KR102180549B1 - 고저항 지락 고장 검출 보호 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 고저항 지락 고장 검출 보호 방법 및 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 지락과전류 계전기(OCGR)에 검출되는 전류 중에서 불평형 부하 전류를 배제하고 순수한 지락고장 전류만을 추출하여 계전기 동작값을 예민하게 정정하여 고저항 지락고장 시에도 예민하게 고장을 검출하여 전기를 차단할 수 있고, 이에 따라 오동작하지 않고 고저항 지락 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있는 고저항 지락 고장 검출 보호 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 단계; 현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 단계; 현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단하는 단계; 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단하는 단계; 및 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 단계를 포함하는, 고저항 지락 고장 검출 보호 방법 및 그 장치를 개시한다.

Description

고저항 지락 고장 검출 보호 방법 및 장치{Protection method and apparatus for high resistance ground fault detection}
본 발명의 실시예는 고저항 지락 고장 검출 보호 방법 및 장치에 관한 것이다.
중성점 접지 계통의 지락 고장 판단 방법으로는 도 1에 도시된 바와 같이 3상 전류의 벡터합인 잔류 전류(영상 전류) 방식을 사용한다.
3상 교류는 a, b, c, 3상의 위상이 120도의 상차각을 가지며 평형 부하의 경우는 3상의 합성값이 "0"이 된다.
따라서, 이때에는 지락과전류 계전기(OCGR: Over Current Ground Relay)에 검출되는 전류는 "0"이 된다.
그러나 각상의 부하 크기가 다르거나 1선 또는 2선에 지락 고장이 발생하면 지락과전류 계전기(OCGR)로 불평형 전류와 지락고장 전류의 합성값을 검출하여 전력선이 땅에 떨어지는 지락 사고 시 전력 공급을 차단하고 있다.
그런데 전력선이 아스팔트, 산간의 바위, 건조한 나무가지 등에 떨어지면 대지면과의 접지 저항이 커서 고장 전류 값이 크지 않으며, 이와 같은 지락 고장을 고저항 지락 고장이라고 하고, 22.9kV 고압 계통에서는 고저항 지락 저항을 대략 30Ω 정도로 보고 있다. 한편, 저압계통에서는 인축(人畜)이 전력선에 접촉(감전)될 경우에도 고저항 지락 고장으로 보고 있다.
현재는 OCGR에서 검출되는 영상전류가 평상 시에 발생하고 있는 불평형 부하 전류와 지락 고장 전류의 합성값으로 검출되므로 순수한 지락 고장 전류만을 정정값으로 할 수 없다.
그러므로, OCGR의 정정 전류값을 적게 하여 예민하게 하면 불평형 부하 전류 또는 선로 개폐 시 발생하는 과도 전류에 의해 오동작으로 불필요한 정전을 유발시킬 수 있고, 정정 전류값을 크게 하면 고저항 지락 고장 시 선로를 차단시키지 못하여 대형 화재 및 인명의 감전 사고를 유발시킬 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
등록특허공보 제10-0835388호(2008.06.05)
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 지락과전류 계전기(OCGR)에 검출되는 전류 중에서 불평형 부하 전류를 배제하고 순수한 지락고장 전류만을 추출하여 계전기 동작값을 예민하게 정정하여 고저항 지락고장 시에도 예민하게 고장을 검출하여 전기를 차단할 수 있고, 이에 따라 오동작하지 않고 고저항 지락 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있는 고저항 지락 고장 검출 보호 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 방법은 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 단계; 현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 단계; 현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단하는 단계; 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단하는 단계; 및 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
위상차 판단 단계와 트립 알람 신호 전송 단계 사이에 수행되는 정정 시간 카운트 단계를 더 포함하고, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 정정 시간 카운트 단계에서 정정 시간을 카운트한 후, 트립 알람 신호 전송 단계에서 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 방법은 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 단계; 현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 단계(여기서 Ia+Ib+Ic+IN=IN0); 현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단하는 단계; 뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단하는 단계; 및 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 단계와 현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 단계(여기서 Ia+Ib+Ic+IN=IN0)의 사이에, 전력선의 절연 열화에 따라 전류값(IN0)이 증가하는 경우, 현재 전류값(IN02)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 장치는 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 입력부; 현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 전류값 판단부; 현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단하는 전류 증가율 판단부; 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단하는 위상차 판단부; 및 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 트립 알람 신호 전송부를 포함할 수 있다.
위상차 판단부와 트립 알람 신호 전송부 사이에 연결된 정정 시간 카운트부를 더 포함하고, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 정정 시간 카운트부가 정정 시간을 카운트한 후, 트립 알람 신호 전송부가 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 장치는 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 입력부; 현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 전류값 판단부(여기서 Ia+Ib+Ic+IN=IN0); 현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단하는 전류 증가율 판단부; 뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단하는 위상차 판단부; 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 트립 알람 신호 전송부를 포함할 수 있다.
상기 트립 알람 신호 전송부는 전력선의 절연 열화에 따라 전류값(IN0)이 증가하는 경우, 현재 전류값(IN02)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예는 지락과전류 계전기(OCGR)에 검출되는 전류 중에서 불평형 부하 전류를 배제하고 순수한 지락고장 전류만을 추출하여 계전기 동작값을 예민하게 정정하여 고저항 지락고장 시에도 예민하게 고장을 검출하여 전기를 차단할 수 있고, 이에 따라 오동작하지 않고 인축의 감전을 포함하는 고저항 지락 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있는 고저항 지락 고장 검출 보호 방법 및 장치를 제공한다.
도 1은 3상 전류의 벡터합을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 시간에 따른 고장 전류 및 부하 전류의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
일례로, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 보호용 계전기(OCR 또는 OCGR)(100)는 전력선에 설치된 CT(Current Tansformer) 등과 같은 계기용 변류기를 포함하는 전류센서로부터 전력선을 통해 수용가로 공급되는 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia + Ib + Ic = IN이고, Ia1 + Ib1 + Ic1 + IN = IN0 이다)을 검출한다. 또한, 보호용 계전기(100)는 전력선에 설치된 PT(Potential Tansformer) 등과 같은 계기용 변성기를 포함하는 전압센서로부터 전력선을 통해 수용가로 공급되는 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 검출한다.
한편, 계전기(100)는 전력선에 고저항 지락 사고 발생 시 이를 감지하고 판단하여 전력선 차단 장치(190)로 트립 알람 신호를 전송함으로써, 수용가로 전력이 공급되지 않도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 방법을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 방법은 전류값 및 전압값 입력 단계(S1)와, 전류값 판단 단계(S2)와, 전류 증가율 판단 단계(S3)와, 위상차 판단 단계(S4)와, 정정 시간 카운트 단계(S5)와, 트립 알람 신호 전송 단계(S6)를 포함할 수 있다. 여기서 단계(S4) 및/또는 단계(S5)는 생략될 수도 있다.
전류값 및 전압값 입력 단계(S1)에서는, 상술한 바와 같이 CT와 같은 전류 센서를 통해 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN)을 입력받고, 또한 PT와 같은 전압 센서를 통해 전력선의 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받을 수 있다.
전류값 판단 단계(S2)에서는, 현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단할 수 있다. OCGR 계전기의 동작 전류값(IG)은 아래 수학식과 같이 계산될 수 있다.
IG = IN2 - IN1
여기서, IN1은 OCGR 계전기가 검출한 IN2의 직전의 검출 전류로서, IN1 = Ia1 + Ib1 + Ic1이다. IN2는 OCGR 계전기가 검출한 현재의 검출 전류로서, IN2 = Ia2 + Ib2 + Ic2이다.
더불어, 본 발명의 실시예는 전류값 판단 단계(S2')(미도시)에서, 현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단할 수 있다. OCGR 계전기의 동작 전류값(IG0)은 아래 수학식과 같이 계산될 수 있다.
IG0 = IN02 - IN01
여기서, IN01은 OCGR 계전기가 검출한 IN02의 직전의 검출 전류로서, IN01 = Ia1 + Ib1 + Ic1 + IN1이다. IN02는 OCGR 계전기가 검출한 현재의 검출 전류로서, IN02 = Ia2 + Ib2 + Ic2 + IN2이다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 동작 감도가 상대적으로 더 예민하도록 IN2, IN1, IG를 IN02, IN01, IG0로 대체함으로써, 고저항 지락뿐만 아니라 인축 감전을 동시에 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 단계(S2)만을 수행한 후 단계(S3)을 진행하거나, 단계(S2) 및 (S2')를 각각 직렬로 또는 병렬로 수행한 후 단계(S3)을 진행하거나, 또는 단계(S2')만을 수행한 후 단계(S3)을 진행할 수 있다.
한편, 초기 송전 시에는 IN1 또는 IN01 값이 "0"이며, 과도 상태의 오부동작을 방지하기 위하여, Ia1 = Ib1 = Ic1 = 0 일 경우에는 Ia1 , Ib1, Ic1 중 어느 것이 "0"이 아닌 시점부터 일정 시간이 경과한 후의 값을 직전 전류 IN1 또는 IN01 으로 하여 연산한다. 이러한 방식으로, 초기 송전 시에는 과도 상태의 오부동작이 발생하지 않도록 한다.
전류 증가율 판단 단계(S3)에서는, 현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단할 수 있다. 여기서, OCGR 계전기의 동작 전류 증가율(dI)은 아래 수학식과 같이 계산될 수 있다.
dI = IG/△t
여기서, △t는 OCGR 계전기의 동작 전류 발생 시점부터 최대값에 이르는 시간이다.
한편, 본 발명의 실시예는 전류 증가율 판단 단계(S3')(미도시)에서, 현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단할 수 있다. 여기서, OCGR 계전기의 동작 전류 증가율(dI)은 아래 수학식과 같이 계산될 수 있다.
dI = IG0/△t
여기서, △t는 OCGR 계전기의 동작 전류 발생 시점부터 최대값에 이르는 시간이다.
상술한 바와 유사하게, 본 발명의 실시예는 단계(S3)만을 수행한 후 단계(S4)을 진행하거나, 단계(S3) 및 (S3')를 각각 직렬로 또는 병렬로 수행한 후 단계(S4)을 진행하거나, 또는 단계(S3')만을 수행한 후 단계(S4)를 진행할 수 있다.
위상차 판단 단계(S4)에서는, 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단할 수 있다. 여기서, 위상차(θ1,θ2)는 각각 아래와 같이 정의될 수 있다.
θ1: 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차
θ2: 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차
또한, 본 발명의 실시예는 위상차 판단 단계(S4')(미도시)에서는, 뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단할 수 있다. 여기서, 위상차(θ1,θ2)는 각각 아래와 같이 정의될 수 있다.
θ1: 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차
θ2: 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차
한편, 이러한 위상차 판단 단계(S4,S4')가 더 수행됨으로써, 계전기의 동작 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다. 일례로, 고저항 지락 발생 전 전압값과 직전 전류값(IN1 또는 IN01)의 위상차(θ1)는, 예를 들면, 20°일 수 있으나, 고저항 지락 발생 후 전압값과 현재 전류값(IN2 또는 IN02)의 위상차(θ2)는 대체로 0°에 수렴하기 때문에, 이러한 위상차를 감안하여 계전기의 동작 여부를 결정하게 되면, 그 정확성이나 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
상술한 바와 유사하게, 본 발명의 실시예는 단계(S4)만을 수행한 후 단계(S5)을 진행하거나, 단계(S4) 및 (S4')를 각각 직렬로 또는 병렬로 수행한 후 단계(S5)을 진행하거나, 또는 단계(S4')만을 수행한 후 단계(S5)를 진행할 수 있다.
정정 시간 카운트 단계(S5)에서는, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1 또는 IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2 및/또는 IN02)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 정정 시간을 카운트한다. 여기서, 정정 시간은 관리자에 의해 미리 설정될 수 있다. 일례로, 정정 시간 없이 바로 계전기가 동작하거나, 또는 몇초 후에 계전기가 동작하도록 설정될 수 있다.
트립 알람 신호 전송 단계(S6)에서는, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1 또는 IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2 및/또는 IN02)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 계전기가 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치(190)로 전송함으로써, 전력선 차단 장치(190)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 한다.
이와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 방법은 2단계 또는 3단계로 판단 동작을 수행한 후, 트립 알람 신호가 전력선 차단 장치(190)에 전송됨으로써, 지락과전류 계전기(OCGR)에서 검출되는 전류 중에서 불평형 부하 전류를 배제하고 순수한 지락고장 전류 및/또는 인축 감전 전류만을 추출하여 계전기 동작값을 예민하게 정정하여 고저항 지락고장 시에도 예민하게 고장을 검출하여 전기를 차단할 수 있고, 이에 따라 오동작하지 않고 고저항 지락 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있는 고저항 지락 고장 검출 보호 방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 실시예는 전력선의 절연 열화에 따라 전류값(IN0)이 서서히 증가하는 경우를 고려하여, 현재 전류값(IN02)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 바로 전송함으로써, 전력선의 절연 열화에 따라 전력선을 바로 차단할 수도 있다.
도 4는 시간에 따른 고장 전류 및 부하 전류의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4에서, X축은 시간이고, Y축은 전류값이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 부하 전류 증가율은 상대적으로 완만한 반면, 고장 전류 증가율(△I)은 상대적으로 크다. 따라서, 본 발명은 이러한 고장 전류 증가율도 지락 고장 판단 시 함께 고려함으로써, 지락 고장 검출 정확도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 더불어, 기존에는 OCGR 정정 트립 전류가 일례로 100A이었다고 하면, 본 발명에 따른 OCGR 정정 트립 전류는 일례로 50A로 낮출 수 있어, OCGR 계전기가 기존에 비해 정확하게 고저항 고장 전류를 검출할 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같이 고압의 경우 수십 A의 지락 전류 정정값을 가지나, 저압의 경우 수십 mA까지 지락 전류 정정값을 낮출 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 장치(100)를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 장치(100)는 입력부(110)와, 전류값 판단부(120)와, 전류 증가율 판단부(130)와, 위상차 판단부(140)와, 정정 시간 카운트부(150)와, 트립 알람 신호 전송부(160)를 포함할 수 있다. 여기서, 위상차 판단부(140)와 정정 시간 카운트부(150)는 경우에 따라 생략될 수 있다.
입력부(110)는, 상술한 바와 같이 CT와 같은 전류 센서를 통해 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN)을 입력받고, 또한 PT와 같은 전압 센서를 통해 전력선의 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받을 수 있다.
전류값 판단부(120)는, 현재 전류값(IN2 및/또는 IN02)에서 직전 전류값(IN1 및/또는 IN01)을 뺀 값(IG 및/또는 IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단할 수 있다.
전류 증가율 판단부(130)는, 현재 전류값(IN2 및/또는 IN02)에서 직전 전류값(IN1 및/또는 IN01)을 뺀 값(IG 및/또는 IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG 및/또는 IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단할 수 있다.
위상차 판단부(140)는, 뺀 값(IG 및/또는 IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1 및/또는 IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2 및/또는 IN02)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단할 수 있다.
정정 시간 카운트부(150)는, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1 및/또는 IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2 및/또는 IN02)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 미리 설정된 정정 시간을 카운트한다. 여기서, 정정 시간은 관리자에 의해 미리 설정될 수 있다. 일례로, 정정 시간 없이 바로 계전기가 동작하거나, 또는 몇초 후에 계전기가 동작하도록 설정될 수 있다.
트립 알람 신호 전송부(160)는, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1 및/또는 IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2 및/또는 IN02)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 계전기가 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치(190)로 전송함으로써, 전력선 차단 장치(190)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 한다.
이와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 장치(100)는 2단계 또는 3단계로 판단 동작을 수행한 후, 트립 알람 신호가 전력선 차단 장치(190)에 전송됨으로써, 지락과전류 계전기(OCGR)에서 검출되는 전류 중에서 불평형 부하 전류를 배제하고 순수한 지락고장 전류만을 추출하여 계전기 동작값을 예민하게 정정하여 고저항 지락고장 시에도 예민하게 고장을 검출하여 전기를 차단할 수 있고, 이에 따라 오동작하지 않고 고저항 지락 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있는 고저항 지락 고장 검출 보호 장치(100)를 제공한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 고저항 지락 고장 검출 보호 방법 및 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 고저항 지락 고장 검출 보호 장치
110; 입력부
120; 전류값 판단부
130; 전류 증가율 판단부
140; 위상차 판단부
150; 정정 시간 카운트부
160; 트립 알람 신호 전송부
190; 전력선 차단 장치

Claims (8)

  1. 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 단계;
    현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 단계;
    현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단하는 단계;
    뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단하는 단계; 및
    지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 단계를 포함하는, 고저항 지락 고장 검출 보호 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    위상차 판단 단계와 트립 알람 신호 전송 단계 사이에 수행되는 정정 시간 카운트 단계를 더 포함하고, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 정정 시간 카운트 단계에서 정정 시간을 카운트한 후, 트립 알람 신호 전송 단계에서 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는, 고저항 지락 고장 검출 보호 방법.
  3. 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 단계;
    현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 단계(여기서 Ia+Ib+Ic+IN=IN0);
    현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단하는 단계;
    뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단하는 단계; 및
    지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 단계를 포함하는, 고저항 지락 고장 검출 보호 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 단계와 현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 단계(여기서 Ia+Ib+Ic+IN=IN0)의 사이에, 전력선의 절연 열화에 따라 전류값(IN0)이 증가하는 경우, 현재 전류값(IN02)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는, 고저항 지락 고장 검출 보호 방법.
  5. 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 입력부;
    현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 전류값 판단부;
    현재 전류값(IN2)에서 직전 전류값(IN1)을 뺀 값(IG)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단하는 전류 증가율 판단부;
    뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 뺀 값(IG)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단하는 위상차 판단부; 및
    지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 트립 알람 신호 전송부를 포함하는, 고저항 지락 고장 검출 보호 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    위상차 판단부와 트립 알람 신호 전송부 사이에 연결된 정정 시간 카운트부를 더 포함하고, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN1)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN2)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 정정 시간 카운트부가 정정 시간을 카운트한 후, 트립 알람 신호 전송부가 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는, 고저항 지락 고장 검출 보호 장치.
  7. 전력선의 전류값(Ia, Ib, Ic, IN, 여기서 Ia+Ib+Ic=IN)과 전압값(Va, Vb, Vc, Vn)을 입력받는 입력부;
    현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 큰지 판단하는 전류값 판단부(여기서 Ia+Ib+Ic+IN=IN0);
    현재 전류값(IN02)에서 직전 전류값(IN01)을 뺀 값(IG0)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 큰지 판단하는 전류 증가율 판단부;
    뺀 값(IG0)의 크기를 전류값이 증가하는데 걸린 시간(△t)으로 나눈 값(dI)이 미리 설정된 전류 증가율 정정값보다 크면, 지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차(θ2)보다 큰지 판단하는 위상차 판단부;
    지락 고장 상의 전압값과 직전 전류값(IN01)의 위상차(θ1)가 지락 고장 상의 전압값과 현재 전류값(IN02)의 위상차(θ2)보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는 트립 알람 신호 전송부를 포함하는, 고저항 지락 고장 검출 보호 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 트립 알람 신호 전송부는 전력선의 절연 열화에 따라 전류값(IN0)이 증가하는 경우, 현재 전류값(IN02)이 미리 설정된 계전기 정정값보다 크면, 트립 알람 신호를 전력선 차단 장치로 전송하는, 고저항 지락 고장 검출 보호 장치.
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