D가 닫히도록 제어한다.
이때, 상기 주제어부는 상기 접점-D가 닫힌 경우에 상기 경보를 표시할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 타이머는 상기 결상검출부의 동작 전원 DC(+)와 DC(-) 사이에 상기 접점-A 및 접점-B와 직렬로 연결되고, 상기 경보신호생성기는 상기 결상검출부의 전원 DC(+)와 DC(-) 사이에 상기 접점-C와 직렬로 연결될 수 있다.
나아가, 상기 주제어부는, 상기 주제어부의 동작 전원 DC(+)와 DC(-) 사이에 상기 접점-D와 직렬로 연결된 알람 램프를 포함할 수 있다.
본 발명의 검출장치는 원자력발전소 대기 변압기 Y 결선 측 중성선에 설치되어 있는 지락 과전류 계전기와는 별도로 로고스키 코일(Rogowski Coil)을 이용한 전류 측정 장치를 설치할 수 있다.
본 발명의 검출장치는 대기 변압기 2차 측 차단기가 단선(Open) 되어 있는 동안에 전류 측정장치로 하여금 로고스키 코일에 흐르는 전류를 측정하게 하여, 로고스키 코일에 설정치 이상의 전류가 일정 시간이상 계속되면 경보를 생성함으로써 관리자로 하여금 적절한 조치를 취하게 할 수 있다.
아울러, 대기 변압기 2차 측 차단기가 닫혀(Close)있는 경우에는 대기 변압기가 동작 중에 있는 것이므로, 본 발명의 검출 시스템은 전류 측정장치에 의한 전류 측정을 중지하여 계통에 영향을 주지 않는다.
도 1은 본 발명의 원자력발전소용 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치의 블록도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치(100)는, 원자력발전소 로고스키 코일(Rogowski Coil)(110)과, 결상검출부(130) 및 주제어부(150)를 포함한다.
우선, 로고스키 코일(110)은 대기 변압기(10)의 Y 결선의 중성선(11)에 설치된다. 로고스키 코일(110)은 철심이 없는 공심으로 되어 있어서 과도한 지락 전류가 흘러도 로고스키 코일(110)이 열 폭주 등으로 파손될 우려가 없다.
종래의 경우처럼, 중성선(11)에는 지락과전류 계전기용 변류기(미도시)가 병행 설치될 수 있고, 그 변류기를 이용하여 지락과전류를 검출하는 지락과전류 계전기가 함께 설치될 수도 있다.
결상검출부(130)는 대기 변압기(10)의 2차 측 차단기가 단선(Open)되어 있는 동안에 로고스키 코일(110)에 유도되는 전류의 세기가 기 설정된 기준값 이상으로 기 설정된 기준시간 동안 유지되는지를 판단함으로써 대기 변압기(10) 1차 측의 결상 발생 여부를 판단한다. 도 1의 구체적인 예에서는, 결상검출부(130)가 이러한 동작을 위하여 전류검출기(131), 단선검출기(133), 타이머(Timer)(135) 및 경보신호생성기(137)를 포함한다.
전류검출기(131)는 로고스키 코일(110)에 유도되는 전류의 세기를 측정하고, 해당 전류가 기 설정된 기준값 이상인지를 판단한다. 예를 들어, 그 판단결과에 따라, 전류검출기(131)는 검출된 전류의 세기가 기 설정된 기준값 이상이면 내부의 접점-A(131a)가 닫히고, 검출된 전류의 세기가 기 설정된 기준값 미만이면 내부의 접점-A(131a)가 열리도록 제어한다. 접점-A(131a)를 포함하여 본 발명에는 여러 개의 접점이 설명되고 있는데, 이러한 접점의 실질적인 구현은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 릴레이(Relay) 등이 접점으로 활용될 수 있다.
단선검출기(133)는 대기 변압기(10)의 2차 측 차단기(예컨대 4.16㎸ 차단기)가 오픈(Open)된 상태인지 판단한다. 대기 변압기(10)의 2차 측이 단선된 상태이면, 단선검출기(133)는 내부의 접점-B(133a)을 연결한다. 대기 변압기 2차 측 차단기가 닫힌(Close) 상태이면 접점-B(133a)가 오픈(Open)된다.
타이머(135)는 접점-A(131a)와 접점-B(133a)와 함께 결상검출부(130)의 동작 전원 DC(+)와 DC(-) 사이에 직렬로 연결되어 있기 때문에, 접점-A(131a)와 접점-B(133a)가 모두 닫힌 상태일 때 동작을 개시하고 접점-A(131a)와 접점-B(133a) 중 어느 하나가 오픈되면 동작을 리셋한다.
타이머(135)는 동작 개시 후 기 설정된 기준 시간에 도달하면(즉 접점-A(131a)와 접점-B(133a)가 모두 닫힌 상태가 기준 시간동안 유지되면), 접점-C(135a)를 닫음으로써 그 결과를 경보신호생성기(137)에게 전달한다. 여기서, 타이머(135)가 제공하는 결과는 ① 대기 변압기 2차 측 차단기가 단선(Open)된 상태(접점-B 연결)에서 ② 로고스키 코일에 기준값 이상의 전류(접점-A 연결)가 ③ 기준 시간이상 계속 흐르고 있는 경우로서, 즉 대기 변압기(10)의 1차 측에 결상이 발생하였음을 나타내는 '결상정보'이다.
이처럼, 결상검출부(130)는 로고스키 코일(110)에 기 설정된 기준값 이상의 전류가 기 설정된 기준 시간이상 계속 흐르는지 여부를 판단하여, 그에 해당하면 대기 변압기(10) 1차 측에 결상이 발생한 것으로 판단하고, 타이머(135)는 접점-C(135a)가 닫히도록 제어함으로써 '결상정보'를 경보신호생성기(137)에게 전달한다.
만약, 대기 변압기 2차 측 차단기가 닫힌(Close) 상태가 되거나 로고스키 코일(110)에 유도되는 전류가 기준값 미만이 되면 접점-A(131a) 또는 접점-B(133a) 중 하나가 오픈(Open)되므로, 타이머(135)는 동작을 멈추고 리셋 된다. 따라서, 타이머(135)가 경보신호생성기(137)에게 결상정보를 제공하지 아니한다.
경보신호생성기(137)는 타이머(135)로부터 결상정보를 제공받으면, 경보신호를 생성하여 주제어부(150)에게 전달한다.
도 1의 구체적인 예에서, 경보신호생성기(137)는 접점-C(135a)와 함께 결상검출부(130)의 동작 전원 DC(+)와 DC(-) 사이에 직렬로 연결되어 있기 때문에, 접점-C(135a)가 닫힌 상태일 때 동작하고 접점-C(135a)가 오픈되면 동작을 멈춘다. 경보신호생성기(137)는 접점-C(135a)가 닫히는 순간 동작을 개시하여 접점-D(137a)를 닫음으로써 주제어부(150)에게 경보신호를 전달한다.
주제어부(150)는 로고스키 코일(110) 근처의 결상검출부(130)로부터 따로 떨어져 관리자 영역(MCR: Main Control Room)에 마련되고, 결상검출부(130)와는 케이블로 연결될 수 있다.
주제어부(150)는 경보신호생성기(137)로부터 제공받은 경보신호에 따라 알람 램프, 스피커, 기타 각종 디스플레이 장치를 이용하여 관리자에게 경보(결상 발생)를 표시한다.
도 1의 예에서, 주제어부(150)의 알람 램프(151)는 접점-D(137a)와 함께 주제어부(150)의 동작 전원 DC(+)와 DC(-) 사이에 직렬로 연결되어 있기 때문에, 접점-D(137a)가 닫힌 상태일 때 점등하고 접점-D(137a)가 오픈되면 소등된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (4)

  1. 원자력 발전소에 사용되는 대기 변압기의 1차 측 Y 결선의 중성선에 설치된 로고스키 코일(Rogowski Coil);
    상기 대기 변압기의 2차 측 차단기가 오픈(Open)된 상태에서 상기 로고스키 코일에 유도된 전류가 기 설정된 기준값 이상으로 기 설정된 기준 시간 이상 유지되는 경우에 상기 1차 측에 결상이 발생한 것으로 판단하고 경보신호를 생성하는 결상검출부; 및
    상기 결상검출부가 제공하는 경보신호에 따라 경보를 관리자에게 표시하는 주제어부를 포함하고,
    상기 결상검출부는, 상기 로고스키 코일에 유도되는 전류의 세기를 측정하고, 상기 전류의 세기가 상기 기준값 이상인 경우에 접점-A를 닫고 상기 전류의 세기가 상기 기준값 미만인 경우에 상기 접점-A를 오픈(Open)하는 전류검출기와, 상기 대기 변압기 2차 측 차단기가 오픈된 상태이면 접점-B를 닫고 상기 대기 변압기 2차 측 차단기가 닫힌 상태이면 상기 접점-B를 오픈하는 단선검출기와, 상기 접점-A와 접점-B가 닫힌 상태에서 동작을 개시하여 상기 기준 시간에 도달하면 접점-C를 닫는 타이머와, 상기 접점-C가 닫힌 경우에 상기 경보신호에 대응하여 접점-D가 닫히도록 제어하는 경보신호생성기를 포함하며,
    상기 주제어부는 상기 접점-D가 닫힌 경우에 상기 경보를 표시하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 타이머는 상기 결상검출부의 동작 전원 DC(+)와 DC(-) 사이에 상기 접점-A 및 접점-B와 직렬로 연결되고,
    상기 경보신호생성기는 상기 결상검출부의 전원 DC(+)와 DC(-) 사이에 상기 접점-C와 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 원자력발전소 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주제어부는,
    상기 주제어부의 동작 전원 DC(+)와 DC(-) 사이에 상기 접점-D와 직렬로 연결된 알람램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 대기 변압기 연결 선로 결상 검출장치.

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