KR101876782B1 - 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치 - Google Patents

전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전기와 전력계통 간에 3상 전압의 전압차, 위상차, 주파수차를 비교하는 상별 동기판단 기능과 전압 비교 방식과 3상 전압 상회전 측정방식을 적용한 비동기투입 방지장치에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치는, 전압에 대한 입력범위, 위상에 대한 입력범위 및 주파수에 대한 입력범위를 포함하는 검출값과 상기 검출값에 대한 허용범위를 설정하는 설정부; 전력계통의 전압을 검출하는 제1 전압검출모듈과 발전기측 출력전압을 검출하는 제2 전압검출모듈로 이루어지는 전압검출부; 상기 제1 전압검출모듈에서 검출된 전력계통 전압(Vs)과 상기 제2 전압검출모듈에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg)에 대하여 상기 설정부에서 설정된 범위에 근거하여 각 상별로 전압의 동기상태를 검출하는 상별전압 동기상태검출부; 상기 전력계통의 기준전압과 발전기측의 기준전압에 대하여 상기 설정부에서 설정된 범위에 근거하여 전압상태를 검출하는 전압상태 검출부; 상기 제1 전압검출모듈에서 검출된 전력계통 전압(Vs)과 상기 제2 전압검출모듈에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg)에 대하여 상회전 방향을 검출하는 상회전 검출부; 상기 상별전압 동기상태검출부, 전압상태 검출부 및 상회전 검출부의 검출 결과에 따라 동기여부를 판단하는 판단부; 및 상기 판단부의 판단결과에 따라 차단기 투입 신호를 출력하는 신호출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치{PREVENTING NON-SYNCHRONIZATION DEVICE USING THE VOLTAGE COMPARISON METHOD AND VOLTAGE PHASOR ROTATION MEASUREMENT}
본 발명은 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발전기와 전력계통 간에 3상 전압의 전압차, 위상차, 주파수차를 비교하는 상별 동기판단 기능과 전압 비교 방식과 3상 전압 상회전 측정방식을 적용한 비동기투입 방지장치에 관한 것이다.
3상의 교류 전원을 또 다른 3상의 교류 전원과 병렬 운전을 하기 위해서는 투입하고자 하는 전원의 주파수, 전압 및 위상각을 투입 대상 전원에 일치시켜야 하는 동기 투입 절차를 거쳐야 한다.
이는 전력 계통에서의 비동기 투입이 계통에 미치는 파급 효과가 너무나 크기 때문이다. 즉, 비동기 투입으로 전력계통에 고장이 발생하면, 수백억원에서 수천억원에 이르는 경제적 손실이 발생할 뿐만 아니라, 전력계통에 돌이킬 수 없는 피해와 손실을 초래하게 된다.
이를 방지하기 위해서는 전력계통과 비상발전기의 전압과 주파수 그리고 위상을 검출하는 전용장치를 구비하여야 하는 한편, 상기 전용장치에서 검출된 결과를 토대로 동기를 맞추어 전력계통으로의 비상발전 전력을 투입시키기 위한 장치를 필요로 하게 된다.
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.
상기의 문제점을 개선하기 위한 기술로서, 등록특허공보 제10-1606919호에 전압 조정 기능을 갖는 비동기 투입방지용 차단장치가 개시되었다.
상기 기술은 출원인에 의해 출원되어 등록된 기술로서, 차단기의 투입으로 버스측 전력 계통에 발전기가 포함된 라인측 전력 계통의 병입여부를 판단하는 비동기 투입방지용 차단 장치로서, 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 동기여부 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 라인측전력 계통에 병입된 후, 상기 발전기의 출력 전압을 조정하여 상기 각각 양단 전력 계통의 가압 전압이 상기 전위설정전압(Vs2) 범위 내에서 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
이에, 본 출원인에 의해 등록된 기술을 더욱 발전시켜 전압비교뿐만 아니라 3상전압 상회전 방식을 적용하여 오결선에 의한 비동기 상태를 검출할 수 있는 기술이 요구된다.
KR 10-2014-0039917 A (2014. 04. 02.) KR 10-1606919 B1 (2016. 03. 22.)
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해소하고자 하는 과제는, 오결선 상태에서 비동기 상태를 동기상태로 판단하여 발전기가 전력계통에 투입되는 것을 방지할 수 있는 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 오결선을 검출할 수 있는 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치를 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치는, 전압에 대한 입력범위, 위상에 대한 입력범위 및 주파수에 대한 입력범위를 포함하는 검출값과 상기 검출값에 대한 허용범위를 설정하는 설정부; 전력계통의 전압을 검출하는 제1 전압검출모듈과 발전기측 출력전압을 검출하는 제2 전압검출모듈로 이루어지는 전압검출부; 상기 제1 전압검출모듈에서 검출된 전력계통 전압(Vs)과 상기 제2 전압검출모듈에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg)에 대하여 상기 설정부에서 설정된 범위에 근거하여 각 상별로 전압의 동기상태를 검출하는 상별전압 동기상태검출부; 상기 전력계통의 기준전압과 발전기측의 기준전압에 대하여 상기 설정부에서 설정된 범위에 근거하여 전압상태를 검출하는 전압상태 검출부; 상기 제1 전압검출모듈에서 검출된 전력계통 전압(Vs)과 상기 제2 전압검출모듈에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg)에 대하여 상회전 방향을 검출하는 상회전 검출부; 상기 상별전압 동기상태검출부, 전압상태 검출부 및 상회전 검출부의 검출 결과에 따라 동기여부를 판단하는 판단부; 및 상기 판단부의 판단결과에 따라 차단기 투입 신호를 출력하는 신호출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상별전압 동기상태검출부에서 검출하는 각 상별 전압의 요소는 전압, 위상 및 주파수인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상회전 검출부는 상기 상회전 방향이 시계반대방향이지 또는 시계방향인지를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에서, 상기 판단부는, 상기 상회전 검출부에서 검출된 상회전 방향이 시계반대방향인 경우 정상방향으로 판단하고, 시계방향인 경우 오결선에 의한 비정상방향으로 판단되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 전압검출모듈과 상기 제2 전압검출모듈은 Y결선 B상 접지방식, Y결선 N상 접지방식 또는 V결선 B상 접지방식 중에서 선택된 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 오결선에 의한 비동기 상태를 동기상태로 판단하는 오류를 방지할 수 있어, 오결선의 비동기를 검출할 수 있으므로, 오결선에 의한 비동기상태에서의 발전기 병입을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 오결선을 검출할 수 있으므로, 발전기의 소손, 인적 피해 및 전력계통의 손실을 방지하여 경제적 피해를 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 전압 비교 방식과 3상 전압 상회전 측정방식을 적용한 비동기투입 방지장치의 전체적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 전압검출부의 Y결선 B상 접지방식으로 결선된 상태에서의 결선도.
도 3은 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 전압검출부의 Y결선 N상 접지방식으로 결선된 상태에서의 결선도.
도 4는 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 전압검출부의 V결선 B상 접지방식으로 결선된 상태에서의 결선도.
도 5는 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 상별전압 동기상태검출부의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 상회전 검출부의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 상회전 검출부에서 검출되는 Y결선 B상 접지시 상회전 방향을 나타낸 표.
도 8은 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 상회전 검출부에서 검출되는 V결선 B상 접지시 상회전 방향을 나타낸 표.
도 9는 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 판단부의 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 발전기와 전력계통 간에 3상 전압의 전압차, 위상차, 주파수차를 비교하는 상별 동기판단 기능과 전압 비교 방식과 3상 전압 상회전 측정방식을 적용한 비동기투입 방지장치에 관한 것이다.
도 1은 전압 비교 방식과 3상 전압 상회전 측정방식을 적용한 비동기투입 방지장치의 전체적인 구성도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전압 비교 방식과 3상 전압 상회전 측정방식을 적용한 비동기투입 방지장치는 설정부(100), 전압검출부(200), 상별전압 동기상태검출부(300), 전압상태 검출부(400), 상회전 검출부(500), 판단부(600) 및 신호출력부(700)를 포함하여 구성된다.
설정부(100)는 전압에 대한 입력범위, 위상에 대한 입력범위 및 주파수에 대한 입력범위를 포함하는 검출값과 상기 검출값에 대한 허용범위를 설정하는 것으로서, 설정값을 입력하기 위한 입력 인터페이스, 설정값을 표시하기 위한 표시 인터페이스 및 입력된 설정값을 저장 관리하기 위한 메모리 등을 포함하여 구성된다.
이와 같은, 상기 설정부(100)는 전력계통의 전압과 주파수, 상기 전력계통에 병입되는 발전기의 용량(출력전압, 주파수 등) 및 동기 조건에 부합되는 범위 등을 입력하고, 입력된 정보는 표시 인터페이스에 표시되며, 사용자의 조작에 의해 메모리에 저장되게 된다.
전압검출부(200)는 전력계통의 전압과 발전기측의 출력전압을 검출하는 것으로서, 전력계통의 전압을 검출하는 제1 전압검출모듈(210)과 발전기측 출력전압을 검출하는 제2 전압검출모듈(220)을 포함한다.
상기 제1 전압검출모듈(210)은 전력계통의 3상 전력에 대하여 PT(전압변성기(Power Transformer))를 통해 입력받아 전력계통의 3상 전압을 검출한다.
상기 제2 전압검출모듈(220)은 발전기측 3상 전력에 대하여 PT(전압변성기(Power Transformer))를 통해 입력받아 전력계통의 3상 전압을 검출한다.
이때, 상기 PT를 사용하여 전압을 검출하는 과정은 발전소의 결선 방식과 동일한 방식의 결선방식이 채용된다.
발전소에서 전력계통에 전력을 인가하는 과정에서 변전에 사용하는 결선방식으로는 Y결선 B상 접지방식, Y결선 N상 접지방식 또는 V결선 B상 접지방식 중에서 선택된 하나로 구성됨에 따라 상기 제1 전압검출모듈(210) 및 제2 전압검출모듈(220)은 발전소의 결선방식에 대응하여 동일한 결선으로 이루어진다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 전압검출부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하면, 도 2는 Y결선 B상 접지방식으로 결선된 상태에서의 전압검출부 결선을 나타낸 것이고, 도 3은 Y결선 N상 접지방식으로 결선된 상태에서의 전압검출부 결선을 나타낸 것이며, 도 4는 V결선 B상 접지방식으로 결선된 상태에서의 전압검출부 결선을 나타낸 것이다.
Y결선 B상 접지방식 및 Y결선 N상 접지방식으로 결선된 상태에서의 상기 제1 전압검출모듈(210)은 각각 상에 접속된 PT(PT-A1, PT-B1 및 PT-C1)를 통해 입력된 전압에 대하여 전력계통 전압(Vs1, Vs2 및 Vs3)을 검출하게 되고, 상기 제2 전압검출모듈(220)은 각각 상에 접속된 PT(PT-A2, PT-B2, PT-C2)를 통해 발전기측 전압(Vg1, Vg2 및 Vg3)을 검출하게 된다.
V결선 B상 접지방식으로 결선된 상태에서의 상기 제1 전압검출모듈(210)은 각각 상에 접속된 PT(PT-AB1 및 PT-BC)를 통해 입력된 전압에 대하여 전력계통 전압(Vs1 및 Vs2)을 검출하게 되고, 상기 제2 전압검출모듈(220)은 각각 상에 접속된 PT(PT-AB2 및 PT-BC2)를 통해 발전기측 전압(Vg1 및 Vg2)을 검출하게 된다.
여기서, Y결선 B상 접지방식과 V결선 B상 접지방식에서는 B상 전압이 접지에 결선되어 있으므로, B상의 전압과 접지전압을 이용하여 기준전압을 검출할 수 있고, Y결선 N상 접지방식에서는 3상 중에서 선택된 하나의 상에 인가된 전압을 검출하여 기준전압을 검출할 수 있다.
상별전압 동기상태검출부(300)는 상기 제1 전압검출모듈(210)에서 검출된 전력계통 전압(Vs)과 상기 제2 전압검출모듈(220)에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg)에 대하여 상기 설정부에서 설정된 범위에 근거한 각 상별로 전압의 동기상태를 검출한다.
도 5는 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 상별전압 동기상태검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
상기 상별전압 동기상태검출부(300)는 상기 제1 전압검출모듈(210)에서 검출된 전력계통 전압(Vs1, Vs2, Vs3)와 각 검출전압에 대응하는 상기 제2 전압검출모듈(220)에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg1, Vg2, Vg3)을 각각 비교한다. 즉, Vs1과 Vg1, Vs2와 Vg2 및 Vs3와 Vg3를 비교하여, 비교에 따른 비교값이 설정부(100)에서 설정된 범위에 속하는 지를 판단하여 출력한다.
이때, 비교에 사용되는 요소에는 전압뿐만 아니라 위상 및 주파수를 비교하고, 전압, 위상 및 주파수가 모두 상기 설정부(100)에 설정된 범위 이내에 속하는 지를 판단하여 출력한다.
여기서, 출력되는 값은 상기 3가지 요소(전압, 위상, 주파수)가 설정부(100)에 입력된 설정 범위를 모두 충족하는 경우에만 포지티브(posivive, 1) 값을 출력하고, 상기 3가지 요소(전압, 위상, 주파수) 중에서 적어도 하나의 요소라도 충족하지 못하는 경우에는 네거티브(negative, 0) 값을 출력하게 된다.
전압상태 검출부(400)는 상기 전력계통의 기준전압과 발전기측의 기준전압에 대하여 상기 설정부에서 설정된 범위에 근거하여 전압상태를 검출한다.
첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하면, Y결선 B상 접지방식과 V결선 B상 접지방식에서는 B상 전압이 접지에 결선되어 있으므로 기준전압(Vg4, Vs4)은 B상 전압과 같은 영전위를 갖는 접지에 연결하기 때문에 검출된 기준전압은 0V가 계측되어야 한다.
또한, Y결선 N상 접지방식인 경우에는 기준전압(Vg4, Vs4)도 PT의 상전압을 입력하고 그 상전압과 같은 전압을 연결하기 때문에 검출된 기준전압은 0V가 계측되어야 한다.
또한, 역상결선 또는 순차적 오결선인 경우에 기준전압은 상전압으로 검출되게 된다. 즉, 상전압이 기준전압으로 검출되는 경우 역상결선 또는 순차적 오결선으로 판단되도록 구성된다.
상회전 검출부(500)는 상기 제1 전압검출모듈(210)에서 검출된 전력계통 전압(Vs)과 상기 제2 전압검출모듈에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg)에 대하여 상회전 방향을 검출하는 기능을 수행한다.
도 6은 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 상회전 검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
각각의 전력선이 정상적으로 결선된 상태에서는 전압, 위상 및 주파수가 동기된 상태에서 발전기가 전력계통에 병입되어도 무관하다.
그러나 전력선이 오결선된 상태에서 전력계통의 전압 및 주파수와 발전기측의 전압 및 주파수는 동기될 수 있다. 또한, 상기 동기된 상태에서 위상은 시간의 경과에 따라 동기상태와 비동기 상태로 반복 검출되게 된다.
여기서, 전력선의 오결선은 상 전력선이 서로 교차하여 연결되거나 또는 순차적으로 한 상씩 밀려서 결선된 경우를 의미한다.
즉, 전력선이 오결선된 상태에서는 전압과 주파수가 동기 상태로 유지되는 경우 위상은 동기와 비동기로 반복하여 출력되는 데, 동기 상태일 때 발전기가 전력계통에 병입되게 되면, 작게는 발전기가 소손되거나 크게는 전력계통에 큰 피해가 발생되게 된다.
상회전 검출부(500)는 위상의 회전 방향을 검출하기 위한 것으로서, 상기 상회전 방향이 시계반대방향인지 또는 시계방향인지를 검출한다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 상회전 검출부에서 검출되는 Y결선 B상 접지시 상회전 방향을 나타낸 표와 V결선 B상 접지시 상회전 방향을 나타낸 표이다.
도 7 및 도 8에서 VS 계통측은 전력계통을 의미하고, VG 계통측은 발전기측을 의미한다.
첨부된 도 7을 참조하면, 결선에 오류가 없는 경우인 정결선에서는 시계반대방향(CCW) 순(C상-B상-A상)으로 상회전 방향이 검출되고, 계통전압(Vs1, Vs2, Vs3)과 발전기측 상회전(Vg1, Vg2, Vg3) 위상이 중첩되게 검출된다. 또한, 전력계통의 기준전압과 발전기측의 기준전압은 0V로 검출된다.
반면, A상과 C상이 서로 교차되어 결선된 역상결선의 경우, 전력계통의 Vs1(A상)과 발전기측의 Vg1(C상)의 위상이 검출되고, 전력계통의 Vs3(C상)과 발전기측의 Vg1(A상)의 위상이 검출되며, 전력계통의 상회전은 C상-B상-A상 순서로 시계반대방향이나 발전기측 상회전은 A상-B상-C상 순으로 시계방향으로 검출된다. 이때, B상은 정상 결선에 따라 기준전압으로는 접지전압인 OV가 검출된다.
또한, 3상이 순차적으로 오결선(A상이 B상에 연결, B상이 C상에 연결, C상이 A상에 연결)된 경우, 전력계통의 A상과 발전기측의 C상이 검출되며, 순차적으로 1상씩 밀려서 위상이 검출된다. 이때, 전력계통의 상회전 방향과 발전기측의 상회전 방향은 모두 시계반대방향(CCW)으로 검출되나 발전기측의 기준전압으로는 상전압(예를 들면, 63.5V)이 검출된다.
이에 따라, 전압, 위상, 주파수를 포함하여 기준전압과 상회전 방향을 모두 만족하는 경우에만 동기상태로 판단하게 되면, 오결선에 의해 비동기 상태를 동기 상태로 판단되는 오류를 방지할 수 있다.
첨부된 도 8을 참조하면, 결선에 오류가 없는 경우인 정결선에서는 시계반대방향(CCW) 순(A상-C상-B상)으로 상회전 방향이 검출되고, 계통전압(Vs1, Vs2, Vs3)과 발전기측 상회전(Vg1, Vg2, Vg3) 위상이 중첩되게 검출된다. 또한, 전력계통의 기준전압과 발전기측의 기준전압으로 접지전압인 0V가 검출된다.
반면, A상과 C상이 서로 교차되어 결선된 역상결선의 경우, 전력계통의 Vs1(A상)과 발전기측의 Vg1(C상)의 위상이 검출되고, 전력계통의 -Vs3(C상)과 발전기측의 -Vg1(A상)의 위상이 검출되며, 전력계통의 상회전은 B상-A상 순서로 시계반대방향이나 발전기측 상회전은 A상-B상 순으로 시계방향으로 검출된다. 이때, B상은 정상 결선에 따라 기준전압으로 접지전압인 OV가 검출된다.
또한, 3상이 순차적으로 오결선(A상이 B상에 연결, B상이 C상에 연결, C상이 A상에 연결)된 경우, 전력계통과 발전기측의 상이 2개씩 검출되며, 순차적으로 1상씩 밀려서 위상이 검출된다. 이때, 전력계통의 상회전 방향과 발전기측의 상회전 방향은 모두 시계반대방향(CCW)으로 검출되나 발전기측의 기준전압으로 선간전압(예를 들면, 110V)이 검출된다.
판단부(600)는 상별전압 동기상태검출부(300), 전압상태 검출부(400) 및 상회전 검출부(500)의 검출 결과에 따라 동기여부를 판단하는 기능을 수행한다.
이와 같은, 상기 판단부(600)는 상별전압 동기상태검출부(300), 전압상태 검출부(400) 및 상회전 검출부(500)에서 출력되는 신호가 모두 포지티브(positive) 신호인 경우에는 동기 상태로 판단하여 동기신호를 출력하고, 상별전압 동기상태검출부(300), 전압상태 검출부(400) 및 상회전 검출부(500)에서 출력되는 신호중에서 적어도 하나의 신호가 네거티브(Negative) 신호인 경우에는 비동기 신호를 출력하도록 구성된다.
도 9는 본 발명에 따른 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치에 적용된 판단부의 구성도이다.
첨부된 도 9를 참조하면, 상기 판단부는 상별전압 동기상태검출부(300), 전압상태 검출부(400) 및 상회전 검출부(500)의 검출 결과에 대하여 모두 포지티브 값인 경우에만 동기신호가 출력되게 구성된다.
또한, 상회전 검출부(500)의 검출 결과, 전력계통의 상회전 방향과 발전기측의 상회전 방향이 서로 다른 경우에는 알람이 출력되는 알람출력모듈(610)이 구성될 수 있다.
신호출력부(700)는 상기 판단부(600)의 판단결과에 따라 차단기 투입 신호를 출력하는 것으로서, 상기 판단부(600)에서 동기 및 비동기의 판단 결과, 동기신호인 경우에는 차단기에 투입신호가 출력되도록 제어하고, 비동기인 경우에는 차단기에 차단신호를 출력하도록 제어한다.
이러한 투입신호에 따라 차단기가 투입되어 발전기가 전력계통에 병입되고, 차단신호에 따라 차단기가 개방되어 발전기가 전력계통에서 분리된다.
본 발명에 의하면, 오결선에 의한 비동기 상태를 동기상태로 판단하는 오류를 방지할 수 있어, 오결선의 비동기를 검출할 수 있으므로, 오결선에 의한 비동기상태에서의 발전기 병입을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 오결선을 검출할 수 있으므로, 발전기의 소손, 인적 피해 및 전력계통의 손실을 방지하여 경제적 피해를 방지할 수 있는 장점이 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.
100: 설정부 200: 전압검출부
210: 제1 전압검출모듈 220: 제2 전압검출모듈
300: 상별전압 동기상태검출부 400: 전압상태 검출부
500: 상회전 검출부 600: 판단부
700: 신호출력부

Claims (5)

  1. 전압에 대한 입력범위, 위상에 대한 입력범위 및 주파수에 대한 입력범위를 포함하는 검출값과 상기 검출값에 대한 허용범위를 설정하는 설정부;
    전력계통의 전압을 검출하는 제1 전압검출모듈과 발전기측 출력전압을 검출하는 제2 전압검출모듈로 이루어지는 전압검출부;
    상기 제1 전압검출모듈에서 검출된 전력계통 전압(Vs)과 상기 제2 전압검출모듈에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg)에 대하여 상기 설정부에서 설정된 범위에 근거하여 각 상별로 전압의 동기상태를 검출하는 상별전압 동기상태검출부;
    상기 전력계통의 기준전압과 발전기측의 기준전압에 대하여 상기 설정부에서 설정된 범위에 근거하여 전압상태를 검출하는 전압상태 검출부;
    상기 제1 전압검출모듈에서 검출된 전력계통 전압(Vs)과 상기 제2 전압검출모듈에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg)에 대하여 상회전 방향을 검출하는 상회전 검출부;
    상기 상별전압 동기상태검출부, 전압상태 검출부 및 상회전 검출부의 검출 결과에 따라 동기여부를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부의 판단결과에 따라 차단기 투입 신호를 출력하는 신호출력부;
    를 포함하여 구성되고,
    상기 상회전 검출부는,
    상기 제1 전압검출모듈에서 검출된 전력계통 전압(Vs)과 상기 제2 전압검출모듈에서 검출된 발전기측 출력전압(Vg)에 대하여 상기 상회전 방향이 시계반대방향인지 또는 시계방향인지를 검출하고,
    상기 상회전 검출부의 검출 결과, 전력계통의 상회전 방향과 발전기측의 상회전 방향이 서로 다른 경우에는 알람이 출력되는 알람출력모듈이 구성되며,
    신호출력부는 상기 판단부에서 동기 및 비동기의 판단 결과, 동기신호인 경우에는 차단기에 투입신호가 출력되도록 제어하고, 비동기인 경우에는 차단기에 차단신호를 출력하도록 제어하고,
    상기 상별전압 동기상태검출부, 전압상태 검출부 및 상회전 검출부의 검출 결과에 대하여 모두 포지티브 값인 경우에만 동기신호가 출력되게 구성되고,
    상기 상별전압 동기상태검출부에서 검출하는 각 상별 전압의 요소는 전압, 위상 및 주파수이며,
    상기 제1 전압검출모듈과 상기 제2 전압검출모듈은 Y결선 B상 접지방식 또는 V결선 B상 접지방식으로 구성되되,
    상기 판단부는,
    상기 상회전 검출부의 검출 결과, 시계반대방향(CCW) 순(C상-B상-A상)으로 상회전 방향이 검출되고, 계통전압(Vs1, Vs2, Vs3)과 발전기측 상회전(Vg1, Vg2, Vg3) 위상이 중첩되게 검출되며, 전력계통의 기준전압과 발전기측의 기준전압이 0V로 검출되면, 정결선으로 판단하고,
    상기 Y결선 B상 접지방식에서 상회전 검출부의 검출 결과, 전력계통의 Vs1(A상)과 발전기측의 Vg1(C상)의 위상이 검출되고, 전력계통의 Vs3(C상)과 발전기측의 Vg1(A상)의 위상이 검출되며, 전력계통의 상회전은 C상-B상-A상 순서로 시계반대방향이나 발전기측 상회전은 A상-B상-C상 순으로 시계방향으로 검출되고, B상은 정상 결선에 따라 기준전압으로 접지전압인 OV가 검출되면, A상과 C상이 교차된 역결상결선으로 판단하며,
    상기 Y결선 B상 접지방식에서 상회전 검출부의 검출 결과, 전력계통의 A상과 발전기측의 C상이 검출되며, 순차적으로 1상씩 밀려서 위상이 검출되고, 전력계통의 상회전 방향과 발전기측의 상회전 방향은 모두 시계반대방향(CCW)으로 검출되며, 발전기측의 기준전압이 상전압이면 3상이 순차적으로 오결선된 것으로 판단하고,
    상기 V결선 B상 접지방식에서 상회전 검출부의 검출 결과, 전력계통의 Vs1(A상)과 발전기측의 Vg1(C상)의 위상이 검출되고, 전력계통의 -Vs3(C상)과 발전기측의 -Vg1(A상)의 위상이 검출되며, 전력계통의 상회전은 B상-A상 순서로 시계반대방향이나 발전기측 상회전은 A상-B상 순으로 시계방향으로 검출되고, B상은 정상 결선에 따라 기준전압으로 접지전압인 OV가 검출되면, A상과 C상이 서로 교차되어 결선된 역상결선으로 판단하며,
    상기 V결선 B상 접지방식에서 상회전 검출부의 검출 결과, 전력계통과 발전기측의 상이 2개씩 검출되고, 순차적으로 1상씩 밀려서 위상이 검출되며, 전력계통의 상회전 방향과 발전기측의 상회전 방향은 모두 시계반대방향(CCW)으로 검출되나 발전기측의 기준전압이 선간전압이면 3상이 순차적으로 오결선된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전압비교 방식과 3상전압 상회전 측정방식을 이용한 비동기투입 방지장치.
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