KR102613905B1 - 계전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 산출함으로써 영상 변압기의 오 결선을 판단할 수 있는 계전기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기는 배전 선로의 영상 전압을 검출하는 영상 변압기로부터 상기 영상 전압을 입력 받는 전압 입력부, 배전 선로의 영상 전류를 검출하는 영상 변류기로부터 상기 영상 전류를 입력 받는 전류 입력부, 상기 영상 전압 및 상기 영상 전류에 기초하여 자기 선로의 지락 여부 및 상기 영상 변압기의 오결선 여부를 판단하는 판단부 및 상기 판단 결과 상기 자기 선로에 지락이 발생하면 상기 자기 선로와 모터를 연결하는 스위치를 개방시키는 제어부를 포함한다.

Description

계전기{Relay}
본 발명은 계전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 산출함으로써 영상 변압기의 오결선을 판단할 수 있는 계전기에 관한 것이다.
전력 계통에서 안정적이고 지속적인 양질의 전력 공급은 현대사회에서 아주 중요한 문제이며, 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 계전기가 사용되고 있다.
계전기는 수배전반의 각종 전기량을 감지하여 정상운전시의 값과 비교하고, 단락 또는 지락 사고 등이 발생하여 각종 전기량이 미리 설정된 기준치를 벗어난 경우에 이를 신속히 검출하는 장치이다. 또한, 계전기는 피보호 전력계통이나 기기 설비를 정상 계통으로부터 분리시키기 위해 각종 차단기, 개폐기를 동작시키기 위한 제어기능을 수행한다.
근래에는 피보호 설비의 구성과 특징이 복잡하고 다양해져서 그 보호 요구조건이 보다 엄격하게 높아지고 있을 뿐만 아니라, 디지털 기술의 발전으로 아날로그 형태보다 디지털 방식의 계전기가 실용화되고 있다. 또한, 최근 들어 전력 계통의 구성이 복잡해짐에 따라 디지털 계전기도 보다 다양한 기능이 요구되며 이에 따라 디지털 계전기는 그 내부에 복수의 계전 모듈이 구비되는 복합 장치로 구성되고 있다.
한편, 계전기의 종류에는 변압기 보호용 계전기, 배전 선로 보호용 계전기, 모터 보호용 계전기가 있다. 변압기 보호용 계전기는 선로에 단선, 지락 등의 고장이 발생할 경우 선로와 변압기 사이를 개방함으로써 변압기를 보호하는 계전기이다. 배전 선로 보호용 계전기는 배전 선로에 고장이 발생할 경우 일부 구간만을 차단하여 정전 구간이 최소가 되도록 하는 계전기이다.
모터 보호용 계전기는 선로에 고장이 발생할 경우 선로와 모터 사이를 개방함으로써 모터를 보호하는 계전기이다. 특히, 선로에 지락이 발생할 경우 선로에 과전류가 흐름에 따라 모터에도 과전류가 흐르게 되고, 이 때 모터 보호용 계전기는 선로와 모터 사이를 개방시킨다.
다만, 종래의 계전기에 따르면 지락 사고가 발생하기 전에 영상 변압기가 오결선인지 여부를 판단할 수 없다. 따라서, 영상 변압기가 오결선일 경우 종래의 계전기는 지락 사고 발생 시 계전기가 오동작하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 계전기는 영상 전압의 크기, 영상 전류의 크기, 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 표시할 수 없어 사용자가 실시간으로 영상 변압기의 오결선 여부를 확인할 수 없는 문제점이 있다. 종래 계전기에 대한 선행 문헌은 한국공개특허공보 제10-1997-00071890이 있다.
본 발명은 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 산출함으로써 영상 변압기의 오 결선을 판단할 수 있는 계전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 영상 전압의 크기, 영상 전류의 크기, 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 표시부를 통해 표시함으로써 사용자가 영상 변압기의 오 결선 여부를 실시간으로 확인할 수 있는 계전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자기 선로에 지락이 발생할 경우 자기 선로와 모터를 연결하는 스위치를 개방함으로써 모터를 보호할 수 있는 계전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 지락이 발생한 자기 선로만을 개방시켜 모터를 보호함으로써 시스템의 전력 효율을 증가시킬 수 있는 계전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기는 배전 선로의 영상 전압을 검출하는 영상 변압기로부터 상기 영상 전압을 입력 받는 전압 입력부, 배전 선로의 영상 전류를 검출하는 영상 변류기로부터 상기 영상 전류를 입력 받는 전류 입력부, 상기 영상 전압 및 상기 영상 전류에 기초하여 자기 선로의 지락 여부 및 상기 영상 변압기의 오결선 여부를 판단하는 판단부 및 상기 판단 결과 상기 자기 선로에 지락이 발생하면 상기 자기 선로와 모터를 연결하는 스위치를 개방시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 산출함으로써 영상 변압기의 오 결선을 판단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 영상 전압의 크기, 영상 전류의 크기, 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 표시부를 통해 표시함으로써 사용자가 영상 변압기의 오 결선 여부를 실시간으로 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 자기 선로에 지락이 발생할 경우 자기 선로와 모터를 연결하는 스위치를 개방함으로써 모터를 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 지락이 발생한 자기 선로만을 개방시켜 모터를 보호함으로써 시스템의 전력 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기가 영상 변압기 및 영상 변류기에 연결된 모습을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시부를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오결선 여부를 판단하는 방법을 도시한 순서도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기(100)를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기(100)는 전압 입력부(110), 전류 입력부(120), 판단부(130), 제어부(140) 및 표시부(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 계전기(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기(100)가 영상 변압기(300) 및 영상 변류기(400)에 연결된 모습을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시부(150)를 도시한 도면이다. 이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기(100)를 설명하도록 한다.
전압 입력부(110)는 배전 선로(200)의 영상 전압을 검출하는 영상 변압기(300)로부터 영상 전압을 입력 받을 수 있다. 여기서 배전 선로(200)는 발전소와 전기 수용 설비, 변전소와 전기 수용 설비, 송전 선로와 전기 수용 설비, 전기 수용 설비 상호간을 연결하는 선로일 수 있다. 영상 전압은 배전 선로(200)의 3상 전압일 수 있고, 영상 변압기(300)는 영상 전압을 감압 또는 증압하여 전압 입력부(110)로 출력할 수 있다.
도 2를 참조하면 영상 변압기(300)의 일단은 배전 선로(200)와 연결되고, 타단은 계전기(100)와 연결되어 영상 전압이 배전 선로(200)에서 계전기(100)로 전달된다. 전달된 영상 전압은 자기 선로(500)의 지락 여부 또는 영상 변압기(300)의 오결선 여부를 판단하는 데이터로 이용되는데 이에 대해서는 후술하도록 한다.
전류 입력부(120)는 배전 선로(200)의 영상 전류를 검출하는 영상 변류기(400)로부터 영상 전류를 입력 받을 수 있다. 영상 전류는 배전 선로(200)의 3상 전류일 수 있고, 영상 변류기(400)는 영상 전류를 감소 또는 증가시켜 전류 입력부(120)로 출력할 수 있다.
도 2를 참조하면 영상 변류기(400)의 일단은 자기 선로(500)와 연결되고, 타단은 계전기(100)와 연결되어 영상 전류가 자기 선로(500)에서 모터(600) 보호용 계전기(100)로 전달된다. 전달된 영상 전류는 자기 선로(500)의 지락 여부 또는 영상 변압기(300)의 오결선 여부를 판단하는 데이터로 이용되는데 이에 대해서는 후술하도록 한다.
판단부(130)는 영상 전압 및 영상 전류에 기초하여 자기 선로(500)의 지락 여부를 판단할 수 있다. 자기 선로(500)는 배전 선로(200)와 모터(600)를 연결하는 선로이고, 자기 선로(500)에 지락이 발생하면 자기 선로(500)를 통해 과전류가 흐르게 된다. 자기 선로(500)에 과전류가 흐르게 되면 모터(600)에도 과전류가 흐르게 되고 이는 모터(600)의 손상을 일으킬 수 있다. 따라서, 판단부(130)는 자기 선로(500)의 지락 여부를 판단할 필요가 있으며, 영상 전압 및 영상 전류에 기초하여 자기 선로(500)의 지락 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예로 판단부(130)는 영상 전압의 크기, 영상 전류의 크기 및 위상 차가 미리 설정된 범위 내이면 자기 선로(500)의 지락으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 범위가 0~30V이고 영상 전압의 크기가 15V이면 판단부(130)는 자기 선로(500)의 지락으로 판단할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 범위는 사용자에 의해 설정될 수도 있고 판단부(130)에서 자동으로 설정할 수도 있다. 또한, 위상 차는 영상 전압의 위상에서 영상 전류의 위상을 감산하여 산출할 수 있으며, 지락은 선로와 대지 사이의 절연 저하로 선로 또는 기기의 외부에 과전류가 흐르는 현상이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 판단부(130)는 영상 전압 및 영상 전류에 기초하여 영상 변압기(300)의 오결선 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 판단부(130)는 영상 전압의 위상에서 영상 전류의 위상을 감산하여 위상 차를 산출할 수 있다. 그 다음, 판단부(130)는 위상 차가 양수이면 정상 결선으로 판단하고 위상 차가 음수이면 오결선으로 판단할 수 있다. 예를 들어 위상 차가 60°이면 정상 결선으로 판단하고, -45°이면 오결선으로 판단할 수 있다.
한편, 판단부(130)는 판단 결과 정상 결선으로 판단되면 정상 결선으로 판단했을 때의 위상 차를 기준 위상 차로 설정할 수 있다. 예를 들어, 위상 차가 60°일 때 정상 결선으로 판단했으므로 이를 기준 위상 차로 설정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 판단부(130)는 기준 위상 차를 설정함으로써 계전기(100)의 감도를 증가시킬 수 있다.
표시부(150)는 영상 전압의 크기, 영상 전류의 크기 및 위상 차를 표시할 수 있다. 도 3을 참조하면 표시부(150)는 영상 전압과 영상 전류를 극좌표 형식으로 표시하고 있으나, 표시부(150)가 표시할 수 있는 영상 전압과 영상 전류의 형식은 극좌표에 한정하지 않는다. 예를 들어, 표시부(150)는 영상 전압 및 영상 전류의 크기와 위상을 각각 표시할 수도 있고, 크기 또는 위상만을 표시할 수도 있다. 본 발명에 의하면 영상 전압의 크기, 영상 전류의 크기, 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 표시부(150)를 통해 표시함으로써 사용자가 영상 변압기(300)의 오 결선 여부를 실시간으로 확인할 수 있는 효과가 있다.
제어부(140)는 판단 결과 자기 선로(500)에 지락이 발생하면 자기 선로(500)와 모터(600)를 연결하는 스위치(700)를 개방시킬 수 있다. 자기 선로(500)에 지락이 발생하면 자기 선로(500)를 통해 과전류가 흐르게 되고, 자기 선로(500)에 과전류가 흐르게 되면 모터(600)에도 과전류가 흐르게 되므로 이는 모터(600)의 손상을 일으킬 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 자기 선로(500)에 지락이 발생하면 스위치(700)를 개방시킴으로써 모터(600)의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 제어부(140)는 판단 결과 오결선으로 판단되면 영상 변압기(300)의 제1 입력선(310) 및 영상 변압기(300)의 제2 입력선(320)의 위치를 서로 변경하여 연결할 수 있다. 영상 변압기(300)가 오결선되면 지락이 발생하였을 경우 계전기(100)의 오동작이 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 제어부(140)는 영상 변압기(300)의 제1 입력선(310) 및 영상 변압기(300)의 제2 입력선(320)의 위치를 서로 변경하여 연결할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오결선 여부를 판단하는 방법을 도시한 순서도. 이하 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 오결선 여부를 판단하는 방법을 설명하도록 한다.
먼저, 영상 전류기를 계전기에 연결하고(S410), 영상 변압기를 계전기에 연결한다(S420). 그 다음, 영상 전류기로부터 영상 전류를 입력 받고, 영상 변압기로부터 영상 변압을 입력 받는다.
영상 전류 및 영상 전압을 입력 받은 후, 영상 전압의 위상에서 영상 전류의 위상을 감산하여 위상 차를 산출한다(S430). 위상 차를 산출한 후 산출된 위상 차가 양수이면 정상 결선이므로 이를 기준 위상 차로 설정한다(S440, S450, S460).
한편, 산출된 위상 차가 음수이면 오결선이므로 영상 변압기를 계전기에 다시 연결한다(S440, S470). 이 때 영상 변압기의 제1 입력선 및 영상 변압기의 제2 입력선의 위치를 서로 변경하여 연결할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 산출함으로써 영상 변압기의 오 결선을 판단할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 영상 전압의 크기, 영상 전류의 크기, 영상 전압과 영상 전류의 위상 차를 표시부를 통해 표시함으로써 사용자가 영상 변압기의 오 결선 여부를 실시간으로 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자기 선로에 지락이 발생할 경우 자기 선로와 모터를 연결하는 스위치를 개방함으로써 모터를 보호할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 지락이 발생한 자기 선로만을 개방시켜 모터를 보호함으로써 시스템의 전력 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (5)

  1. 배전 선로의 영상 전압을 검출하는 영상 변압기로부터 상기 영상 전압을 입력 받는 전압 입력부;
    배전 선로의 영상 전류를 검출하는 영상 변류기로부터 상기 영상 전류를 입력 받는 전류 입력부;
    상기 영상 전압 및 상기 영상 전류에 기초하여 자기 선로의 지락 여부 및 상기 영상 변압기의 오결선 여부를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단 결과 상기 자기 선로에 지락이 발생하면 상기 자기 선로와 모터를 연결하는 스위치를 개방시키는 제어부를 포함하며,
    상기 판단부는
    상기 영상 전압의 위상에서 상기 영상 전류의 위상을 감산하여 위상 차를 산출하고,
    상기 위상 차가 양수이면 정상 결선으로 판단하고 상기 위상 차가 음수이면 오결선으로 판단하고,
    상기 판단 결과 정상 결선으로 판단되면 상기 위상 차를 기준 위상 차로 설정하는 계전기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는
    상기 영상 전압의 크기, 상기 영상 전류의 크기 및 위상 차가 미리 설정된 범위 내이면 자기 선로의 지락으로 판단하는 계전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상 전압의 크기, 상기 영상 전류의 크기 및 위상 차를 표시하는 표시부를 더 포함하는 계전기.
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