KR102622919B1 - 선로 정수 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 장치는 3상 회로의 하나의 상에 시험 전압을 인가하는 시험 전압원, 상기 시험 전압원에 흐르는 시험 전류를 측정하는 시험 전류 측정부, 및 상기 3상 회로의 상기 하나의 상을 제외한 나머지 두 개의 상에서 유도 전압을 측정하는 유도 전압 측정부를 포함하고, 상기 3상 회로의 상기 하나의 상의 정상분 임피던스 및 영상분 임피던스는 상기 시험 전압, 시험 전류, 및 유도 전압에 따라 산출될 수 있다.

Description

선로 정수 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING LINE PARAMETER}
본 발명은 선로 정수 측정 장치에 관한 것이다.
선로 정수는 전력계통 고장해석과 특히 거리 계전 방식의 선로보호에 중요한 입력 데이터이다. 따라서 선로 정수를 정확하게 계산 또는 측정하는 것은 송전선로 보호 등 전력계통 운영에 매우 중요한 작업이다.
선로 정수는 계산에 의해 구하는 것이 일반적이나 보다 정확한 값을 얻기 위해서는 실측이 필요하다. 통상, 선로 정수는 3상 전원을 이용하거나, 단상 전원을 이용하여 측정된다. 두 방법 모두 정상분 임피던스 측정에 3회, 영상분 임피던스 측정에 1회, 총 4회의 시험 전류 주입 및 임피던스 측정이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 장치는 측정 횟수를 감소할 수 있는 선로 정수 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 장치는 3상 회로의 하나의 상에 시험 전압을 인가하는 시험 전압원, 상기 시험 전압원에 흐르는 시험 전류를 측정하는 시험 전류 측정부, 및 상기 3상 회로의 상기 하나의 상을 제외한 나머지 두 개의 상에서 유도 전압을 측정하는 유도 전압 측정부를 포함하고, 상기 3상 회로의 정상분 임피던스 및 영상분 임피던스는 상기 시험 전압, 상기 시험 전류, 및 상기 유도 전압에 따라 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 장치는 측정 횟수를 감소하여, 절차를 간소화하고, 선로 정수를 신속하게 측정할 수 있다.
도 1은 3상 전력선 회로의 일 예를 나타낸다.
도 2는 3상 전원을 이용한 도 1에 도시된 회로의 정상분 임피던스 측정 방법을 나타낸다.
도 3, 도 4, 및 도 5는 3상 전원을 이용한 도 1에 도시된 회로의 영상분 임피던스 측정 방법을 나타낸다.
도 6, 도 7, 및 도 8은 단상 전원을 이용한 도 1에 도시된 회로의 정상분 임피던스 측정 방법을 나타낸다.
도 9는 단상 전원을 이용한 도 1에 도시된 회로의 영상분 임피던스 측정 방법을 나타낸다.
도 10, 도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 방법을 나타낸 회로도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 장치를 나타낸 도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 장치를 나타낸 도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조할 수 있다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 할 수 있다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 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 할 수 있다. 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 지칭할 수 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 할 수 있다.
도 1은 3상 전력선 회로의 일 예를 나타낸다.
도 1은 선로 정수 실측 원리를 나타내기 위한 3상 전력선 회로로써, 부하측 3상 단락 모델에 해당한다. 전력선의 배치는 서로 평형을 이루어 상도체들 간의 상호 임피던스(Zm)와 상도체-중성선간 상호 임피던스(Zmn)가 A, B, C상에서 동일한 값을 가지는 것으로 가정한다. 구체적으로, A-B상, B-C상, A-C상 상호 임피던스가 서로 동일하고, A, B, C 상과 N상간 상호 임피던스도 서로 동일한 것으로 가정한다.
도 2는 3상 전원을 이용한 도 1에 도시된 회로의 정상분 임피던스 측정 방법을 나타내고, 도 3, 도 4, 및 도 5는 3상 전원을 이용한 도 1에 도시된 회로의 영상분 임피던스 측정 방법을 나타낸다.
하기의 수학식 1은 3상 단락전류 계산식을 정상분 임피던스에 대해 정리한 것이다. 여기서, I3Φ는 3상 단락전류, E는 전원단 전압, Z1는 정상분 임피던스를 나타낸다.
[수학식 1]
도 2에서 측정된 임피던스를 이용한 정상분 임피던스(Z1) 산출식은 3상 단락 임피던스를 평균한 값으로 식 2와 같다. 즉, 이상적으로는 3상 단락전류(=I3Φ) IA, IB, IC는 크기가 모두 동일하고, 위상차가 120도이지만, 실계통에서는 불평형이 존재하므로, 불평형을 고려하여, 각 상에서 측정된 단락 임피던스의 평균값을 정상분 임피던스로 결정할 수 있다.
[수학식 2]
도 3 내지 5에서 측정된 임피던스를 이용한 영상분 임피던스(Z0) 유도식은 하기의 수학식 3 내지 8과 같다. 먼저 일선 지락전류 계산식을 영상분 임피던스에 대해 정리하면 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, I1Φ는 일선 지락전류, E는 전원단 전압, Z1는 정상분 임피던스, Z0는 영상분 임피던스를 나타낸다.
[수학식 3]
도 3 내지 5에서 측정된 임피던스는 수학식 4 내지 6에 의해 표현될 수 있고, 수학식 4 내지 6의 평균값은 수학식 7에 의해 표현될 수 있다.
수학식 7에 의해 표현된 임피던스의 평균값을 수학식 3의 우변의 E/I1Φ에 대입하고 수학식 2에서 산출된 정상분 임피던스(Z1)를 대입하면 수학식 8과 같이 영상 임피던스를 산출할 수 있다.
[수학식 4]
[수학식 5]
[수학식 6]
[수학식 7]
[수학식 8]
도 6, 도 7, 및 도 8은 단상 전원을 이용한 도 1에 도시된 회로의 정상분 임피던스 측정 방법을 나타내고, 도 9는 단상 전원을 이용한 도 1에 도시된 회로의 영상분 임피던스 측정 방법을 나타낸다.
먼저, 도 1에 표시한 도체의 자기 및 상호 임피던스(Zph, Zm, Zneut)를 이용하면 정상분 임피던스는 수학식 9 및 수학식 10에 따라 표현할 수 있다.
[수학식 9]
[수학식 10]
이어서, 도 6의 회로에 루프 방정식을 적용하고 임피던스(VAB/IAB)에 대해 정리하면, 수학식 11이 산출될 수 있다.
[수학식 11]
수학식 10을 참조하면, 정상분 임피던스는 도 6 내지 도 8에서 측정된 임피던스 값을 평균하여 수학식 12에 따라 산출될 수 있다.
[수학식 12]
이어서, 영상분 임피던스를 유도하도록 한다. 도 1의 임피던스(Zph, Zmn,Zneut)를 참조하여, 도 3의 일선 지락회로에 따라 수학식 13 및 수학식 14와 같은 루프 방정식이 산출될 수 있다.
[수학식 13]
[수학식 14]
수학식 14를 IN에 대하여 정리하여 수학식 13에 대입하면 수학식 15와 같이 표현될 수 있고, 수학식 15를 수학식 3에 적용하면 수학식 16와 같이 영상 임피던스가 표현될 수 있다.
[수학식 15]
[수학식 16]
또한, 도 9의 회로에서 2개의 루프에 대한 방정식은 수학식 17 및 수학식 18과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 17]
[수학식 18]
수학식 18을 IN에 대하여 정리하여 수학식 17에 대입하면 수학식 19와 같이 표현될 수 있고, 수학식 16을 참조하면, 영상분 임피던스는 수학식 20과 같이, 측정된 임피던스(VE/IE)의 3배를 하여 산출될 수 있다.
[수학식 19]
[수학식 20]
도 2 내지 도 5 및 도 6 내지 도 9의 선로 정수 측정방법은 영상분 및 정상분 임피던스 측정 방법이 서로 달라 총 네 번의 측정이 필요하다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 방법을 나타낸 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선로 정수 측정 방법은 시험 전류를 한 상에 인가하고, 나머지 두 상의 유도 전압을 측정하여 정상분과 영상분의 임피던스를 동시에 산출할 수 있다. 정상분 및 영상분 임피던스의 평균값을 산출하기 위해 각 상에 대하여 상기 방법이 3회 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 방법은 정상분과 영상분 임피던스를 동시에 측정할 수 있으므로, 3상 회로의 측정값 평균을 구하기 위한 3회 시험만으로 선로 정수를 산출할 수 있다.
도 10에서 전류가 흐르는 2개 루프 방정식은 수학식 21 및 수학식 22로 표현될 수 있고, B, C상의 유도 전압은 수학식 23으로 표현될 수 있다.
[수학식 21]
[수학식 22]
[수학식 23]
수학식 21과 수학식 23을 차분한 후, IA에 대해 정리하면 수학식 24와 같이 표현될 수 있고, 수학식 11을 이용하면 정상분 임피던스는 수학식 25와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 24]
[수학식 25]
수학식 22를 IN에 대해 정리하면, 수학식 26와 같이 표현될 수 있고, 수학식 26을 수학식 21에 대입한 후 Zmn 2/Zneut 에 대하여 정리하면 수학식 27과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 26]
[수학식 27]
수학식 16의 영상분 임피던스의 표현식에 수학식 27을 대입하면 수학식 28이 산출되고, 수학식 28에 수학식 24를 대입하면, 수학식 29와 같이 정리되어, 영상분 임피던스를 산출할 수 있다.
[수학식 28]
[수학식 29]
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 장치를 나타낸 도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 장치(10)는 3상 전력선 회로 중 어느 하나의 상에 시험 전압을 제공하고, 상기 하나의 상의 시험 전류를 측정하고, 나머지 두 개의 상에서 유도 전압을 측정하여, 정상분 및 영상분 임피던스를 산출할 수 있다.
선로 정수 측정 장치(10)는 시험 전압(VE)원, 시험 전류 측정부(M_IE), 제1 유도 전압 측정부(M_V1), 제2 유도 전압 측정부(M_V2), 및 복수의 스위치(SW1-SW9)를 포함할 수 있다.
시험 전압(VE)원 및 시험 전류 측정부(M_IE)는 A상, B상, C상과 제1 내지 제3 스위치(SW1, SW2, SW3)를 통해 연결되고, 시험 전류 측정부(M_IE)는 시험 전류(IE)를 측정할 수 있다. 제1 유도 전압 측정부(M_V1)는 A상, B상, C상과 제4 내지 제6 스위치(SW4, SW5, SW6)을 통해 연결되고, 제1 유도 전압 측정부(M_V1)는 제1 유도 전압(V1)을 측정할 수 있다. 제2 유도 전압 측정부(M_V2)는 A상, B상, C상과 제7 내지 제9 스위치(SW7, SW8, SW9)을 통해 연결되고, 제2 유도 전압 측정부(M_V2)는 제2 유도 전압(V2)을 측정할 수 있다.
하기의 표 1은 제1 내지 제9 스위치(SW1-SW9)의 스위칭 동작을 나타낸 표이다.
[표 1]
Figure 112016105986279-pat00030
상기 표 1에 의하면, 각 상에 대하여, 시험 전류(IE), 제1 유도 전압(V1) 및 제2 유도 전압(V2)이 측정될 수 있고, 시험 전압(VE), 시험 전류(IE), 제1 유도 전압(V1) 및 제2 유도 전압(V2)에 의해 정상분 임피던스(Z1) 및 영상분 임피던스(Z0)는 하기의 수학식 30 및 수학식 31 각각에 의해 산출될 수 있다.
이 후, 각 상에 대한 정상분 임피던스 및 영상분 임피던스를 평균하여 3상 회로 전체의 정상분 임피던스 및 영상분 임피던스를 산출할 수 있다.
[수학식 30]
[수학식 31]
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 정수 측정 장치를 나타낸 도이다.
선로 정수 측정 장치(10)는 시험 전압(VE)원, 시험 전류 측정부(M_IE), 유도 전압 측정부(M_V1, V2), 및 복수의 스위치(SW1-SW6)를 포함할 수 있다.
시험 전압(VE)원 및 시험 전류 측정부(M_IE)는 A상, B상, C상과 제1 내지 제3 스위치(SW1, SW2, SW3)를 통해 연결되고, 시험 전류 측정부(M_IE)는 시험 전류(IE)를 측정할 수 있다.
유도 전압 측정부(M_V1, V2)는 A상, B상, C상과 제4 내지 제6 스위치(SW4, SW5, SW6)을 통해 연결되고, 유도 전압 측정부(M_V1, V2)는 제1 유도 전압(V1) 및 제2 유도 전압(V2)을 측정할 수 있다.
하기의 표 2는 제1 내지 제6 스위치(SW1-SW6)의 스위칭 동작을 나타낸 표이다.
[표 2]
Figure 112016105986279-pat00033
상기 표 2에 의하면, 각 상에 대하여, 시험 전류(IE), 제1 유도 전압(V1) 및 제2 유도 전압(V2)이 측정될 수 있고, 시험 전압(VE), 시험 전류(IE), 제1 유도 전압(V1) 및 제2 유도 전압(V2)에 의해 정상분 임피던스 및 영상분 임피던스는 전술한 수학식 30 및 수학식 31 각각에 의해 산출될 수 있다.
이 후, 각 상에 대한 정상분 임피던스 및 영상분 임피던스를 평균하여 3상 회로 전체의 정상분 임피던스 및 영상분 임피던스를 산출할 수 있다.
도 14에 도시된 선로 정수 측정 장치(10)는, 도 13에 도시된 선로 정수 측정 장치(10)에 비하여, 유도 전압 측정부(M_V1, V2)가 1개 구비된 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유도 전압 측정부(M_V1, V2)를 1개 구비하고, 시험 전압(VE)을 인가하는 동안, 유도 전압 측정부(M_V1, V2)에 연결된 스위치가 스위칭 동작하여, 제1 유도 전압(V1) 및 제2 유도 전압(V2)을 측정할 수 있다. 따라서, 회로의 구성을 간략히 할 수 있으므로, 장치의 제조 단가를 절감하고, 면적 및 부피를 감소시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
M_V1, V2: 유도 전압 측정부
M_V1: 제1 유도 전압 측정부
M_V2: 제2 유도 전압 측정부
M_IE: 시험 전류 측정부
SW1-SW9: 제1 내지 제9 스위치

Claims (6)

  1. 3상 회로의 하나의 상에 시험 전압을 인가하는 시험 전압원;
    상기 시험 전압원에 흐르는 시험 전류를 측정하는 시험 전류 측정부; 및
    상기 3상 회로의 상기 하나의 상을 제외한 나머지 두 개의 상에서 유도 전압을 측정하는 유도 전압 측정부; 를 포함하고,
    상기 3상 회로의 정상분 임피던스 및 영상분 임피던스는 상기 시험 전압, 상기 시험 전류, 및 상기 유도 전압에 따라 산출되되,
    상기 시험 전압원 및 유도 전압 측정부를 상기 3상 회로의 3상과 연결하는 제1 내지 제6 스위치; 를 더 포함하고,
    상기 시험 전압원은 A상, B상, C상과 제1 내지 제3 스위치(SW1, SW2, SW3)를 통해 연결되고, 상기 유도 전압 측정부는 A상, B상, C상과 제4 내지 제6 스위치(SW4, SW5, SW6)을 통해 연결되며,
    상기 제1 내지 제6 스위치는 하기 표에 따른 스위칭 동작을 수행하는 선로 정수 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3상 회로의 3상 각각에 대하여 상기 정상분 임피던스 및 상기 영상분 임피던스가 산출되고, 상기 산출된 3상 각각의 정상분 임피던스 및 상기 영상분 임피던스를 평균하는 선로 정수 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유도 전압 측정부는,
    상기 나머지 두 개의 상에서 제1 유도 전압 및 제2 유도 전압을 측정하는 선로 정수 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 상의 정상분 임피던스는 하기의 수학식에 의해 결정되는 선로 정수 측정 장치.
    [수학식]

    (Z1: 정상분 임피던스, VE: 시험 전압, IE: 시험 전류, V1: 제1 유도 전압, V2: 제2 유도 전압)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 상의 영상분 임피던스는 하기의 수학식에 의해 결정되는 선로 정수 측정 장치.
    [수학식]

    (Z0: 영상분 임피던스, VE: 시험 전압, IE: 시험 전류, V1: 제1 유도 전압, V2: 제2 유도 전압)
  6. 삭제
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CN102788903A (zh) * 2012-07-17 2012-11-21 广东电网公司电力科学研究院 一种高压输电线路三相不对称工频参数实测方法

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