KR102397748B1 - 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법 및 장치 - Google Patents

전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전선로의 절연 열화에 따른 누전 및 감전 사고를 예방할 수 있는 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법 및 장치에 관한 것이다.
일례로, 전선로의 잔류전압값(Vn)과 누설전류값(Ig)을 입력받는 단계; -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값보다 큰지 판단하는 단계; -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)을 뺀 값(Igr2-Igr1)을 전류값이 증가 하는데 걸린 시간(dt)으로 나눈 값이 미리 설정된 증가율 정정값(dI)보다 큰지 판단하는 단계; 및 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)은 다음 수학식에 의해 계산되며, Igr = Igcosθg 여기서, θg는 전선로의 누설전류값(Ig)과 잔류전압값(Vn)의 위상차를 나타내는, 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법을 개시한다.

Description

전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법 및 장치{Protection method and apparatus for electric leakage and electric shock accident of power system}
본 발명은 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법 및 장치에 관한 것이다.
전력 계통에서 안정적이고 지속적인 양질의 전력 공급은 현대사회에서 아주 중요하며, 이로 인해 전력 계통 보호에 대한 중요성이 점차 증가하고 있다. 특히, 고장 발생 시 신속하고 정확하게 고장을 검출하는 것은 전력 계통 보호의 핵심이라 할 수 있다. 이에 따라 전력 계통을 구성하는 각종 전력기기, 설비들의 고장 및 사고 발생시 이를 검출하고 보호하기 위해 보호 계전기가 사용되고 있다.
보호 계전기는 수배전반의 각종 전기량을 감지하여 정상 운전시의 값과 비교함으로써, 지락 사고 등이 발생하여 각종 전기량이 미리 설정된 기준치를 벗어난 경우에 이를 신속히 검출하는 장치이다. 또한, 보호 계전기는 피보호 전력계통이나 기기 설비를 정상 계통으로부터 분리시키기 위해 각종 차단기, 개폐기를 동작시키기 위한 제어 기능을 수행한다.
현재 전력 계통에는 3상에서 지락 사고 발생시 사고를 검출하고 선로를 차단하고 있으나, 누전이나 감전에 대한 보호장치는 없다. 단상의 경우에는 간선에 누전 경보기를 설치하여 선로에서 누전되면 해당 선로에 누전 경보를 발하도록 하고 있으나, 절연 불량으로 인한 누설 전류 외에 충전 전류가 추가되어 오동작하는 사례가 많아 사용이 곤란하다. 또한, 저압의 경우에는 분기회로에 15mA, 30mA에 차단되는 누전 차단기로 감전사고를 예방하고 있으나 절연 열화로 인한 누설 전류의 검출은 어렵다.
본 발명은 전력 설비의 절연 열화에 따른 누전 및 감전 사고를 예방할 수 있는 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법은 전선로의 잔류전압값(Vn)과 누설전류값(Ig)을 입력받는 단계; -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값보다 큰지 판단하는 단계; -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)을 뺀 값(Igr2-Igr1)을 전류값이 증가 하는데 걸린 시간(dt)으로 나눈 값이 미리 설정된 증가율 정정값(dI)보다 큰지 판단하는 단계; 및 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)은 다음 수학식에 의해 계산되며, Igr = Ig cosθg 여기서, θg는 전선로의 누설전류값(Ig)과 잔류전압값(Vn)의 위상차를 나타낼 수 있다.
트립 알람 신호 전송 단계에서는, -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)을 뺀 값(Igr2-Igr1)을 전류값이 증가 하는데 걸린 시간(dt)으로 나눈 값이 미리 설정된 증가율 정정값(dI)보다 크고, 전압 상승율이 미리 설정된 상승율 정정값보다 작은 경우 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송할 수 있다.
누설 전류값 판단 단계 후에, 전선로의 절연체 손실값(Wg)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 큰지 판단하는 단계(여기서, Wg = Vn x Igr)를 더 포함하고, 트립 알람 신호 전송 단계에서는, 절연체 손실값(Wg)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 큰 경우 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송할 수 있다.
누설 전류값 판단 단계 후에, 전선로의 절연 저항값(Rg)을 미리 설정된 저항 정정값과 비교하여, 전선로의 열화정도를 예측하는 단계(여기서, Rg = Vn/Igr)를 더 포함하고, 트립 알람 신호 전송 단계에서는, 절연 저항값(Rg)이 미리 설정된 저항 정정값 보다 작은 경우 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송할 수 있다.
누설 전류값 판단 단계 후에, 전선로의 절연체 유전 정접값(tanδ)이 미리 설정된 유전 정접 정정값 보다 큰지 판단하는 단계(여기서, tanδ = Igr/ Igc = tan(90-θg), Igc는 잔류전압(Vn) 90도 진상 누설 전류값으로, Igc = Ig sinθg)를 더 포함하고, 트립 알람 신호 전송 단계에서는, 절연체 유전 정접값(tanδ)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 큰 경우 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송할 수 있다.
중성점 비접지 계통과 저항접지 계통에서의 잔류전압값은 Vn =Va+Vb+Vc, 누설전류값은 Ig=Ia+Ib+Ic 이고, 직접접지 계통에서의 잔류전압값은 Vn=Va+Vb+Vc, 누설전류값은 Ig=Ia+Ib+Ic+IN 이며, 단상에서의 잔류전압값은 각 상의 전압값(Vn=Va, Vn=Vb, Vn=Vc), 누설전류값은 각 상의 전류값(Ig=Ia+IN, Ig=Ib+IN, Ig=Ic+IN)이고, 상기 누설 전류값 판단 단계에서는, 잔류전압(Vn)을 각 상의 전압(Va, Vb, Vc)과 각각 비교하여, 각 상의 전압(Va, Vb, Vc) 중 -잔류전압(-Vn)과 동위상에 근접하는 값을 가진 상에서 누전이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 장치는 상기의 보호 방법에 의해 전력 계통의 누전 및 감전 사고를 보호할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 사고 보호 방법 및 장치는 전선로의 누설 전류값과 절연 저항값을 측정하고 모니터링하여 전선로의 절연 열화에 따른 누전 사고를 예방 또는 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 사고 보호 방법 및 장치는 누설 전류 증가율을 측정함으로써, 감전 사고를 예방 또는 방지할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2a는 3상 케이블을 도시한 도면이고, 도 2b는 단상 케이블을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 사고 보호 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 감전 사고 보호 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 및 감전 사고 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 1a 내지 도 1c은 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법을 설명하기 위한 구성도이다. 도 2a는 3상 케이블을 도시한 도면이고, 도 2b는 단상 케이블을 도시한 도면이다.
먼저, 도 1a에 도시된 전력 계통은 중성점 비접지 계통을 나타내고, 도 1b에 도시된 전력 계통은 저항접지 계통을 나타내며, 도 1c에 도시된 전력 계통은 직접 접지 계통을 나타낸다. 본 발명에 따른 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법은 중성점 비접지 계통, 저항접지 계통 및 직접 접지 계통(단상 포함)에 모두 적용가능하다. 다만, 전선로의 잔류전압값과 누설전류값은 중성점 비접지 계통과 저항접지 계통은 동일하고, 직접접지 계통은 중성선(N)이 하나 더 추가되므로 비접지 계통 및 저항접지 계통과 상이할 수 있다. 구체적으로, 중성점 비접지 계통(도 1a 참조)과 저항접지 계통(도 1b 참조)에서 전선로의 잔류전압값(Vn)은 Vn = Va+Vb+Vc 이고, 직접접지 계통(도 1c 참조)에서 전선로의 잔류전압값(Vn)은 Vn = Va+Vb+Vc 으로 정의될 수 있다. 또한, 중성점 비접지 계통과 저항접지 계통에서 전선로의 누설전류값(Ig)은 Ig=Ia+Ib+Ic 이고, 직접접지 계통에서 전선로의 누설전류값(Ig)은 Ig=Ia+Ib+Ic+IN 으로 정의될 수 있다.
더불어, 도 1c의 직접접지 계통에서 3상이 아닌 단상인 경우, 전선로의 잔류전압값(Vn)과 누설전류값(Ig)은 각 상의 전압값과 전류값으로 대체될 수 있다. 구체적으로, a상의 잔류전압값(Vn)은 Vn=Va, b상의 잔류전압값(Vn)은 Vn=Vb, c상의 잔류전압값(Vn)은 Vn=Vc로 정의될 수 있고, a상의 누설전류값(Ig)은 Ig=Ia+IN, b상의 누설전류값(Ig)은 Ig=Ib+IN, c상의 누설전류값(Ig)은 Ig=Ic+IN 로 정의될 수 있다.
이하에서는, 도 1a에 도시된 중성점 비접지 계통을 일례로 설명한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 보호 장치(100)는 전력 계통의 전선로에 설치된 영상 변압기(또는 접지형 계기용 변압기(GPT: Grounding Potential Transformer)와 같은 전압센서로부터 전선로를 통해 수용가로 공급되는 잔류전압값(Vn = Va+Vb+Vc)을 검출한다. 또한, 보호 장치(100)는 전선로에 설치된 영상 변류기(ZCT: Zero Current Transformer)와 같은 전류센서로부터 전선로를 통해 수용가로 공급되는 누설전류값(Ig = Ia+Ib+Ic)을 검출한다. 일부 예에서, 전력 계통의 누전 및 감전 사고를 보호하는 보호 장치(100)는 보호 계전기라고 지칭될 수 있다.
일부 예에서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 보호 장치(100)는 전력 계통의 전선로에 설치된 변압기(PT: Potential Transformer)와 같은 전압센서로부터 전선로를 통해 수용가로 공급되는 잔류전압값(Vn = Va+Vb+Vc)을 검출할 수 있다. 또한, 보호 장치(100)는 전선로에 설치된 영상 변류기(ZCT: Zero Current Transformer)와 같은 전류센서로부터 전선로를 통해 수용가로 공급되는 누설전류값(Ig = Ia+Ib+Ic+IN)을 검출할 수 있다. 일부 예에서, 본 발명의 보호 장치(100)가 저압 계통에서 사용되는 경우, 변압기(PT, GPT)는 생략될 수 있다.
한편, 보호 장치(100)는 전선로에 누전 및/또는 감전 사고 발생 시 이를 감지하고 판단하여 전선로 차단장치(180)로 트립 알람 신호를 전송함으로써, 수용가로 전력이 공급되지 않도록 한다. 일부 예에서, 보호 장치(100)는 3상 전선로에 흐르는 누설전류값(Ig)이 설정값 이상이 되면, 지락 사고가 발생한 것으로 판단하여, 전선로 차단장치(180)로 트립 알람 신호를 전송하여 전력공급을 차단할 수 있다. 전선로가 정상인 경우(즉, 지락 사고가 발생하지 않은 경우)에 전선로에 흐르는 누설전류값(Ig)은 '0'이나, 지락 사고가 발생하면 그 합이 큰 값으로 증가하게 된다. 따라서, 보호 장치(100)는 전선로에 흐르는 누설전류값(Ig)이 설정값 이상이면 전선로 차단장치(180)로 트립 알람 신호를 전송함으로써, 수용가로 전력이 공급되지 않도록 할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에서 전선로는 심선도체(11)와 이를 감싸는 절연층(12)을 포함하는 전력 케이블을 포함할 수 있다. 전력 케이블은 도 2a에 도시된 바와 같이, A상, B상, C상이 하나의 시스(13)로 감싸진 3상 케이블과, 도 2b에 도시된 바와 같이, A상, B상, C상이 각각의 시스(13)로 감싸진 단상 케이블을 포함할 수 있다. 3상 케이블에서는 ZCT를 통해 전선로의 누설전류값(Ig=Ia+Ib+Ic)을 측정할 수 있고, GPT를 통해 전선로의 각 상의 전압값(Va, Vb, Vc)을 측정하여 전압값의 합(Vn=Va+Vb+Vc)을 알 수 있다. 단상 케이블에서는 ZCT를 통해 케이블 각각의 전류값(Ia, Ib, Ic)을 측정할 수 있고, GPT를 통해 케이블 각각의 전압값(Va, Vb, Vc)을 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 사고 보호 방법을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하여, 도 1a의 비접지 계통에서의 누전 사고 보호 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 사고 보호 방법은 전압값 및 전류값 입력 단계(S1)와, 누설 전류값 판단 단계(S2)와, 절연체 손실 판단 단계(S3)와, 절연 저항값 모니터링 단계(S4)와, 절연체 유전 정접값 판단 단계(S5)와, 트립 알람 신호 전송 단계(S6)를 포함할 수 있다.
전압값 및 전류값 입력 단계(S1)에서는, 상술한 바와 같이 GPT와 같은 전압 센서를 통해 3상 전선로의 잔류전압값(Vn)을 입력 받고, 또한 ZCT와 같은 전류 센서를 통해 3상 전선로의 누설전류값(Ig)을 입력 받을 수 있다. 여기서, Vn=Va+Vb+Vc 이고, Ig=Ia+Ib+Ic 이다. 일부 예에서, 3상 전선로의 잔류전압값(Vn)은 GPT를 통해 각 상의 전압값(Va, Vb, Vc)을 입력 받은 뒤, 이를 합하여 구할 수 있다.
누설 전류값 판단 단계(S2)에서는, 3상 전선로의 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값보다 큰지 판단할 수 있다. 여기서, -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)은 전선로의 절연 열화로 인해 누설되는 수㎃ 내지 수십㎃ 정도의 저항성 누설 전류를 의미한다. 3상 전선로의 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)은 다음 수학식으로부터 계산할 수 있다.
Igr = Ig cosθg
여기서, θg는 3상 전선로의 누설전류값(Ig)과 잔류전압값(Vn)의 위상차를 나타내고, Ig=Ia+Ib+Ic, Vn=Va+Vb+Vc 를 나타낸다.
일부 예에서, 상기 누설 전류값 판단 단계(S2)에서는, 잔류전압(Vn)을 각 상의 전압(Va, Vb, Vc)과 각각 비교하여, 각 상의 전압(Va, Vb, Vc) 중 -잔류전압(-Vn)과 동위상에 근접하는 값을 가진 상에서 누전이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
절연체 손실값 판단 단계(S3)에서는, 3상 전선로의 절연체 손실값(Wg)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 큰지 판단할 수 있다. 여기서, 절연체 손실값(Wg)은 와트 로스(watt loss)라고 불리기도 한다. 3상 전선로의 절연체 손실값(Wg)은 잔류전압값(Vn)과 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)을 곱하여 구할 수 같다.
Wg = Vn x Igr
절연 저항값 모니터링 단계(S4)에서는, 3상 전선로의 절연 저항값(Rg)을 미리 설정된 저항 정정값과 비교하여, 전선로의 열화정도를 예측할 수 있다. 3상 전선로의 절연 저항값(Rg)은 다음과 같다.
Rg = Vn/Igr
절연 저항값 모니터링 단계(S4)에서는, 3상 전선로의 절연 저항값(Rg)이 미리 설정된 저항 정정값 보다 작은지 판단할 수 있다. 여기서, 절연 저항값(Rg)이 작아질수록 전선로의 열화정도가 심해지는 것으로 판단할 수 있다.
절연체 유전 정접값 판단 단계(S5)에서는, 3상 전선로의 절연체 유전 정접값 (tanδ)이 미리 설정된 유전 정접 정정값 보다 큰지 판단할 수 있다. 3상 전선로의 절연체 유전 정접값 (tanδ) 다음 수학식으로부터 계산할 수 있다.
tanδ = Igr/ Igc = tan(90-θg)
여기서, Igc는 잔류전압(Vn) 90도 진상 누설 전류값으로, Igc = Ig sinθg 이다.
트립 알람 신호 전송 단계(S6)에서는, 3상 전선로의 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값 보다 크면, 보호 계전기가 트립 알람 신호를 전선로 차단장치(180)로 전송한다. 이에 따라, 전선로 차단장치(180)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 하여 누전 사고로부터 계통을 보호할 수 있다.
또한, 트립 알람 신호 전송 단계(S6)에서는, 3상 전선로의 절연체 손실값(W)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 크면, 보호 계전기가 트립 알람 신호를 전선로 차단장치(180)로 전송한다. 이에 따라, 전선로 차단장치(180)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 하여 누전 사고로부터 계통을 보호할 수 있다.
또한, 트립 알람 신호 전송 단계(S6)에서는, 3상 전선로의 절연 저항값(Rg)이 미리 설정된 저항 정정값 보다 작으면, 보호 계전기가 트립 알람 신호를 전선로 차단장치(180)로 전송한다. 이에 따라, 전선로 차단장치(180)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 하여 전선로 열화에 따른 누전 사고로부터 계통을 보호할 수 있다.
또한, 트립 알람 신호 전송 단계(S6)에서는, 3상 전선로의 절연체 유전 정접값 (tanδ)이 미리 설정된 유전 정접 정정값 보다 크면, 보호 계전기가 트립 알람 신호를 전선로 차단장치(180)로 전송한다. 이에 따라, 전선로 차단장치(180)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 하여 누전 사고로부터 계통을 보호할 수 있다.
본 발명의 실시예는 단계(S2)만을 수행한 후 단계(S6)를 진행하거나, 단계(S3)만을 수행한 후 단계(S6)를 진행하거나, 단계(S4)만을 수행한 후 단계(S6)를 진행하거나, 단계(S5)만을 수행한 후 단계(S6)를 진행하거나, 단계(S2), 단계(S3), 단계(S4) 및 단계(S5)를 각각 직렬 또는 병렬로 수행한 후 단계(S6)를 진행할 수 있다.
이와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 사고 보호 방법은 전선로의 누설 전류값과 절연체 손실값과 절연 저항값 및 유전 정접값을 측정하고 모니터링하여 전선로의 절연 열화에 따른 누전 사고를 예방 또는 방지할 수 있다.
또한, 직접접지 계통에서는 잔류전압값(Vn)을 Vn = Va+Vb+Vc 로, 누설전류값(Ig)을 Ig=Ia+Ib+Ic+IN 로 대입하여, -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)과 절연체 손실값(Wg)과 절연 저항값(Rg) 및 절연체 유전 정접값 (tanδ)을 계산함으로써, 누전 사고를 예방할 수 있다. 이와 동일하게, 단상에서는 잔류전압값(Vn)과 누설전류값(Ig)을 각 상의 전압값(Va, Vb, Vc)과 전류값(Ia+IN, Ib+IN, Ic+IN)으로 대입하여, -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)과 절연체 손실값(Wg)과 절연 저항값(Rg) 및 절연체 유전 정접값 (tanδ)을 계산함으로써, 누전 사고를 예방할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 감전 사고 보호 방법을 도시한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 감전 사고 보호 방법은 전압값 및 전류값 입력 단계(S1)와, 누설 전류 증가율 판단 단계(S22)와, 전압 상승율 판단 단계(S23)와, 트립 알람 신호 전송 단계(S6)를 포함할 수 있다. 여기서, 전압값 및 전류값 입력 단계(S1)는 상술한 바와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
누설 전류 증가율 판단 단계(S22)에서는, -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)을 뺀 값(Igr2-Igr1)을 -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)으로 증가 하는데 걸린 시간(dt)으로 나눈 값이 미리 설정된 증가율 정정값(dI)보다 큰지 판단한다.
(Igr2-Igr1)/dt > dI
전압 상승율 판단 단계(S23)에서는, -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)을 뺀 값(Igr2-Igr1)을 -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)으로 증가 하는데 걸린 시간(dt)으로 나눈 값이 미리 설정된 증가율 정정값(dI)보다 크면, 전압 상승율이 미리 설정된 상승율 정정값보다 작은지 판단한다. 구체적으로, 전압 상승율 판단 단계(S23)에서는 현재 전압값에서 직전 전압값을 뺀 값을 현재 전압값에서 직전 전압값으로 증가 하는데 걸린 시간으로 나눈 값이 미리 설정된 상승율 정정값보다 작은지 판단한다. 여기서, 전압 상승률이 상승율 정정값보다 크면, 낙뢰나 개폐 서지에 의해 전압이 급격하게 변한 것이므로, 이 경우에는 트립 알람을 발생하지 않도록 하여 보호 장치가 오작동하는 것을 방지할 수 있다.
트립 알람 신호 전송 단계(S6)에서는, 누설 전류 증가율이 증가율 정정값보다 크고, 전압 상승율이 상승율 정정값보다 작으면, 보호 계전기가 트립 알람 신호를 전선로 차단장치(180)로 전송한다. 이에 따라, 전선로 차단장치(180)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 하여 감전 사고로부터 계통을 보호할 수 있다.
본 발명의 실시예는 단계(S22)만을 수행한 후 단계(S6)를 진행하거나, 단계(S2), 단계(S3), 단계(S4), 단계(S5) 및 단계(S22)를 각각 직렬 또는 병렬로 수행한 후 단계(S6)를 진행할 수 있다.
일반적으로 전선로 절연 열화에 따른 누설 전류 증가율은 상대적으로 완만한 반면, 감전에 따른 누설 전류 증가율은 상대적으로 크다. 따라서, 본 발명은 시간에 따른 누설 전류 증가율을 설정된 증가율 정정값과 비교하여 감전 전류 발생 시 이를 검출하고 차단함으로써, 감전 사고를 예방 또는 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 장치(100)는 입력부(110), 누설 전류값 판단부(120), 절연체 손실값 판단부(130), 절연 저항값 모니터링부(140), 누설 전류 증가율 판단부(150), 절연체 유전 정접값 판단부(160), 트립 알람 신호 전송부(170) 및 전선로 차단장치(180)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 누설 전류값 판단부(120), 절연체 손실값 판단부(130), 절연 저항값 모니터링부(140), 누설 전류 증가율 판단부(150) 및 절연체 유전 정접값 판단부(160)는 제어부로 통칭될 수 있다.
입력부(110)는 상술한 바와 같이 GPT 또는 PT와 같은 전압 센서를 통해 전선로의 잔류전압값(Vn)을 입력 받을 수 있다. 또한, 입력부(110)는 ZCT와 같은 전류 센서를 통해 전선로의 누설전류값(Ig)을 입력 받을 수 있다.
누설 전류값 판단부(120)는 전선로의 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)을 계산하여, 그 값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값보다 큰지 판단할 수 있다.
일부 예에서, 누설 전류값 판단부(120)는 상기 입력부(110)로부터 전달받은 잔류전압(Vn)을 각 상의 전압(Va, Vb, Vc)과 각각 비교하여, 각 상의 전압 중 -잔류전압(-Vn)과 동위상에 근접하는 값을 가진 상에서 누전이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
절연체 손실값 판단부(130)는 전선로의 절연체 손실값(W)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 큰지 판단할 수 있다.
절연 저항값 모니터링부(140)는 전선로의 절연 저항값(Rg)을 모니터링할 수 있다. 일부 예에서, 절연 저항값 모니터링부(140)는 전선로의 절연 저항값(Rg)이 미리 설정된 저항 정정값보다 작은지 판단할 수 있다.
누설 전류 증가율 판단부(150)는 전선로의 -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)을 뺀 값(Igr2-Igr1)을 -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)으로 증가 하는데 걸린 시간(dt)으로 나눈 값이 미리 설정된 증가율 정정값(dI)보다 큰지 판단할 수 있다.
절연체 유전 정접값 판단부(160)는 전선로의 절연체 유전 정접값(tanδ)이 미리 설정된 유전 정접 정정값 보다 큰지 판단할 수 있다.
트립 알람 신호 전송부(170)는 전선로의 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값 보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전선로 차단 장치(180)로 전송함으로써, 전선로 차단 장치(180)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 한다. 또한, 트립 알람 신호 전송부(170)는 전선로의 절연체 손실값(Wg)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전선로 차단 장치(180)로 전송함으로써, 전선로 차단 장치(180)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 한다.
일부 예에서, 트립 알람 신호 전송부(170)는 전선로의 절연체 유전 정접값(tanδ)이 미리 설정된 유전 정접 정정값 보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전선로 차단 장치(180)로 전송함으로써, 전선로 차단 장치(180)에 의해 수용가로 전력이 공급되지 않도록 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 전력 계통의 누전 및 감전 사고 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: 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 장치
110: 입력부
120: 누설 전류값 판단부
130: 절연체 손실값 판단부
140: 절연 저항값 모니터링부
150: 누설 전류 증가율 판단부
160: 절연체 유전 정접 판단부
170: 트립 알람 신호 전송부
180: 전선로 차단장치

Claims (7)

  1. 전선로의 잔류전압값(Vn)과 누설전류값(Ig)을 입력받는 단계;
    -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값보다 큰지 판단하는 단계;
    -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)을 뺀 값(Igr2-Igr1)을 전류값이 증가 하는데 걸린 시간(dt)으로 나눈 값이 미리 설정된 증가율 정정값(dI)보다 큰지 판단하는 단계; 및
    -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)이 미리 설정된 전류 정정값보다 큰 경우, 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 -잔류전압(-Vn) 동위상 누설 전류값(Igr)은 다음 수학식에 의해 계산되며,
    Igr = Ig cosθg
    여기서, θg는 전선로의 누설전류값(Ig)과 잔류전압값(Vn)의 위상차를 나타내고,
    누설 전류값 판단 단계 후에, 전선로의 절연 저항값(Rg)을 미리 설정된 저항 정정값과 비교하여, 전선로의 열화정도를 예측하는 단계(여기서, Rg = Vn/Igr)를 더 포함하고,
    트립 알람 신호 전송 단계에서는, 절연 저항값(Rg)이 미리 설정된 저항 정정값 보다 작은 경우 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송하는, 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    트립 알람 신호 전송 단계에서는, -잔류전압(-Vn) 동위상 현재 누설 전류값(Igr2)에서 -잔류전압(-Vn) 동위상 직전 누설 전류값(Igr1)을 뺀 값(Igr2-Igr1)을 전류값이 증가 하는데 걸린 시간(dt)으로 나눈 값이 미리 설정된 증가율 정정값(dI)보다 크고, 전압 상승율이 미리 설정된 상승율 정정값보다 작은 경우 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송하는, 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    누설 전류값 판단 단계 후에, 전선로의 절연체 손실값(Wg)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 큰지 판단하는 단계(여기서, Wg = Vn x Igr)를 더 포함하고,
    트립 알람 신호 전송 단계에서는, 절연체 손실값(Wg)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 큰 경우 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송하는, 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    누설 전류값 판단 단계 후에, 전선로의 절연체 유전 정접값(tanδ)이 미리 설정된 유전 정접 정정값 보다 큰지 판단하는 단계(여기서, tanδ = Igr/ Igc = tan(90-θg), Igc는 잔류전압(Vn) 90도 진상 누설 전류값으로, Igc = Ig sinθg)를 더 포함하고,
    트립 알람 신호 전송 단계에서는, 절연체 유전 정접값(tanδ)이 미리 설정된 손실 정정값 보다 큰 경우 트립 알람 신호를 전선로 차단장치로 전송하는, 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    중성점 비접지 계통과 저항접지 계통에서의 잔류전압값은 Vn=Va+Vb+Vc, 누설전류값은 Ig=Ia+Ib+Ic 이고,
    직접접지 계통에서의 잔류전압값은 Vn=Va+Vb+Vc, 누설전류값은 Ig=Ia+Ib+Ic+IN 이며,
    단상에서의 잔류전압값은 각 상의 전압값(Vn=Va, Vn=Vb, Vn=Vc), 누설전류값은 각 상의 전류값(Ig=Ia+IN, Ig=Ib+IN, Ig=Ic+IN)이며,
    상기 누설 전류값 판단 단계에서는, 잔류전압(Vn)을 각 상의 전압(Va, Vb, Vc)과 각각 비교하여, 각 상의 전압(Va, Vb, Vc) 중 -잔류전압(-Vn)과 동위상에 근접하는 값을 가진 상에서 누전이 발생한 것으로 판단하는, 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항의 보호 방법에 의해 전력 계통의 누전 및 감전 사고를 보호하는 전력 계통의 누전 및 감전 사고 보호 장치.
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