KR20000002846U - 선택접지 계전기 - Google Patents

Abstract

영상전류값 오차 및 위상오차를 해소할 수 있도록 한 선택접지 계전기에 관한 것으로, 영상전압 변환부, 영상전류 변환기 및 제어회로부를 구비한 선택접지 계전기에서, 영상전류 변환기는 3상전원으로 부터 영상전류를 검출하는 검출부와, 검출부의 양단에 병렬로 연결되어 영상전류를 전압형태로 변환하기 위한 저항과, 저항 양단에 유기된 전압을 변압하여 제어회로부로 입력시키기 위한 포텐셜 트랜스포머를 포함하여 구성되므로 선택접지 계전기의 동작신뢰도를 향상시킬 수 있다.

Description

선택접지 계전기

본 고안은 영상(零相)전류와 영상전압의 위상에러를 보정할 수 있도록 한 선택접지 계전기(Selective Ground Realy: SGR)에 관한 것이다.

일반적인 배전방식에 있어, 선로의 길이가 짧고 23KV이하의 저전압의 경우 선로의 대지 정전용량이 적고 대지충전전류도 크지 않으며, 1선지락(地落) 즉, 3상전원선중 어느 하나가 사고 등으로 대지와 접소되는 경우에도 대지전위 상승이나 이상전압의 발생 가능성이 적은 이유로 비접지방식이 많이 사용되는데, 비접지방식에서는 지락으로 인한 고장 등을 방지하기 위한 목적으로 영상전류와 영상전압의 위상차에 따라 고장선로를 선택적으로 차단하는 선택접지 계전기가 사용된다.

이때 선로의 지락발생으로 인한 영상전류의 위상은 영상전압에 비해 약 30°~ 80° 정도의 진상이며, 그 진상각은 배전선의 종류, 배전선의 길이 또는 대지충전용량 등에 따라 변하는데, 영상전류의 위상이 영상전압에 비해 θ°진상인 경우가 가장 빈번하게 발생하는 경우 상기 θ°를 선택접지 계전기의 기준위상각이라 한다.

종래의 기술에 따른 선택접지 계전기는 도 1에 도시된 바와 같이, 브로큰 델타(Broken Delta)방식으로 R,S,T 3상전원과 연계구성되어 지락발생시 상기 3상전원으로부터 영상전압을 검출하는 영상전압 변환부(1), 지락발생시 3상전원으로부터 영상전류를 검출하는 영상전류 변환부(2), 상기 영상전류 변환부(2)에서 출력된 전류를 전압형태로 변환하기 위한 부담(負擔)저항(R1), 상기 영상전압 변환부(1) 및 영상전류 변환부(2)의 출력에 따라 고장선로를 차단하도록 해당 접점을 제어하는 제어회로부(3)를 포함하여 구성된다.

이때 영상전압 변환부(1) 및 영상전류 변환부(2)는 각각 포텐셜 트랜스포머(PT: Potential Transformer) 및 커런트 트랜스포머(CT: Current Transformer)를 통해 자신의 출력을 상기 제어회로부(3)에서 신호처리 가능하도록 변압, 변류함과 동시에 노이즈 등을 방지하기 위하여 제어회로부(3)와 절연시키는 역할을 수행한다.

그리고 제어회로부(3)는 상기 영상전압 변환부(1) 및 영상전류 변환부(2)의 출력에서 고주파성분을 제거하기 위한 로우패스필터, 디지털 신호처리를 위한 A/D샘플러, 마이컴 등을 구비한다.

이와 같이 구성된 선택접지 릴레이의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 영상전압 변환부(1)는 3상전원에서 지락이 발생하는 경우 그에 따른 영상전압을 검출하고 포텐셜 트랜스포머(PT1)를 통해 감압하여 제어회로부(3)로 입력시킨다.

이와 동시에 영상전류 변환부(2)는 영상전류를 검출하여 레벨변화없이 커런트 트랜스포머(CT)의 2차측으로 전달하고 부담저항(R1)을 통해 전압형태로 변환하여 제어회로부(3)로 입력시킨다.

이어서 제어회로부(3)는 상기 영상전압 변환부(1) 및 영상전류 변환부(2)의 출력을 로우패스 필터링하여 고주파성분을 제거하고 디지털 신호처리하여 그 신호처리결과값이 트립(Trip)조건을 만족하는지 즉, 고장인지 여부를 판단한다.

그리고 상기 판단결과, 디지털 신호처리 결과값이 트립조건을 만족하면 고장선로를 차단시키기 위한 진공회로 차단기(Vacuum Circuit Breaker: VCB) 등의 차단기를 동작시키기 위하여 해당 접점을 제어한다.

이때 상술한 바와 같이, 영상전압과 영상전류는 일정 위상차를 나타내므로 그 위상차와 기준 위상차를 비교하여 트립조건 만족여부를 판단하는데, 상기 커런트 트랜스포머(CT) 1차측코일의 출력 정격전류는 약 1.5mA이고 이를 위상차 및 전류손실없이 커런트 트랜스포머(CT) 2차측코일로 전달하기 위해서는 커런트 트랜스포머(CT) 1차측코일의 부담능력 즉, 코일저항값이 수백 Ω이 되어야 하는데, 실제 부담능력은 약 10Ω이므로 동작시 전류값오차 및 별도의 위상오차가 발생한다.

종래의 기술에 따른 선택접지 계전기는 영상전류 변환부의 정격전류 및 코일저항값에 의해 영상전류값의 손실 및 위상오차를 발생시키므로 선로의 고장을 정확히 감지하여 못하여 선택접지 계전기의 동작에러를 초래할 수 있는 문제점이 있다.

따라서 본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 영상전류값 오차 및 위상오차를 해소할 수 있도록 한 선택접지 계전기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 선택접지 계전기의 구성을 나타낸 레이아웃도

도 2는 본 고안에 따른 선택접지 계전기의 구성을 나타낸 레이아웃도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 영상전압 변환부 2, 11: 영상전류 변환부

3: 제어회로부 PT: 포텐셜 트랜스포머

CT: 커런트 트랜스포머 R1,R2: 부담저항

본 고안은 영상전압 변환부, 영상전류 변환기 및 제어회로부를 구비한 선택접지 계전기에서, 영상전류 변환기는 3상전원으로 부터 영상전류를 검출하는 검출부와, 검출부의 양단에 병렬로 연결되어 영상전류를 전압형태로 변환하기 위한 저항과, 저항 양단에 유기된 전압을 변압하여 제어회로부로 입력시키기 위한 포텐셜 트랜스포머를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 선택접지 계전기를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 선택접지 계전기의 구성을 나타낸 레이아웃도이다.

본 고안에 따른 선택접지 계전기는 도 2에 도시된 바와 같이, 영상전류 변환부(11)를 제외하고는 종래기술의 구성과 동일하므로 구성설명을 생략하고 동일 구성에 대해서는 종래기술과 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.

본 고안에 따른 영상전류 변환부(11)는 지락발생시 3상전원으로 부터 영상전류를 검출하여 이를 전압형태로 변환하기 위한 부담저항(R2), 상기 부담저항(R2)양단에 인가된 전압레벨을 제어회로부(3)에서 신호처리 가능하도록 변압하기 위한 포텐셜 트랜스포머(PT2), 상기 부담저항(R2) 또는 포텐셜 트랜스포머(PT2)에 낙뢰 등으로 인한 서지(Surge)전압이 인가되어 부담저항(R2) 또는 포텐셜 트랜스포머(PT2)가 손상되는 것을 방지하기 위한 ZNR로 구성된다.

이때 부담저항(R2)은 영상전류 변환부(11)의 출력단 즉, 포텐셜 트랜스포머(PT2)의 1차측코일의 부담능력과 동일한 10Ω의 저항값을 갖는 저항을 사용하여 전류값의 오차를 해소한다.

또한 포텐셜 트랜스포머(PT2)의 1차코일 및 2차코일은 서로의 결합도를 최대화하고 자화전류를 최소화하기 위하여 퍼멀로이(Permalloy) 코아를 사용하며, 위상오차를 해소하기 위하여 턴수를 최대로한다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 선택접지 계전기의 동작은 다음과 같다.

먼저, 영상전압 변환부(1)는 3상전원에서 지락이 발생하는 경우 그에 따른 영상전압을 검출하고 포텐셜 트랜스포머(PT2)를 통해 감압하여 제어회로부(3)로 입력시킨다.

이와 동시에 영상전류 변환부(2)는 영상전류를 검출하고 부담저항(R2)를 통해 전압형태로 변환하여 포텐셜 트랜스포머(PT2)의 1차측코일에 인가된다.

이어서 포텐셜 트랜스포머(PT2)의 1차측코일에 인가된 전압은 2차측코일로 유기되고 일정레벨로 변압되어 제어회로부(3)로 입력된다.

한편, 낙뢰 등으로 인한 서지전압이 영상전류 변환부(11)로 입력되면 상기 ZNR이 도통되어 서지전압을 피드백시킴으로서 부담저항(R2) 및 포텐셜 트랜스포머(PT2)의 손상을 방지한다.

그리고 제어회로부(3)는 상기 영상전압 변환부(1) 및 영상전류 변환부(2)의 출력을 로우패스 필터링하여 고주파성분을 제거하고 디지털 신호처리하여 그 결과값이 트립(Trip)조건을 만족하는지 즉, 고장인지 여부를 판단한다.

그리고 상기 판단결과, 디지털 신호처리 결과값이 트립조건을 만족하면 고장선로를 차단시키기 위한 차단기를 동작시키기 위하여 해당 접점을 제어한다.

이때 영상전류 변환부(11)가 영상전류를 전압형태로 변환한 다음 영상전류 변환부(11)의 출력단의 부담능력과 동일한 10Ω의 부담저항(R2)을 통해 전압형태로 변환하므로 전류값 오차가 해소되고, 또한 퍼멀로이 코아를 사용하여 포텐셜 트랜스포머(PT2)의 1차측코일 턴수를 최대로 함으로서 코일저항값을 최대로 하므로 기준 위상각을 벗어난 위상오차가 해소된다.

따라서 제어회로부는 위상오차 또는 전류값 오차가 존재하지 않는 영상전압 변환부(1) 및 영상전류 변환부(11)의 출력에 따라 선로고장 감지동작을 수행한다.

본 고안에 따른 선택접지 계전기는 위상오차 또는 전류값 오차 없는 영상전류 및 영상전압을 인가받아 고장선로 감지동작을 수행하므로 동작에러를 미연에 방지하여 선택접지 계전기의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 영상전압 변환부, 영상전류 변환기 및 제어회로부를 구비한 선택접지 계전기에서,

   상기 영상전류 변환기는 3상전원으로 부터 영상전류를 검출하는 검출부와, 상기 검출부의 양단에 병렬로 연결되어 영상전류를 전압형태로 변환하기 위한 저항과, 상기 저항 양단에 유기된 전압을 변압하여 상기 제어회로부로 입력시키기 위한 포텐셜 트랜스포머를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 선택접지 계전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 검출부 및 저항 양단에 공통으로 병렬연결되고 일정레벨이상의 전압인가시 도통되어 저항 및 포텐셜 트랜스포머의 손상을 방지하기 위한 스위칭소자를 더 구비함을 특징으로 하는 선택접지 계전기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 포텐셜 트랜스포머는 퍼멀로이 코아로 이루어짐을 특징으로 하는 선택접지 계전기.