KR102100560B1 - 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기 및 이의 정정 방법 - Google Patents

초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기 및 이의 정정 방법 Download PDF

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Abstract

초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기 및 이의 정정 방법이 개시된다. 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기는 계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 전류를 측정하는 전류 측정부, 상기 선로에 연결되는 초전도한류기의 양단 전압을 측정하는 전압 측정부 및 상기 선로의 전류인 고장 전류(If) 및 상기 초전도한류기의 양단 전압인 초전도한류기 전압(VSFCL)을 이용하여 트립동작시간(Ttrip)이 상기 초전도한류기의 동작 여부와 무관하게 동일하게 유지될 수 있도록 정정하는 정정부를 포함한다.

Description

초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기 및 이의 정정 방법{DIRECTIONAL OVER-CURRENT RELAY USING THE SUPERCONDUCTING FAULT CURRENT LIMITER'S VOLTAGE AND SETTING METHOD}
본 발명은 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기 및 이의 정정 방법에 관한 것으로, 기존의 계통보호 체계를 유지하기 위한 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기 및 이의 정정 방법에 관한 것이다.
태양 발전, 풍력 발전 등과 같은 다양한 신재생 에너지를 이용하는 분산 전원(DG: Dispersed Generation)의 용량이 커지면서, 전력 계통의 복잡화와 변화를 불러오고 있으며, 고장전류 증가라는 문제점을 야기하고 있다.
이를 해결하기 위한 대책으로 초전도한류기(SFCL: Superconducting Fault Current Limiter)가 제안된 바 있다. 그러나, 초전도한류기를 전력 계통에 적용하는 경우, 고장 전류의 크기가 초전도한류기의 임피던스에 의하여 감소되는데, 고장 전류에 따라 동작하는 기존에 설치된 계통 보호 장치들의 부동작 또는 기 설정된 동작시간을 초과하는 오동작 등이 발생하여, 계통 보호 시스템에 문제가 발생할 수 있다.
대표적으로는 초전도한류기를 전력 계통에 적용하는 경우, 고장 전류의 감소로 인해 과전류계전기의 트립동작 지연 현상이 있다. 이를 해결하기 위해 과전류계전기의 설정값을 변경하여야 하는데, 한국전력공사에서 지침하고 있는 보호 규정을 만족하여야 하고, 다른 보호 장치들의 설정값을 고려하는 등 연산이 복잡하다는 문제점이 있다.
본 발명의 일측면은 미리 설정되는 정정값은 유지하고, 초전도한류기의 양단 전압을 이용하여 전력 계통에서의 한류 동작 유무와 무관하게 트립동작시간을 동일하게 유지하는 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기 및 이의 정정 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기는 계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 전류를 측정하는 전류 측정부, 상기 선로에 연결되는 초전도한류기의 양단 전압을 측정하는 전압 측정부 및 상기 선로의 전류인 고장 전류(If) 및 상기 초전도한류기의 양단 전압인 초전도한류기 전압(VSFCL)을 이용하여 트립동작시간(Ttrip)이 상기 초전도한류기의 동작 여부와 무관하게 동일하게 유지될 수 있도록 정정하는 정정부를 포함한다.
한편, 상기 정정부는, 상기 초전도한류기의 동작에 의한 상기 고장 전류(If)의 감소량이 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)으로 보상되게 하는 특성변수(M)를 산출하고, 상기 특성변수(M)를 이용하여 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정할 수 있다.
또한, 상기 정정부는, 고장 발생 시, 상기 초전도한류기의 동작 여부에 따라 상기 선로에서 측정되는 전류의 비(If/If SFCL) 및 상기 초전도한류기의 임피던스(ZSFCL)에 의해 미리 설정되는 보정계수(α)를 이용하여 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)을 보정한 뒤 상기 특성변수(M)를 산출할 수 있다.
또한, 상기 정정부는, 미리 설정되는 타임 레버(Lever) 값(TD) 및 전류 탭 값(Ipickup)은 유지하고, 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)에 따라 상기 고장 전류(If)를 조절하여 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정할 수 있다.
또한, 상기 트립동작시간(Ttrip)에 도달하면 상기 부하로의 상기 고장 전류(If)를 차단하는 차단기의 동작을 위한 트립신호를 상기 차단기로 전달하는 트립신호 전달부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기의 정정 방법은 계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 전류인 고장 전류(If)를 측정하는 단계, 상기 선로에 연결되는 초전도한류기의 양단 전압인 초전도한류기 전압(VSFCL)을 측정하는 단계 및 상기 고장 전류(If) 및 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)을 이용하여 트립동작시간(Ttrip)이 상기 초전도한류기의 동작 여부와 무관하게 동일하게 유지될 수 있도록 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계는, 상기 초전도한류기의 동작에 의한 상기 고장 전류(If)의 감소량이 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)으로 보상되게 하는 특성변수(M)를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계는, 고장 발생 시, 상기 초전도한류기의 동작 여부에 따라 상기 선로에서 측정되는 전류의 비(If/If SFCL) 및 상기 초전도한류기의 임피던스(ZSFCL)에 의해 미리 설정되는 보정계수(α)를 이용하여 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)을 보정하는 단계, 상기 초전도한류기의 동작에 의한 상기 고장 전류(If)의 감소량이 상기 보정계수(α)에 의해 보정된 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)으로 보상되게 하는 특성변수(M)를 산출하는 단계 및 상기 특성변수(M)을 이용하여 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계는, 미리 설정되는 타임 레버(Lever) 값(TD) 및 전류 탭 값(Ipickup)은 유지하고, 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)에 따라 상기 고장 전류(If)를 조절하여 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 트립동작시간(Ttrip)에 도달하면 상기 부하로의 상기 고장 전류(If)를 차단하는 차단기의 동작을 위한 트립신호를 상기 차단기로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력 계통에서의 한류 동작 유무와 무관하게 미리 설정되는 정정값을 유지하면서 초전도한류기 적용에 의해 발생하는 트립지연을 저감할 수 있다. 따라서, 기존의 계통보호 체계를 유지함은 물론 다양한 전력 계통에 적용 가능하며, 전력 계통 및 전자 기기의 수명단축 및 소손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기를 포함하는 전력 계통의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초전도한류기의 일 예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 동작에 대한 순서도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 정정 방법의 유리한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기를 포함하는 전력 계통의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 초전도한류기의 일 예이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기(이하, 과전류계전기)(100)는 전력 계통(1000)에 포함되어, 계통 보호 시스템을 구축할 수 있다.
전력 계통(1000)은 계통 전원(10), 초전도한류기(30), 차단기(50), 과전류계전기(100) 및 부하(70)를 포함하여 구성될 수 있다.
계통 전원(10)은 교류 전원 및 교류 전원에 연결되는 변압기를 포함할 수 있다. 교류 전원과 변압기 사이에는 보호 장치가 구축될 수 있다.
초전도한류기(30)는 계통 전원(10)으로부터 인출되는 선로에 연결될 수 있다. 초전도한류기(30)의 일단은 계통 전원(10)에 연결되고, 타단은 후술하는 차단기(50)에 연결될 수 있다.
초전도한류기(30)는 초전도 소자의 ?치(quench) 특성을 이용하여 임계 전류 이상의 고장 전류 발생 시, 고장 전류를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 초전도한류기(30)는 도 2에 도시된 바와 같은 트리거형으로 구현될 수 있다.
도 2를 참조하면, 초전도한류기(30)는 초전도체(31), 전류제한 리엑터(33), 전력 스위치(35) 및 제어회로(37)를 포함할 수 있다. 초전도한류기(30)는 정상 상태에서 모든 전류가 초전도체(31)를 통해서만 흐를 수 있다. 초전도한류기(30)는 고장 전류 발생 시, 초전도체(31)가 ?치되어 전력 스위치(35)를 개방시킴으로써 전류제한 리엑터(33)로 고장 전류를 제한시킬 수 있다.
차단기(50)는 계통 전원(10)으로부터 인출되는 선로에 연결될 수 있다. 차단기(50)의 일단은 초전도한류기(30)에 연결되고, 타단은 부하(70)에 연결될 수 있다.
차단기(50)는 정격 전류 이상의 고장 전류 발생 시, 부하(70)로 고장 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있다. 예를 들면, 차단기(50)는 전자석 차단기, 바이메탈 차단기, 전자석 바이메탈 혼합형 차단기 등으로 구현될 수 있다. 차단기(50)는 후술하는 과전류계전기(100)의 트립(Trip) 신호에 따라 동작하여 부하(70)로의 고장 전류 유입을 차단할 수 있다.
과전류계전기(100)는 정격 전류 이상의 고장 전류 발생 시, 부하(70)로 고장 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있도록 차단기(50)를 설정할 수 있다. 즉, 과전류계전기(100)는 고장 전류 발생 시, 차단기(50)의 동작시간인 트립동작시간(Ttrip)을 설정하고, 트립동작시간(Ttrip)에 도달하면 차단기(50)로 트립 신호를 전달할 수 있다.
트립동작시간(Ttrip)은 고장 전류의 크기와 반비례하는 반한시성 특성을 갖는 것이 일반적이다. 이에, 도 1과 같이 초전도한류기(30)가 적용된 전력 계통(1000)의 경우, 고장 전류 발생 시, 초전도한류기(30)에 의해 고장 전류가 감소되므로, 트립동작시간(Ttrip)은 증가하게 된다. 따라서, 과전류계전기(100)는 초전도한류기(30)의 동작 여부에 따라 트립지연의 오동작을 일으킬 수 있으며, 이는 전력 계통(1000)에 포함되는 전기, 전자 기기 시스템에 악영향을 끼치게 된다.
과전류계전기(100)는 이러한 초전도한류기(30)의 동작 여부에 따른 트립지연을 저감시키기 위해 트립동작시간(Ttrip)을 정정할 수 있다. 과전류계전기(100)의 정정 방법으로는 타임 레버(Lever) 값(TD) 및 전류 탭 값(Ipickup) 등의 미리 설정된 정정값을 변경하는 방법이 일반적이다. 그러나, 전류 탭 값(Ipickup)을 이용한 정정 방법의 경우, 한국전력공사의 지침에 부합 하지 않을 수 있으며, 레버 값(TD)을 이용한 정정 방법의 경우, 초전도한류기(30)의 동작을 전제로 하므로 초전도한류기(30)의 동작 여부에 따라 과전류계전기(100)의 오동작 또는 부동작을 유발할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기(100)는 초전도한류기(30)의 전압을 계전요소로 하여, 미리 설정되는 정정값은 유지하면서 트립동작시간(Ttrip)을 정정할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기(100)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기(100)는 전류 측정부(110), 전압 측정부(120), 정정부(150) 및 트립신호 전달부(180)를 포함할 수 있다.
전류 측정부(110)는 계통 전원(10)으로부터 부하(70) 측으로 연결되는 선로의 전류를 측정할 수 있다. 전류 측정부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 계기용 변압기로 구현될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 차단기(50)와 부하(70) 사이에 고장이 발생한 경우, 전류 측정부(110)에서 측정하는 선로의 전류는 고장 전류(If)일 수 있다.
전압 측정부(120)는 선로에 연결되는 초전도한류기(30)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 전압 측정부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 계기용 변압기로 구현될 수 있다. 전압 측정부(120)에서 측정하는 전압은 초전도한류기 전압(VSFCL)일 수 있다.
정정부(150)는 전력 계통(1000)에서 고장 전류 발생 시, 미리 설정된 시간 내에 고장 전류를 차단하기 위한 트립동작시간(Ttrip)을 설정할 수 있다. 정정부(150)는 전력 계통(1000)에서 초전도한류기(30)의 동작에 의한 트립지연을 방지할 수 있도록 트립동작시간(Ttrip)을 정정할 수 있다. 이에, 정정부(150)는 초전도한류기(30)의 동작 여부와 무관하게 항상 동일한 트립동작시간(Ttrip)을 설정할 수 있다.
구체적으로는, 정정부(150)는 아래의 수학식 1에 따라 트립동작시간(Ttrip)을 설정할 수 있다.
Figure 112018065921275-pat00001
수학식 1에서 Ttrip은 트립동작시간, TD는 타임 레버 설정 값, A, B, p는 과전류계전기(100)의 특성값을 나타낸다.
수학식 1에 따르면, 트립동작시간(Ttrip) 산출에 있어서, TD, A, B, p는 모두 미리 설정되는 값이며, M이 변수에 해당함을 확인할 수 있다. 이하의 설명에서 M은 특성변수라 칭하기로 한다.
특성변수(M)는 일반적으로 아래의 수학식 2로부터 산출될 수 있다.
Figure 112018065921275-pat00002
수학식 2에서 If는 고장 전류, Ipickup은 전류 탭 값으로 픽업 전류 값을 나타낸다.
수학식 2에 따르면, 전류 탭 값(Ipickup)은 미리 설정되는 정정값이므로, 트립동작시간(Ttrip)은 고장 전류(If)의 크기에 반비례하는 반한시성 특성을 가짐을 확인할 수 있다. 따라서, 전력 계통(1000)에서 초전도한류기(30)가 동작함에 따라 고장 전류(If)가 감소하는 경우, 특성변수(M) 또한 감소함에 따라 트립동작시간(Ttrip)이 증가하게 되어 트립 지연이 발생할 수 있다. 즉, 전력 계통(1000)에서 초전도한류기(30)의 동작 여부에 따라 특성변수(M) 값이 변하여 트립 지연이 발생할 수 있다.
이와 같은 트립 지연을 저감시키기 위해 종래 기술에 따르면 타임 레버 값(TD) 및 전류 탭 값(Ipickup) 등의 미리 설정된 정정값을 변경할 수 있다. 정정값은 초전도한류기(30)가 적용되지 않은 전력 계통(1000)을 가정하여, 전력 계통(1000)의 다른 보호 장치들과의 보호 협조가 가능하도록 미리 설정되어 저장될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 상황에 따라 정정값 변경이 제한되므로, 트립 지연을 저감하는 데 한계가 있다.
따라서, 정정부(150)는 타임 레버 값(TD) 및 전류 탭 값(Ipickup) 등의 미리 설정된 정정값은 유지하면서 초전도한류기 전압(VSFCL)에 따라 고장 전류(If)를 조절하는 방식으로 트립동작시간(Ttrip)을 정정할 수 있다. 이를 위해, 정정부(150)는 초전도한류기(30)의 동작 여부에 따른 특성변수(M) 변화를 억제하기 위한 특성변수(M) 산출식을 아래의 수학식 3과 같이 도출할 수 있다.
Figure 112018065921275-pat00003
수학식 3에서 If는 고장 전류, α는 보정계수, VSFCL은 초전도한류기 전압 및 Ipickup은 전류 탭 값으로 픽업 전류 값을 나타낸다.
수학식 3에 따르면 초전도한류기(30)가 동작하지 않거나, 제거된 경우 초전도한류기 전압(VSFCL)은 0이므로, 수학식 3은 수학식 2와 같다. 또한, 초전도한류기(30)가 동작하는 경우, 초전도한류기 전압(VSFCL)은 양의 값을 갖는데, 초전도한류기 전압(VSFCL)이 초전도한류기(30)의 동작에 의한 고장 전류(If)의 감소량을 보상하여 결과적으로는 수학식 2로부터 산출한 특성변수(M) 값과 유사한 특성변수(M) 값이 산출될 수 있다.
정정부(150)는 수학식 3에서 보정계수(α)를 산출하기 위한 보정계수(α) 산출식을 아래 수학식 4와 같이 도출할 수 있다. 정정부(150)는 초전도한류기(30)의 동작 여부와 무관하게 동일한 특성변수(M)가 산출될 수 있도록 보정계수(α)를 이용하여 초전도한류기 전압(VSFCL)을 보정할 수 있다. 이를 위해, 정정부(150)는 수학식 2에 따른 초전도한류기(30)가 동작하지 않는 경우의 특성변수(M)와 수학식 3에 따른 초전도한류기(30)가 동작하는 경우의 특성변수(M)가 동일하여야 한다는 점에 기인하여 아래 수학식 4와 같은 보정계수(α) 산출식을 도출할 수 있다.
Figure 112018065921275-pat00004
수학식 4에서 α는 보정계수, If는 전력 계통(1000)에서 초전도한류기(30)가 동작하지 않는 경우의 고장 전류, If SFCL은 전력 계통(1000)에서 초전도한류기(30)가 동작하는 경우의 고장 전류, ZSFCL은 초전도한류기(30)의 임피던스를 나타낸다.
정정부(150)는 수학식 4에서 전력 계통(1000)에서 초전도한류기(30)가 동작하지 않는 경우의 고장 전류(If) 및 전력 계통(1000)에서 초전도한류기(30)가 동작하는 경우의 고장 전류(If SFCL)를 전력 계통(1000) 분석을 통하여 확인할 수 있다. 또한, 정정부(150)는 보다 정확한 보정계수(α) 산출을 위해 초전도한류기(30)의 임피던스(ZSFCL)를 고장 전류(If)가 흐르는 초전도한류기(30)의 임피던스 수렴값으로 설정하는 것이 바람직하다.
이처럼, 정정부(150)는 타임 레버 값(TD) 및 전류 탭 값(Ipickup) 등의 미리 설정된 정정값은 유지하고, 수학식 1, 3 및 4에 따라 초전도한류기 전압(VSFCL)에 의해 고장 전류(If)가 자동으로 조절되게 하는 방식으로 전력 계통(1000)에서의 초전도한류기(30) 동작 여부와 무관하게 트립동작시간(Ttrip)을 동일하게 유지함으로써, 트립 지연을 저감시킬 수 있다.
트립신호 전달부(180)는 트립동작시간(Ttrip)에 도달하면, 차단기(50)의 동작을 위한 트립 신호를 차단기(50)로 전달할 수 있다. 차단기(50)는 트립 신호 발생 시, 부하(70)로의 고장 전류(If) 유입을 차단할 수 있도록 동작할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기(100)는 전력 계통(1000)에서의 한류 동작 유무와 무관하게 미리 설정되는 정정값을 유지하면서 초전도한류기(30) 적용에 의해 발생하는 트립지연을 저감할 수 있으므로, 기존의 계통보호 체계를 유지하면서 전력 계통(1000) 및 전자 기기의 수명단축 및 소손을 방지할 수 있다. 아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기(100)는 방향성 과전류계전기로도 구현될 수 있으며, 다양한 전력 계통(1000)에 적용 가능하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기(100)의 정정 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 동작에 대한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 과전류계전기(100)는 고장 전류(If) 및 초전도한류기 전압(VSFCL)을 측정할 수 있다(500).
과전류계전기(100)는 계통 전원(10)으로부터 부하(70) 측으로 연결되는 선로의 전류인 고장 전류(If)를 측정할 수 있다. 또한, 과전류계전기(100)는 선로에 연결되는 초전도한류기(30)의 양단 전압인 초전도한류기 전압(VSFCL)을 측정할 수 있다.
과전류계전기(100)는 초전도한류기(30)의 동작 여부에 따라 선로에서 측정되는 전류의 비(If/If SFCL) 및 초전도한류기(30)의 임피던스 수렴값(ZSFCL)에 의해 미리 설정되는 보정계수(α)를 이용하여 초전도한류기 전압(VSFCL)을 보정하고(510), 초전도한류기(30)의 동작에 의한 고장 전류(If)의 감소량이 보정된 초전도한류기 전압(VSFCL)으로 보상되게 하는 특성변수(M)를 산출하며(520), 특성변수(M)를 이용하여 트립동작시간(Ttrip)을 정정할 수 있다(530).
본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 정정 방법에 따르면, 초전도한류기 전압(VSFCL)에 따라 고장 전류(If)를 조절하는 방식으로 트립동작시간(Ttrip)을 정정할 수 있다. 이때, 과전류계전기(100)는 트립동작시간(Ttrip) 산출의 변수인 특성변수(M)이 초전도한류기(30)의 동작 여부와 무관하게 동일하게 산출될 수 있도록 보정계수(α)를 이용하여 초전도한류기 전압(VSFCL)을 보정할 수 있다. 이를 위해, 수학식 2에 따른 초전도한류기(30)가 동작하지 않는 경우의 특성변수(M)와 수학식 3에 따른 초전도한류기(30)가 동작하는 경우의 특성변수(M)가 동일하여야 한다는 점에 기인하여 수학식 4와 같은 보정계수(α) 산출식이 도출될 수 있으며, 수학식 4 에 따라 보정계수(α)가 미리 설정될 수 있다.
과전류계전기(100)는 수학식 3을 이용하여, 초전도한류기(30)의 동작에 의한 고장 전류(If)의 감소량이 보정된 초전도한류기 전압(VSFCL)으로 보상되게 하는 특성변수(M)를 산출할 수 있다. 그리고, 과전류계전기(100)는 수학식 1에 특성변수(M)을 대입하여, 타임 레버 값(TD) 및 전류 탭 값(Ipickup) 등의 미리 설정된 정정값은 유지하면서 초전도한류기 전압(VSFCL)에 따라 고장 전류(If)를 조절하는 방식으로 트립동작시간(Ttrip)을 정정할 수 있다.
과전류계전기(100)는 트립동작시간(Ttrip)에 도달하면(540), 차단기(50)로 트립 신호를 전달할 수 있다(550).
차단기(50)는 과전류계전기(100)의 트립(Trip) 신호에 따라 동작하여 부하(70)로의 고장 전류 유입을 차단하도록 동작할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 정정 방법의 유리한 효과에 대하여 설명하기로 한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 정정 방법의 유리한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 초전도한류기(30)가 동작하지 않는 경우 선로 전류(IOCR W/O) 및 초전도한류기(30)가 동작하는 경우 선로 전류(IOCR SFCL)를 확인할 수 있다. 초전도한류기(30)가 동작하지 않는 경우 선로 전류(IOCR W /O) 및 초전도한류기(30)가 동작하는 경우 선로 전류(IOCR SFCL)를 비교하면, 고장 발생 시, 초전도한류기(30)의 동작에 의해 고장 전류가 약 60% 수준으로 감소함을 확인할 수 있다. 아울러, 고장 발생 시, 초전도한류기(30)가 동작하는 경우, 초전도한류기 전압(VSFCL SFCL)은 양의 값으로 측정됨을 확인할 수 있다.
또한, 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 정정 방법에 따라 초전도한류기(30)가 동작하지 않는 경우 트립동작시간(Ttrip)을 산출하기 위한 특성변수(MW/O) 및 초전도한류기(30)가 동작하는 경우 특성변수(MSFCL)를 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 정정 방법에 따르면, 초전도한류기(30)가 동작하지 않는 경우 산출되는 특성변수(MW/O)는 수학식 2에 따라 산출될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류계전기의 정정 방법에 따르면, 초전도한류기(30)가 동작하는 경우 산출되는 특성변수(MSFCL)는 수학식 3에 따라 산출될 수 있다. 즉, 수학식 3에 따르면 양의 값을 갖는 초전도한류기 전압(VSFCL SFCL) 값을 이용하여 초전도한류기(30)의 동작에 의한 고장 전류(If)의 감소량을 보상할 수 있다. 이처럼, 본 발명의 일 실시예에 다른 과전류계전기의 정정 방법에 따르면 초전도한류기(30)의 동작 여부와 무관하게 트립동작시간(Ttrip) 산출을 위한 특성변수(M)의 변화를 억제할 수 있다.
이에 따라, 초전도한류기(30)가 동작하지 않는 경우 누적 트립 신호(tripW /O) 및 초전도한류기(30)가 동작하는 경우 누적 트립 신호(tripSFCL)가 1이 되는 시점을 비교하였을 때, 초전도한류기(30)가 동작하는 경우에 약 6ms 정도 지연되는 것으로 확인되며, 이는 트립지연이 거의 없다고 볼 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 전력 계통
10: 계통 전원
30: 초전도한류기
50: 차단기
70: 부하
100: 과전류계전기
110: 전류 측정부
120: 전압 측정부

Claims (10)

  1. 계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 선로에 연결되는 초전도한류기의 양단 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 선로의 전류인 고장 전류(If) 및 상기 초전도한류기의 양단 전압인 초전도한류기 전압(VSFCL)을 이용하여 트립동작시간(Ttrip)이 상기 초전도한류기의 동작 여부와 무관하게 동일하게 유지될 수 있도록 정정하는 정정부를 포함하며,
    상기 정정부는,
    상기 초전도한류기가 동작하는 상태에서 고장이 발생한 경우에 측정된 전류와, 상기 초전도한류기가 동작하지 않는 상태에서 고장이 발생한 경우에 측정된 전류의 비율에 따라 보정계수(α)를 산출하며, 산출된 상기 보정계수(α)를 이용하여 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)을 보정하며, 보정된 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)을 이용하여 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 것인, 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정정부는,
    상기 초전도한류기의 동작에 의한 상기 고장 전류(If)의 감소량이 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)으로 보상되게 하는 특성변수(M)를 산출하고, 상기 특성변수(M)를 이용하여 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 정정부는,
    미리 설정되는 타임 레버(Lever) 값(TD) 및 전류 탭 값(Ipickup)은 유지하고, 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)에 따라 상기 특성변수(M)를 조절하여 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트립동작시간(Ttrip)에 도달하면 상기 부하로의 상기 고장 전류(If)를 차단하는 차단기의 동작을 위한 트립신호를 상기 차단기로 전달하는 트립신호 전달부를 더 포함하는 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기.
  6. 계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 전류인 고장 전류(If)를 측정하는 단계;
    상기 선로에 연결되는 초전도한류기의 양단 전압인 초전도한류기 전압(VSFCL)을 측정하는 단계; 및
    상기 고장 전류(If) 및 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)을 이용하여 트립동작시간(Ttrip)이 상기 초전도한류기의 동작 여부와 무관하게 동일하게 유지될 수 있도록 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계를 포함하며,
    상기 고장 전류(If) 및 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)을 이용하여 트립동작시간(Ttrip)이 상기 초전도한류기의 동작 여부와 무관하게 동일하게 유지될 수 있도록 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계는,
    상기 초전도한류기가 동작하는 상태에서 고장이 발생한 경우에 측정된 전류와, 상기 초전도한류기가 동작하지 않는 상태에서 고장이 발생한 경우에 측정된 전류의 비율에 따라 보정계수(α)를 산출하며, 산출된 상기 보정계수(α)를 이용하여 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)을 보정하며, 보정된 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)을 이용하여 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 것인, 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기의 정정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계는,
    상기 초전도한류기의 동작에 의한 상기 고장 전류(If)의 감소량이 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)으로 보상되게 하는 특성변수(M)를 산출하는 단계를 포함하는 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기의 정정 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계는,
    미리 설정되는 타임 레버(Lever) 값(TD) 및 전류 탭 값(Ipickup)은 유지하고, 상기 초전도한류기 전압(VSFCL)에 따라 상기 특성변수(M)를 조절하여 상기 트립동작시간(Ttrip)을 정정하는 단계인 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기의 정정 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 트립동작시간(Ttrip)에 도달하면 상기 부하로의 상기 고장 전류(If)를 차단하는 차단기의 동작을 위한 트립신호를 상기 차단기로 전달하는 단계를 더 포함하는 초전도한류기 전압을 계전요소로 이용한 방향성 과전류계전기의 정정 방법.
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