KR101606919B1 - 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력이 계통에 병입되는 경우 양단 계통의 전압, 전위차 및 전위차의 주기 특성을 통해 비동기 투입으로 인해 발생되는 고장전류의 발생을 방지하여 전력설비를 보호하기 위한 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치는 차단기의 투입으로 버스측 전력 계통에 발전기가 포함된 라인측 전력 계통의 병입여부를 판단하는 비동기 투입방지용 차단장치로서, 상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 사용 조건을 입력받는 조건 입력부; 상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 전압을 입력받는 전압 입력부; 상기 조건 입력부에서 입력된 조건과 상기 전압 입력부에서 검출된 입력 전압에 근거하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 조건 판단부; 상기 전압 입력부로부터 입력된 양단 전력 계통의 전위차와 상기 전위차에 대한 주기를 이용하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 전압 판단부; 및 상기 조건 판단부의 동기 여부 판단과 상기 전압 판단부의 동기 여부 판단을 연계하여 상기 양단 전력의 동기 여부를 판단하는 동기 판단부를 포함하여 구성되며, 상기 사용 조건은 상기 버스측 전력 계통과 상기 라인측 전력 계통 중에서 선택된 하나 이상에 따른 사용 조건이고, 상기 사용 조건이 상기 버스측 전력 계통의 가압 여부와 상기 라인측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우, 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 설정된 정상전압(Vs4)을 초과하고 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만인 경우, 또는 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5)이면 동기 상태인 것으로 판단하며, 상기 동기 상태로 판단된 경우, 상기 차단기의 투입에 의해 상기 발전기가 상기 라인측 전력 계통에 병입된 후, 상기 발전기의 출력 전압을 조정하여 상기 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 상기 전위설정전압(Vs2) 범위 내에서 출력되도록 제어하는 전압 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치는 차단기의 투입으로 버스측 전력 계통에 발전기가 포함된 라인측 전력 계통의 병입여부를 판단하는 비동기 투입방지용 차단장치로서, 상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 사용 조건을 입력받는 조건 입력부; 상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 전압을 입력받는 전압 입력부; 상기 조건 입력부에서 입력된 조건과 상기 전압 입력부에서 검출된 입력 전압에 근거하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 조건 판단부; 상기 전압 입력부로부터 입력된 양단 전력 계통의 전위차와 상기 전위차에 대한 주기를 이용하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 전압 판단부; 및 상기 조건 판단부의 동기 여부 판단과 상기 전압 판단부의 동기 여부 판단을 연계하여 상기 양단 전력의 동기 여부를 판단하는 동기 판단부를 포함하여 구성되며, 상기 사용 조건은 상기 버스측 전력 계통과 상기 라인측 전력 계통 중에서 선택된 하나 이상에 따른 사용 조건이고, 상기 사용 조건이 상기 버스측 전력 계통의 가압 여부와 상기 라인측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우, 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 설정된 정상전압(Vs4)을 초과하고 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만인 경우, 또는 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5)이면 동기 상태인 것으로 판단하며, 상기 동기 상태로 판단된 경우, 상기 차단기의 투입에 의해 상기 발전기가 상기 라인측 전력 계통에 병입된 후, 상기 발전기의 출력 전압을 조정하여 상기 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 상기 전위설정전압(Vs2) 범위 내에서 출력되도록 제어하는 전압 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력이 계통에 병입되는 경우 양단 계통의 전압, 전위차 및 전위차의 주기 특성을 통해 비동기 투입으로 인해 발생되는 고장전류의 발생을 방지하여 전력설비를 보호하고, 병입되는 발전기의 출력 전압을 조정할 수 있는 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에 관한 것이다.
발전기가 전력계통에 연계되는 경우 또는 모선이 다른 모선에 연계되는 경우, 양측의 전력계통은 양단 계통의 전압, 주파수, 위상 등 여러 가지 요소들이 동기된 상태에서 계통 병입이 이루어져야 한다.
즉, 계통의 전압, 주파수 및 위상 등이 비동기 상태로 병입되면 연계되는 전력계통으로 큰 고장전류가 유입되어 전력설비가 소손된다.
도 1은 전력계통이 다른 전력계통에 연계되어 병입되는 경우의 개략적인 구성도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 제1 차단기(CB 1)의 투입에 의해 제1 모선의 전력이 송전선로(T/L, Transmission Line)에 인가된다. 이때 제2 모선이 제1 모선에 병입되기 위해서는, 제2 차단기(CB 2)와 제3 차단기(CB 3)가 투입되어야 한다. 이때, 제2 차단기(CB 2)가 먼저 투입되고 제3 차단기(CB 3)가 투입되는 경우, 제3 차단기(CB 3)의 투입은 제1 모선과 제2 모선의 전압, 주파수 및 위상이 동기화된 상태에서 이루어져야 한다. 제3 차단기(CB 3)가 먼저 투입되고 제2 차단기(CB 2)가 투입되는 경우에도, 제2 차단기(CB 2)의 투입은 제1 모선과 제2 모선의 전압, 주파수 및 위상이 동기화된 상태에서 이루어져야 한다.
또한, 발전기(G)가 제2 차단기(CB 2)와 제3 차단기(CB 3)에 연결되어 제1 모선 및 제2 모선에 병입되기 위해서는 제2 모선과 발전기의 전압, 주파수 및 위상이 동기화된 상태에서 GCB가 투입되어야 한다.
이러한 전력계통의 병입시 동기화되지 않은 상태 즉, 비동기 상태에서 병입이 이루어지는 경우, 다음과 같은 문제점이 발생된다.
1. 기전력의 크기가 비동기: 무효순환전류가 발생하여 발전기를 과열시키거나 소손.
2. 기전력의 위상이 비동기: 발전기의 위상이 늦을 경우 발전기가 가속된 후 동기화되나, 위상차가 일정값을 초과하면 발전기가 소손 또는 탈조(脫調).
3. 기전력의 주파수 비동기: 기전력에 포함된 고조파 전압에 의해 발전기에 순환전류가 흘러 발전기가 과열됨.
이에 따라, 발전기가 비동기 상태에서 전력 계통에 병입되면, 큰 단락전류(고장전류)가 전력계통에 인가되어 발전기 및 변압기 등이 소손되며, 이러한 소손은 계통에 큰 손실을 초래한다.
이러한 비동기 투입을 방지하기 위한 장치로 공개특허공보 제10-2014-0039917호에는 전력계통 연계를 위한 동기 판단 장치가 개시되어 있다.
상기 전력계통 연계를 위한 동기 판단 장치는 양단 계통으로부터 동상의 전압을 각각 입력받는 전압 입력부 및 전압 입력부로부터 입력된 양단 전압의 전위차와 전위차의 주기를 이용하여 양단 전압의 동기 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것으로, 양단 전압의 전위차가 전압 설정치 이상이거나 전위차의 주기가 주기 설정치 이하이면 양단 전압이 비동기 상태인 것으로 판단하고, 양단 전압의 전위차가 전압 설정치 미만이고 전위차의 주기가 상기 주기 설정치를 초과하면 동기 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기의 동기 판단 장치는 양단 전압의 전위차 및 전위차의 주기를 이용하여 동기 여부를 판단하는 것으로서, 전위차가 주기적으로 반복되지 않는 경우에는 비동기로 판단하며, 전위차가 주기적으로 반복되지 않는 계통에서의 병입에 연계된 차단기에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 상기의 동기 판단 장치는 일측 전력계통에 전압 검출이 없는 경우, 전위차가 전압 설정치 이상으로 판단하여 비동기 상태로 판단하는 문제점이 있다.
한편, 발전기가 전력 계통에 동기 상태로 투입된 후, 상기 발전기의 출력 전압은 전력 계통에 동기 상태를 유지할 수 있는 전위차 전압의 범위내에서 이루어져야 한다. 즉, 발전기가 계통에 병입된 상태에서 발전기의 출력 전압은 계통 전압에 대응하여 동기 상태로 유지해야 하며, 발전기의 출력 전압이 전위차 전압을 초과하게 되는 경우 차단기의 트립에 의해 발전기는 전력 계통에서 분리되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 동일 위상에 따라 전위차가 주기적으로 반복되지 않는 경우에도 동기 상태로 판단하여 차단기가 투입되고, 차단기의 투입에 의해 발전기가 전력 계통에 병입된 후 발전기의 출력 전압을 전력 계통 전압과 동기상태로 유지할 수 있는 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 일측단 전력계통에 전압 검출이 없는 경우, 또는 양단 전력계통에 전압 검출이 없는 경우에도 비동기 여부를 판단할 수 있고, 동기 시점과 차단기의 투입 시점을 진단할 수 있는 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치를 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치는 차단기의 투입으로 버스측 전력 계통에 발전기가 포함된 라인측 전력 계통의 병입여부를 판단하는 비동기 투입방지용 차단장치로서, 상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 사용 조건을 입력받는 조건 입력부; 상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 전압을 입력받는 전압 입력부; 상기 조건 입력부에서 입력된 조건과 상기 전압 입력부에서 검출된 입력 전압에 근거하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 조건 판단부; 상기 전압 입력부로부터 입력된 양단 전력 계통의 전위차와 상기 전위차에 대한 주기를 이용하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 전압 판단부; 및 상기 조건 판단부의 동기 여부 판단과 상기 전압 판단부의 동기 여부 판단을 연계하여 상기 양단 전력의 동기 여부를 판단하는 동기 판단부를 포함하여 구성되며, 상기 사용 조건은 상기 버스측 전력 계통과 상기 라인측 전력 계통 중에서 선택된 하나 이상에 따른 사용 조건이고, 상기 사용 조건이 상기 버스측 전력 계통의 가압 여부와 상기 라인측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우, 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 설정된 정상전압(Vs4)을 초과하고 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만인 경우, 또는 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5)이면 동기 상태인 것으로 판단하며, 상기 동기 상태로 판단된 경우, 상기 차단기의 투입에 의해 상기 발전기가 상기 라인측 전력 계통에 병입된 후, 상기 발전기의 출력 전압을 조정하여 상기 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 상기 전위설정전압(Vs2) 범위 내에서 출력되도록 제어하는 전압 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사용 조건이 상기 버스측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우, 상기 버스측 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5) 미만이면, 동기 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사용 조건이 상기 라인측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우, 상기 라인측 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5) 미만이면, 동기 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 동기 판단부의 동기 여부 판단 시점과 상기 동기 판단부의 동기 판단에 의해 상기 차단기가 여자되어 투입된 시점(Te) 사이의 시간차(Tdif)를 검출하는 투입 진단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 동일 위상에 따라 전위차가 주기적으로 반복되지 않는 경우에도 동기 상태로 판단하여 차단기가 투입될 수 있는 상태로 전환될 수 있고, 발전기가 전력 계통에 병입된 후 발전기의 출력 전압을 전력 계통의 전압으로 조정하여 발전기가 전력 계통에 병입된 상태를 유지할 수 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 일측단 전력계통에 전압 검출이 없는 경우, 또는 양단 전력계통에 전압 검출이 없는 경우에도 비동기 여부를 판단할 수 있어 차단기의 기능을 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 전력계통이 다른 전력계통에 연계되어 병입되는 경우의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 조건 판단부와 전압 판단부의 로직 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 조건 판단부의 사용 조건에 따른 동기 여부를 나타낸 표.
도 5는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치가 적용된 전력 계통의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 전압 조정부에 의한 발전기의 출력 전압을 조정하기 위한 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 버스측 전력 계통의 전압 파형과 발전기에 의한 라인측 전력 계통의 전압 파형을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 조건 판단부와 전압 판단부의 로직 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 조건 판단부의 사용 조건에 따른 동기 여부를 나타낸 표.
도 5는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치가 적용된 전력 계통의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 전압 조정부에 의한 발전기의 출력 전압을 조정하기 위한 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 버스측 전력 계통의 전압 파형과 발전기에 의한 라인측 전력 계통의 전압 파형을 나타낸 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 전력이 계통에 병입되는 경우 양단 계통의 전압, 전위차 및 전위차의 주기 특성을 통해 비동기 투입으로 인해 발생되는 고장전류의 발생을 방지하여 전력설비를 보호하기 위한 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에 관한 것이다.
상세한 설명에 앞서서, 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치는 전력 계통에 다른 전력 계통이 연계되어 병입되는 경우, 병입과 관계된 차단기의 동작을 제어하거나 상기 차단기가 동작될 수 있는 상태로 전환할 수 있는 상태의 신호를 출력하는 장치이며, 설계 조건에 따라 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치를 이용하여 직접 상기 차단기를 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 아울러, 모선측 전력 계통(또는 상용전력측 전력 계통)을 버스측 전력 계통으로 정의하고, 상기 버스측 전력 계통에 병입되는 송전선로 측 전력 계통(또는 발전기측 전력 계통)을 라인측 전력 계통으로 정의하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치의 개략적인 구성도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 차단기(1)의 투입(연결)에 의해 발전기(2)가 라인측 전력 계통에 병입되고, 상기 차단기(1)의 투입 여부를 결정하는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치는 조건 입력부(10), 전압 입력부(20), 조건 판단부(30), 전압 판단부(40), 동기 판단부(50), 신호 출력부(60), 설정부(70), 전압 조정부(80) 및 투입 진단부(90)를 포함하여 구성된다.
상기 조건 입력부(10)는 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 사용 조건을 입력받는 것으로서, 상기 버스측 전력 계통과 상기 라인측 전력 계통 중에서 선택된 하나 이상에 따른 사용 조건으로 구분된다. 더욱 상세하게는 각 양단의 전력 계통의 상태에 따라 3가지의 사용 조건으로 구분된다.
사용 조건 1. 버스측 전력 계통의 가압 여부와 라인측 전력 계통의 가압 여부를 사용 조건으로 선택된 경우(Live Bus Live Line Enable)
상기 사용 조건 1은 제어하고자 하는 차단기의 양단 전압을 각각 검출하여 차단기의 1차측(버스측 전력 계통)과 차단기의 2차측(라인측 전력 계통) 각각에서 전압이 검출되거나 전압이 검출되지 않는 상태에서 동기 여부를 판단하기 위한 것이다.
상기 사용 조건 1에서 상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력이 검출되며 검출된 전력이 정상전압을 초과하는 경우 또는 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5) 미만으로 검출된 경우에는 동기 상태로 판단한다.
이때, 상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력이 검출되며, 검출된 전력에서 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만인 조건을 만족해야 동기 상태로 판단한다.
사용 조건 2. 상기 버스측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우(Dead Bus Enable)
상기 사용 조건 2는 제어하고자 하는 차단기의 양단 전압 각각을 검출하여 차단기의 1차측(버스측 전력 계통)에서 전압이 검출되지 않은 경우에 동기 여부를 판단하기 위한 것이다.
상기 사용 조건 2에서 상기 버스측 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5) 미만이면 동기 상태인 것으로 판단한다.
사용 조건 3. 상기 라인측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우(Dead Line)
상기 사용 조건 3은 제어하고자 하는 차단기의 양단 전압 각각을 검출하여 차단기의 2차측(라인측 전력 계통)에서 전압이 검출되지 않은 경우에 동기 여부를 판단하기 위한 것이다.
상기 사용 조건 3에서 상기 라인측 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5) 미만이면 동기 상태인 것으로 판단한다.
상기의 전압 입력부(20)는 상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 전압을 입력받는 것으로서, 차단기의 1차측 전압과 2차측 전압의 차이인 전위차 전압(Vdif)을 입력받는다. 또한, 차단기의 1차측(버스측 전력 계통(Vrun))의 전압과 2차측(라인측 전력 계통(Vin))의 전압을 각각 입력받는다. 이때, 차단기의 1차측 및 2차측 전압은 고전압(345KV 또는 154KV 등)으로서, 입력받는 전압은 PT(전압변성기(Power Transformer))를 통해 입력받게 된다.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 전압 입력부(20)는 차단기의 양단으로부터 전력 계통의 중성선(neutral line)을 제외한 전력선 중에서 선택된 동상의 전력선에 연결된 PT를 통해 수전하여 전위차 전압(Vdif)을 입력받는다.
또한, 차단기의 1차측 전력선에 연결된 전선에 연결되어 버스측 전력 계통(Vrun)의 전압을 검출하며, 차단기의 2차측 전력선에 연결된 전선에 연결되어 라인측 전력 계통(Vin)의 전압을 검출한다. 아울러, 상기 전압 입력부(20)는 차단기의 동작 상태를 검출하도록 구성된다.
상기에서 입력된 전위차 전압(Vdif), 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun), 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin) 및 차단기의 상태 등은 조건 판단부(30) 및 전압 판단부(40)로 전송된다.
상기 조건 판단부(30)는 상기 조건 입력부(10)에서 입력된 조건과 상기 전압 입력부(20)에서 검출된 입력 전압에 근거하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
도 3은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 조건 판단부와 전압 판단부의 로직 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 조건 판단부의 사용 조건에 따른 동기 여부를 나타낸 표이다. 도 5는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치가 적용된 전력 계통의 구성도이다.
첨부된 도 3에서, Vin은 라인측 전력 계통의 검출전압, Vrun은 버스측 전력 계통의 검출전압, Vdif는 Vin과 Vrun의 전위차 전압, Vs1은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치가 동작되는 동작전압, Vs2는 전위차 전압이 동기 상태에 속하는 전위설정전압, Vs3는 전위차의 반복 주기를 판단하는 주기전압, Vs4는 전력 계통에 가압된 전압이 정상인 상태의 정상전압 및 Vs5는 전력 계통에 가압된 전압이 없는 무압 상태의 무압전압이다.
또한, 첨부된 도 4의 (a)는 사용 조건 1에 대한 동기 여부 표이며, (b)는 사용 조건 2에 대한 동기 여부 표이고, (c)는 사용 조건 3에 대한 동기 여부 표이다.
첨부된 도 3을 참조하여 상기 사용 조건 1 내지 3에 대한 조건 판단부(30)를 설명한다. 여기서, 최종으로 출력되는 신호 중에서 로우(low)신호(0)는 동기 상태로 판단하며, 하이(high)신호(1)는 비동기 상태로 판단한다.
사용 조건 1.
라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)과 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)이 정상전압(Vs4)을 초과하며, 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만인 경우, 하이신호가 제6AND 게이트(AND 6)로 입력된다.
사용 조건 1에 따라 Live Line Live Bus Enable 신호는 하이신호로 출력되며, 상기 하이신호와 제6AND 게이트(AND 6)에서 출력되는 하이신호가 제5AND 게이트(AND 5)로 입력된다. 이때, 타이머(T1)는 설정된 시간(5~15sec)동안 하이신호를 출력한다. 타이머(T1)에서 출력되는 하이신호는 NOT 게이트로 입력되어 로우신호로 출력되고, 출력되는 로우신호는 제8AND 게이트(AND 8)로 입력된다. 따라서 사용 조건 1 및 2의 출력신호와 무관하게 제8AND 게이트(AND 8)는 타이머(T1)의 설정된 시간 동안 로우신호를 출력한다. 출력되는 로우신호를 통해 동기 상태임이 판단된다.
또한, 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)과 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)이 무압전압(Vs5) 미만이면 이를 하이신호로 하여 제7AND 게이트(AND 7)로 입력되며, 제7AND 게이트(AND 7)에서 출력되는 하이신호는 NOT 게이트로 입력되어 로우신호로 출력된다. NOT 게이트에서 출력되는 로우신호는 제8AND 게이트(AND 8)로 입력된다. 따라서 사용 조건 1 및 2의 출력신호와 무관하게 제8AND 게이트(AND 8)는 로우신호를 출력한다. 출력되는 로우신호를 통해 동기 상태임이 판단된다.
사용 조건 2.
라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)이 정상전압(Vs4)을 초과하고 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)이 무압전압(Vs5) 미만이면, 이를 하이신호로 하여 제2AND 게이트(AND 2)로 입력된다.
사용 조건 2에 따라 Dead Bus Enable의 하이신호와 제2AND 게이트(AND 2)에서 출력되는 하이신호가 제1AND 게이트(AND 1)로 입력된다. 제1AND 게이트(AND 1)에서 출력되는 하이신호는 NOT 게이트에 입력되어 로우신호로 출력된다. NOT 게이트에서 출력되는 로우신호가 제8AND 게이트(AND 8)로 입력되며, 제8AND 게이트(AND 8)는 로우신호를 출력한다. 따라서 사용 조건 1 및 3의 출력신호와 무관하게 제8AND 게이트(AND 8)는 로우신호를 출력한다. 출력되는 로우신호를 통해 동기 상태임이 판단된다.
사용 조건 3.
버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)이 정상전압(Vs4)을 초과하고 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)이 무압전압(Vs5) 미만이면, 이를 하이신호로 하여 제4 AND 게이트(AND 4)로 입력된다.
사용 조건 3에 따라 Dead Line Enable의 하이신호와 제4 AND 게이트(AND 4)에서 출력되는 하이신호가 제3AND 게이트(AND 3)로 입력된다. 제3AND 게이트(AND 3)에서 출력되는 하이신호는 NOT 게이트에 입력되어 로우신호로 출력된다. NOT 게이트에서 출력되는 로우신호가 제8AND 게이트(AND 8)로 입력되며, 제8AND 게이트(AND 8)는 로우신호를 출력한다. 따라서 사용 조건 1 및 2의 출력신호와 무관하게 제8AND 게이트(AND 8)는 로우신호를 출력한다. 출력되는 로우신호를 통해 동기 상태임이 판단된다.
상기 사용 조건 1 내지 3에 대한 적용 예를 첨부된 도 5를 통해 설명한다.
사용 조건 1에 따르면, 스위치 야드 차단기(CB 1, CB 3)가 투입된 상태에서 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun, 제1 모선)과 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin, 제2 모선)이 정상전압(Vs4)이고, 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만이면 스위치 야드 차단기(CB 2)는 투입될 수 있는 동기 상태로 판단한다.
또한, 스위치 야드 차단기(CB 1, CB 3)가 개방된 상태에서 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun, 제1 모선)과 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin, 제2 모선)이 무압전압(Vs5)이면, 스위치 야드 차단기(CB 2)가 투입될 수 있는 동기 상태로 판단한다.
사용 조건 2에 따르면, 스위치 야드 차단기(CB 1, CB 2)가 개방된 상태에서는 송전선로 OCB(Oil Circuit Breaker)의 1차측(버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun))이 무압전압(Vs5)이면, OCB의 2차측(라인측 전력 계통의 검출전압(Vin))에 의하지 않고 송전선로의 OCB는 투입될 수 있는 동기 상태로 판단한다.
사용 조건 3에 따르면, 스위치 야드 차단기(CB 1, CB 2)가 투입된 상태에서는 송전선로 OCB의 2차측(라인측 전력 계통의 검출전압(Vin))이 무압전압(Vs5)이면, OCB의 1차측(버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun))에 의하지 않고 송전선로의 OCB는 투입될 수 있는 동기 상태로 판단한다.
본 발명에 의하면, 일측단 전력계통에 전압 검출이 없는 경우(사용 조건 2 및 3), 또는 양단 전력계통에 전압 검출이 없는 경우(사용 조건 1)에도 비동기 여부를 판단할 수 있는 장점이 있다.
상기 조건 판단부(30)는 상기 전압 입력부(20)로부터 입력된 양단 전력 계통의 전위차와 상기 전위차에 대한 주기를 이용하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
첨부된 도 3을 참조하면, 조건 판단부(30)와 전압 판단부(40)가 연계되어 있으며, 상기 조건 판단부(30)와 전압 판단부(40)를 동시에 적용할 경우, 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치는 송전선로의 스위치 야드 등에 적용이 가능하다. 즉, 모선에 모선을 병입하는 경우, 전위차의 반복 주기를 판단하는 주기전압(Vs3)이 발생되지 않으므로, 상기 조건 판단부(30)의 조건에 부응하는 경우에만 동기로 판단하여 차단기가 동작될 수 있는 상태로 전환되게 구성된다.
또한, 발전기 등의 병입시 사용되는 차단기에 적용하는 경우, 조건 판단부(30)의 사용 조건을 모두 사용하지 않는 것으로 입력 선택하면, 전압 판단부(40)의 판단에 따라서 차단기가 동작될 수 있는 상태로 전환되게 구성된다.
다음으로, 상기 전압 판단부(40)에 대해서 설명한다.
버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)과 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)의 차이인 전위차 전압(Vdif)이 동작전압(Vs1) 이상이고 차단기가 개방된 상태(a 접점)이면, RS 플립플롭은 Q 단자로 하이신호를 출력한다. RS 플립플롭에서 출력되는 하이신호는 제1 타이머(T1)로 인가되어, 제1 타이머(T1)에 설정된 시간동안 하이신호를 출력하며, 출력되는 하이신호는 제9 AND 게이트(AND 9)로 입력된다.
상기 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만이면 하이신호가 상기 제9 AND 게이트(AND 9)로 입력된다.
전위차에 대한 주기를 판단하기 위해서 상기 전위차 전압(Vdif)이 주기전압(Vs3)을 초과하면, 하이신호가 제1 T플립플롭(T F/F 1)과 제2 타이머(T2)로 입력된다.
이때, 전위차 전압(Vdif)이 주기전압(Vs3) 이상이면, 제1 T플립플롭(T F/F 1)은 상승 에지로 상태가 변화하므로, 제10 AND 게이트(AND 10)는 로우신호를 출력한다.
반면에, 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만이면, 제1 T플립플롭(T F/F 1)은 상승 에지로 상태가 변화하므로, 제10 AND 게이트(AND 10)는 하이신호를 출력한다.
이때, 제10 AND 게이트(AND 10)는 전위차 전압(Vdif)이 주기전압(Vs3) 이내가 될 때마다, 하이신호를 계속 출력하고, 제2 T플립플롭(T F/F 2)과 제3 T플립플롭(T F/F 3)으로 구성되는 카운터회로는 제10 AND 게이트(AND 10)로부터 입력된 이전 단계의 신호가 하이신호이면, 숫자를 카운트하게 된다. 카운트되는 하이신호는 NAND 게이트에 입력되어 출력된다.
전위차 전압(Vdif)이 동작전압(Vs1) 이상인 상태에서, 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만이면 이를 하이신호로 하여 상기 NAND 게이트의 출력신호와 함께 제10 AND 게이트(AND 10)에 입력되고, 제10 AND 게이트(AND 10)에서 출력되는 신호는 하이신호와 제3 타이머(T3)의 신호 및 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만 상태의 하이신호가 제9 AND 게이트(AND 9)로 입력된다. 제9 AND 게이트(AND 9)에서 출력되는 신호는 NOT 게이트를 거쳐 출력된다.
상기 조건 판단부(30)와 전압 판단부(40)를 통해서 출력되는 신호는 OR 게이트를 통해 출력된다.
본 발명에 의하면, 동일 위상에 따라 전위차가 주기적으로 반복되지 않는 경우 동기 상태로 판단하여, 차단기가 투입될 수 있는 상태로 전환될 수 있는 장점이 있다.
상기 조건 판단부(30)와 전압 판단부(40)에서 상태에 대한 조건 및 검출된 전압이 해당 조건에 부합되지 않으면 OR 게이트에 출력되는 최종 신호는 하이신호가 출력되며, 하이신호의 출력을 통해 비동기 상태임이 판단된다.
상기 동기 판단부(50)는 조건 판단부(30)와 전압 판단부(40)에서 출력되는 신호에 근거하여 병입과 관계된 차단기의 동작을 제어하거나 상기 차단기가 동작될 수 있는 상태로 전환할 수 있는 상태의 신호를 신호 출력부(60)를 통해 출력한다.
설계 조건에 따라서, 상기 동기 판단부(50)는 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun), 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin), 전위차 전압(Vdif), 동작전압(Vs1), 전위설정전압(Vs2), 주기전압(Vs3), 정상전압(Vs4) 및 무압전압(Vs5)을 종합적으로 판단하여 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 설정부(70)는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치의 작동 조건에 대한 설정치를 조작에 의해 설정 가능하도록 구성되는 것으로서, 동작전압(Vs1), 전위설정전압(Vs2), 주기전압(Vs3), 정상전압(Vs4) 및 무압전압(Vs5)의 설정치를 가변하도록 구성된다.
예를 들어, 동작전압(Vs1)은 50~300V, 전위설정전압(Vs2)은 1~20V, 주기전압(Vs3)은 1~15V, 정상전압(Vs4)은 50~150V 및 무압전압(Vs5)은 1~30V 범위내에서 설정할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치가 적용된 전력 계통의 구성도이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치는 모선측에 연결되는 스위치 야드 또는 모선에 병입되는 발전기측의 차단기 등에 적용이 가능하다.
즉, 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치는 스위치 야드 CB 2(또는 스위치 야드 CB 3)에 제1 모선과 제2 모선을 각각 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun) 및 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)으로 하여 적용할 수 있다.
또한, 조건 판단부(30)의 사용을 제한하는 것으로, 제1 모선과 제2 모선에 병입되는 발전기측 차단기(GCB)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
한편, 차단기(도 1 참조)의 투입에 의해 발전기(2)가 전력 계통에 병입된 후 발전기(2)의 출력 전압을 전력 계통 전압과 동기상태로 유지해야 상기 발전기(2)가 병입된 상태를 유지하게 된다. 즉, 라인측 전력 계통의 전압으로 볼 수 있는 발전기의 출력 전압(Vin)이 동기상태를 유지할 수 없는 경우, 병입된 발전기(2)와 전력 계통의 비동기화에 의해서 발전기의 동기가 탈조(脫調)되는 현상이 발생된다. 상기 탈조 현상이 지속되면 발전기가 정지하거나 소손이 발생될 수 있다.
이에, 본 발명에서는 병입된 발전기의 출력 전압(Vin)이 동기상태를 유지할 수 있도록 전압 조정부(80)가 구성된다.
도 6은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 전압 조정부에 의한 발전기의 출력 전압을 조정하기 위한 블록도이며, 도 7은 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치에서 버스측 전력 계통의 전압 파형과 발전기에 의한 라인측 전력 계통의 전압 파형을 나타낸 그래프이다.
상기 전압 조정부(80)는 차단기(1)의 투입에 의해 발전기가 버스측 전력 계통에 병입된 후, 라인측 전력 계통인 발전기의 출력 전압을 버스측 전력 계통의 전압과 동기상태가 유지되도록 상기 발전기(2)의 출력 전압을 조정하는 기능을 수행한다.
즉, 상기 전압 조정부(80)는 상기 동기 상태로 판단된 경우, 상기 차단기의 투입에 의해 상기 발전기(2)가 상기 라인측 전력 계통에 병입된 후, 상기 발전기(2)의 출력 전압을 조정하여 상기 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 상기 전위설정전압(Vs2) 범위 내에서 출력되도록 제어하는 역할을 한다.
첨부된 도 6 및 7을 참조하면, 동기 상태로 판단된 후 차단기(1)가 투입되어 발전기(2)가 병입된 상태에서 전위차 전압(Vdif)은 전위설정전압(Vs2)의 범위 내에서 유지된다.
이때, 발전기(2)의 출력 전압인 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)은 도 7에서와 같이, 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)을 기준으로 양의 전위설정전압(+Vs2)과 음의 전위설정전압(-Vs2) 사이에서 유지되어야 한다.
상기 전압 조정부(80)는 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)과 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)의 전위차 전압(Vdif)이 양인지 또는 음인지를 판단한다.
예를 들어, 상기 전압 조정부(80)는 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)이 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)보다 크면 상기 발전기(2)의 출력을 저하시키도록 상기 발전기(2)에 출력신호를 전송하고, 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)이 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)보다 작으면 상기 발전기(2)의 출력을 상승시키도록 상기 발전기(2)에 출력신호를 전송한다.
이때, 상기 전압 조정부(80)에서 출력되는 제어신호는 전위차 전압(Vdif)의 1/2에 대응하는 전압이 변동될 수 있는 제어신호가 출력되게 구성될 수 있다.
즉, 상기 전압 조정부(80)에 의한 상기 발전기(2)의 출력 전압은 전송된 제어신호에 의해 급격한 변동 출력을 방지하도록 ±Vdif/2의 범위 내에서 조정될 수 있도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 발전기(2)가 전력 계통에 병입된 후 발전기의 출력 전압을 전력 계통의 전압으로 조정하여 발전기가 전력 계통에 병입된 상태를 유지할 수 장점이 있다.
아울러 본 발명에서는 버스측 전력 계통에 병입되는 라인측 전력 계통이 동기 상태로 판단된 시점과 차단기(1)의 투입 시점을 진단하는 투입 진단부(90)가 구성된다.
상기 투입 진단부(90)는 조건 판단부(30)의 동기 여부 판단과 전압 판단부(40)의 동기 여부 판단을 연계하여 양단 전력(Vrun, Vin)의 동기 여부를 판단하는 동기 판단부(50)의 동기 여부 판단 시점(Ts)과 상기 동기 판단부(50)의 동기 판단에 의해 차단기(1)가 여자되어 투입된 시점(Te) 사이의 시간차(Tdif)를 검출하여 표시되도록 구성된다.
이에 따라, 검출된 시간차(Tdif)는 본 발명에 따른 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치의 성능을 평가할 수 있으며, 평가에 따라 검출된 시간차(Tdif)를 단축시킬 수 있는 자료로 활용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
1: 차단기 2: 발전기
10: 조건 입력부 20: 전압 입력부
30: 조건 판단부 40: 전압 판단부
50: 동기 판단부 60: 신호 출력부
70: 설정부 80: 전압 조정부
90: 투입 진단부
10: 조건 입력부 20: 전압 입력부
30: 조건 판단부 40: 전압 판단부
50: 동기 판단부 60: 신호 출력부
70: 설정부 80: 전압 조정부
90: 투입 진단부
Claims (4)
- 차단기의 투입으로 버스측 전력 계통에 발전기가 포함된 라인측 전력 계통의 병입여부를 판단하는 비동기 투입방지용 차단장치에 있어서,
상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 사용 조건을 입력받는 조건 입력부;
상기 버스측 전력 계통과 라인측 전력 계통에서 각각 양단 전력 계통의 전압을 입력받는 전압 입력부;
상기 조건 입력부에서 입력된 조건과 상기 전압 입력부에서 검출된 입력 전압에 근거하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 조건 판단부;
상기 전압 입력부로부터 입력된 양단 전력 계통의 전위차와 상기 전위차에 대한 주기를 이용하여 상기 양단 전력 계통의 동기 여부를 판단하는 전압 판단부; 및
상기 조건 판단부의 동기 여부 판단과 상기 전압 판단부의 동기 여부 판단을 연계하여 상기 양단 전력의 동기 여부를 판단하는 동기 판단부;
를 포함하여 구성되며,
상기 사용 조건은 상기 버스측 전력 계통과 상기 라인측 전력 계통 중에서 선택된 하나 이상에 따른 사용 조건이고,
상기 사용 조건이 상기 버스측 전력 계통의 가압 여부와 상기 라인측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우, 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 설정된 정상전압(Vs4)을 초과하고 전위차 전압(Vdif)이 전위설정전압(Vs2) 미만인 경우, 또는 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5)이면 동기 상태인 것으로 판단하며,
상기 동기 상태로 판단된 경우, 상기 차단기의 투입에 의해 상기 발전기가 상기 라인측 전력 계통에 병입된 후, 상기 발전기의 출력 전압을 조정하여 상기 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 상기 전위설정전압(Vs2) 범위 내에서 출력되도록 제어하는 전압 조정부;
를 포함하여 구성되고,
상기 동기 판단부의 동기 여부 판단 시점(Ts)과 상기 동기 판단부의 동기 판단에 의해 상기 차단기가 여자되어 투입된 시점(Te) 사이의 시간차(Tdif)를 검출하는 투입 진단부;
를 더 포함하며,
상기 전압 조정부(80)는,
상기 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)과 상기 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)의 전위차 전압(Vdif)이 양인지 또는 음인지를 판단하고, 상기 판단에 따라상기 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)이 상기 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)보다 크면 상기 발전기의 출력을 저하시키도록 상기 발전기에 출력신호를 전송하고, 상기 라인측 전력 계통의 검출전압(Vin)이 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)보다 작으면 상기 발전기의 출력을 상승시키도록 상기 발전기에 출력신호를 전송하되, 상기 출력신호에 따라 상기 발전기의 출력 전압은 상기 발전기의 급격한 변동 출력을 방지하도록 상기 전위차 전압(Vdif)/2의 범위 내에서 조정되어 상기 버스측 전력 계통의 검출전압(Vrun)을 기준으로 양의 전위설정전압(+Vs2)과 음의 전위설정전압(-Vs2) 사이에서 유지되는 것을 특징으로 하는 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 사용 조건이 상기 버스측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우, 상기 버스측 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5) 미만이면, 동기 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 사용 조건이 상기 라인측 전력 계통의 가압 여부를 사용하는 경우, 상기 라인측 전력 계통의 가압 전압이 무압전압(Vs5) 미만이면, 동기 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치.
- 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020150163241A KR101606919B1 (ko) | 2015-11-20 | 2015-11-20 | 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치 |
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