KR102485653B1 - 보호 계전기 및 그 보호 계전기의 단선 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변성부가 연결된 회로에서, 단선 여부를 검출하는 보호 계전기에 대한 것으로, 상기 변성부의 출력 양단에 연결되는 복수의 노드와, 기준 전압을 형성하는 기준 전압 생성부를 포함하고, 분압 저항을 형성하며 상기 복수의 노드 및 상기 기준 전압 생성부 사이를 연결하는 복수의 저항을 포함하는 단선 감지부와, 상기 기준 전압에 대하여 소정의 전압차를 형성하기 위한 전압을 상기 단선 감지부에 인가하는 감지 전압 생성부 및, 상기 복수의 노드 중, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부에 따라 상기 분압 저항에 의하여 인가되는 전압 신호의 크기가 달라지는 제1 노드에 연결되며, 상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 검출하는 단선 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보호 계전기 및 그 보호 계전기의 단선 검출 방법{PROTECTION RELAY AND BREAKING OF WIRE DETECTION METHOD OF THE PROTECTION RELAY}
본 발명은, 보호 계전기에 대한 것으로, 보다 자세하게는 변성부가 연결된 회로에서, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로의 단선 여부를 검출하는 보호 계전기에 대한 것이다.
통상적으로 변성부는 전력 계통에서 입력되는 전압 또는 전류를, 보다 작은 레벨의 전압 또는 전류로 변환하는 기기를 의미하는 것으로, 상기 전력 계통의 전압 및 전류를 계측하거나, 계전(relay)하기 위해 사용된다.
이러한 변성부는 전압 신호를 변환하는 계기용 변압기(Potential Transformer, PT) 또는 전류 신호를 변환하는 계기용 변류기(Current Transformer, CT)로 구분될 수 있다. 여기서 계기용 변압기(PT)는 철심코어를 사용하는 일반적인 변압기와, 콘덴서, 저항 등을 이용하는 전압 분압 방식을 사용하는 변압기로 구분될 수 있다. 그리고 계기용 변류기(CT)는 철심 코어를 사용하는 일반적인 변류기와, 공기를 코어로 사용하는 로고스키(Rogowskii) 코일을 사용하는 변류기로 구분될 수 있다.
먼저, 철심 코어를 사용하는 변압기 또는 변류기는 자속의 통로가 되어 주는 경로를 철심이 안정적으로 제공할 수 있다. 따라서 입력 신호와 비교하여 보다 양호한 파형의 신호가 출력될 수 있다. 이에 입력 신호의 위상과 출력 신호의 위상이 동상을 이룰 수 있으며, 입력 신호와 출력 신호가 전기적으로 절연되어 다중 입력 신호 간의 절연 성능, 즉 상간 절연 성능이 우수하다는 이점이 있다.
한편 변성부는 입력되는 전압이나 전류, 또는 변성부를 구성하는 내부 회로의 결함, 또는 고온이나 진동과 같은 외부 스트레스에 의하여 단선이 발생할 수 있다. 이처럼 변성부에 의한 단선이 발생하는 경우 저전압 계전기, 지락 계전기, 저전류 계전기, 저전력 계전기 등의 계전 요소에 오동작이 발생할 수 있다. 또한 이러한 변성부의 단선은 인버터와 같이 입력 전압이나 입력 전류, 또는 출력 전압이나 출력 전류를 측정하여 변환하는 장치에서 오동작을 유발하는 원인이 될 수 있다.
따라서 보호 계전기는 이러한 오동작의 발생을 방지하기 위하여 변성부의 단선 여부를 판단한다. 그리고 이러한 보호 계전기의 변성부 단선 여부의 판단은 통상적으로 변성부를 통해 입력되는 전압이나 전류의 크기, 또는 위상이나 벡터의 합(Vector Sum)을 검출하고 검출된 결과에 근거하여 이루어질 수 있다.
그런데 이처럼 변성부를 통해 입력되는 전압, 전류, 위상이나 벡터합 등은, 변성부에서 전압 신호나 전류 신호가 인가되지 않는 상태(예를 들어 변성부 정상 동작 중에 전압 신호 또는 전류 신호가 인가되지 않는 상태)와 변성부에 의하여 회로가 단선된 경우가 동일하게 측정된다는 문제가 있다. 또는 변성부에 의한 회로 단선이 발생하는 경우, 변성부로부터 입력되는 전류 또는 전압 신호의 식별이 불가능한 하이 임피던스(High Impedance, 부정) 상태가 될 수 있는데, 이 경우 검출되는 신호가 상기 하이 임피던스 상태, 즉 단선 상태에 의해 검출되는 신호인지, 또는 변성부로부터 실제 검출되는 신호인지 여부를 구분하기 어렵다는 문제가 있다.
뿐만 아니라, 단락 전류 또는 변성부의 기동시에 발생하는 기동 전류가 유입되는 경우, 상기 단락 전류 또는 기동 전류로 인해 발생하는 큰 에너지로 인해 일시적으로 변성부를 통해 검출되는 전압의 크기가 변화하게 된다. 그러나 통상적인 전압, 전류 또는 위상이나 벡터합을 이용하는 방식은 상기 단락 전류 또는 기동 전류의 유입으로 인한 전류 또는 전압 신호의 변화와 상기 변성부에 의한 회로 단선에 따른 전류 또는 전압 신호의 변화를 구분하기 어려우며, 이에 따라 상기 단락 전류 또는 기동 전류가 발생하는 경우, 회로가 정상적으로 연결되어 있음에도 불구하고 이를 단선으로 판단한다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 변성부에 의한 회로 단선을 보다 정확하게 검출할 수 있는 보호 계전기 및 단선 검출 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 변성부에서 전압 신호나 전류 신호가 인가되지 않는 상태와 변성부에 의해 회로가 단선된 상태를, 정확하게 구분할 수 있는 보호 계전기 및 그 보호 계전기에서 단선을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 단락 전류 또는 모터나 변압기 등의 기동 전류로 인해 변성부로부터 검출되는 신호의 변화가 발생하는 경우, 변성부로부터 검출되는 신호의 변화가 단선에 의한 것인지 상기 단락 전류나 기동 전류로 인해 발생한 것인지를 구분할 수 있는 보호 계전기 및 그 보호 계전기에서 단선을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기는, 상기 변성부의 출력 양단에 연결되는 복수의 노드와, 기준 전압을 형성하는 기준 전압 생성부를 포함하고, 분압 저항을 형성하며 상기 복수의 노드 및 상기 기준 전압 생성부 사이를 연결하는 복수의 저항을 포함하는 단선 감지부와, 상기 기준 전압에 대하여 소정의 전압차를 형성하기 위한 전압을 상기 단선 감지부에 인가하는 감지 전압 생성부 및, 상기 복수의 노드 중, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부에 따라 상기 분압 저항에 의하여 인가되는 전압 신호의 크기가 달라지는 제1 노드에 연결되며, 상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 검출하는 단선 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 판단부는, 상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 DC 오프셋 값을 추출 및 상기 추출된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교한 결과, 상기 DC 오프셋 값이 상기 임계 전압보다 작은 경우, 상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 AC 성분의 크기를 검출하고, 검출된 AC 성분의 크기에 근거하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 판단부는, 상기 검출된 AC 성분의 크기가, 기 설정된 크기보다 큰지 여부에 따라 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 결정하며, 상기 기 설정된 크기는, 단락 전류 또는 상기 변성부의 기동 시에 발생하는 기동 전류가 발생할 때에 상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호에 포함된 AC 성분의 크기에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 판단부는, 상기 추출된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교한 결과에 따라 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선된 것으로 1차 판단되면, 상기 추출된 DC 오프셋 값에 기 설정된 설계 마진값을 더 반영하고, 상기 설계 마진값이 더 반영된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교한 결과에 근거하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선된 것으로 2차 판단 및, 상기 2차 판단 결과에 따라 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선을 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 설계 마진은, 기 설정된 오차값을 포함하며, 상기 기 설정된 오차값은, 상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 DC 오프셋 값을 추출하는 과정에서 발생하는 계측 오차 및, 상기 단선 감지부의 회로 구성에 따른 설계 오차 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 임계 전압은, 상기 기준 전압이 그라운드 전압인 경우, 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 같은 전압임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 감지부는, 상기 제1 노드와 상기 단선 판단부 사이에 형성되는 제1 접점과, 상기 변성부의 출력 양단 중 상기 제1 노드가 연결되는 단측과 다른 단측에 연결되는 제2 노드와, 상기 제2 노드와 상기 감지 전압 생성부 사이에 형성되는 제3 접점과, 상기 제1 접점과 상기 제3 접점 사이를 연결하는 전로에 형성되는 제2 접점과, 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이에 배치되는 제1 저항과, 상기 제2 접점과 상기 기준 전압 생성부 사이를 연결하며, 상기 기준 전압 생성부와 상기 제2 접점 사이에 배치되는 제2 저항 및, 상기 제2 접점과 상기 제3 접점 사이에 배치되는 제3 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 감지부는, 상기 제1 노드와 상기 단선 판단부 사이에 형성되는 제1 접점과, 상기 변성부의 출력 양단 중 상기 제1 노드가 연결되는 단측과 다른 단측에 연결되는 제2 노드와, 상기 제2 노드와 상기 감지 전압 생성부 사이에 형성되는 제3 접점과, 상기 제1 접점과 상기 제3 접점 사이를 연결하는 전로에 형성되는 제2 접점과, 상기 제2 접점과 상기 기준 전압 생성부 사이를 연결하며, 상기 기준 전압 생성부와 상기 제2 접점 사이에 배치되는 제2 저항 및, 상기 제2 접점과 상기 제3 접점 사이에 배치되는 제3 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 감지부는, 상기 제1 노드와 상기 단선 판단부 사이에 형성되는 제1 접점과, 상기 변성부의 출력 양단 중 상기 제1 노드가 연결되는 단측과 다른 단측에 연결되는 제2 노드와, 상기 제2 노드와 상기 감지 전압 생성부 사이에 형성되는 제3 접점과, 상기 제1 접점과 상기 제3 접점 사이를 연결하는 전로에 형성되며, 상기 기준 전압 생성부에 연결되는 제2 접점과, 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이에 배치되는 제1 저항과, 상기 제2 접점과 상기 제3 접점 사이에 배치되는 제3 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 노드에는, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상적으로 연결된 상태인 경우, 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 같은 크기의 전압 신호가 인가되며, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선 상태일 때에 상기 제1 노드에 인가되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값은, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상 연결된 상태일 때에 상기 제1 노드에 인가되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값보다 작은 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기준 전압보다 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압이 더 큰 경우, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선 상태이면 하기 수학식과 같이 상기 기준 전압과 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압의 차와 상기 분압 저항을 형성하는 저항의 크기에 따른 전압 신호가 인가되는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure 112020104889354-pat00001
,
Figure 112020104889354-pat00002
여기서, n1(v)는 제1 접점에 인가되는 전압 신호의 크기, n2(v)는 제2 접점에 인가되는 전압 신호의 크기, VS는 기준 전압, VR은 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압, R2는 제2 저항의 저항값, R3는 제3 저항의 저항값임.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 판단부는, 상기 추출된 DC 오프셋 값이 기 설정된 임계 전압보다 작은 경우, 상기 추출된 DC 오프셋 값에 기 설정된 설계 마진값을 더 합산하고, 상기 설계 마진값이 합산된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선을 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기준 전압은 그라운드 전압임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 노드에는, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상적으로 연결된 상태인 경우, 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 같은 크기의 전압 신호가 인가되며, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선 상태일 때에 상기 제1 노드에 인가되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값은, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상 연결된 상태일 때에 상기 제1 노드에 인가되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값보다 큰 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기준 전압이 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압보다 더 큰 경우, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선 상태이면 하기 수학식과 같이 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 상기 기준 전압의 차 및, 상기 분압 저항을 형성하는 저항의 크기에 따른 전압 신호가 인가되는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure 112020104889354-pat00003
,
Figure 112020104889354-pat00004
여기서, n1(v)는 제1 접점에 인가되는 전압 신호의 크기, n2(v)는 제2 접점에 인가되는 전압 신호의 크기, VS는 기준 전압, VR은 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압, R2는 제2 저항의 저항값, R3는 제3 저항의 저항값임.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 판단부는, 상기 추출된 DC 오프셋 값이 기 설정된 임계 전압보다 큰 경우, 상기 추출된 DC 오프셋 값에 기 설정된 설계 마진값을 차감하고, 상기 설계 마진값이 차감된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선을 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 감지 전압 생성부의 전압은 그라운드 전압임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 변성부가, 로고스키 코일(Rogowskii Coil)을 이용하는 변성부인 경우, 상기 단선 감지부와 상기 단선 판단부 사이에 상기 로고스키 코일의 특성에 따른 지연 파형을 원복하기 위한 적분 회로를 포함하거나, 상기 단선 판단부가, 상기 DC 오프셋 값을 적분하고 적분된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교한 결과에 근거하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 판단부는, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 상태를 나타내는 알람 신호를 출력하기 위한 출력부를 더 포함하고, 상기 출력부는, 상기 알람 신호를 기 설정된 다른 기기에 전송하기 위한 통신 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기의 단선 검출 방법은, 변성부의 출력 양단에 연결되는 복수의 노드를 구비하며, 분압 저항을 형성하는 복수의 저항을 구비하여, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결되는 회로 중 적어도 하나의 단선 여부에 따라 상기 복수의 노드에 인가되는 전압 신호가 서로 달라지는 단선 감지부로부터 전압 신호를 검출 및, 검출된 전압 신호로부터 DC 오프셋 값을 획득하는 단계와, 획득된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 1차 결정하는 단계와, 상기 1차 결정 결과에 따라, 상기 검출된 전압 신호로부터 AC 성분의 크기를 산출하는 단계와, 산출된 AC 성분의 크기와, 기 설정된 AC 전류 신호 크기를 비교하여, 단락 전류 또는 상기 변성부의 기동 전류가 발생하였는지 여부를 판단하는 단계 및, 상기 단락 전류 또는 기동 전류의 발생 여부 판단 결과에 따라 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 2차 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 여부를 1차 결정하는 단계는, 획득된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교하는 단계와, 상기 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압의 비교 결과에 따라, 상기 DC 오프셋 값에 기 설정된 설계 마진 값을 반영하는 단계 및, 상기 설계 마진 값이 반영된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 단선 여부를 2차 결정하는 단계는, 상기 회로의 단선 여부 2차 결정 결과, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선된 것으로 결정된 경우에는, 단선 상태를 나타내는 알람 정보를 출력하는 단계를 더 포함하며, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상적으로 연결된 것으로 결정되는 경우에는, 기 설정된 주기의 만기 여부에 따라 상기 DC 오프셋 값을 획득하는 단계 내지 상기 단선 여부를 2차 결정하는 단계를 다시 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기 설정된 주기는, 상기 보호 계전기에 연결되는 기기의 주 동작이 이루어지는 시간에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 변성부가 정상적으로 연결된 상태와 변성부의 단선이 발생하는 상태에서 각각 서로 다른 전압이 검출되는 단선 감지부를 구비하고, 상기 단선 감지부에서 검출되는 전압에 근거하여 변성부의 단선 여부를 판단함으로써, 변성부에서 전압 신호나 전류 신호가 인가되지 않는 상태와, 변성부에 의해 회로가 단선된 상태를 정확하게 구분할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 상기 단선 감지부의 검출 결과 변성부에 의한 단선이 발생한 것으로 판단되는 경우, 변성부로부터 입력되는 전압 신호로부터 교류 성분의 크기를 검출 및 검출된 교류 성분의 크기에 따라 단락 전류 또는 기동 전류의 발생 여부를 검출함으로써, 상기 단선 감지부의 검출 결과가 상기 단락 전류나 기동 전류로 인해 유발된 것인지 여부를 구분할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 변성부에 연결되는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 단선 감지부 및 감지 전압 생성부의 회로 구성을 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 단선 판단부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 단선 감지부로부터 검출되는 전압 신호에 따라 변성부의 단선 여부를 판단하는 단선 판단부의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 변성부가 정상적으로 연결되는 경우에 단선 감지부에서 검출되는 전압 신호의 크기를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 변성부가 단선된 경우에 단선 감지부에서 검출되는 전압 신호의 크기를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 변성부가 정상 연결된 경우와 단선된 경우에 단선 감지부에서 검출되는 DC 오프셋 값들을 도시한 예시도이다.
도 8은 변성부로부터 유입되는 음의 전압을 가지는 변성부 기동 전류 또는 단락 전류의 예를 도시한 예시도이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기가 서로 다른 종류의 변성부에 연결되는 예들을 도시한 예시도들이다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 분압 저항을 구성하는 저항들 중 어느 하나가 생략된 구조를 가지는 단선 감지부의 예들을 도시한 예시도들이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 그라운드 전압 대신에 기 설정된 전압을 인가하는 전압 생성부를 구비하는 구조를 가지는 단선 감지부의 구조를 도시한 회로도이다.
도 16은, 도 15에서 도시한 구조를 가지는 보호 계전기에서, 단선 감지부로부터 검출되는 전압 신호에 따라 변성부의 단선 여부를 판단하는 단선 판단부의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 17 내지 도 18은, 도 15에서 도시한 구조를 가지는 보호 계전기에서, 분압 저항을 구성하는 저항들 중 어느 하나가 생략된 구조를 가지는 단선 감지부의 예들을 도시한 예시도들이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 기 설정된 전압 대신에 그라운드 전압을 인가하는 구조를 가지는 감지 전압 생성부의 구조를 도시한 회로도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다
본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들 뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.
도 1은 변성부(110)에 연결되는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)의 구성을 도시한 블록도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 단선 감지부(120) 및 감지 전압 생성부(130)의 회로 구성을 도시한 회로도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기에서, 단선 판단부(150)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
우선 도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)는, 변성부(110)에 연결될 수 있도록 형성되는 단선 감지부(120)와, 상기 단선 감지부(120)에 소정의 전압을 인가하는 감지 전압 생성부(130), 및 상기 단선 감지부(120)에서 검출되는 전압 신호에 근거하여 상기 변성부(110)와의 회로 연결 상태를 판단할 수 있는 단선 판단부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 변성부(110)는 전력 계통에서 입력되는 전압 또는 전류를, 보다 작은 레벨의 전압 또는 전류로 변환하는 기기로서, 변압기(Potential Transformer, PT) 또는 변류기(Current Transformer)를 포함할 수 있다.
상기 변압기는, 전압을 변환하는 방식에 따라 저항 분압을 이용하는 변압기이거나 또는 철심 코어를 이용하는 변압기 일 수 있다. 또한 상기 변류기는 전류를 변환하는 방식에 따라 철심 코어를 이용하는 변류기이거나 또는 공심 코어를 이용하는 로고스키 코일(Rogowskii Coil) 방식의 변류기일 수 있다.
그리고 단선 감지부(120)는 상기 변성부(110)의 출력 양단에 각각 연결되는 노드들을 구비할 수 있다. 따라서 노드들에 변성부(110)의 출력 양단이 연결되면 회로가 형성될 수 있으며, 변성부(110)의 단선이 발생하는 경우 상기 노드들 사이의 회로가 단선될 수 있다.
한편 상기 노드들 중 어느 하나의 노드(이하 제1 노드, 111)는 단선 판단부(150)에 연결될 수 있으며, 다른 하나의 노드(이하 제2 노드, 112)는 감지 전압 생성부(130)에 연결될 수 있다.
상기 단선 감지부(120)의 회로 구조를 도시하는 도 2를 참조하여 살펴보면 단선 감지부(120)는, 분압 저항을 형성하는 복수의 저항(R1(125), R2(126), R3(127))을 포함할 수 있다.
상기 복수의 저항(R1(125), R2(126), R3(127)) 중 제1 저항(R1, 125)은 상기 제1 노드(111)와 상기 단선 판단부(150) 사이에 형성된 제1 접점(n1, 121)에 연결될 수 있다. 그리고 제3 저항(R3, 127)은 상기 제2 노드(112)와 감지 전압 생성부(130) 사이에 형성된 제3 접점(n3, 123)에 연결될 수 있다.
상기 제1 접점(n1, 121)과 상기 제3 접점(n3, 123)은 서로 연결될 수 있다. 그리고 상기 제1 접점(n1, 121)과 상기 제3 접점(n3, 123)을 연결하는 전로에 제2 접점(n2, 122)이 형성될 수 있다. 여기서 상기 제1 저항(R1, 125)은 상기 제1 접점(n1, 121)과 상기 제2 접점(n2, 122) 사이에 배치될 수 있으며, 제2 저항(R2, 126)은 상기 제2 접점(n2, 122)과 상기 제3 접점(n3, 123) 사이에 배치될 수 있다.
그리고 상기 제2 접점(n2, 122)은, 상기 단선 감지부(120)에 기준 전압을 제공하는 기준 전압 생성부(129)에 연결될 수 있다. 그리고 상기 제2 접점(n2, 122)과 상기 기준 전압 생성부(129) 사이에는 상기 분압 저항을 형성하는 또 다른 저항(제2 저항(R2, 126))이 배치될 수 있다.
여기서 상기 기준 전압 생성부(129)는 상기 기준 전압으로 그라운드 전압을 제공하는 접지로 형성될 수 있다.
따라서 상기 제1 노드(111)와 제2 노드(112) 사이의 회로가 정상적으로 연결된 경우 제1 접점(n1, 121)과 제3 접점(n3, 123)이 연결되는 회로가 형성될 수 있다. 그러므로 상기 제1 접점(n1, 121)에는 상기 감지 전압 생성부(130)를 통해 인가되는 소정의 전압이 인가될 수 있다.
반면 상기 제1 노드(111)와 제2 노드(112) 사이의 회로가 단선된 경우, 즉 변성부(110)가 단선되면, 제1 접점(n1, 121)과 제3 접점(n3, 123) 사이는 단절된다. 따라서 상기 제1 접점(n1, 121)에는, 상기 감지 전압 생성부(130)에서 인가되는 전압과 상기 기준 전압 생성부(129)에서 인가되는 전압의 차이와, 상기 분압 저항을 형성하는 복수의 저항에 의해 분배되는 전압을 가지는 전압 신호가 인가될 수 있다.
한편 단선 판단부(150)는 제1 노드(111)와 연결된 상기 제1 접점(n1, 121)의 전압 신호를 검출하므로, 상기 제1 노드(111)와 제2 노드(112) 사이의 회로 연결 상태, 즉 변성부(110)의 단선 여부에 따라 검출되는 전압 신호가 달라질 수 있다.
한편 감지 전압 생성부(130)는 상기 기준 전압에 대하여 소정의 전압 차를 형성하기 위한 전압을 상기 단선 감지부(120)에 인가할 수 있다. 이를 위해 감지 전압 생성부(130)는 상기 단선 감지부(120)의 기준 전압 생성부(129)와 다른 크기의 전압을 제공할 수 있도록 형성될 수 있다.
일 예로 상기 단선 감지부(120)의 기준 전압 생성부(129)가 도 2에서 보이고 있는 바와 같이 접지 형태로 형성되어 그라운드 전압을 제공하는 경우, 상기 감지 전압 생성부(130)는 그라운드 전압과 다른 전압을 제공하도록 형성될 수 있다. 이를 위해 상기 감지 전압 생성부(130)는 접지(132) 외에 소정의 직류(DC) 전압을 상기 단선 감지부(120)에 인가하기 위한 전압 생성부(131)를 더 구비할 수 있다. 이하 감지 전압 생성부(130)에서 인가되는 전압을 'VR'이라고 하기로 한다.
반면 상기 단선 감지부(120)의 기준 전압 생성부(129)가 그라운드 전압이 아닌 소정의 직류(DC) 전압을 인가하도록 형성되는 경우라면, 상기 감지 전압 생성부(130)는 접지 형태로 형성되어 그라운드 전압을 제공하도록 형성될 수도 있음은 물론이다.
뿐만 아니라 상기 기준 전압 생성부(129)와 상기 감지 전압 생성부(130)가 각각 그라운드 전압보다 큰 소정의 전압을 인가할 수 있도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 기준 전압 생성부(129)와 상기 감지 전압 생성부(130)는 서로 다른 직류 전압을 인가하도록 형성될 수 있다.
한편 단선 판단부(150)는 단선 감지부(120)를 통해 감지되는 전압 신호에 근거하여 상기 변성부(110)에 의한 회로 단선이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 상기 단선 판단부(150)는 도 3에서 보이고 있는 바와 같이 제어부(155), 상기 제어부(155)와 연결되는 변환부(156), 복수의 판단부(제1 판단부(151), 제2 판단부(152), 제3 판단부(153)), 메모리(158)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 상기 단선 판단부(150)는 회로 단선 여부를 판단한 결과를 출력하기 위한 출력부(157)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 변환부(156)는 단선 감지부(120)를 통해 감지되는 아날로그 형태의 전압 신호를 단선 판단부(150)에서 식별할 수 있는 신호로 변환할 수 있다. 일 예로 상기 변환부(156)는 아날로그-디지털 컨버터(Analog Digital Converter, ADC)일 수 있다.
한편 상기 변환부(156)는 처리 가능한 전압 신호의 범위가 한정될 수 있다. 따라서 상기 단선 감지부(120)는, 변환부(156)에서 처리 가능한 범위 내의 전압 신호가 상기 변환부(156)에 입력되도록 형성될 수 있다. 일 예로 상기 변환부(156)에 처리 가능 신호 범위가 0V~3.3V까지인 경우라면, 상기 기준 전압 생성부(129)와 상기 감지 전압 생성부(130)는 회로가 정상 연결된 경우와, 단선 상태인 경우에 0V에서 3.3V이하의 서로 다른 전압 신호가 변성부(110)에 입력되도록 형성될 수 있다.
즉, 회로가 정상 연결된 상태인 경우에 상기 기준 전압 생성부(129)와 상기 감지 전압 생성부(130)는, 중심 전압인 1.65V를 가지는 전압 신호가 상기 변환부(156)에 입력되도록 형성될 수 있다. 그러나 회로가 단선 상태인 경우에 상기 단선 감지부(120)의 상기 기준 전압 생성부(129)와 상기 감지 전압 생성부(130)는 상기 1.65V보다 적거나(기준 전압 생성부(129)의 전압이 감지 전압 생성부(130)의 전압보다 더 작은 경우), 또는 더 큰(기준 전압 생성부(129)의 전압이 감지 전압 생성부(130)의 전압보다 더 큰 경우) 전압을 가지는 전압 신호가 상기 변환부(156)에 입력되도록 형성될 수 있다.
한편 메모리(158)는 상기 단선 판단부(150)의 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 보다 자세하게 메모리(158)는 상기 단선 판단부(150)에 구비된 제1 판단부(151), 제2 판단부(152), 제3 판단부(153)에서 구동되는 응용 프로그램과 관련된 데이터들 및 명령어들을 저장할 수 있다.
일 예로 메모리(158)에는 제1 판단부(151)의 판단을 위한 데이터로서 기 설정된 임계 전압에 대한 정보가 저장될 수 있으며, 제2 판단부(152)의 판단을 위한 데이터로서 제2 저항(R2, 126)의 저항과 제3 저항(R3, 127)의 저항, 분압 저항을 형성하는 기준 전압 생성부(129)의 전압, 그리고 설계 마진에 따른 전압의 크기에 대한 정보가 저장될 수 있다. 또한 제3 판단부(153)의 판단을 위한 데이터로서, 단락 전류 또는 변성부(110)의 기동 전류와 같은 사고 전류 발생 시에 검출될 수 있는 최소의 교류 전류 성분, 즉 사고 전류 신호의 크기에 대한 정보가 저장될 수 있다.
한편, 제어부(155)는 연결된 다른 구성요소들을 제어할 수 있도록 형성되며, 상기 단선 판단부(150)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
먼저 제어부(155)는 변환부(156)를 통해 디지털 신호로 전압 신호가 변환되면, 변환된 전압 신호로부터 DC 오프셋 값을 획득할 수 있다. 그리고 제1 판단부(151)를 제어하여 상기 획득된 DC 오프셋 값의 크기와 기 설정된 임계 전압의 크기를 비교할 수 있다.
상술한 바와 같이, 변성부(110)에 의한 회로 단선이 발생한 상태라면, 상기 변성부(110)와 연결된 회로가 정상인 경우보다 제1 접점(121)에 인가되는 전압의 크기가 더 적거나(기준 전압 생성부(129)의 전압이 감지 전압 생성부(130)의 전압보다 더 작은 경우), 또는 더 커질 수 있다(기준 전압 생성부(129)의 전압이 감지 전압 생성부(130)의 전압보다 더 큰 경우). 따라서 상기 기 설정된 임계 전압이 상기 변성부(110)와 연결된 회로가 정상인 경우에 검출될 수 있는 전압 신호의 DC 오프셋 값과 같은 경우, 제어부(155)는 상기 제1 판단부(151)의 비교 결과에 따라 상기 변성부(110)와 연결된 회로의 단선 여부를 판단할 수 있다.
한편 상기 제1 판단부(151)의 비교 결과에 따른 단선 여부 판단 결과(이하 1차 단선 여부 판단 결과라고 하기로 한다), 단선 상태로 판단되는 경우, 제어부(155)는 상기 획득된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압과의 차이가 기 설정된 오차 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다.
이를 위해 제어부(155)는 상기 획득된 DC 오프셋 값에 기 설정된 마진(margin) 값을 반영할 수 있다. 그리고 제2 판단부(152)를 제어하여 상기 마진값이 반영된 획득된 DC 오프셋 값의 크기와 상기 임계 전압을 다시 비교할 수 있다.
그리고 제2 판단부(152)의 판단 결과, 상기 마진값이 반영된 DC 오프셋 값의 크기가 상기 임계 전압보다 더 적거나(기준 전압 생성부(129)의 전압이 감지 전압 생성부(130)의 전압보다 더 작은 경우), 더 큰(기준 전압 생성부(129)의 전압이 감지 전압 생성부(130)의 전압보다 더 큰 경우) 경우, 제어부(155)는 상기 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압의 차이가 기 설정된 오차 범위를 벗어나는 것으로 판단할 수 있다.
그러면 제어부(155)는 상기 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 재차 판단할 수 있다. 이하 제2 판단부(152)에 따른 단선 여부 판단 결과를 2차 단선 여부 판단 결과라고 하기로 한다.
한편, 상기 변성부(110)의 기동 시 발생하는 기동 전류(In rush current), 또는 단락에 의한 단락 전류가 발생하는 경우, 상기 기동 전류나 단락 전류는 교류 성분이지만, 단선 감지부(120)에서 감지되는 직류 성분의 전압 신호 크기를 변경시킬 수 있다. 따라서 회로의 단선이 발생하지 않은 상태에서도 상기 기동 전류 또는 단락 전류가 발생하는 경우, 상기 제1 접점(121)에서 검출되는 전압 신호의 크기가 일정 수준 이상 작아지거나 또는 커질 수 있다.
따라서 제어부(155)는 상기 2차 단선 여부 판단 결과 상기 회로가 단선된 것으로 판단되는 경우라면, 상기 판단 결과가 상기 기동 전류 또는 단락 전류의 발생으로 인한 것인지 여부를 판단할 수 있다.
이를 위해 제어부(155)는 상기 변환부(156)에서 변환된 전압 신호로부터 RMS(Root Mean Square) 값을 산출하는 등, 교류(AC) 성분 신호의 크기를 검출할 수 있다. 그리고 제3 판단부(153)를 제어하여, 검출된 AC 신호 성분의 크기가, 기 설정된 사고 전류의 신호 크기보다 큰지 여부를 판단할 수 있다.
여기서 사고 전류는 상기 단락 전류 또는 변성부의 기동 전류를 의미할 수 있다. 따라서 상기 기 설정된 사고 전류의 신호 크기는, 상기 단락 전류 또는 변성부 기동 전류 발생 시에 단선 감지부(120)에서 검출될 수 있는 최소의 교류 신호 성분의 크기로 결정될 수 있다. 상기 사고 전류 신호 크기는 사용자에 의해 미리 설정되거나, 또는 본 발명과 관련되어 수행된 수차례의 반복 실험 결과에 근거하여 결정될 수 있다.
한편 상기 제3 판단부(153)의 판단 결과, 상기 변환된 전압 신호로부터 검출된 교류 신호 성분의 크기가, 상기 기 설정된 사고 전류 신호 크기보다 작은 경우라면, 제어부(155)는 상기 단락 전류 또는 기동 전류가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 따라서 제어부(155)는 현재 회로의 단선 상태가 상기 단락 전류 또는 기동 전류로 인한 것이 아니라고 판단하고, 상기 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 최종 판단할 수 있다.
이처럼 회로가 단선된 것으로 최종 판단되면, 제어부(155)는 출력부(157)를 제어하여 상기 회로의 단선 상태를 나타내는 알람 신호를 사용자에게 전달할 수 있다.
일 예로 제어부(155)는 상기 출력부(157)를 통해 가청 신호 또는 가시 신호로 알람 신호를 출력할 수 있다. 또는 제어부(155)는 상기 출력부(157)를 통해 기 설정된 다른 기기, 예를 들어 사용자의 이동 단말기 등에 상기 알람 신호를 전송하여, 상기 이동 단말기가 알람 신호를 출력하도록 제어함으로써, 상기 알람 신호를 사용자에게 전달할 수 있다. 이를 위해 상기 출력부(157)는 상기 알람 신호를 전송하기 위한 통신 기능을 포함할 수 있다.
이하 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)의 동작 과정을 흐름도 및 복수의 예시도를 참조하여 보다 자세하게 설명하기로 한다. 또한 설명의 편의상 하기의 실시 예는, 상기 기준 전압 생성부(129)가 그라운드 전압을 가지도록 형성되고, 상기 감지 전압 생성부(130)가 그라운드 보다 높은 전압을 가지도록 별도의 전압 생성부(131)를 가지는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 8은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에서, 단선 감지부(120)로부터 검출되는 전압 신호에 따라 변성부(110)에 의한 회로의 단선 여부를 판단하는 단선 판단부(150)의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 상기 단선 판단부(150)의 동작 과정을 도시한 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에서, 변성부(110)가 정상적으로 연결되는 경우에 단선 감지부(120)에서 검출되는 전압 신호의 크기를 도시한 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에서, 변성부(110)가 단선된 경우에 단선 감지부(120)에서 검출되는 전압 신호의 크기를 도시한 도면이다.
또한 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에서, 변성부가 정상 연결된 경우와 단선된 경우에 단선 감지부에서 검출되는 DC 오프셋 값의 차이를 도시한 예시도이고, 도 8은 변성부로부터 유입되는 음의 전압을 가지는 변성부(110) 기동 전류 또는 단락 전류의 예를 도시한 예시도이다.
먼저 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에 구비된 단선 판단부(150)의 제어부(155)는 기 설정된 주기에 따라 변성부(110)의 단선 여부를 판단하는 하기 도 4의 동작 과정을 반복할 수 있다. 여기서 상기 기 설정된 주기는 선로로부터 변성부(110)에 입력되는 신호의 주기에 대응하는 주기가 될 수 있으며, 이 경우 보호 계전기(10)의 주 동작이 이루어지는 시간마다 하기 도 4의 동작 과정이 수행될 수 있다.
이 경우 상기 보호 계전기(10)의 주 동작은 상기 보호 계전기(10)에 연결되는 기기에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 상기 보호 계전기(10)에 연결되는 기기가 디지털 계전기인 경우 상기 주 동작은 계전 동작이 될 수 있으며, 연결되는 기기가 디지털 계측기인 경우 계측 동작이 될 수 있다. 또한 연결되는 기기가 전력 변환 장치인 경우 전력 변환 동작이 될 수 있다.
도 4를 참조하여 살펴보면, 기 설정된 주기가 만기되는 경우 제어부(155)는, 단선 감지부(120)로부터 전압 신호, 즉 단선 감지부(120)와 연결된 제1 접점(121)에 인가되는 전압 신호가 검출되면, 변환부(156)를 통해 전압 신호를 변환하고, 변환된 한 주기의 샘플링 디지털 데이터로부터 직류(DC) 성분의 값, 즉 DC 오프셋 값을 추출할 수 있다(S400).
그리고 제어부(155)는 제1 판단부(151)를 제어하여 상기 추출된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교하여 1차적으로 회로의 단선 여부를 판단할 수 있다(S402).
도 5에서 보이고 있는 바와 같이, 변성부(110)에 연결된 회로가 정상 상태일 때에는 변성부(110)를 통해 제3 접점(123)과 제1 접점(121)이 연결되는 회로가 형성될 수 있다. 따라서 도 5에서 보이고 있는 바와 같이, 상기 제3 접점(123)에 연결된 감지 전압 생성부(130)의 기준 전압(VR)이 변성부(110)를 통해 제1 접점(121)에 인가될 수 있다.
이 경우 변성부(110)가 정상 상태이고, 변환부(156)의 임피던스가 변성부(110)의 선 저항보다 매우 크기 때문에, 제1 접점(n1, 121)의 전압은 제3 접점(n3, 123)의 전압과 동일할 수 있다. 따라서 변성부(110)에 회로가 정상적으로 연결된 상태인 경우, 상기 제3 접점(123)에 기준 전압(VR)이 인가되면, 상기 제3 접점(n3, 123)에 인가되는 전압과 동일한 전압(VR)이 상기 제1 접점(n1, 121)에 인가될 수 있다. 따라서 기준 전압(VR)에 해당하는 전압 신호의 DC 오프셋 값이 변환부(156)를 통해 추출될 수 있다.
반면 도 6에서 보이고 있는 바와 같이, 변성부(110)에 의해 회로가 단선된 경우에는, 제1 접점(121)과 제3 접점(123과 사이가 연결되지 않을 수 있다. 그러면 상기 단선 판단부(150)는 하이 임피던스(Hi impendence) 상태가 되고, 이에 따라 제1 접점(121)에는 하기 수학식 1과 같이 제2 접점(122)과 동일한 전압 신호가 인가될 수 있다.
Figure 112020104889354-pat00005
여기서 n1(v)는 제1 접점(121)에 인가되는 전압 신호의 크기이고, n2(v)는 제2 접점(122)에 인가되는 전압 신호의 크기임.
한편 상기 제2 접점(n2, 122)에는 제2 저항(R2, 126) 및 제3 저항(R3, 127)으로 이루어지는 분압 저항과 상기 감지 전압 생성부(130)에서 인가되는 기준 전압(VR)에 의해 결정되는 전압 신호가 인가될 수 있다. 하기 수학식 2는 상기 분압 저항 및 상기 기준 전압(VR)에 따라 상기 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기를 보이고 있는 것이다.
Figure 112020104889354-pat00006
여기서 n2(v)는 제2 접점(122)에 인가되는 전압 신호의 크기이고, VR은 기준 전압, R2는 제2 저항(R2, 126)의 저항값이고, R3는 제3 저항(R3, 127)의 저항값임.
한편 상기 수학식 2에 따르면 n2(v)는 1보다 작은 값과 기준 전압(VR)의 곱에 따른 크기를 가지므로, 항상 기준 전압(VR)보다 작은 값을 가지게 된다. 따라서 도 7에서 보이고 있는 바와 같이, 회로의 연결이 정상 상태인 경우에 추출되는 DC 오프셋 값의 크기(700)는, 회로의 연결이 단선 상태인 경우에 추출되는 DC 오프셋 값의 크기(702)보다 항상 큰 값을 가질 수 있다.
따라서 상기 임계 전압이 상기 기준 전압(VR)인 경우, 상기 S402 단계에서 회로가 단선 상태이면 상기 S400 단계에서 추출되는 DC 오프셋 값은 상기 임계 전압보다 작을 수 있다. 그러므로 제어부(155)는 S402 단계의 판단 결과, 임계 전압보다 현재 추출된 DC 오프셋 값의 크기가 작은 경우, 현재 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 1차 판단할 수 있다.
반면, 상기 S402 단계에서, 상기 S400 단계에서 추출되는 DC 오프셋 값이 상기 임계값보다 작지 않은 경우라면 제어부(155)는 회로가 단선되지 않은 상태라고 판단할 수 있다. 그리고 상기 S402 단계의 판단 결과 회로가 단선되지 않은 상태라고 판단되면, 제어부(155)는 현재 주기에서의 단선 여부 판단 과정을 종료할 수 있다.
한편 상기 S402 단계의 1차 단선 판단 결과, 변성부(110)와 연결된 회로가 단선 상태인 경우라면, 제어부(155)는 현재 추출된 DC 오프셋 값에 설계 마진에 따른 전압값을 합산할 수 있다(S404). 여기서 상기 설계 마진에 따른 전압값은 기 설정된 오차값을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 오차값은 계측 오차일 수 있으며, 상기 변환부(156)의 변환 과정에서 발생할 수 있는 오차 등을 더 포함할 수 있다.
상기 S404 단계에서, 상기 오차값을 포함하는 설계 마진이 상기 DC 오프셋 값에 합산되면, 제어부(155)는 제2 판단부(152)를 제어하여 합산된 전압값을 상기 임계 전압과 다시 비교할 수 있다(S406).
그리고 S406 단계의 비교 결과, DC 오프셋 값과 설계 마진이 합산된 전압값이 상기 임계 전압 이상인 경우라면 제어부(155)는 회로가 단선되지 않은 상태라고 판단할 수 있다. 그리고 상기 S406 단계의 판단 결과 회로가 단선되지 않은 상태라고 판단되면, 제어부(155)는 현재 주기에서의 단선 여부 판단 과정을 종료할 수 있다.
그러나 S406 단계의 비교 결과, DC 오프셋 값에 설계 마진을 합산하였음에도 불구하고, 합산된 전압값이 임계 전압보다 작은 경우라면, 제어부(155)는 현재 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 재차 판단(2차 단선 판단)할 수 있다.
한편 현재 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 2차 판단된 경우, 제어부(155)는 상기 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압 간의 차이가 단락 전류 또는 상기 변성부(110)의 기동에 따른 기동 전류에 의한 것인지 여부를 판단할 수 있다.
상기 단락 전류 또는 기동 전류는 회로의 단락 또는 변성부(110)의 기동 시에 발생하며, 일시적으로 발생하는 통상적인 변성부(110)의 운전 상태에 비하여 수배에 달하는 매우 큰 전류를 말한다. 이러한 단락 전류 또는 기동 전류는 순간적으로 큰 전류가 흐른 이후에 점차적으로 그 크기가 감소하는 패턴을 가진다.
한편 이러한 단락 전류 또는 기동 전류는, 양의 전압을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 도 8에서 보이고 있는 전압 그래프(교류 성분(810), 직류 성분(820))와 같이, 정상적인 경우(800)에 비하여 음의 값을 가질 수도 있다. 이러한 경우 상기 단락 전류 또는 기동 전류는 매우 큰 에너지(음의 전압을 가지는 전압 신호)를 가지므로, 도 8에서 보이고 있는 바와 같이, 감지 전압 생성부(130)에서 인가되는 DC 성분, 즉 기준 전압(VR)의 값을 강하시킬 수 있다. 그러면 제1 접점(n1, 121)에 인가되는 전압 신호의 크기가 낮아질 수 있으며, 이로 인해 회로의 단선이 발생하지 않은 상태에서도 상기 제1 접점(121)에서 검출되는 전압 신호의 크기가 임계 전압(VR)보다 낮게 검출될 수 있다.
이처럼 단락 전류 또는 기동 전류로 인해, 회로의 단선 여부가 잘못 판단되는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)의 제어부(155)는 상기 S406 단계의 2차 단선 판단 결과 회로가 단선된 것으로 판단되는 경우, 상기 변환부(156)를 통해 변환된 한 주기의 샘플링 디지털 데이터로부터, 교류(AC) 성분의 크기를 더 검출할 수 있다(S408). 예를 들어 제어부(155)는 RMS(Root Mean Square)를 산출하는 방식 등으로 상기 AC 성분의 크기를 검출할 수 있다. 그리고 검출된 교류 성분의 크기와 기 설정된 사고 전류 신호 크기를 비교할 수 있다(S410).
한편 상기 S410 단계의 비교 결과 검출된 교류 성분의 크기가 기 설정된 사고 전류 신호 크기 이상인 경우라면, 제어부(155)는 단락 전류 또는 변성부(110)의 기동에 따른 기동 전류가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 그리고 상기 S406 단계의 판단(2차 단선 판단) 결과에 따른 회로의 단선 상태가, 상기 단락 전류 또는 기동 전류의 발생으로 인해 잘못 판단된 것으로 판단할 수 있다.
즉, 제어부(155)는 상기 S410 단계의 판단 결과에 따라 단락 전류 또는 기동 전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 2차 단선 판단 결과에도 불구하고, 회로가 정상적으로 연결된 상태라고 판단할 수 있다. 따라서 제어부(155)는 알람 신호 등의 출력 없이 현재 주기에서의 회로 단선 여부 판단 과정을 종료할 수 있다.
반면 상기 S410 단계의 비교 결과, 검출된 교류 성분의 크기가 기 설정된 사고 전류 신호 크기 미만인 경우라면, 제어부(155)는 단락 전류 또는 변성부(110)의 기동에 따른 기동 전류가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 따라서 제어부(155)는 현재 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 최종 판단할 수 있으며, 회로의 단선을 사용자에게 전달하기 위한 알람 신호를 출력할 수 있다(S412).
살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)는 단선 감지부(120)로부터 감지되는 전압 신호에 근거하여 회로가 단선된 것으로 판단되는 경우, 상기 전압 신호가 기 설정된 마진 전압을 이용하여 오차 범위에 포함되는지 여부를 다시 한번 판단할 수 있다. 이에 따라 계측 오차 또는 설계 오차에 따라 회로의 단선 상태가 잘못 판단되는 것을 사전에 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)는 단선 감지부(120)로부터 감지되는 전압 신호에 근거하여 회로가 단선된 것으로 판단되는 경우, 상기 전압 신호로부터 검출되는 교류 성분 신호의 크기에 근거하여 단락 전류 또는 기동 전류의 발생 여부를 검출함으로써, 상기 전압 신호가 상기 단락 전류 또는 기동 전류의 영향을 받았는지 여부를 더 판단할 수 있다. 따라서 상기 단락 전류 또는 기동 전류의 영향으로 인해 회로의 단선 상태가 잘못 판단되는 것을 사전에 방지할 수 있다.
한편 상술한 설명에서는, 변성부(110)의 예로서 저항 분압 방식의 변압기, 철심 코어를 사용하는 변압기(PT), 철심 코어를 사용하는 변류기(CT), 및 로고스키 코일을 사용하는 변류기 등을 사용할 수 있음을 언급한 바 있다. 도 9 내지 도 12는 상술한 다양한 종류의 변성부(110)가 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에 연결되는 예들을 도시한 도면들이다.
먼저 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)가 변성부(110)로서 저항 분압 방식의 변압기에 연결된 예를 보이고 있는 것이다.
도 9를 참조하여 살펴보면, 변성부(110)가 저항 분압 방식에 따른 변압기인 경우, 전압 변환을 위한 저항이 변성부(110)의 역할을 수행할 수 있다. 따라서 단선 감지부의 제1 및 제2 노드(111, 112) 중 어느 하나는 전압 변환을 위한 저항(110)에 연결될 수 있으며, 다른 하나의 노드는 선로에 바로 연결될 수 있다. 그러면 선로(L, N)와 저항(110)을 통해 단선 감지부(120)의 회로가 형성될 수 있다.
또한 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)가 변성부(110)로서 철심 코어를 사용하는 변압기(PT)에 연결된 예를 보이고 있는 것이다.
도 10을 참조하여 살펴보면, 변성부(110)가 철심 코어를 사용하는 변압기(PT)인 경우, 단선 감지부의 제1 및 제2 노드(111, 112)는 각각 상기 변압기(PT, 110)의 양단에 연결되어, 상기 변압기(PT, 110)를 통해 연결되는 단선 감지부(120)의 회로가 형성될 수 있다.
그리고 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)가 변성부(110)로서 철심 코어를 사용하는 변류기(CT)에 연결된 예를 보이고 있는 것이다.
도 11을 참조하여 살펴보면, 변성부(110)가 철심 코어를 사용하는 변류기(CT)인 경우, 단선 감지부의 제1 및 제2 노드(111, 112)는 각각 상기 변류기(CT, 110)의 양단에 연결되어, 상기 변류기(CT, 110)를 통해 연결되는 단선 감지부(120)의 회로가 형성될 수 있다.
한편 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)가 변성부(110)로서 로고스키 코일을 사용하는 변류기에 연결된 예를 보이고 있는 것이다.
도 12를 참조하여 살펴보면, 변성부(110)가 로코스키 코일을 사용하는 변류기인 경우, 단선 감지부의 제1 및 제2 노드(111, 112)는 각각 상기 로고스키 코일의 양단에 연결되어, 상기 로고스키 코일을 통해 연결되는 단선 감지부(120)의 회로가 형성될 수 있다.
철심 코어를 사용하지 않는 로고스키 코일의 경우 자속의 통로로 공기를 사용하고 있어 일반 변류기와 같은 포화에 따른 출력 파형의 왜곡을 걱정할 필요가 없다. 그러나 출력 전압 파형에 노이즈와 같은 잡음이 많이 포함되고, 입력 전류 파형에 대비하여 출력 전압 파형의 위상이 90도 지연되는 현상을 가지는 문제점을 가진다. 또한 로고스키 코일을 관통하는 전력 케이블의 위치, 각도 등에 의해 출력이 변화되는 문제점을 가진다.
이와 같은 문제로 인하여 로고스키 코일을 채택하는 경우 상기 90도 지연되는 파형을 원복할 수 있는 적분 회로 또는 적분 프로그램을 필요로 한다. 따라서 도시되지는 않았지만, 로고스키 코일이 채택되는 경우 상기 단선 감지부(120)와 단선 판단부(150) 사이에 상기 적분 회로가 더 포함될 수 있다. 또는 상기 적분 회로 대신에, 상기 단선 판단부(150)에 상기 지연되는 파형을 원복하기 위해, 기 설정된 적분 알고리즘에 따른 적분을 수행하는 적분부(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다.
또한 잡음을 제거하기 위한 노이즈 필터 회로 또는 디지털 필터 등이 상기 단선 판단부(150)에 더 구비될 수 있으며, 로고스키 코일과 상기 로고스키 코일을 관통하는 케이블이 일정하게 유지되도록 하는 구조를 가지도록 상기 변성부(110) 및 단선 감지부(120)가 설계될 수 있다. 이 경우 감지되는 전압의 크기를 조절할 필요가 있을 경우, 단선 감지부(120)는 부담 저항을 더 포함하여 구성될 수도 있다.
한편 상술한 설명에서는, 단선 감지부(120)가 제1 저항(R1, 125), 제2 저항(R2, 126), 그리고 제3 저항(R3, 127)으로 분압 저항을 형성하는 회로 구조를 가지는 것을 가정하여 설명하였으나, 상기 제1 내지 제3 저항(125, 126, 127) 중 어느 하나의 저항이 생략될 수도 있음은 물론이다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에서, 이처럼 분압 저항을 구성하는 저항들 중 어느 하나가 생략된 구조를 가지는 단선 감지부(120)의 예들을 도시한 예시도들이다.
먼저 도 13을 참조하여 살펴보면, 도 13은 제1 저항(R1, 125)이 생략되거나 또는 제1 저항(R1, 125)의 저항값이 0 ohm인 경우의 예를 보이고 있는 것이다.
상기 제1 저항(R1, 125)은, 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압이 제1 접점(n1, 121)으로 인가되는 경우를 방지하기 위한 것으로, 상기 제2 접점(n2, 122)에 과도한 전압이 인가되는 경우, 상기 제1 접점(n1, 121)과 연결되어 단선 판단부(150), 즉 변환부(156)로 과도한 전압이 인가되는 경우를 방지하기 위함이다.
한편 제1 접점(n1, 121)에는 회로가 정상 연결된 상태인 경우, 기준 전압(VR)의 신호가 인가될 수 있다. 그리고 회로가 단선 상태인 경우에는 상기 기준 전압(VR) 미만의 신호가 인가될 수 있다. 따라서 상기 기준 전압(VR)의 크기가 적절한 경우(변환부(156)의 손상을 유발할 정도로 큰 크지 않은 경우), 상기 제1 저항(R1, 125)이 없는 경우에도 변환부(156)에 과도한 전압이 인가되는 경우가 발생하지 않을 수 있다. 그러므로 도 13에서 보이고 있는 바와 같이 단선 감지부(120)는 상기 제1 저항(R1, 125)이 생략된 구조를 가질 수도 있다.
한편 도 14를 참조하여 살펴보면, 도 14는 제2 저항(R2, 126)이 생략되거나 또는 제2 저항(R2, 126)의 저항값이 0 ohm인 경우의 예를 보이고 있는 것이다.
도 14를 참조하여 살펴보면, 제2 저항(R2, 126)이 생략된 상태이므로, 회로가 단선 상태인 경우 상기 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기를 산출하면(상기 수학식 2), 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기는 0V가 될 수 있다. 그리고 상기 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기가 0V인 경우, 상기 회로가 단선 상태에서, 제1 접점(n1, 121)에 인가되는 전압 신호의 크기 역시 0V가 될 수 있다.
반면 회로가 정상 연결된 상태인 경우에는, 상술한 바와 같이 제1 접점(n1, 121)에 인가되는 전압 신호의 크기는 제3 접점(n3, 123)에 인가되는 전압 신호의 크기와 같은 기준 전압(VR)이 될 수 있다. 따라서 제2 저항(R2, 126)이 생략되는 경우 변환부(156) 통해 검출되는 회로 정상 상태의 DC 오프셋 값과 단선 상태의 DC 오프셋 값의 차이는 기준 전압(VR)에서 0V의 큰 낙차를 가질 수 있다.
다만 이 경우 변환부(156)가 상기 기준 전압(VR)에서 0V의 전압 신호를 입력받을 수 있어야 한다. 즉, 상기 변환부(156)의 입력 신호 범위가 상기 기준 전압(VR)에서 0V의 범위를 포함하는 경우, 도 14에서 보이고 있는 바와 같이, 단선 감지부(120)는 제2 저항(R2, 126)이 생략되는 구조를 가질 수 있다.
한편 상술한 설명에서는 기준 전압 생성부(129)가 그라운드 전압을 가지는 것을 예로 들어 설명하였다. 그러나 상기 기준 전압 생성부(129)가 그라운드 보다 높은 전압을 가지도록 별도의 전압 생성부(1500)를 더 가지도록 형성될 수도 있음은 물론이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에서, 상술한 바와 같이 그라운드 전압 대신에 기 설정된 전압을 인가하는 별도의 전압 생성부를 기준 전압 생성부(129)가 더 포함하는 구조를 가지는 단선 감지부(120)의 예를 도시한 회로도이다.
도 15에서 보이고 있는 바와 같이, 기준 전압 생성부(129)가 그라운드 보다 높은 전압을 가지도록 별도의 전압 생성부(1500)를 더 포함하는 경우, 상기 기준 전압 생성부(129)에서 형성되는 기준 전압은 상기 별도로 연결된 전압 생성부(1500)에 따라 결정될 수 있다. 따라서 이하의 설명에서는 상기 기준 전압 생성부(129)의 전압을 상기 부가된 전압 생성부(1500)의 전압(VS)로 가정하기로 한다.
이하 상기 기준 전압 생성부의 전압(VS)을 상기 감지 전압 생성부(130)로부터 인가되는 전압(VR)과 구분하기 위하여, 상기 감지 전압 생성부(130)로부터 인가되는 전압(VR)을 제1 기준 전압, 상기 기준 전압 생성부의 전압(VS)을 제2 기준 전압이라고 하기로 한다.
한편 도 15에서 보이고 있는 구조를 가지는 단선 감지부(120)의 경우, 회로의 연결 상태가 정상이면, 단선 판단부(150)에 연결되는 제1 접점(n1, 121)에는 상기 제3 접점(n3, 123)에 인가되는 전압 신호와 동일한 전압 신호가 인가될 수 있다. 따라서 상기 제1 접점(n1, 121)에는 하기 수학식 3과 같이 제1 기준 전압(VR)을 가지는 전압 신호가 인가될 수 있다.
Figure 112020104889354-pat00007
여기서 n1(v)는 제1 접점(121)에 인가되는 전압 신호의 크기이고, n3(v)는 제3 접점(123)에 인가되는 전압 신호의 크기이며, VR은 제1 기준 전압임.
반면 변성부(110)로 인한 회로의 단선이 발생하는 경우, 단선 판단부(150)에 연결되는 제1 접점(n1, 121)에는, 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호와 동일한 전압 신호가 인가될 수 있다. 따라서 제2 기준 전압(VS)과 제1 기준 전압(VR)의 전압차가, 상기 제2 저항(R2, 126)과 제3 저항(R3, 127)에 의해 분배되는 전압을 가지는 전압 신호가 상기 제2 접점(n2, 122)에 인가될 수 있다.
이 경우 상기 제2 기준 전압(VS)이 상기 제1 기준 전압(VR)보다 작은 값을 가지는 경우라면, 상기 제2 접점(n2, 122)에는 제2 기준 전압(VS)과 제1 기준 전압(VR)의 전압차가, 상기 제2 저항(R2, 126)과 제3 저항(R3, 127)에 의해 분배된 전압을 가지는 전압 신호가 인가될 수 있다. 하기 수학식 4는 이러한 경우에 상기 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기를 나타낸 것이다.
Figure 112020104889354-pat00008
여기서 n2(v)는 제2 접점(122)에 인가되는 전압 신호의 크기이고, VR은 제1 기준 전압, VS는 제2 기준 전압이며, R2는 제2 저항(R2, 126)의 저항값이고, R3는 제3 저항(R3, 127)의 저항값임.
따라서 상기 수학식 4에서 보이고 있는 바와 같이, 회로의 단선이 발생할 때에 제1 접점(n1, 121)에서 감지되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값(전압)은, 회로가 정상인 때에 제1 접점(n1, 121)에서 감지되는 전압 신호(VR)로부터 추출되는 DC 오프셋 값보다 작아질 수 있다.
한편 상기 제2 기준 전압(VS)이 상기 제1 기준 전압(VR)보다 더 큰 값을 가지는 경우라면, 상기 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호는 하기 수학식 5에서 보이고 있는 바와 같이 상기 제1 기준 전압(VR)보다 더 큰 전압을 가질 수 있다.
Figure 112020104889354-pat00009
여기서 n2(v)는 제2 접점(122)에 인가되는 전압 신호의 크기이고, VR은 제1 기준 전압, VS는 제2 기준 전압이며, R2는 제2 저항(R2, 126)의 저항값이고, R3는 제3 저항(R3, 127)의 저항값임.
즉, 제1 기준 전압(VR)보다 더 큰 전압(VS)을 가지는 전원이 기준 전압 생성부(129)에 연결되는 경우, 회로의 단선이 발생할 때에 제1 접점(n1, 121)에서 감지되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값은, 회로가 정상인 때에 제1 접점(n1, 121)에서 감지되는 전압 신호(VR)로부터 추출되는 DC 오프셋 값보다 더 커질 수 있다.
따라서 제어부(155)는, 단선 감지부(120)로부터 감지되는 전압 신호로부터 추출되는 DC 오프셋 값이, 임계 전압(VR)보다 더 작은 값을 가지는 경우에 회로가 단선된 것으로 판단하는 것이 아니라, 상기 DC 오프셋 값이, 임계 전압(VR)보다 더 큰 값을 가지는 경우에 회로가 단선된 것으로 판단할 수 있다.
도 16은, 이러한 경우에, 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에서, 단선 감지부(120)로부터 검출되는 전압 신호에 따라 변성부(110)의 단선 여부를 판단하는 단선 판단부(150)의 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 이하의 설명에서는 상기 제2 기준 전압(VS)이 상기 제1 기준 전압(VR)보다 더 큰 값을 가지는 것을 가정하여 설명하기로 한다.
도 16을 참조하여 살펴보면, 기 설정된 주기가 만기되는 경우 제어부(155)는, 단선 감지부(120)로부터 전압 신호, 즉 단선 감지부(120)와 연결된 제1 접점(121)에 인가되는 전압 신호가 감지되면, 변환부(156)를 통해 변환된 한 주기의 샘플링 디지털 데이터로부터 직류(DC) 성분의 값, 즉 DC 오프셋 값을 추출할 수 있다(S1600).
그리고 제어부(155)는 제1 판단부(151)를 제어하여 상기 추출된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교하여 1차적으로 회로의 단선 여부를 판단할 수 있다(S1602).
상술한 바와 같이, 변성부(110)에 연결된 회로가 정상 상태일 때에는 변성부(110)를 통해 제3 접점(123)과 제1 접점(121)이 연결되는 회로가 형성될 수 있다. 따라서 상기 제3 접점(123)에 연결된 감지 전압 생성부(130)의 기준 전압(VR)이 변성부(110)를 통해 제1 접점(121)에 인가될 수 있다. 그러므로 상기 기준 전압(VR)에 해당하는 전압 신호의 DC 오프셋 값이 변환부(156)를 통해 추출될 수 있다.
반면 변성부(110)에 의해 회로가 단선된 경우에는, 제1 접점(121)과 제3 접점(121)과 사이가 연결되지 않을 수 있다. 그러면 제1 접점(121)에는 상기 수학식 3과 같이 제2 접점(122)과 동일한 전압 신호가 인가될 수 있다.
한편 상기 제2 접점(n2, 122)에는, 제2 기준 전압(VS)과 제1 기준 전압(VR)의 전압차가, 상기 제2 저항(R2, 126)과 제3 저항(R3, 127)에 의해 분배된 전압을 가지는 전압 신호가 인가될 수 있다. 이 경우 상술한 바와 같이 제2 기준 전압(VS)이 제1 기준 전압(VR)보다 큰 값을 가지는 경우이므로, 상기 수학식 5와 같이 제2 기준 전압(VS)과 제1 기준 전압(VR)의 전압차와 상기 제2 저항(R2, 126)과 제3 저항(R3, 127)에 따라 상기 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기가 산출될 수 있다.
그리고 이 경우 제2 기준 전압(VS)이 제1 기준 전압(VR)보다 큰 값을 가지므로, 상기 제2 접점(n2, 122)에는 상기 제1 기준 전압(VR) 보다 큰 전압을 가지는 전압 신호가 인가될 수 있다. 따라서 회로의 연결이 정상 상태인 경우에 추출되는 DC 오프셋 값의 크기보다, 회로의 연결이 단선 상태인 경우에 추출되는 DC 오프셋 값의 크기가 더 큰 값을 가질 수 있다.
따라서 상기 임계 전압이 상기 제1 기준 전압(VR) 인 경우, 상기 S1602 단계에서 회로가 단선 상태이면 상기 S1600 단계에서 추출되는 DC 오프셋 값은 상기 임계 전압(제1 기준 전압(VR))보다 더 큰 값을 가질 수 있다. 그러므로 제어부(155)는 S1602 단계의 판단 결과, 임계 전압보다 현재 추출된 DC 오프셋 값의 크기가 더 큰 경우에 현재 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 1차 판단할 수 있다.
반면, 상기 S1602 단계에서, 상기 S1600 단계에서 추출되는 DC 오프셋 값이 상기 임계 전압보다 크지 않은 경우라면 제어부(155)는 회로가 단선되지 않은 상태라고 판단할 수 있다. 그리고 상기 S1602 단계의 판단 결과 회로가 단선되지 않은 상태라고 판단되면, 제어부(155)는 현재 주기에서의 단선 여부 판단 과정을 종료할 수 있다.
한편 상기 S1602 단계의 1차 단선 판단 결과, 변성부(110)와 연결된 회로가 단선 상태인 경우라면, 제어부(155)는 현재 추출된 DC 오프셋 값에 설계 마진에 따른 전압값을 감산할 수 있다(S1604). 여기서 상기 설계 마진에 따른 전압값은 기 설정된 오차값을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 오차값은 계측 오차일 수 있으며, 상기 변환부(156)의 변환 과정에서 발생할 수 있는 오차 등을 더 포함할 수 있다.
상기 S1604 단계에서, 상기 오차값을 포함하는 설계 마진이 상기 DC 오프셋 값으로부터 감산되면, 제어부(155)는 제2 판단부(152)를 제어하여 설계 마진이 감산된 전압값을 상기 임계 전압과 다시 비교할 수 있다(S1606).
그리고 S1606 단계의 비교 결과, DC 오프셋 값으로부터 상기 설계 마진이 감산된 전압값이 상기 임계 전압보다 크지 않은 경우라면 제어부(155)는 회로가 단선되지 않은 상태라고 판단할 수 있다. 그리고 상기 S1606 단계의 판단 결과 회로가 단선되지 않은 상태라고 판단되면, 제어부(155)는 현재 주기에서의 단선 여부 판단 과정을 종료할 수 있다.
그러나 S1606 단계의 비교 결과, DC 오프셋 값에 설계 마진을 감산하였음에도 불구하고 감산된 전압값이 상기 임계 전압보다 큰 경우라면, 제어부(155)는 현재 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 재차 판단(2차 단선 판단)할 수 있다.
한편 현재 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 2차 판단되면, 제어부(155)는 상기 변환부(156)를 통해 변환된 한 주기의 샘플링 디지털 데이터로부터, 교류(AC) 성분의 크기를 더 검출할 수 있다(S1608). 그리고 검출된 교류 성분의 크기와 기 설정된 사고 전류 신호 크기를 비교할 수 있다(S1610).
한편 상기 S1610 단계의 비교 결과 검출된 교류 성분의 크기가 기 설정된 사고 전류 신호 크기 이상인 경우라면, 제어부(155)는 단락 전류 또는 변성부(110)의 기동에 따른 기동 전류가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 그리고 상기 S1606 단계의 판단(2차 단선 판단) 결과에 따른 회로의 단선 상태가, 상기 단락 전류 또는 기동 전류의 발생으로 인해 잘못 판단된 것으로 판단할 수 있다.
즉, 제어부(155)는 상기 S1610 단계의 판단 결과에 따라 단락 전류 또는 기동 전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 2차 단선 판단 결과에도 불구하고, 회로가 정상적으로 연결된 상태라고 판단할 수 있다. 따라서 알람 신호 등의 출력 없이 현재 주기에서의 회로 단선 여부 판단 과정을 종료할 수 있다.
반면 상기 S1610 단계의 비교 결과, 검출된 교류 성분의 크기가 기 설정된 사고 전류 신호 크기 미만인 경우라면, 제어부(155)는 단락 전류 또는 변성부(110)의 기동에 따른 기동 전류가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 따라서 제어부(155)는 현재 변성부(110)와 연결된 회로가 단선된 것으로 최종 판단할 수 있으며, 회로의 단선을 사용자에게 전달하기 위한 알람 신호를 출력할 수 있다(S1612).
한편 상기 도 16의 동작 과정은 기 설정된 주기에 따라 반복될 수 있다. 여기서 상기 기 설정된 주기는 선로로부터 변성부(110)에 입력되는 신호의 주기에 대응하는 주기가 될 수 있으며, 이 경우 보호 계전기(10)의 주 동작이 이루어지는 시간마다 상기 도 16의 동작 과정이 수행될 수 있다. 이 경우 상기 보호 계전기(10)의 주 동작은 상기 보호 계전기(10)에 연결되는 기기에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 상기 보호 계전기(10)에 연결되는 기기가 디지털 계전기인 경우 상기 주 동작은 계전 동작이 될 수 있으며, 연결되는 기기가 디지털 계측기인 경우 계측 동작이 될 수 있다. 또한 연결되는 기기가 전력 변환 장치인 경우 전력 변환 동작이 될 수 있다.
한편 도 17 내지 도 18은, 도 15에서 도시한 구조를 가지는 보호 계전기(10)에서, 분압 저항을 구성하는 저항들 중 어느 하나가 생략된 구조를 가지는 경우에 단선 감지부(120)의 회로 구조를 도시한 예시도들이다.
먼저 도 17을 참조하여 살펴보면, 도 17은 제1 저항(R1, 125)이 생략되거나 또는 제1 저항(R1, 125)의 저항값이 0 ohm인 경우의 예를 보이고 있는 것이다.
상기 제1 저항(R1, 125)의 경우 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압이 제1 접점(n1, 121)으로 인가되는 경우를 방지하기 위한 것으로, 상기 제2 접점(n2, 122)에 과도한 전압이 인가되는 경우, 상기 제1 접점(n1, 121)과 연결되어 단선 판단부(150), 즉 변환부(156)로 과도한 전압이 인가되는 경우를 방지하기 위함이다.
한편 도 15의 경우 제1 기준 전압(VS)과 제2 기준 전압(VR)의 전압 차가, 제2 저항(R2, 126)과 제3 저항(R3, 127)에 의해 분배되어 인가될 수 있다. 그리고 제1 기준 전압(VS)이 제2 기준 전압(VR)보다 작은 경우에는 회로 단선 시 제1 기준 전압(VR)의 전압 보다 작은 전압을 가지는 신호가 제1 접점(n1, 121)에 인가되므로, 제1 접점(n1, 121)에 인가될 수 있는 최대 전압은 제1 기준 전압(VR)에 상응할 수 있다. 따라서 상기 제1 기준 전압(VR)의 크기가 적절한 경우, 단선 감지부(120)는 상기 제1 저항(R1, 125)을 생략한 구조를 가질 수도 있다.
반면 제1 기준 전압(VS)이 제2 기준 전압(VR)보다 큰 경우에는 회로 단선 시 제1 기준 전압(VR)의 전압 보다 더 큰 전압을 가지는 신호가 제1 접점(n1, 121)에 인가될 수 있다. 따라서 도 17에서 보이고 있는 바와 같이 상기 제1 저항(R1, 125)이 생략된 구조를 가지기 위해서는, 제1 기준 전압(VR) 뿐만 아니라 제2 기준 전압(VS) 역시 적절한 크기, 즉 변환부(156)를 손상시키지 않을 수 있는 크기의 전압을 가질 수 있어야 한다.
한편 도 18을 참조하여 살펴보면, 도 18은 상기 도 15에서 도시한 단선 감지부(120)의 회로에서 제2 저항(R2, 126)이 생략되거나 또는 제2 저항(R2, 126)의 저항값이 0 ohm인 경우의 예를 보이고 있는 것이다.
도 18을 참조하여 살펴보면, 제2 저항(R2, 126)이 생략되었으므로, 회로가 단선 상태인 경우, 상기 수학식 4 또는 수학식 5에 따라 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기를 산출하면, 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기가 0V가 될 수 있다. 그리고 상기 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기가 0V인 경우, 상기 회로가 단선 상태에서, 제1 접점(n1, 121)에 인가되는 전압 신호의 크기 역시 0V가 될 수 있다.
반면 회로가 정상 연결된 상태인 경우 상술한 바와 같이 제1 접점(n1, 121)에 인가되는 전압 신호의 크기는 제1 기준 전압(VR)이 될 수 있다. 따라서 제2 저항(R2, 126)이 생략되는 경우 변환부(156) 통해 검출되는 회로 정상 상태의 DC 오프셋 값과 단선 상태의 DC 오프셋 값의 차이는 제1 기준 전압(VR)에서 0V의 큰 낙차를 가질 수 있다.
다만 이 경우 변환부(156)가 상기 제1 기준 전압(VR)에서 0V의 전압 신호를 입력받을 수 있어야 한다. 즉, 상기 변환부(156)의 입력 신호 범위가 상기 제1 기준 전압(VR)에서 0V의 범위를 포함하는 경우, 도 18에서 보이고 있는 바와 같이 제2 기준 전압(VS)을 더 포함하는 단선 감지부(120)가, 제2 저항(R2, 126)이 생략되는 구조를 가질 수 있다.
한편 도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기(10)에서, 기 설정된 전압 대신에 그라운드 전압을 제1 기준 전압으로 인가하는 구조를 가지는 감지 전압 생성부(130)의 구조를 도시한 회로도이다.
상기 도 19에서 보이고 있는 바와 같이 감지 전압 생성부(130)가 그라운드 전압을 제1 기준 전압으로 인가하는 경우, 기준 전압 생성부(129)는 그라운드 전압과는 다른 제2 기준 전압을 제공하기 위한 별도의 전압 생성부(1500)를 더 포함하여야 한다. 이 경우, 상기 감지 전압 생성부(130)에서 인가되는 제1 기준 전압(VR)은 그라운드 전압(0V)일 수 있으며, 상기 전압 생성부(1500)로부터 인가되는 전압(VS)이 제2 기준 전압이 될 수 있다.
이 경우 회로가 정상적으로 연결된 상태인 경우, 상기 제1 접점(n1, 121)에는, 상기 제3 접점(n3, 123)에 인가되는 전압 신호의 크기와 동일한 전압 신호가 인가될 수 있다. 이 경우 제3 접점(n3, 123)에는 상기 제1 기준 전압, 즉 그라운드 전압의 신호가 인가되므로, 제1 접점(n1, 121) 역시 그라운드 전압, 즉 0V의 전압 신호가 인가될 수 있다.
반면 제2 기준 전압(VS)이, 제1 기준 전압(VR)보다 큰 값을 가지므로, 상기 변성부(110)에 의해 회로가 단선되는 경우 상기 제1 접점(n1, 121)에 인가되는 전압 신호의 크기는, 상기 수학식 4 및 5의 경우와 같이, 상기 제2 접점(n2, 122)에 인가되는 전압 신호의 크기에 따라 결정될 수 있다. 따라서 회로가 단선되는 경우, 상기 제1 접점(n1, 121)에는 제1 기준 전압, 즉 그라운드 전압보다 큰 전압을 가지는 전압 신호가 인가될 수 있다.
따라서 단선 판단부(150)의 제어부(155)는, 상기 단선 감지부(120)로부터 감지되는 제1 접점(n1, 121)의 전압 신호로부터 변환부(156)를 통해 획득된 DC 오프셋 값이, 그라운드 전압보다 큰지 여부에 따라 회로의 단선 여부를 1차 판단할 수 있다. 그리고 상기 1차 단선 판단 결과에 따라 설계 마진을 반영하여 2차 단선 여부를 판단할 수 있으며, 상기 2차 단선 판단 결과에 따라 상기 제1 접점(n1, 121)의 전압 신호로부터 변환부(156)를 통해 획득된 AC 성분의 크기에 근거하여 회로의 단선 여부를 최종 판단할 수 있다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 상술한 설명에서는 제2 저항(R2, 126)이나 제3 저항(R3, 127) 중 어느 하나의 저항이 없거나, 별도의 기준 전압이 인가되도록 하는 다양한 실시 예들을 언급하였으나, 본 발명이 이러한 실시 예들에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상의 설명에 언급되지 않은 다양한 변형과 응용이 가능할 수 있다.
예를 들어 상기 제1 판단부(151)와 제2 판단부(152)는, 각각 변환부(156)를 통해 획득된 DC 오프셋 값과 상기 DC 오프셋 값에 설계 마진을 반영한 값을, 기 설정된 임계 전압과 비교하는 판단부이다. 그런데 이 경우 상기 제2 판단부(152) 대신 제어부(150)가 기 설정된 임계 전압에 상기 설계 마진을 반영한 값을 산출할 수도 있음은 물론이다.
따라서 상기 제1 판단부(151) 및 제2 판단부(152)는, 제어부(155)에 의해 지정되는 값(변환부(156)를 통해 획득된 DC 오프셋 값, 또는 획득된 DC 오프셋 값에 설계 마진을 반영한 값)을 기 설정된 임계 전압과 비교하는 하나의 판단부로 통합될 수도 있음은 물론이다. 이 경우 상기 통합된 하나의 판단부는, 제어부(155)의 제어에 따라 순차적으로 변환부(156)를 통해 획득된 DC 오프셋 값과 상기 DC 오프셋 값에 설계 마진을 반영한 값을 기 설정된 임계 전압과 비교하여, 상기 제1 단선 여부 판단 및 상기 제2 단선 여부 판단을 수행할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 상기 단선 판단부(150)의 제어부(155)를 포함할 수도 있다.
따라서 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10 : 보호 계전기
110 : 변성부 120 : 단선 감지부
130 : 감지 전압 생성부 150 : 단선 판단부

Claims (23)

  1. 변성부 및, 상기 변성부와 연결된 회로의 단선 여부를 검출하는 보호 계전기에 있어서,
    상기 변성부의 출력 양단에 연결되는 복수의 노드와, 기준 전압을 형성하는 기준 전압 생성부를 포함하고, 분압 저항을 형성하며 상기 복수의 노드 및 상기 기준 전압 생성부 사이를 연결하는 복수의 저항을 포함하는 단선 감지부;
    상기 기준 전압에 대하여 소정의 전압차를 형성하기 위한 전압을 상기 단선 감지부에 인가하는 감지 전압 생성부; 및,
    상기 복수의 노드 중, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부에 따라 상기 분압 저항에 의하여 인가되는 전압 신호의 크기가 달라지는 제1 노드에 연결되며, 상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 검출하는 단선 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단선 판단부는,
    상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 DC 오프셋 값을 추출 및 상기 추출된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교한 결과, 상기 DC 오프셋 값이 상기 임계 전압보다 작은 경우, 상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 AC 성분의 크기를 검출하고, 검출된 AC 성분의 크기에 근거하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단선 판단부는,
    상기 검출된 AC 성분의 크기가, 기 설정된 크기보다 큰지 여부에 따라 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 결정하며,
    상기 기 설정된 크기는,
    단락 전류 또는 상기 변성부의 기동 시에 발생하는 기동 전류가 발생할 때에 상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호에 포함된 AC 성분의 크기에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 단선 판단부는,
    상기 추출된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교한 결과에 따라 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선된 것으로 1차 판단되면, 상기 추출된 DC 오프셋 값에 기 설정된 설계 마진값을 더 반영하고,
    상기 설계 마진값이 더 반영된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교한 결과에 근거하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선된 것으로 2차 판단 및, 상기 2차 판단 결과에 따라 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선을 검출하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 설계 마진은,
    기 설정된 오차값을 포함하며,
    상기 기 설정된 오차값은,
    상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 DC 오프셋 값을 추출하는 과정에서 발생하는 계측 오차 및, 상기 단선 감지부의 회로 구성에 따른 설계 오차 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 임계 전압은,
    상기 기준 전압이 그라운드 전압인 경우, 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 같은 전압임을 특징으로 하는 보호 계전기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단선 감지부는,
    상기 제1 노드와 상기 단선 판단부 사이에 형성되는 제1 접점;
    상기 변성부의 출력 양단 중 상기 제1 노드가 연결되는 단측과 다른 단측에 연결되는 제2 노드;
    상기 제2 노드와 상기 감지 전압 생성부 사이에 형성되는 제3 접점;
    상기 제1 접점과 상기 제3 접점 사이를 연결하는 전로에 형성되는 제2 접점;
    상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이에 배치되는 제1 저항;
    상기 제2 접점과 상기 기준 전압 생성부 사이를 연결하며, 상기 기준 전압 생성부와 상기 제2 접점 사이에 배치되는 제2 저항; 및,
    상기 제2 접점과 상기 제3 접점 사이에 배치되는 제3 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단선 감지부는,
    상기 제1 노드와 상기 단선 판단부 사이에 형성되는 제1 접점;
    상기 변성부의 출력 양단 중 상기 제1 노드가 연결되는 단측과 다른 단측에 연결되는 제2 노드;
    상기 제2 노드와 상기 감지 전압 생성부 사이에 형성되는 제3 접점;
    상기 제1 접점과 상기 제3 접점 사이를 연결하는 전로에 형성되는 제2 접점;
    상기 제2 접점과 상기 기준 전압 생성부 사이를 연결하며, 상기 기준 전압 생성부와 상기 제2 접점 사이에 배치되는 제2 저항; 및,
    상기 제2 접점과 상기 제3 접점 사이에 배치되는 제3 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 단선 감지부는,
    상기 제1 노드와 상기 단선 판단부 사이에 형성되는 제1 접점;
    상기 변성부의 출력 양단 중 상기 제1 노드가 연결되는 단측과 다른 단측에 연결되는 제2 노드;
    상기 제2 노드와 상기 감지 전압 생성부 사이에 형성되는 제3 접점;
    상기 제1 접점과 상기 제3 접점 사이를 연결하는 전로에 형성되며, 상기 기준 전압 생성부에 연결되는 제2 접점;
    상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이에 배치되는 제1 저항;
    상기 제2 접점과 상기 제3 접점 사이에 배치되는 제3 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 노드에는,
    상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상적으로 연결된 상태인 경우, 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 같은 크기의 전압 신호가 인가되며,
    상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선 상태일 때에 상기 제1 노드에 인가되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값은, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상 연결된 상태일 때에 상기 제1 노드에 인가되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값보다 작은 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기준 전압보다 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압이 더 큰 경우, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선 상태이면 하기 수학식과 같이 상기 기준 전압과 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압의 차와 상기 분압 저항을 형성하는 저항의 크기에 따른 전압 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
    [수학식]
    Figure 112020104889354-pat00010
    ,
    Figure 112020104889354-pat00011

    여기서, n1(v)는 제1 접점에 인가되는 전압 신호의 크기, n2(v)는 제2 접점에 인가되는 전압 신호의 크기, VS는 기준 전압, VR은 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압, R2는 제2 저항의 저항값, R3는 제3 저항의 저항값임.
  12. 제11항에 있어서, 상기 단선 판단부는,
    상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 DC 오프셋 값을 추출 및 상기 추출된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교한 결과, 상기 추출된 DC 오프셋 값이 기 설정된 임계 전압보다 작은 경우, 상기 추출된 DC 오프셋 값에 기 설정된 설계 마진값을 더 합산하고, 상기 설계 마진값이 합산된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선을 검출하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기준 전압은 그라운드 전압임을 특징으로 하는 보호 계전기.
  14. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 노드에는,
    상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상적으로 연결된 상태인 경우, 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 같은 크기의 전압 신호가 인가되며,
    상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선 상태일 때에 상기 제1 노드에 인가되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값은, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상 연결된 상태일 때에 상기 제1 노드에 인가되는 전압 신호로부터 검출되는 DC 오프셋 값보다 큰 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기준 전압이 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압보다 더 큰 경우, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선 상태이면 하기 수학식과 같이 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 상기 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압과 상기 기준 전압의 차 및, 상기 분압 저항을 형성하는 저항의 크기에 따른 전압 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
    [수학식]
    Figure 112020104889354-pat00012
    ,
    Figure 112020104889354-pat00013

    여기서, n1(v)는 제1 접점에 인가되는 전압 신호의 크기, n2(v)는 제2 접점에 인가되는 전압 신호의 크기, VS는 기준 전압, VR은 감지 전압 생성부에서 인가되는 전압, R2는 제2 저항의 저항값, R3는 제3 저항의 저항값임.
  16. 제15항에 있어서, 상기 단선 판단부는,
    상기 제1 노드로부터 검출되는 전압 신호로부터 DC 오프셋 값을 추출 및 상기 추출된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교한 결과, 상기 추출된 DC 오프셋 값이 기 설정된 임계 전압보다 큰 경우, 상기 추출된 DC 오프셋 값에 기 설정된 설계 마진값을 차감하고, 상기 설계 마진값이 차감된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선을 검출하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 감지 전압 생성부의 전압은 그라운드 전압임을 특징으로 하는 보호 계전기.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 변성부가, 로고스키 코일(Rogowskii Coil)을 이용하는 변성부인 경우, 상기 단선 감지부와 상기 단선 판단부 사이에 상기 로고스키 코일의 특성에 따른 지연 파형을 원복하기 위한 적분 회로를 포함하거나,
    상기 단선 판단부가, 상기 DC 오프셋 값을 적분하고 적분된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교한 결과에 근거하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 단선 판단부는,
    상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 상태를 나타내는 알람 신호를 출력하기 위한 출력부를 더 포함하고,
    상기 출력부는,
    상기 알람 신호를 기 설정된 다른 기기에 전송하기 위한 통신 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
  20. 변성부 및, 상기 변성부와 연결된 회로의 단선 여부를 검출하는 보호 계전기의 단선 검출 방법에 있어서,
    상기 변성부의 출력 양단에 연결되는 복수의 노드를 구비하며, 분압 저항을 형성하는 복수의 저항을 구비하여, 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결되는 회로 중 적어도 하나의 단선 여부에 따라 상기 복수의 노드에 인가되는 전압 신호가 서로 달라지는 단선 감지부로부터 전압 신호를 검출 및, 검출된 전압 신호로부터 DC 오프셋 값을 획득하는 단계;
    획득된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 1차 결정하는 단계;
    상기 1차 결정 결과에 따라, 상기 검출된 전압 신호로부터 AC 성분의 크기를 산출하는 단계;
    산출된 AC 성분의 크기와, 기 설정된 AC 전류 신호 크기를 비교하여, 단락 전류 또는 상기 변성부의 기동 전류가 발생하였는지 여부를 판단하는 단계; 및,
    상기 단락 전류 또는 기동 전류의 발생 여부 판단 결과에 따라 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 2차 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기의 단선 검출 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 단선 여부를 1차 결정하는 단계는,
    획득된 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압을 비교하는 단계;
    상기 DC 오프셋 값과 기 설정된 임계 전압의 비교 결과에 따라, 상기 DC 오프셋 값에 기 설정된 설계 마진 값을 반영하는 단계; 및,
    상기 설계 마진 값이 반영된 DC 오프셋 값과 상기 임계 전압을 비교하여 상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나의 단선 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기의 단선 검출 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 단선 여부를 2차 결정하는 단계는,
    상기 2차 결정 결과,
    상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로 중 적어도 하나가 단선된 것으로 결정된 경우에는, 단선 상태를 나타내는 알람 정보를 출력하는 단계를 더 포함하며,
    상기 변성부 및 상기 변성부와 연결된 회로가 정상적으로 연결된 것으로 결정되는 경우에는, 기 설정된 주기의 만기 여부에 따라 상기 DC 오프셋 값을 획득하는 단계 내지 상기 단선 여부를 2차 결정하는 단계를 다시 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기의 단선 검출 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 기 설정된 주기는,
    상기 보호 계전기에 연결되는 기기의 주 동작이 이루어지는 시간에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 보호 계전기의 단선 검출 방법.
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